HDAC6在腫瘤中的作用研究新進展

劉　杰(綜述)，呂成芳，周　晉(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院血液內科，哈爾濱 150001)

HDAC6在腫瘤中的作用研究新進展

劉杰△(綜述)，呂成芳，周晉※(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院血液內科，哈爾濱 150001)

摘要：組蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)是HDAC家族中一種特殊的類型，它擁有多種組蛋白以外的蛋白底物，因此在細胞中存在多種功能。該文總結大量文獻,從HDAC6影響癌細胞的遷移及侵襲、參與化學預防、參與DNA損傷修復及調節激酶活性、參與錯誤折疊蛋白的聚集、調節細胞免疫及HDAC6抑制劑誘導細胞凋亡等方面系統地闡述HDAC6在腫瘤細胞中的作用，為將來HDAC6抑制劑更廣泛地用于腫瘤治療提供依據。

關鍵詞：腫瘤；組蛋白去乙酰化酶6；進展

組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)可影響組蛋白及已知在中樞神經系統疾病及癌癥中可作為治療靶點的各種細胞蛋白的乙酰化程度。研究認為，大多數HDAC抑制劑作用于多種HDAC同型體上，特別是HDAC1和HDAC3，盡管它們有明顯的抗分化作用，但仍存在顯著的不良反應，包括骨髓抑制、體質量減輕、乏力和心律失常[1]。HDAC6是一個特殊的同型體，它的底物包括組蛋白及非組蛋白(如α-微管蛋白、過氧化物還原酶、皮動蛋白及熱激蛋白90)等[2]。大量的非組蛋白底物保證了HDAC6能在細胞中通過多種途徑發揮作用。研究表明，在自身免疫紊亂的疾病或神經代謝疾病中，HDAC6發揮作用，并且可作為一個抗癌位點[3-4]。現回顧和總結最新相關研究，系統地闡述HDAC6在腫瘤細胞中的作用。

1HDAC6影響癌細胞的遷移及侵襲

內皮細胞向間充質細胞轉化過程中，內皮會從內皮質分離，獲得間充質細胞表型。它的特征是細胞的連接能力下降，內皮標志物減少，而獲得間充質細胞的標志物，并且具有擴散和遷移特性。在雌激素應答的乳腺上皮細胞系R2d細胞實驗中，鄰苯二甲酸鹽可促使其下游的表皮生長因子受體-蛋白激酶A信號級聯放大，導致細胞核內的轉錄因子AP-2α的表達增加，進而調節HDAC6啟動子，最終導致內皮細胞向間充質細胞轉化；并且發現抑制HDAC6的表達也會抑制鄰苯二甲酸鹽對細胞的作用，因此在內皮細胞向間充質細胞轉化過程中，HDAC6是細胞遷移及浸潤的必要因素[5]。此外，HDAC6過表達會降低皮動蛋白的乙酰化，進而改變其與F-肌動蛋白的結合能力，從而調節肌動蛋白依賴的細胞移行[6]。運用HDAC6抑制劑tubacin會使α-微管蛋白的乙酰化水平增加，降低微管的運動，減少黏著斑的轉換，進而減少細胞移行[7]。最新研究發現，黏著斑的支架蛋白paxillin能通過抑制HDAC6來調節微管骨架的翻譯后修飾，并且無論是在三維或二維矩陣微環境中，都能調節高爾基體的結構完整性及極化細胞的浸潤及轉移[8]。此外，研究發現，胞外信號調節激酶能與HDAC6結合，并磷酸化HDAC6，進而通過去乙酰化α-微管蛋白來促進細胞遷移；并且HDAC6調節細胞的遷移能被表皮生長因子受體-Ras-Raf-絲裂原細胞外激酶-胞外信號調節激酶通路所調控[9]。但α-微管蛋白促進細胞運動的具體機制目前尚未明確[7，10]。在乳腺惡性腫瘤細胞系MDA-MB-231中，HDAC6在細胞外基質的蛋白質降解過程中起到重要作用，繼而促進癌細胞侵襲[11-12]。在乳腺癌Ⅰ～Ⅱ期試驗中發現，運用pan-HDAC抑制劑vorinostat會增加體內熱激蛋白90及α-微管蛋白的乙酰化，減少熱激蛋白90服務蛋白及HDAC6的表達[13]。在膀胱癌中發現，HDAC6通過皮動蛋白依賴機制增強癌細胞的遷移及侵襲，而運用tubacin治療后減輕了這個作用，這說明HDAC6抑制劑可能會阻止癌細胞的轉移[14]。另外，在肝細胞癌的三種細胞系中，剔除HDAC6會導致癌細胞浸潤及轉移的速率減慢[15]。

2HDAC6參與化學預防

流行病學研究發現，多攝入十字花科蔬菜能降低患前列腺癌的風險[16-17]。雄激素受體是前列腺癌的重要信號組成成分，并且是治療及預防前列腺癌的目標靶點。Sulforaphane來源于硫代葡萄糖苷，能抑制HDAC6去乙酰化活力，導致熱激蛋白90高度乙酰化，破壞雄激素受體及減弱雄激素受體信號轉導，抑制熱激蛋白90與雄激素受體的相互作用，甚至雄激素受體隨之能被蛋白酶降解，導致雄激素受體的目標基因表達降低及其之間的相互作用減少，最終可能達到預防前列腺癌的作用；這些現象在運用sulforaphane或HDAC6小干擾RNA時顯現，并在HDAC6過表達的時候減弱，這提示sulforaphane通過一個獨立的HDAC6依賴機制發揮作用[18]。

3HDAC6參與DNA損傷修復及調節激酶活性

DNA損傷的主要分子傳感器包括毛細血管擴張性共濟失調癥突變蛋白及毛細血管擴張性共濟失調癥突變Rad3相關蛋白，在DNA損傷時，這些激酶會招募及激活其他的信號蛋白(如細胞周期檢測點激酶1和細胞周期檢測點激酶2等)。在多種非小細胞肺癌細胞系中，HDAC6缺失會增加肺癌細胞對順鉑的敏感性、H292細胞菌落形成減小及裸鼠的移植瘤減小；并且，在HDAC6缺陷的肺癌H292細胞中，運用順鉑治療后，毛細血管擴張性共濟失調癥突變Rad3相關蛋白、細胞周期檢測點激酶1及p53的磷酸化增加，說明在剔除HDAC6的細胞系中，順鉑更有效地引起DNA損傷[19]。在應用DNA損傷藥物后，一小部分胞質內的HDAC6遷移至細胞核，提示HDAC6參與DNA損傷修復。p53是一種腫瘤抑制蛋白，在HDAC6缺陷的肺癌H292細胞中，用順鉑治療后其表達增加及磷酸化，因此HDAC6可調節p53通路中的激酶功能[19]。但一些存在p53突變或缺失的非小細胞肺癌細胞系也受影響，這說明可能其機制存在多種通路。另外，在其他的實驗中也發現，HDAC6缺失會使細胞對絲裂原細胞外激酶抑制劑敏感，進一步證明HDAC6參與調節激酶活性[15]。

4HDAC6抑制劑誘導細胞凋亡

Cylindromatosis基因是一種腫瘤抑制基因，其基因產物是一種去泛素化酶，它能通過抑制核因子κB信號轉導等來調節細胞增殖、生存及炎癥反應。抑制Cylindromatosis與HDAC6相互作用會導致α-微管蛋白的乙酰化水平增加，促進Cylindromatosis 與Bcl-3的相互作用，導致細胞周期G1～S期明顯延遲，破壞細胞周期進程，從而調節細胞增殖[20]。在結腸癌細胞中，HDAC6抑制劑能增強Ku70的乙酰化，從而打亂Fas相關死亡區域蛋白樣白細胞介素1β轉換酶抑制蛋白(FADD-like intedeukin-1-β converting enzyme inhibitory protein， FLIP)/Ku70復合體，引起FLIP聚泛素化及降解，下調FLIP并激活胱天蛋白酶(caspase)8，最終導致細胞凋亡[21]。在B16小鼠黑色素瘤細胞中發現，HDAC6抑制劑可抑制癌細胞增殖及促進凋亡[22]。在急性淋巴細胞白血病中，HDAC6抑制劑可引起多泛素化蛋白的集聚，進而誘導細胞凋亡[23]。在急性髓細胞白血病研究中得到類似的結果[24]。在Burkitt淋巴瘤細胞中，硼替佐米聯合HDAC6抑制劑tubacin可協同增強細胞凋亡，其機制可能是通過蛋白酶體/沉積體依賴通路[15]。類似的研究認為，硼替佐米與HDAC6抑制劑協同作用可能是因為它們同時抑制蛋白酶體機能并降解沉積體，從而抑制細胞處理錯誤折疊蛋白質的功能，最后引發細胞凋亡[25]。在非霍奇金B細胞淋巴瘤中，單一使用HDAC6或聯合癌基因c-Myc抑制劑會增加細胞凋亡、消除細胞黏附介導的耐藥及抑制集落生成和淋巴瘤生長[26]。

5HDAC6調節細胞免疫

叉頭狀轉錄因子3的調節性T細胞是維持免疫穩態的關鍵，它們數量的減少或功能的減弱都會引發自身免疫性疾病或同種異體移植物排斥。在炎癥及自身免疫性疾病的小鼠模型中，HDAC6抑制劑能促進調節性T細胞的抑制活力，因此HDAC6能促進調節性T細胞抑制自身免疫及移植排斥[27]。此外，HDAC抑制劑能下調α4β1整合蛋白極晚期活化抗原4，減少其與間充質干細胞的黏附，即HDAC抑制劑一方面會損傷干細胞的歸巢，另一方面會增進外周血干細胞的動員，因而可顯著減少急性髓細胞白血病的微小病變殘留[28]。HDAC6抑制劑在抗原呈遞細胞中抑制多種促炎性細胞因子的產生，促進炎性巨噬細胞M1轉變成耐受性M2細胞，減少Toll樣受體信號傳遞，破壞抗原呈遞，減少主要組織相容性復合物Ⅱ及共刺激分子的表達[29]；而且在抗原呈遞細胞中發現，HDAC6能與HDAC11產生動態相互作用，引起白細胞介素(interleukin，IL)10的動態表達變化[30]。在巨噬細胞及樹突狀細胞中，運用基因或藥物阻斷HDAC6會導致IL-10產生減少及炎性抗原呈遞細胞誘導減少；在抗原呈遞細胞中，HDAC6會與信號轉導和轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)形成復合體，HDAC6和STAT3皆被招募到IL-10基因啟動子中相同的DNA序列，通過剔除HDAC6來阻斷復合體形成，會降低STAT3的磷酸化，減少IL-10基因啟動子中STAT3的招募，但是并不改變其乙酰化；此外，選擇性HDAC6抑制劑也能阻斷STAT3/IL-10耐受性軸[31]。另一方面，在運用細菌脂多糖處理的巨噬細胞中，抑制HDAC6來促進微管乙酰化會刺激IL-10的高誘導，并且HDAC6抑制劑也能顯著地保護小鼠免受脂多糖毒性；在HDAC6缺陷的巨噬細胞中運用脂多糖處理后發現，p38激酶信號通路選擇性地放大，導致了依賴特異蛋白1的IL-10的轉錄[32]。

6HDAC6參與錯誤折疊蛋白的聚集

有效地管理錯誤折疊蛋白的聚集是細胞生存的必要條件，它包括3個相互關聯的通路：協助蛋白折疊的分子伴侶機制、降解錯誤折疊蛋白的蛋白酶通路和匯集及傳遞有毒蛋白聚集體至自噬清除的沉積體通路[33]。沉積體形成涉及到微管網絡中貨物蛋白的逆向運輸，并且依賴HDAC6。Salemi等[34]發現，Ran結合蛋白M是沉積體形成的關鍵調節因子，它能與HDAC6相互作用，并抑制其去乙酰化酶的活性。HDAC6也能通過去乙酰化激活皮動蛋白，加入F-肌動蛋白重構機制，促進自噬小體與溶酶體融合，控制蛋白降解，從而導致細胞自噬[33]。此外，微管組織中心運輸未折疊的蛋白至溶酶體，通過自噬使其降解，而α-微管蛋白是微管組織中心的組成部分，抑制HDAC6會降低α-微管蛋白的去乙酰化水平，引起多泛素化蛋白聚集，進而導致細胞凋亡[35]。

7小結

HDAC6作為一種重要的脫乙酰化酶,參與多種細胞功能，特別是能通過不同信號通路促進腫瘤細胞的發生與發展，協助其功能表達，而抑制HDAC6則能從多方面抑制癌細胞的發展，因此HDAC6可作為癌癥治療的靶點。HDAC6的研究也說明了細胞微環境對腫瘤發生及發展的重要性，腫瘤相關研究除了針對基因等方面外，微環境的調節也是不可忽視的。然而，HDAC6與各底物信號通路之間的具體機制還有待進一步的研究。

參考文獻

[1]Kaliszczak M,Trousil S,?berg O,etal.A novel small molecule hydroxamate preferentially inhibits HDAC6 activity and tumour growth[J].Br J Cancer，2013，108(2):342-350.

[2]Lee JH,Mahendran A,Yao Y,etal.Development of a histone deacetylase 6 inhibitor and its biological effects[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2013，110(39):15704-15709.

[3]Blair LP,Yan Q.Epigenetic mechanisms in commonly occurring cancers[J].DNA Cell Biol，2012，31(Suppl 1):49-61.

[4]Greer JM,McCombe PA.The role of epigenetic mechanisms and processes in autoimmune disorders[J].Biologics，2012，6:307-

327.

[5]Hsieh TH,Tsai CF,Hsu CY,etal.Phthalates stimulate the epithelial to mesenchymal transition through an HDAC6-dependent mechanism in human breast epithelial stem cells[J].Toxicol Sci，2012，128(2):365-376.

[6]Zhang X,Yuan Z,Zhang Y,etal.HDAC6 modulates cell motility by altering the acetylation level of cortactin[J].Mol Cell，2007，27(2):197-213.

[7]Tran AD,Marmo TP,Salam AA,etal.HDAC6 deacetylation of tubulin modulates dynamics of cellular adhesions[J].J Cell Sci，2007，120(Pt 8):1469-1479.

[8]Deakin NO,Turner CE.Paxillin inhibits HDAC6 to regulate microtubule acetylation,Golgi structure,and polarized migration[J].J Cell Biol，2014，206(3):395-413.

[9]Williams KA,Zhang M,Xiang S,etal.Extracellular signal-regulated kinase(ERK) phosphorylates histone deacetylase 6(HDAC6) at serine 1035 to stimulate cell migration[J].J Biol Chem，2013，288(46):33156-33170.

[10]Lafarga V,Aymerich I,Tapia O,etal.A novel GRK2/HDAC6 interaction modulates cell spreading and motility[J].EMBO J，2012，31(4):856-869.

[11]Rey M,Irondelle M,Waharte F,etal.HDAC6 is required for invadopodia activity and invasion by breast tumor cells[J].Eur J Cell Biol，2011，90(2/3):128-135.

[12]Penela P,Lafarga V,Tapia O,etal.Roles of GRK2 in cell signaling beyond GPCR desensitization:GRK2-HDAC6 interaction modulates cell spreading and motility[J].Sci Signal，2012，5(224):pt3.

[13]Tu Y,Hershman DL,Bhalla K,etal.A phase I-II study of the histone deacetylase inhibitor vorinostat plus sequential weekly paclitaxel and doxorubicin-cyclophosphamide in locally advanced breast cancer[J].Breast Cancer Res Treat，2014，146(1):145-152.

[14]Zuo Q,Wu W,Li X,etal.HDAC6 and SIRT2 promote bladder cancer cell migration and invasion by targeting cortactin[J].Oncol Rep，2012，27(3):819-824.

[15]Kalin JH,Bergman JA.Development and therapeutic implications of selective histone deacetylase 6 inhibitors[J].J Med Chem，2013，56(16):6297-6313.

[16]Kirsh VA,Peters U,Mayne ST,etal.Prospective study of fruit and vegetable intake and risk of prostate cancer[J].J Natl Cancer Inst，2007，99(15):1200-1209.

[17]Liu B,Mao Q,Cao M,etal.Cruciferous vegetables intake and risk of prostate cancer: a meta-analysis[J].Int J Urol，2012，19(2):134-141.

[18]Gibbs A,Schwartzman J,Deng V,etal.Sulforaphane destabilizes the androgen receptor in prostate cancer cells by inactivating histone deacetylase 6[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2009，106(39):16663-16668.

[19]Wang L,Xiang S,Williams KA,etal.Depletion of HDAC6 enhances cisplatin-induced DNA damage and apoptosis in non-small cell lung cancer cells[J].PLoS One，2012，7(9):e44265.

[20]Wickstr?m SA,Masoumi KC,Khochbin S,etal.CYLD negatively regulates cell-cycle progression by inactivating HDAC6 and increasing the levels of acetylated tubulin[J].EMBO J，2010，29(1):131-144.

[21]Kerr E,Holohan C,McLaughlin KM,etal.Identification of an acetylation-dependant Ku70/FLIP complex that regulates FLIP expression and HDAC inhibitor-induced apoptosis[J].Cell Death Differ，2012，19(8):1317-1327.

[22]Bergman JA,Woan K,Perez-Villarroel P,etal.Selective histone deacetylase 6 inhibitors bearing substituted urea linkers inhibit melanoma cell growth[J].J Med Chem，2012，55(22):9891-9899.

[23]Aldana-Masangkay GI,Rodriguez-Gonzalez A,Lin T,etal.Tubacin suppresses proliferation and induces apoptosis of acute lymphoblastic leukemia cells[J].Leuk Lymphoma，2011，52(8):1544-1555.

[24]Hackanson B,Rimmele L,Benkiβer M,etal.HDAC6 as a target for antileukemic drugs in acute myeloid leukemia[J].Leuk Res，2012，36(8):1055-1062.

[25]Santo L,Hideshima T,Kung AL,etal.Preclinical activity,pharmacodynamic,and pharmacokinetic properties of a selective HDAC6 inhibitor,ACY-1215,in combination with bortezomib in multiple myeloma[J].Blood，2012，119(11):2579-2589.

[26]Lwin T,Zhao X,Cheng F,etal.A microenvironment-mediated c-Myc/miR-548m/HDAC6 amplification loop in non-Hodgkin B cell lymphomas[J].J Clin Invest，2013，123(11):4612-4626.

[27]de Zoeten EF,Wang L,Butler K,etal.Histone deacetylase 6 and heat shock protein 90 control the functions of Foxp3(+) T-regulatory cells[J].Mol Cell Biol，2011，31(10):2066-2078.

[28]Mahlknecht U,Sch?nbein C.Histone deacetylase inhibitor treatment downregulates VLA-4 adhesion in hematopoietic stem cells and acute myeloid leukemia blast cells[J].Haematologica，2008，93(3):443-446.

[29]Song W,Tai YT,Tian Z,etal.HDAC inhibition by LBH589 affects the phenotype and function o human myeloid dendritic cells[J].Leukemia，2011，25(1):161-168.

[30]Cheng F,Lienlaf M,Perez-Villarroel P,etal.Divergent roles of histone deacetylase 6(HDAC6) and histone deacetylase 11(HDAC11) on the transcriptional regulation of IL10 in antigen presenting cells[J].Mol Immunol，2014，60(1):44-53.

[31]Cheng F,Lienlaf M,Wang HW,etal.A novel role for histone deacetylase 6 in the regulation of the tolerogenic STAT3/IL-10 pathway in APCs[J].J Immunol，2014，193(6):2850-2862.

[32]Wang B,Rao YH,Inoue M,etal.Microtubule acetylation amplifies p38 kinase signalling and anti-inflammatory IL-10 production[J].Nat Commun，2014，5:3479.

[33]Yao TP.The role of ubiquitin in autophagy-dependent protein aggregate processing[J].Genes Cancer，2010，1(7):779-786.

[34]Salemi LM,Almawi AW,Lefebvre KJ,etal.Aggresome formation is regulated by RanBPM through an interaction with HDAC6[J].Biol Open，2014，3(6):418-430.

[35]Simms-Waldrip T,Rodriguez-Gonzalez A,Lin T,etal.The aggresome pathway as a target for therapy in hematologic malignancies[J].Mol Genet Metab，2008，94(3):283-286.

The New Developments of the Roles of Histone Deacetylase 6 in Cancer CellsLIUJie，LVCheng-fang，ZHOUJin.(DepartmentofHematology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity，Harbin150001,China)

Abstract:Histone deacetylase 6(HDAC6) is a special isoform of the family of HDAC,and it has many non-histone substrates which allows HDAC6 to assume roles in multiple pathways within the cells.Here summarizes the results of extensive documents of HDAC6,elaborating the roles of HDAC6 in cancer cells from six aspects:HDAC6 contributes to cell motility/migration and invasion,provides chemoprevention,plays a role in DNA damage repair and modulating enzymatic activity,participates in the aggregation of misfolded proteins,regulates cellular immune functions and HDAC6 selective inhibitors induce cell apoptosis,to provide the theory basis for wider HDAC6I clinical application in treatments of cancer.

Key words：Cancer； Histone deacetylase； Development

收稿日期：2014-12-16修回日期：2015-03-19編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.22.022

中圖分類號：R730.22

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)22-4090-04