HDAC1與泌尿生殖系腫瘤

李曾 綜述 廖洪 審校

四川省腫瘤醫院泌尿外科，四川 成都 610041

乙酰化是一種可逆的蛋白質共價修飾形式，由組蛋白乙酰化酶(histone acetyltransferase，HAT)和組蛋白去乙酰化酶(HDAC)共同參與調控，兩者之間的動態平衡調控著組蛋白的乙酰化/去乙酰化修飾狀態，而這恰是基因轉錄調控的關鍵機制之一。近年許多研究表明，HDAC異常導致的組蛋白乙酰化狀態失衡與腫瘤的發生、發展有密切關系。組蛋白的低乙酰化和高甲基化是腫瘤細胞的主要特征之一，因此在腫瘤細胞內過表達的HDAC成為腫瘤研究和治療作用的新靶點。本文就HDAC(尤其是HDAC1)與泌尿生殖系腫瘤(包括腎癌、膀胱癌和前列腺癌)的研究進展和研究意義等方面作一綜述。

1 HDAC家族(HDACs)

HDACs最早是在釀酒酵母中被發現，后來相繼在不同的生物中發現多種HDACs，迄今已發現18種，按照其與酵母HDACs的同源性可分為4大類，HDAC1即屬于第Ⅰ類，主要存在于細胞核中，并普遍表達于各種人類細胞系和組織，而且在不同組織類型中，表達明顯不同。HDACs導致的組蛋白高度乙酰化活動同基因沉默相關，它能促進組蛋白去乙酰化，增加DNA和組蛋白的結合力，干擾DNA和轉錄因子結合，抑制相關抑癌基因轉錄。而編碼HDACs的基因表達改變和突變將導致調節細胞重要功能(如細胞增殖、細胞周期調節和凋亡)相關主要基因轉錄的失衡，從而促使腫瘤的發生［1］。

2 HDAC1與腫瘤

HDAC1是1996年由美國哈佛大學Taunton發現的第一個哺乳動物的HDAC，其蛋白質含有482個氨基酸，相對分子質量約為55×103，它是多種蛋白質復合物的催化亞單位，參與組蛋白和非組蛋白的蛋白質去乙酰化，推測可能是哺乳動物基因轉錄的關鍵調節子。HDAC1介導核小體結構改變和調節基因表達及位點特異DNA結合的轉錄抑制子的轉錄抑制作用，參與細胞周期進程和分化，此外，還能通過線粒體轉位促進癌基因合成，抑制基因轉錄，導致細胞凋亡抑制和分化障礙。HDAC1的高表達能明顯增加腫瘤細胞的增殖能力，并且可影響細胞外基質而使腫瘤細胞的移行和侵襲力明顯加強，而其表達水平是細胞周期依賴性和(或)被高細胞密度影響，如在人前列腺癌細胞系PC-3中的表達［2］。

在所有HDACs中，HDAC1與腫瘤的關系最具代表性，它的表達可能與多種腫瘤如胃癌、乳腺癌、肺癌、結直腸癌和宮頸癌等的進展有關，許多包括調節細胞周期、分化和增殖的轉錄因子和有絲分裂過程都直接同HDAC1有直接關系，所以它的失活影響涉及增殖和凋亡相關基因的轉錄。Silvia等［3］證明人腫瘤細胞缺乏HDAC1不能進行有絲分裂，而是通過Caspase-3激活途徑進入凋亡，同時細胞周期停滯在G1期或G2/M過渡期，從而抑制腫瘤細胞的生長，故剔除HDAC1的表達能抑制腫瘤生長。初步發現HDAC1在卵巢癌細胞的增殖中扮演重要角色，HDAC1 siRNA通過下調CyclinA的表達能明顯抑制卵巢癌細胞的增殖［4］。

3 HDAC1抑制劑與腫瘤

HDAC抑制劑(histone deacetylase inhibitors，HDACIs)被證明對于基因的表達有重要影響，特別是抑癌基因，并且呈高度選擇性，HDACIs能上調一些抑癌基因(如P21WAF/CIPl)的表達而抑制另一些基因(如血管生長因子)的表達，從而抑制腫瘤生長［5］。其抗腫瘤機制主要包括：(1)導致腫瘤細胞的細胞周期停滯在某個期(如G1或G2)、促進其分化及誘導凋亡的發生；(2)抑制腫瘤細胞的遷移、浸潤和轉移；(3)抑制腫瘤細胞的血管生成［6］。

HDACIs對大多數腫瘤具有抑制作用，包括對化療耐藥的腫瘤。研究證明CG200745能通過調節腫瘤細胞中p53的乙酰化導致腫瘤細胞周期停滯，分化和凋亡［7］，而卵巢癌細胞較正常細胞對FK228更敏感［8］。同樣，聯合應用HDACIs和DNMT1抑制劑可以恢復乳腺癌細胞對內分泌治療的敏感性。此外，丙戊酸(VPA)和普羅比妥鈉丁氯倍他松(NaBu)還能通過增加H3和H4的乙酰化，激活P21WAF1/CIPl的轉錄并最終阻滯細胞周期在G2/M期來降低人間充質干細胞的增殖潛能和多分化能力［9］。

4 HDAC1與泌尿生殖系腫瘤

4.1 HDAC1及其抑制劑與腎癌

4.1.1 HDAC1與腎癌

HDAC1同許多實體瘤的侵襲性和進展密切相關，但在腎癌(RCC)中的表達報道很少，Fritzsche等［10］研究了106例腎癌和腫瘤鄰近組織中HDAC 1、2和3的表達，結果顯示60%的腎癌表達HDAC1和HDAC2，相反，HDAC3只有13%的表達。

4.1.2 HDAC1抑制劑與腎癌

眾所周知，腎癌對化療、放療及免疫治療均不敏感，HDAC1過表達及對其功能的了解，促進了HDAC1抑制劑的發展和應用，研究證明其對包括腎癌在內的多種腫瘤具有抗腫瘤和免疫調節作用。HDAC1抑制劑LBH589作用于其人RCC組織中的靶點—Aurora A和Aurora B激酶，進一步導致兩者的雙重降解，最后使腫瘤細胞G2/M期停滯和細胞凋亡，同時還能在體內抑制成瘤［11］。一種新型抑制劑KBH-A145亦能在體內和體外明顯抑制腎癌的生長，這可能是通過HDAC1的妥協募集來誘導P21WAF1/CIPl， 從而導致啟動子區域的高度乙酰化并使所有的細胞停滯在G2/M 期來實現的［12］。Jones等［13］揭示VPA(丙戊酸)呈劑量依賴明顯上調組蛋白H3和H4，引起腎癌細胞生長停止，同時改變細胞周期調節蛋白(CDK2、CyclinB、p21和Rb等)，而在體內，VPA明顯抑制Caki-1，VPA聯合IFN-α在體外明顯提高VPA對腎癌的單獨作用。最新研究發現聯合VPA和低劑量的IFN-α能在體外和體內明顯抑制腎癌的增殖和黏附，而這不是VPA和IFN-α獨自作用所能產生的結果，機制可能是兩者改變涉及細胞生長、存活、免疫反應、細胞遷徙和黏附基因(如化學增活素CXCL10、CXCL11、CXCL16等) 和黏附分子編碼基因NCAM1、ICAM1、VCAM1等)［14］。同樣，SAHA(異羥肟酸)和cRA在人腎細胞癌系SKPC06和SKRC39中可以增加類視黃醇的抗腫瘤作用，但SKRC39的增殖作用不被cRA所抑制，而SAHA卻能單獨抑制兩種細胞的增殖，此外兩者的聯合作用涉及到眾多關于抗腫瘤及免疫調節的基因，如dhrs9、gata3、txk和vhl等［15］。高劑量的IL-2對于轉移性腎癌有效果，但是高劑量IL-2的不良反應限制了其臨床應用，HDAC1抑制劑MS-275聯合低劑量IL-2在腎細胞癌鼠模型中具有較明顯的體內抗腫瘤協同效應，其抗腫瘤作用涉及減少T調節細胞和通過脾細胞增加抗腫瘤效應，這提供了聯合兩者治療腎癌的新思路［16］。Van Oosten 等［17］通過使用HDAC1抑制劑(如sodium butyrate和TSA)增加TRAIL-R2的表達來調節腎癌對TRAIL/Apo-2L(TNF-相關凋亡誘導配體(TRAIL)/Apo-2L)的誘導凋亡作用，闡明了兩者聯合治療腎癌的前景。在其進一步研究中證明聯合TSA不僅增強Ad5-TRAIL(重組腺病毒編碼人TNFSF10)的細胞毒性，同樣誘導TRAIL-R2表達，提高死亡誘導信號通路復合物形成，并提高Caspase-8的激活，最終誘導腎癌細胞的凋亡［18］。

4.2 HDAC1及其抑制劑與膀胱癌

近年來，關于HDAC1抑制劑與膀胱癌的研究報道不少。如TSA能誘導P21WAF1和阻滯細胞周期G1，初步表明TSA 在體外能抑制膀胱癌細胞生長［19］。Ozawa 等［20］的研究證明HDAC1 mRNA在人膀胱癌標本中高表達，且主要在胞質和胞核表達，HDAC1抑制劑VPA(丙戊酸)在體外能有效抑制對傳統化療耐藥的人膀胱癌細胞生長，機制可能是通過調節 P21WAF1蛋白的表達，進一步研究揭示VPA在體外和體內上調CAR，而CAR的異質性影響腫瘤轉導效率，提出一種抑制體外腺體調節基因腫瘤細胞的新策略［21］。SAC(磺胺酰基苯胺復合物)亦能在體外有效抑制膀胱癌細胞增殖，顯著誘導細胞凋亡發生且主要誘導G1期細胞發生調亡，上調P21WAF1/CIPlmRNA表達，其抗腫瘤生長機制可能是通過上調P21WAF1/CIPlmRNA水平從而使細胞阻滯于G1期所致［22］。而PXD101在體內和體外抑制膀胱癌細胞(5637、T24、J82和RT4)生長，并且P21WAF1在腫瘤裸鼠模型中高表達，機制與其誘導P21WAF1、核心HDAC和細胞關聯基因上調有關［23］。此外，HDAC1抑制劑(特別是丁氯倍他松和TSA)調節膀胱癌T24細胞腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體(TRAIL)抵抗，增加TRAIL-R2基因轉錄，從而增加死亡誘導信號復合體形成(DISC)、Caspase 激活和線粒體糖皮質激素潛能的丟失來導致腫瘤細胞死亡，表明HDACIs聯合TRAIL的治療潛能對于膀胱癌是一種可供選擇的治療手段［24］。在MS-275 和TSA作用于人膀胱癌細胞系T24的研究中，兩者抑制T24是呈濃度和時間依賴性，并阻止細胞于周期G0/G1，誘導其凋亡，機制可能是通過增加HDAC的表達水平，下調P21WAF1/CIPl、上調CyclinA 及改變Bcl-2 和Bax的表達來實現的［25］。

4.3 HDAC1及其抑制劑與前列腺癌

4.3.1 HDAC1與前列腺癌

據報道HDAC在192例前列腺癌中高表達(69.8%)，且其陽性表達率與腫瘤去分化密切相關［26］。而在雄激素非依賴性前列腺癌標本和CWR22鼠移植模型中HDAC1的表達亦是上調的，且其調節是雄激素依賴性的，證明其可能是雄激素非依賴性前列腺癌的潛在治療靶點［27］。

4.3.2 HDAC1抑制劑與前列腺癌

HDAC1在前列腺癌的進展中扮演重要角色，而其抑制劑被證明能抑制前列腺癌細胞生長、分化和凋亡，聯合HDACIs同其它化療或放療對其治療具有巨大前景［28］。研究證明FK228在極低濃度通過清除前列腺癌細胞中一系列重要信號蛋白如AR和Her-2等，同時阻斷對腫瘤細胞生長具有重要作用的多條細胞信號通路如Her-2/MAPK、AR通路等來誘導前列腺癌細胞凋亡［29］。而從苦瓜中分離得到的核蛋白體失活蛋白MCP30能在體外PIN和前列腺癌細胞系中誘導細胞凋亡并在體內抑制前列腺癌PC-3細胞生長，但是在普通前列腺細胞并無作用，推測機制可能為抑制HDAC1激活和促使組蛋白3和4乙酰化，誘導PTEN 表達，導致Akt磷酸化，此外，還通過減少β-catenin核積累抑制Wnt信號通路激活，降低c-Myc和Cyclin-D1水平［30］。Bj?rkman等［31］明確了HDAC1抑制劑的分子活動和雄激素剝奪在ERG-陽性前列腺癌中的凋亡協同作用，推測HDAC1抑制劑聯合雄激素剝奪在體外能有效抑制TMPRSS2-ERG-融合陽性前列腺癌。

眾所周知，AR在調節涉及雄激素依賴和非依賴性前列腺癌形成基因的表達方面扮演重要角色，而AR的調節是通過改變HAT共激活蛋白，或HDAC1的結合來實現的，AR和HDAC1之間的聯系可能是AR功能調節的另外一個機制［32］。進一步研究證明HDAC1在雄激素依賴和非依賴性前列腺癌中對AR功能是必需的，HDAC1抑制劑如SAHA和LBH589等，阻斷許多基因的AR調節轉錄活動，雖然基因敲除HDAC1或HDAC3同樣能夠抑制AR調節基因的表達，但是HDAC1抑制劑能夠降低前列腺癌細胞中的雄激素受體蛋白水平，其通過在AR同靶向基因的增強子結合后抑制共激活子/ RNA 聚合酶Ⅱ復合物來阻斷AR活動，這種作用包括在去勢抵抗前列腺癌模型中得到證實［33］。

而許多針對HDAC1的靶向治療研究亦有較大進展，如人PIRH2是AR功能的重要調節子，且在前列腺癌中呈過表達，其通過阻止HDAC1提高雄激素受體通路，為前列腺癌的靶向治療提供了新思路［34］。最新研究表明，通過miR-449a敲除其直接靶向基因HDAC1，在前列腺癌細胞中可引起Rb-依賴細胞周期停滯和老化，從而發揮其腫瘤抑制作用［35-36］。

5 研究HDAC1的臨床意義

泌尿生殖系腫瘤嚴重威脅著人類(特別是中老年男性)的健康，且近年來發病率逐漸上升，而對其治療的研究亦成為熱點，但傳統的治療手段如外科手術和放化療等對其治療效果有限，特別是腎癌和前列腺癌。隨著分子生物學等學科的發展及對泌尿生殖系腫瘤相關發生發展機制的深入研究，使我們針對其某些與腫瘤增殖和自我更新等相關的分子信號通路(如Notch和Wnt等)及基因靶點(如HDAC1)將治療策略擴展到分子靶向領域，因此加深研究HDAC1等與腫瘤(包括泌尿生殖系腫瘤)密切相關的重要基因，將對我們進一步了解泌尿生殖系腫瘤(腎癌、膀胱癌和前列腺癌)發生發展、復發、轉移、耐藥的分子機制和其臨床治療、預后、避免不必要的治療產生深遠的影響及發揮積極的指導意義，HDAC1將成為臨床泌尿生殖系腫瘤治療的重要靶點。

6 結語

近年雖然在HDAC1與泌尿生殖系腫瘤關系及治療的研究領域取得了一些重要進展，如多種新型HDAC1抑制劑及靶向敲除HDAC1在體內和體外抑制腎癌，膀胱癌及前列腺癌的增殖，誘導其凋亡方面等，但仍還有許多亟待解決的問題，譬如HDAC1影響泌尿生殖系腫瘤發生、發展的具體分子機制、其高效靶向抑制劑的研究及與化療和免疫治療藥物聯合應用等方面。相信隨著這些方面研究的深入，臨床泌尿生殖系腫瘤的治療會取得突破性進展。

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