組蛋白去乙?；冈诜蝿用}高壓中的作用研究進展

王丹，李芳偉，萬毅新*

1蘭州大學第二醫(yī)院呼吸科，蘭州 730030；2蘭州大學第二臨床醫(yī)學院呼吸科，蘭州 730030

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)是指在海平面、靜息狀態(tài)下右心導(dǎo)管測得的平均肺動脈壓(mPAP)≥25 mmHg、肺小動脈楔壓(PAWP)≤15 mmHg及肺血管阻力>3 Wood單位的血流動力學狀態(tài)，可導(dǎo)致右心室肥厚及右心衰竭，甚至引起患者死亡[1]，其特征性的病理改變包括肺動脈中膜肥厚、內(nèi)膜向心性或偏心性增殖和纖維化、外膜增厚纖維化、細胞外基質(zhì)沉積、血管周圍炎性細胞浸潤及管腔內(nèi)原位血栓形成等[2]。PAH病因復(fù)雜，目前認為其由遺傳背景、表觀遺傳改變、損傷等多種因素作用導(dǎo)致，其中表觀遺傳改變尤其是組蛋白乙?；揎椩赑AH發(fā)病中起著重要作用。組蛋白的乙酰化是由組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferases，HATs)和組蛋白去乙?；?histone deacetylases，HDACs)兩個酶家族控制的動態(tài)過程[3]。組蛋白乙酰化水平可調(diào)節(jié)PAH相關(guān)關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，與病理性血管重構(gòu)過程中的細胞增殖、炎癥和纖維化表型密切相關(guān)。由于翻譯后組蛋白乙?；目赡嫘?，許多HDAC抑制劑在不同PAH臨床前模型中的治療效果已被評估[4]。多項研究發(fā)現(xiàn)，Ⅲ類HDAC亞型(主要是SIRT1、SIRT3)在PAH發(fā)病中具有保護作用，其激活劑可預(yù)防甚至逆轉(zhuǎn)PAH[5-7]。本文就HDACs及其抑制劑(Ⅲ類HDACs激活劑)在PAH中的作用研究進展進行綜述。

1 組蛋白乙?；c去乙酰化

表觀遺傳改變是由染色體改變但不改變脫氧核糖核酸序列導(dǎo)致的穩(wěn)定的可遺傳表型，目前PAH相關(guān)表觀遺傳機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾和通過microRNA進行的RNA干擾，其中組蛋白修飾研究最為廣泛和深入[8-9]。四種不同的組蛋白組成一個八聚體，DNA盤繞在組蛋白八聚體構(gòu)成的核心結(jié)構(gòu)外面形成了核小體的核心顆粒，組蛋白與DNA的密切相互作用表明組蛋白修飾在核小體結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)中起重要作用，可以改變基因轉(zhuǎn)錄位點的暴露情況，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性而影響基因的轉(zhuǎn)錄；組蛋白的修飾方式有多種，最常見的是組蛋白乙?；痆3]。組蛋白乙酰化水平主要由HATs和HDACs調(diào)節(jié)，前者催化乙酰輔酶A上的乙酰基結(jié)合到組蛋白尾部的賴氨酸殘基上，通過中和賴氨酸的正電荷降低DNA與組蛋白的親和力并放松染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使其更容易與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合；HDACs的作用與HATs相反，通過去除組蛋白尾部賴氨酸殘基上的乙酰基而使染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)更加緊密，阻止其與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄沉默[3]。兩個酶家族作用的平衡狀態(tài)是調(diào)控基因表達的關(guān)鍵，控制著多種發(fā)育過程和疾病狀態(tài)，其中HDACs家族在PAH中的作用研究較多。

2 HDACs

HDACs在所有真核細胞中均有表達，目前已確認18種HDACs，其在結(jié)構(gòu)、酶功能、亞細胞定位和表達模式等方面存在差異。HDACs可分為4類：Ⅰ類(HDAC1、2、3、8)、Ⅱ類(Ⅱa類：HDAC4、5、7、9；Ⅱb類：HDAC6、10)、Ⅲ類(SIRT1、2、3、4、5、6、7)和Ⅳ類(HDAC11)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ類為Zn2+依賴型去乙?；福箢惢钚砸蕾囉跓燉０废汆堰识塑账醄3]。Ⅰ類與酵母Rpd3具有同源性，Ⅱ類與酵母Hda1具有同源性，Ⅳ類與酵母Rpd3和Hda1具有相似的同源性，Ⅲ類與酵母sir2同源，又稱為sirtuin亞型[10-11]。

Ⅰ類HDACs由保守的脫乙酰基酶結(jié)構(gòu)域、短的氨基和羧基末端延伸組成，是多蛋白核復(fù)合體的亞單位，對轉(zhuǎn)錄抑制和表觀遺傳修飾至關(guān)重要[12]。Ⅱa類HDACs含有3個保守的14-3-3蛋白結(jié)合位點，可以磷酸化依賴的方式刺激Ⅱa類HDACs的胞質(zhì)滯留或核輸出，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子如肌細胞增強因子-2(MEF2)的活性[13]。Ⅱb類HDAC6含有兩個串聯(lián)脫乙酰酶結(jié)構(gòu)域和一個C端鋅指，可脫乙酰化抗微管蛋白而調(diào)節(jié)細胞的運動、黏附功能，還可通過鋅指結(jié)構(gòu)域與泛素結(jié)合調(diào)節(jié)熱休克因子-1(HSF-1)和血小板衍生生長因子(PDGF)的功能[13]。HDAC10對N8-乙酰亞精胺的催化活性最強，為自噬誘導(dǎo)劑，由兩個保守的結(jié)構(gòu)基序決定了其底物特異性：一個310螺旋含有P(E，A)CE基序，立體地限制了活性位點；一個靜電守門人E274為陽離子多胺底物提供了選擇性[14]。Ⅲ類HDACs具有NAD+依賴的脫乙酰酶和ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶活性，是細胞增殖、分化、凋亡、線粒體生物合成、新陳代謝和炎癥反應(yīng)等多種過程所必需的[15]。HDAC11具有脫乙酰酶和脫脂-?；D(zhuǎn)移酶活性，其中脫脂-酰基轉(zhuǎn)移酶活性較高，其催化核心區(qū)與Ⅰ類和Ⅱ類HDACs蛋白具有序列相似性[16]。

3 HDACs與PAH

3.1 Ⅰ類HDACs及其抑制劑與PAH Li等[17]首次報道了從缺氧誘導(dǎo)的PAH模型中分離出活化的肺動脈外膜成纖維細胞(PAAF)所表現(xiàn)出的持久性促炎表型與Ⅰ類HDACs異?；钚缘年P(guān)系，主要表現(xiàn)為Ⅰ類HDACs的表達和活性增加，Apicidin(一種特異性的Ⅰ類HDAC抑制劑)明顯降低了PAH促炎介質(zhì)的表達，并導(dǎo)致PAAF誘導(dǎo)單核細胞遷移和激活的能力明顯降低。有研究發(fā)現(xiàn)，特發(fā)性肺動脈高壓(IPAH)患者肺組織中Ⅰ類HDACs的表達及活性增加；HDAC抑制劑丙戊酸和琥珀酰異羥肟酸可抑制PAH牛血管成纖維細胞和R細胞的增殖，并抑制PDGF刺激的人血管平滑肌細胞的增殖[18]。

H D A C 1 可通過增加組蛋白H 3 的賴氨酸9(H3K9ac)在鐵硫生物發(fā)生蛋白BOLA家族成員3(BOLA3)啟動子上的脫乙?；瘉硪种艬OLA3的轉(zhuǎn)錄，從而增加低氧誘導(dǎo)因子-2α的活性，進而引起線粒體電子傳遞、糖酵解等，促進內(nèi)皮細胞增殖[19]?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMP)屬于內(nèi)肽酶家族，具有降解細胞外基質(zhì)的功能，MMP抑制劑(TIMP)可以抑制MMP的活性。本團隊對PAH大鼠進行研究發(fā)現(xiàn)，HDAC1通過抑制miR-34a而增高MMP-9/TIMP-1和MMP-2/TIMP-2的比值，參與野百合堿(monocrotaline，MCT)誘導(dǎo)的大鼠PAH的發(fā)生和發(fā)展，而應(yīng)用HDAC抑制劑MS-275抑制HDAC1可逆轉(zhuǎn)上述表現(xiàn)，減少細胞外基質(zhì)沉積，減輕肺動脈重塑和PAH[20]。在IPAH患者肺動脈平滑肌細胞(PASMCs)的體外實驗中發(fā)現(xiàn)，HDAC2可通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子YES相關(guān)蛋白1(YAP1)、淋巴增強因子-1(LEF1)而促進IPAH肺血管重塑的發(fā)展[21]。YAP1通常與特發(fā)性肺纖維化和肺血管疾病中血管硬化和纖維化表型的進展有關(guān)[22]；LEF1是Wnt/β-catenin信號通路下游的核效應(yīng)因子，與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化有關(guān)[23]。Krüppel樣因子2(KLF2)信號的降低與PAH發(fā)病有關(guān)[24]，HDAC8可通過下調(diào)KLF2而參與PAH的發(fā)病，且HDAC8 siRNA和HDAC抑制劑可使體外IPAH-PAAFs中KLF2的轉(zhuǎn)錄水平增高，不同程度地減弱IPAH相關(guān)的細胞過度增殖和病理性血管重構(gòu)表型[21]。活性氧(ROS)增加和超氧化物歧化酶(SOD)活性降低與PAH有關(guān)[25]，應(yīng)用Ⅰ類HDAC選擇性抑制劑MGCD0103或HDAC3 siRNA處理IPAHPASMCs后，SOD3mRNA水平恢復(fù)，表明組蛋白去乙?；墒笽PAH-PASMCs中SOD3的表達減低，進而增強PASMCs的增殖能力，而選擇性HDAC抑制劑可恢復(fù)IPAH中SOD3的表達[26]。Ⅰ類HDACs的RNA干擾實驗表明，沉默HDAC1和HDAC2能明顯降低PDGF誘導(dǎo)的CycD1蛋白表達，從而抑制PASMCs的增殖和遷移[27]。

3.2 Ⅱ類HDACs及其抑制劑與PAH PAH動物模型中HDAC4、HDAC5、HDAC7以及NADPH氧化酶(ROS的主要來源)和ROS增加，而HDAC抑制劑丙戊酸可有效抑制NADPH氧化酶基因的表達，抑制ROS的過量產(chǎn)生，減輕PAH的血管重塑和右心室肥厚[28]。Ⅱa類HDACs與肌細胞增強因子2(MEF2)密切相關(guān)，可維持MEF2處于轉(zhuǎn)錄不活躍狀態(tài)[29]。MEF2是一個轉(zhuǎn)錄因子家族，在心血管發(fā)育和分化中起重要作用[29]。在IPAH患者肺動脈內(nèi)皮細胞(PAECs)的體外實驗和PAH大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，HDAC4和HDAC5的核積聚增加，從而導(dǎo)致MEF2下調(diào)及涉及肺血管完整性和穩(wěn)態(tài)的基因(包括KLF2、KLF4及連接蛋白37、40等)表達減少，且使miR-424和miR-503水平降低，進而促進PAECs的增殖；而Ⅱa類HDAC抑制劑MC1568可恢復(fù)PAECs中MEF2的活性，表現(xiàn)為MEF2轉(zhuǎn)錄靶點表達增加，細胞遷移和增殖減少，從而緩解PAH[30]。HDAC4可通過上調(diào)血小板源性生長因子-BB(PDGF-BB)而誘導(dǎo)PASMCs的增殖和遷移，miR-1281可通過降低HDAC4的表達及活性而拮抗上述作用[31]。HDAC4可通過上調(diào)MMP-2和MMP-9的表達而調(diào)節(jié)PAECs的增殖和遷移，并導(dǎo)致血管生成細胞的細胞周期發(fā)生改變，從而參與PAH的發(fā)病[32]。IPAH-PAECs體外實驗發(fā)現(xiàn)HDAC7表達增加，其可能通過促進PAECs的增殖和遷移而促進PAH的發(fā)生[33]。目前關(guān)于HDAC9與PAH的研究報道較少。

PAH患者的遠端肺動脈、PASMCs、PAECs以及PAH模型大鼠右心室中HDAC6蛋白表達上調(diào)，而HDAC6可使Ku70處于低乙?；癄顟B(tài)，阻止Bax轉(zhuǎn)位到線粒體，促進PAH-PASMCs增殖并抑制其凋亡，特異性HDAC6抑制劑Tubasatin A可拮抗上述作用，緩解PAH[34]。目前關(guān)于HDAC10與PAH的研究報道較少。

3.3 Ⅲ類HDACs及其激活劑與PAH 有研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1在PAH中具有潛在的保護作用，非特異性SIRT1激活劑白藜蘆醇可預(yù)防甚至逆轉(zhuǎn)PAH動物模型的相關(guān)表現(xiàn)，如血管重塑及右心室肥大[5-7]。最近，在IPAH患者PASMCs的體外實驗和PDGF刺激的大鼠PASMCs中發(fā)現(xiàn)，SIRT1通過去乙?；M蛋白H1和叉頭框蛋白O1(FOXO1)抑制PASMCs的增殖，抑制或特異性下調(diào)SIRT1可促進IPAH患者和PAH大鼠PASMCs的增殖，SIRT1基因缺失加劇了慢性缺氧誘導(dǎo)的小鼠肺動脈肌化；使用SIRT1特異性激活劑STAC-3可抑制PDGF誘導(dǎo)的PASMCs增殖[35]。過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)和過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活劑α(PGC-1α)信號失活與氧化酶和抗氧化酶能力失衡有關(guān)[36]。PAH動物模型研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1是PPARα/PGC-1α介導(dǎo)的氧化應(yīng)激及線粒體損傷和功能障礙的關(guān)鍵保護因子，有助于改善PASMCs的增殖和肺動脈重塑[35]。MCT誘導(dǎo)的PAH模型大鼠中SIRT1蛋白表達下降，p53和p21表達上調(diào)，從而促進了PAH的發(fā)展[37]。Xi等[38]的研究發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導(dǎo)的人PAECs中SIRT1表達增加，從而激活A(yù)kt信號通路，上調(diào)Bcl-2和缺氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)的表達，促進PAECs增殖，抑制PAECs凋亡，最終促進PAH的發(fā)生。

SIRT3基因敲除小鼠發(fā)生PAH后，PASMCs中HIF-1α、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)、活化T細胞核因子(NFAT)等與PAH相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子激活，從而促進PAH-PASMCs的增殖并抑制其凋亡[39]。該研究還發(fā)現(xiàn)，在人PAH-PASMCs和PAH模型大鼠中，SIRT3表達下調(diào)，而腺病毒基因治療可恢復(fù)SIRT3的表達并逆轉(zhuǎn)疾病表型；一項納入162例PAH患者和49名健康對照的無偏見隊列研究發(fā)現(xiàn)，與代謝綜合征相關(guān)的SIRT3多態(tài)性功能喪失與PAH相關(guān)[39]。最近的一項大鼠體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn)，在缺氧條件下可通過上調(diào)miR-874-5p而下調(diào)SIRT3的表達，miR-874-5p缺失后SIRT3呈過表達，進而抑制自噬及異常平滑肌細胞的增殖，而自噬是缺氧性PAH病理性血管重構(gòu)的主要原因[6]。目前關(guān)于其他sirtuin亞型與PAH的研究報道較少。

3.4 Ⅳ類HDAC及其抑制劑與PAH HDAC11是最新發(fā)現(xiàn)的HDAC，也是唯一的Ⅳ類成員。目前很少有關(guān)于HDAC11與PAH的研究報道。

4 總結(jié)與展望

目前關(guān)于PAH與表觀遺傳學的研究越來越深入，組蛋白去乙?；揎椗cPAH的發(fā)生密切相關(guān)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類HDACs在PAH發(fā)病中起著重要作用。關(guān)于PAH動物模型實驗及PAH患者的體外實驗研究證實，在PAH中Ⅰ類和Ⅱ類HDACs表達增加、活性增強(Ⅲ類HDACs在PAH中表達減低、活性減弱)，從而促進了PASMCs、PAECs、成纖維細胞的增殖，并可促進細胞外基質(zhì)異常沉積、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、炎癥反應(yīng)等，導(dǎo)致肺血管重塑，進而參與PAH的發(fā)生發(fā)展，但其具體作用機制尚需更多的研究證實。抑制Ⅰ、Ⅱ類HDACs可不同程度地逆轉(zhuǎn)上述表現(xiàn)，而激活Ⅲ類HDACs可逆轉(zhuǎn)PAH，表明Ⅰ、Ⅱ類HDAC抑制劑在PAH的治療中可能具有潛在的應(yīng)用價值，而Ⅲ類HDAC可能對PAH有保護作用，其激活劑對PAH有一定的治療潛力。最近有研究發(fā)現(xiàn)，HDAC抑制劑有可能作為一種治療干預(yù)手段逆轉(zhuǎn)心室舒張功能障礙，并阻斷細胞外基質(zhì)重塑[40]。在人和動物PAH成纖維細胞的體外實驗中發(fā)現(xiàn)，HDAC抑制劑可通過上調(diào)miRNA的表達而逆轉(zhuǎn)PAH的表型[20,41]。但目前相關(guān)研究偏少，各亞型HDACs及其抑制劑(sirtuin激活劑)在PAH中的具體作用機制仍不完全明確，甚至部分研究結(jié)論相反，且目前對于Ⅰ、Ⅱ類HDAC抑制劑及Ⅲ類HDACs激活劑在PAH治療中的研究僅限于動物模型和PAH患者的PASMCs、PAECs體外實驗，對于其不良反應(yīng)相關(guān)研究較少。因此尚需進一步研究證實各亞型HDACs在PAH中的作用機制，探討其相關(guān)抑制劑或激活劑的治療作用及不良反應(yīng)，并研究出相對安全的藥物進行臨床試驗，以靶向組蛋白乙?；緩交蚱湎掠瓮?，為PAH患者提供一種更有針對性、更有效和經(jīng)濟的治療策略。