組蛋白去乙?；讣捌湟种苿┡c結直腸癌的關系

何佩珊，龍嘉莉，何清蓮，殷玉婷，廖燕秋，雷 雪，李紫琪，朱 偉 （廣東醫科大學，廣東東莞 523808）

提 要：表觀遺傳學異常與腫瘤的關系一直備受關注。近年研究顯示，翻譯后修飾在腫瘤發生和發展過程中起重要作用。組蛋白去乙?；?HDACs)可在轉錄和翻譯后水平調節細胞內穩態。該文綜述了結直腸癌中HDACs在翻譯后修飾水平的致癌機制及HDACs抑制劑的應用前景。

2018年最新數據顯示，結直腸癌(Colorectal Cancer，CRC)的全球發病率在36種常見癌癥中居第3位，占所有癌癥病例的6.1%，死亡病例占所有癌癥死亡數量的5.8%[1]。CRC的發病原因尚未明確，基因突變是公認的致癌因素。隨著研究的深入，大量實驗表明表觀遺傳修飾中參與翻譯后修飾(Posttranslational Modifications，PTMs)的乙?；饔门cCRC的發生發展密不可分[2]。其中，組蛋白去乙?；?Histone Deacetylase，HDACs)是一類蛋白酶，在人體中可以使染色質致密，抑制mRNA的合成，或通過調控轉錄因子、原癌基因和信號介質等發揮翻譯后修飾作用，調節細胞內穩態[3]。而組蛋白去乙?；敢种苿?Histone Deacetylase Inhibitor,HDACi)則在HDACs轉錄和翻譯水平上發揮抑制作用。本文就HDACs在CRC方面的作用機理以及HDACi的應用前景作一綜述。

1 HDACs和HATs與CRC的關系

HDACs催化去除組蛋白或非組蛋白底物上的乙酰基，影響基因轉錄或蛋白穩定性，而HDACs過表達后，可通過使抑癌基因沉默等途徑誘導腫瘤的發生[4]。組蛋白乙?；?Histone Acetyitransferases，HATs)是一類促進轉錄的酶，可以可逆性地將乙酰輔酶A的乙?；D移到組蛋白氨基末端特定賴氨酸殘基，抑制組蛋白與DNA結合，激活轉錄和表達[2]。HDACs和HATs在人體內相互作用，保持動態平衡，任何一方過表達或抑制都將打破增殖與凋亡的平衡，引發腫瘤。通常，根據哺乳動物分類把HDACs家族分為4類18個亞型：(1)HDAC Ⅰ類，與酵母還原性鉀依賴蛋白3(Deacetylase Reduced Potassium Dependency-3，Rpd3)同源，包括HDAC1、2、3、8，可誘導細胞增殖，抑制細胞分化和凋亡，在CRC細胞中可見HDAC1、2、3的異常表達，但在不同細胞系的表達量有明顯差異；(2)HDAC Ⅱ類，與酵母組蛋白去乙酰基1(Histone Deacetylases-1, Hda1)同源，分Ⅱa(包含HDAC4、5、7、9)和Ⅱb(包含HDAC 6、10)兩個亞型，其中HDAC4、5、7的上調已被證明與誘導CRC血管生成有關，HDAC6的高表達與CRC預后不良有關；(3)HDAC Ⅲ型，是酵母去乙酰酶沉默信息調節器2家族(Deacetylase Silent Information Regulator-2, Sir2)在哺乳動物中的類似物，包括SIRT1到SIRT7，其中SIRT1的過表達或下調影響CRC的進展；(4)HDAC Ⅳ類，只包含HDAC 11，目前認為其與腫瘤發生無關[5]。

2 HDACs的作用機制

2.1 HDAC-p53通路

野生型p53(wtp53)是一種抑癌基因，細胞在應激狀態下產生的信號能誘導wtp53過表達并在細胞核內大量積累，通過G1/S期阻滯或G2/M期阻滯減慢細胞分裂并進行DNA修復，修復失敗則誘導細胞凋亡[6]。然而，p53在腫瘤中最常出現突變，突變型p53(mutp53)在CRC中陽性檢出率極高，增高的mutp53提示CRC患者預后不良[7]。Alzoubi等[8]發現，HDAC2 和mutp53的過表達與CRC的預后不良呈相關性。在多種癌癥中HDAC1、2、3的致癌通路都有wtp53的參與[2]。在CRC中，HDAC2可以與wtp53結合并抑制wtp53的功能，使癌細胞免于凋亡，而足量的HATs 能使wtp53乙?；⑴cHDAC2分離且誘導癌細胞凋亡，因此HDACs和HATs量的平衡是wtp53發揮抑癌基因功能的重要因素[9]。

KRAS(CIP1/WAF1，p21)屬于RAS基因家族成員之一，是一種細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(CDK Inhibitor，CKI)，同時也是p53重要的下游靶點。有研究發現，HDAC4可以通過特異性蛋白1(Specificity Protein 1，SP1)介導，募集在KRAS啟動子上并抑制KRAS的轉錄，促進CRC細胞的生長和生存[10]。還有文獻指出HDAC4也可以直接影響p53的結構和功能[11]。由此可見，HDAC4可能單獨抑制KRAS轉錄或通過抑制p53/KRAS途徑阻止G1/S期停滯，促進CRC細胞的增殖。而Huang等[12]則發現敲低HDAC2誘導KRAS上調并進一步引起細胞凋亡的過程無需p53參與，其復雜的分子機制有待進一步的研究。此外，其他分型的HDAC與p53通路的機制尚未見有文獻報道。

2.2 HDAC-EGFR通路

表皮生長因子受體(Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR)屬酪氨酸激酶型受體，其結構包含胞外配體結合域、輸水跨膜區和胞質酪氨酸激酶域，最早在20世紀80年代被發現并認為其突變或過表達可引發腫瘤[13]。例如，EGFR胞外配體結合域與鈉依賴性葡萄糖轉運蛋白(Sodium-glucose Cotransporter 1，SGLT1)整合并介導葡萄糖跨細胞膜轉運，調節腫瘤細胞內葡萄糖水平，當EGFR下調時可使SGLT1表達缺失，導致腫瘤細胞內葡萄糖水平降低，直接影響腫瘤細胞生長[14]。磷酸肌醇3-激酶(PI3K)、雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、信號轉導和轉錄激活因子3(Signal Transducers and Activators of Transcription 3, STAT3)和自噬相關基因Beclin1都是EGFR下游通路的重要信號分子，EGFR酪氨酸激酶域與配體結合并激活EGFR二聚化作用后主要調節Ras和Beclin1促進細胞自噬，通過PI3K-PDK1-AKT-mTOR和STAT3相關信號通路調控細胞自噬[15]。以上通路的異常激活可促進CRC細胞的增殖和發展。

Chou等[16]研究顯示，CREB結合蛋白(CREB-binding Protein, CBP/CREBBP)、SP1和HDAC3可能是EGFR啟動子的開關，共同促進EGFR的轉錄，影響CRC的預后。此外，HDAC4可能通過激活細胞外調節蛋白激酶(Extracellular Regulated Protein Kinases 1/2, ERK1/2)通路使上皮滲漏相關蛋白緊密連接蛋白2(Claudin-2)表達增加，而過表達的Claudin-2參與調控CRC細胞的侵襲和轉移[17]。以上研究表明，HDACs可通過多種途徑上調EGFR，促進CRC的發生發展。

2.3 HDACs相關的其他通路

DNA損傷相關蛋白(Ku70)在生理情況下與水溶性相關蛋白Bax和HDACs相互結合，防止游離的Bax進入線粒體，促進細胞的凋亡[13]。據文獻報道，在CRC中HDACi可以誘導Ku70乙?；?，使Bax蛋白游離并促進細胞凋亡[18]。這提示HDACi發揮了HATs的作用，再次驗證了HDACs和HATs量的平衡在CRC發生中的重要性。Minucci等[9]提出，HDAC6在胞質內大量激活熱休克蛋白90(Heat Shock Protein 90，HSP90)并與蛋白相互結合，穩定和保護腫瘤細胞靶蛋白分子構象。研究發現CRC中HDAC6上調可影響CRC的預后，其中可能涉及HDAC6與HSP90相關通路，但具體機制仍需更深入的研究[19]。

3 HDACi作用機制與應用前景

HDACi是一類可以干擾HDACs作用的化合物，其通過基因水平和蛋白水平抑制細胞內應激反應通路、增加活性氧的產生等抑制癌細胞的增殖并阻斷血管生成，以其毒性小、特異性強的特點一直備受關注[20]。一般根據化學結構將HDACi分為4類：(1)羥肟酸類，包括曲古抑菌素A(TSA)、伏立諾他(SAHA)、帕比司他(LBH589)、貝利司他(PXD101)；(2)環肽類，包括羅米地辛(FK228)；(3)聯苯酰胺類，包括恩替諾特(MS-275)和MGCD0103；(4)短鏈脂肪酸類，包括丙戊酸(VPA)、苯基丁酸(PBA)和丁酸鹽[21]。

3.1 HDACi的常見應用

恩替諾特、丙戊酸等藥物在CRC細胞中被證實其能通過介導p53的DNA損傷應答作用等途徑發揮抗癌作用[22]。伏立諾他可通過下調胸苷酸合酶(Thymidylate Synthase, TS)表達抑制mutp53的表達，經伏立諾他處理后的CRC細胞出現KRAS上調和乙?；M蛋白H3和H4增加現象，且呈時間和劑量依賴性[23]。但有學者發現，伏立諾他對包括CRC在內的實體腫瘤敏感性差，該現象可能與mutp53的上調有密切聯系[24]。這提示mutp53可能在CRC中通過其他調節軸削弱伏立諾他的療效，具體機制有待進一步研究。

研究表明，低濃度丁酸鹽可激活BAX/BCL2通路刺激腫瘤細胞凋亡，發揮抗腫瘤增殖作用[25]。丁酸酯是丁酸鹽的化學合成產物，十字花科蔬菜產生的蘿卜硫素是一種類似丁酸酯的HDACi，在CRC細胞和小鼠模型中具有抗癌特性[26]。Waby等[27]發現丁酸鹽促進SP1乙?；⒓せ頚RAS啟動子，通過細胞周期停滯影響CRC細胞生長。由此可見，丁酸鹽可通過多種途徑發揮作用，在CRC治療的研究中占重要地位。

KRAS還是EGFR重要的下游調控基因，野生型KRAS上調是CRC治療效果的有效指標，但突變型KRAS可不受EFGR調控而直接激活RAS-ERK通路產生效應。正常情況下，EGFR激活產生活化的野生型KRAS被快速滅活，而在KRAS突變的腫瘤細胞中EGFR的持續激活加速腫瘤細胞的增殖[28]。目前針對EGFR蛋白的靶向治療藥物仍以非HDACi藥物占主導，如西妥昔單抗和帕尼單抗[29]，但由于進一步的研究發現KRAS突變體可以直接繞過EFGR通路激活ERK/AKT磷酸化，削弱非HDACi的作用，使耐藥性問題日漸凸顯，故迫切需要尋求更有效的藥物療法。研究表明，聯合酪氨酸激酶抑制劑拉帕替尼和HDACi帕比司他處理發揮協同作用以抑制CRC細胞的增殖和集落形成。同樣，在LoVo細胞KRAS突變體CRC異種移植模型中，這兩種藥物組合作用比任何一種單獨的藥物顯示出更強的抗腫瘤活性[30]。故深入研究HDACi藥物的作用機理對CRC治療有廣闊的前景。

HDACi6能使HSP90發生乙?；揎棧魅鮄SP 90對腫瘤細胞蛋白的保護作用，還可以使HSP90的三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate，ATP)功能失活，導致HSP90介導的信號通路被破壞[31]。帕比司他單獨使用時，可通過促進組蛋白H3和H4及HSP90的乙?；瘉戆l揮作用。17-AAG是一種 HSP90抑制劑，其與帕比司他聯合用藥抗腫瘤的效果更佳[32]。17-AAG已經進入II期臨床試驗，而帕比司他仍處于I期評估階段，其在CRC的作用仍有待觀察。

3.2 HDACi的免疫療法

HDACi是強有力的免疫增強抗腫瘤藥物，能提高單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞啟動細胞凋亡的效率，如提高NKG2D(NK-gene 2D)配體在CRC細胞的表達，因此利用HDACi可作為腫瘤免疫治療的輔助藥物[33]。HDACi還能增加癌細胞免疫原性，如使用伏立諾他和帕比司他藥物處理后，CRC細胞可在完整的免疫系統作用下誘導免疫原性死亡[34]。然而，由于伏立諾他、丙戊酸等藥物在一定條件下對自然殺傷(NK)細胞有毒性，具有雙重作用，故HDACi治療方案的選擇必須慎重，且需要更多的研究對其作用加以驗證。

Okada等[35]研究發現，FK228與5-FU聯合使用可使主要組織相容性復合體Ⅱ(MHC Ⅱ)類分子和KRAS蛋白表達增加，誘導細胞周期阻滯，使CRC對化療作用更敏感。有學者認為，HDACi可輔助細胞因子、抗原呈遞組分和T細胞亞群的作用共同調節腫瘤微環境，利用免疫抑制劑聯合化學免疫療法有望對CRC以及其他腫瘤患者的治療起到良好的效果[36]。另外，丁酸鹽可通過抑制巨噬細胞下調促炎細胞因子，調節腸道免疫系統維持腸道穩態[37]。然而，目前HDACi治療CRC未在臨床進行大范圍使用，仍需大量研究來論證其作用效果和安全性。

4 展望

表觀遺傳學在癌癥診斷和治療方面的應用，尤其是乙酰化作用在抗癌中的應用越來越為廣大學者們所熱衷。HDACs作為乙?；饔眠^程中重要的蛋白酶，通過多種細胞通路誘導或促進CRC的發生和發展，其中還有大量未知及復雜的通路有待挖掘和研究。HDACi具有抗腫瘤作用強和不良反應小的特點，在藥物治療方面彰顯了極強的優勢，同時在CRC免疫療法方面也有很好的協同作用，有望被廣泛應用于CRC的臨床治療。深入研究基于乙?；饔玫寞煼?，對CRC患者的治療和生存期的延長方面具有重要臨床意義。