組蛋白去乙酰化酶與支氣管哮喘的關系

劉慶清，王榮麗

(西南醫科大學附屬醫院，四川瀘州646000)

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組蛋白去乙?；概c支氣管哮喘的關系

劉慶清，王榮麗

(西南醫科大學附屬醫院，四川瀘州646000)

組蛋白去乙酰化酶(HDAC)是一類廣泛存在于真核細胞中的蛋白酶，通過使組蛋白去乙?；鴮虮磉_調控起重要作用。支氣管哮喘患者由于氧化應激、Th1/Th2失衡，肺組織中HDAC的活性降低。HDAC可通過維持Th1/Th2平衡、使糖皮質激素受體去乙?；?、調節調節性T細胞的功能在支氣管哮喘的發病及治療中發揮作用。

支氣管哮喘；組蛋白去乙?；福槐碛^遺傳學

支氣管哮喘(哮喘)是一種由遺傳和環境因素造成的慢性氣道炎癥性疾病。T淋巴細胞群的不平衡效應在氣道炎癥的發展過程中起重要作用[1]，其中主要是由Ⅱ型輔助性T細胞(Th2)免疫應答介導的炎癥。近年來研究表明，表觀遺傳學在哮喘的發病中也可能起重要作用[2]，即環境因素可以通過引起機體表觀遺傳學變化，從而在哮喘的發病過程中起重要作用。表觀遺傳學機制涉及DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA等，可以較好地解釋遺傳與環境的相互作用。研究認為，組蛋白去乙?；?HDAC)是炎癥基因誘導及細胞增殖的重要始動因素[3]，提示其在哮喘的發生發展過程中可能起一定作用，本研究對此作一綜述。

1 HDAC及其基因的表達

核小體由DNA和核心組蛋白構成。組蛋白不同的氨基酸殘基可被不同的轉錄后修飾來調節[4]。其中乙酰化修飾是由組蛋白乙?；D移酶(HAT)和HDAC來調節的。HAT通過使組蛋白特殊的賴氨酸殘基乙?；?，其電荷發生改變，核小體由緊密變得松弛，進而與DNA的親和力降低，壓縮的染色質變得松散，使轉錄因子易與DNA結合，促進炎癥基因的表達。而HDAC則與HAT相反，可以抑制基因的表達。此外，HAT與HDAC還可以與一些非組蛋白如基因轉錄因子、共調節因子以及DNA修復蛋白相互作用。HAT/HDAC的可逆性修飾可使部分信號通路分子改變或者影響部分基因轉錄，在哮喘的發生、發展過程中起重要作用。

2 HDAC與哮喘的關系

2.1 HDAC抑制哮喘的發生 哺乳動物的HDAC分為四類。Ⅰ類HDAC(HDAC1～3，8)存在于細胞核內，并且在所有細胞中廣泛表達。Ⅱ類HDAC(HDAC 4～7，9，10)主要在細胞質中表達，根據細胞類型不同表現為特異性。Ⅲ類HDAC是尼克酰胺腺苷酸依賴的去乙酰化酶Sirtuins(SIRT 1～7)，SIRT1、6、7存在于細胞核內，SIRT2主要在細胞質中，SIRT 3～5存在于線粒體中[5]。Ⅳ類HDAC只包含1個成員HDAC11，主要在細胞核中表達，表達具有組織特異性。

哮喘是由多種細胞和細胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病，涉及氣道高反應性，若長期反復發作，可導致氣道重塑。有研究發現，在哮喘患者的氣道標本及肺泡灌洗液的巨噬細胞中，HAT活性升高，HDAC活性降低，與正常對照組相比差異有統計學意義；且哮喘患者體內乙酰化程度升高與炎癥細胞、炎癥介質增多密切相關[6]。李羚等[7]采用卵清白蛋白(OVA)致敏構建哮喘小鼠模型，結果顯示，哮喘組HDAC活性較其余組均降低，而HAT活性較激素治療組明顯升高。有研究表明，內源性HDAC活性對維持Th1細胞免疫應答和T型細胞免疫應答平衡及抑制過度Th2細胞免疫應答起至關重要的作用[8]。說明HDAC活性與哮喘的發生有關，哮喘患者HDAC的活性降低。有研究利用OVA誘導哮喘BALB/c小鼠模型，發現在肺泡灌洗液中HDAC活性與Th2細胞相關的細胞因子IL-4、IL-5和IL-13呈負相關，而HAT的活性與IL-13呈正相關[9]。HDAC或HAT與細胞因子的關系在細胞培養中也同樣存在，在細胞培養中與Th1細胞相關的細胞因子IFN-γ的水平與HDAC的活性呈正相關，說明HDAC活性涉及維持Th1/Th2的平衡，避免了Th2細胞免疫的過度表達，Th2細胞相關細胞因子減少，氣道炎癥得到改善，從而抑制了哮喘的發生。

2.2 HDAC抑制哮喘發生的機制

2.2.1 維持Th1/Th2平衡 最近研究顯示，HDAC在Th1/Th2反應的產生與維持過程中起重要作用。有研究用特異性的HDAC1基因敲除的T淋巴細胞小鼠構建一個體內過敏氣道炎癥反應模型，結果顯示Th2細胞型哮喘的所有關鍵因子都增加，氣道內炎癥反應加重、嗜酸性粒細胞趨向增多、黏液高分泌、肺實質炎癥，同時出現了氣道抵抗。由Th2細胞介導的IL-4也增多，這說明缺乏HDAC1與提高Th2型細胞因子產生有關聯[6]。應用非選擇性HDAC抑制劑曲古抑菌素A(TSA)可以使T淋巴細胞乙?；黾樱瑑A向于Th2細胞反應，使Th1細胞與Th2細胞的平衡打破[10]，從而誘發哮喘。但HDAC在維持Th1/Th2平衡的作用有待進一步研究。

2.2.2 使糖皮質激素受體(GR)去乙?；?在哮喘發生發展過程中，氧化應激通過誘導炎癥基因表達從而產生氣道炎癥。其中氧化還原敏感的核因子κB(NF-κB)通過激活細胞因子，在炎癥中扮演著重要角色。糖皮質激素的抗炎作用涉及抑制NF-κB介導的基因轉錄，這也與轉錄后修飾(包括HAT/HDAC修飾)使染色質重構有關[11]。HDAC可以使GR去乙?；?。GR通過招募HDAC2與NF-κB、AP-1轉錄因子形成復合物，從而抑制促炎基因表達炎癥相關蛋白質[12]，減輕了哮喘患者氣道炎癥反應。

2.2.3 調節調節性T細胞(Treg)的功能 過敏性哮喘是以亢進的Th2細胞免疫應答為主要特點，Treg能夠抑制Th2細胞免疫應答，從而防止哮喘的發生。已有研究表明，FOXP3叉頭結構域乙酰化后與IL-2基因啟動子結合，從而使IL-2的表達降低，Treg的功能得以有效發揮[13]。Treg內的FOXP3以一種復合體形式存在，該復合體內含有HAT及HDAC。FOXP3的活性是由HAT和HDAC轉錄后修飾調節的，FOXP3在HAT作用下乙酰化，而在HDAC作用下去乙?；?，從而分別增強或者抑制其活性[14]。研究表明，基因缺失或敲除至少兩個Ⅱa類HDAC(HDAC7和HDAC9)，能使Treg在體內和體外的抑制功能增強[15]，提示HDAC通過調節Treg的功能來影響氣道炎癥。

2.3 HDAC在哮喘治療中的作用

2.3.1 1,25-二羥維生素D31,25-二羥維生素D3[1,25-(OH)2D3]是維生素D3的生物活性代謝產物，是一種已知的參與礦物質代謝和骨骼平衡的甾體類激素。研究表明，在哮喘患者中如存在低水平的血清維生素D，會損害患者肺功能、增加氣道高反應及糖皮質激素依賴性[16]，但其分子轉錄機制仍不清楚。Zhou等[17]建立OVA致敏哮喘小鼠模型，研究結果顯示，OVA致敏哮喘小鼠中相應的細胞因子、HDAC水平降低，而NF-κB升高。用1,25-(OH)2D30.25 μg處理OVA致敏哮喘小鼠后，其肺泡灌洗液中炎癥因子水平和氣道炎癥反應降低;1,25-(OH)2D3處理組和預處理組NF-κB p65 mRNA、蛋白表達降低，而HDAC2 mRNA、蛋白表達及酶活性增加。此外1,25-(OH)2D3和地塞米松對細胞因子釋放、NF-κB p65表達的抑制、HDAC2表達及活性的增加有協同作用。在1,25-(OH)2D3聯合地塞米松治療組HDAC2的表達高于單獨用地塞米松治療。提示1,25-(OH)2D3可能通過提高HDAC2水平來增強糖皮質激素的功能。因此推斷1,25-(OH)2D3和地塞米松在增加HDAC2的表達和提高其酶活性方面可能存在協同效應。以上提示1,25-(OH)2D3在治療哮喘中可能通過激活HDAC2來發揮作用[17]，但關于維生素D3是否參與HDAC的調節以及如何參與尚不清楚。

2.3.2 HDAC抑制劑 糖皮質激素和β受體激動劑是目前治療哮喘的主要手段，但二者不直接對氣道重塑起作用，如氣道壁結構改變、纖維化或者氣道上皮的敏感性和損傷[18]。HDAC抑制劑對HDAC和非組蛋白有特定的、廣泛的作用。其中一些制劑現在已用來治療腫瘤，但越來越多的研究認為其在治療哮喘方面也有一定作用。Banerjee等[19]的研究表明，在小鼠哮喘模型中TSA可以減輕由乙酰甲膽堿誘導的氣道高反應，而不改變肺泡灌洗液中淋巴細胞數和細胞因子水平。并證實TSA在人類肺組織活檢中有減少細胞內鈣離子濃度和對抗支氣管收縮的作用。說明TSA在對抗炎癥方面無作用，而是直接影響氣道平滑肌的收縮。這與Choi等[20]的研究結果相反，Choi等認為在抗原誘導哮喘小鼠模型中，TSA能抑制氣道炎癥，包括嗜酸性粒細胞數和肺泡灌洗液中IL-4的水平。結果不同可能與TSA的使用劑量不同及其治療時間長短有關。目前對經典的HDAC Rpd3/Hda1蛋白家族抑制劑的研究已較為廣泛和深入，該抑制劑能夠通過多種途徑殺傷腫瘤細胞[21]。目前已發現多種抑制劑能夠在微摩爾或納摩爾水平上有效抑制HDAC的酶活性，并且已經進入臨床試驗階段。TSA在哮喘中的擴張支氣管作用與抗癲癇藥丙戊酸(廣譜HDAC抑制劑)的效果一致，用丙戊酸處理的小鼠缺氧模型中發現，丙戊酸能夠減少血管重塑和纖維化[22]。另有研究表明，丙戊酸通過干擾B細胞增殖來抑制初始B細胞向漿細胞分化，提示丙戊酸可通過影響B淋巴細胞而發揮廣譜抗炎效應[23]。Ichikawa等[24]在OVA激發哮喘小鼠模型的研究中表明，SIRT1激活劑SRT1720和白藜蘆醇可以抑制脾細胞產生腫瘤壞死因子α和IL-6，同時也減少脾細胞增殖。此外SRT1720能減少肺部炎性滲出和細胞因子的產生。

哮喘是一種異質性的多因素疾病，隨著對表觀遺傳學的深入研究，環境因素影響基因的表達也越來越受到重視。表觀遺傳學認為環境與機體相互作用導致哮喘發生，其中以組蛋白乙酰化/去乙酰化修飾為主。這為哮喘的發生發展、治療等提供了新的靶點。在哮喘患者中，HDAC的表達或活性可能降低，但組蛋白乙酰化/去乙酰化修飾與其他炎癥因子、轉錄因子等相互影響、相互作用的機制仍需進一步闡明。目前相關研究多限于動物實驗和細胞實驗，其在臨床上的療效還需進一步研究。

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王榮麗(E-mail：scybwrl@sina.com)

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