HDAC-2在COPD治療中的研究進展

黃文鋒 吳嘉冬 李明晶 林業欣 綜述 陳斯寧 審校

(1.廣西中醫藥大學研究生院，廣西 南寧 530001；2.廣西中醫藥大學附屬瑞康醫院呼吸內科，廣西 南寧 530011)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種常見的、可預防、可治療的疾病，具有持續性呼吸系統癥狀和氣流受阻的臨床表現[1]。大多數COPD患者主要由中性粒細胞、巨噬細胞及其他炎癥細胞聚集在氣道和肺組織中引起慢性氣道炎癥，導致糖皮質激素抵抗[2]。因其發病率高，從而加重患者、家庭及社會的精神、經濟負擔[3]。據“全球疾病負擔研究項目(The Global Burden of Disease Study)”估計，隨著全球發展中國家吸煙者人數比例的不斷上升及發達國家老齡化趨勢增快，到2030年，COPD將升居全球死亡原因的第3位，預計死亡人數將接近全球死亡總數的8.5%[4]。年齡和吸煙是COPD和其他疾病的主要危險因素，也是經常導致COPD患者出現多種并存病的因素[5]。 如何較好的控制及治療COPD，是目前許多學者不斷討論的問題，糖皮質激素作為常用的治療藥物，目前發現COPD患者存在糖皮質激素抵抗，且與組蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase-2，HDAC-2)相關[6]。

1 HDAC-2參與調控COPD炎癥因子表達

研究發現組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)參與了許多疾病發生發展過程，包括炎性疾病、衰老、代謝紊亂等。HDAC-2為HDAC家族的亞型蛋白之一，主要存在于細胞核中，在調控細胞生長、炎癥基因的表達等發揮重要作用，低活性可增加組蛋白乙酰化程度并促進炎癥因子表達，也是COPD患者引起糖皮質激素抵抗的主要相關蛋白[7]。Y.Qu等[8]從COPD患者肺組織或支氣管上皮細胞提取蛋白，證實HDAC-2是COPD氣道或肺組織影響炎癥基因轉錄的關鍵調控因子。該研究提示了HDAC-2是COPD廣泛存在的生物標志物之一，組蛋白介導的蛋白修飾在減輕糖皮質激素抵抗中占重要地位。國外學者研究證實組蛋白乙酰化酶(histone acetylase，HAT)與HDAC參與基因轉錄和激活，核心組蛋白的乙酰化活性在染色質基因轉錄活躍區域比非活躍區域高。核心組蛋白分子末端第5個賴氨酸殘基(Lys)通過HAT催化被乙酰化后，發生DNA解聚現象，促進炎癥基因轉錄和炎性蛋白表達。HDAC參與組蛋白去乙酰化，使Lys去乙酰化，帶正電荷且與組蛋白結合以沉默炎癥基因阻斷轉錄[9-11]。因此，越來越多的研究結果表明，發生乙酰化的組蛋白影響細胞的生物學狀態促進炎性基因轉錄，使炎性細胞呈高表達狀態，提示HAT與HDAC的動態平衡調節，關乎到炎性基因的轉錄和炎性反應程度。

2 HDAC-2與COPD的糖皮質激素治療

目前，糖皮質激素廣泛用于延緩或控制COPD患者病情發展，但與治療哮喘相比，可用的抗炎療法由于COPD患者對糖皮質激素的反應降低而減弱或療效有限[12]。糖皮質激素治療COPD時，進入機體后先與糖皮質激素受體(glucocorticoid receptor，GR)的亞型之一GRα結合成GRα-GC復合物，并與發生結構改變的熱休克蛋白90(heat shock protein 90， hsp90)分離進入細胞核，通過增強細胞核內HDAC-2的表達及去乙酰化作用，使染色體結合更緊密，從而抑制炎癥基因的轉錄與表達[13-14]。在煙霧、環境等有害顆粒產生的氧化應激反應及促炎癥因子形成等作用下，糖皮質激素核轉移減少和組蛋白去乙酰酶活性減弱，去乙酰化作用降低，抑制促炎性基因表達的能力受損，使糖皮質激素作用降低形成糖皮質激素抵抗現象[15]。賴天文[16]研究提出，健康非吸煙受試者痰液細胞中的HDAC-2明顯高于COPD患者，而經煙霧顆粒暴露下的患者HDAC-2表達水平受抑制，從該研究中可得出煙霧顆粒刺激形成的氧化應激反應使HDAC-2表達降低，且相關炎癥因子表達較正常組高，明顯減弱了糖皮質激素作用。因此，針對糖皮質激素受體激活途徑及調節HDAC-2的治療可能逆轉COPD患者的糖皮質激素抵抗。HDAC通過發生去乙酰化過程后與多種轉錄因子(如炎性轉錄因子核因子，NF-κB)發生效應，使炎癥蛋白的表達下降[17]。轉錄因子在參與細胞炎癥、免疫反應和細胞存活的細胞因子、趨化因子和粘附分子的表達中起重要作用[18]。香煙煙霧暴露等復雜因素刺激下引起的氣道慢性炎癥機制是COPD主要發病機制之一，而驅動COPD相關的炎癥中起著關鍵的因素，如氧化應激，這些都可導致NF-κB活化及抗蛋白酶防御受損，自身抗體產生，通過滅活HDAC-2引起激素抵抗而放大炎癥反應[19-20]。伊園等[21]經動物實驗證明，使用HDAC阻斷劑可削弱生理濃度的糖皮質激素對脂多糖誘導的TNF-α、IL-1β等炎癥因子的抑制作用。孫雪皎[22]研究亦表明，增加HDAC-2的表達可以減輕煙霧顆粒暴露下人單核細胞的激素抵抗。對于上調COPD患者HDAC-2減輕糖皮質激素的抵抗，目前研究認為主要是通過抑制患者體內炎癥因子(IL-8、IL-17、TNF-α、MCP-1等)釋放從而減輕炎癥反應。而相關的機制是通過減少HDAC-2磷酸化，抑制NF-κB信號通路，從而減輕COPD患者體內的炎癥反應，逆轉對糖皮質激素的抵抗[23]。因此，組蛋白去乙酰化過程參與了糖皮質激素的抗炎效應，這也是為什么如今可以考慮通過恢復HDAC-2活性以逆轉糖皮質激素的抵抗，從而為COPD的治療帶來新的策略。

3 參與調節HDAC-2的常用西藥

COPD相關藥物治療中，參與HDAC-2調節的西藥主要有大環內酯類、茶堿、抗氧化劑等。HDAC-2活性的降低會影響COPD患者對激素治療的敏感性，導致疾病無法得到緩解，藥物使用效果欠佳。因此，在臨床上，我們認為能否通過運用大環類脂類、茶堿、抗氧化劑等藥物上調COPD患者體內細胞對HDAC-2的表達，從而產生對糖皮質激素的增敏作用，逐步形成聯合用藥體系，以達到最佳血藥濃度治療COPD的治療效果。

3.1大環內酯類藥物對HDAC-2的調節 大環內酯類藥物有上調HDAC-2表達的作用。大環內酯類藥物可通過抑制NF-κB或磷酸肌苷3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/Akt及其他轉錄因子來抑制炎癥基因表達降低炎癥因子釋放，這種抗炎癥作用機制可能與其他抗生素作用無關[24]。L.J.Miao等[25]研究發現，大環內酯類藥物可通過上調機體HDAC-2蛋白的表達，抑制炎癥因子如IL-8、MCP-1的釋放，且HDAC-2的下降與IL-8、MCP-1等炎癥因子表達增高呈負相關，通過HDAC-2介導的組蛋白修飾在COPD炎癥反應中有積極作用。S.Mikura等[26]動物實驗表明，在肺氣腫模型中，紅霉素可以緩解氣道、肺實質和肺血管系統的炎癥，保護肺泡的結構完整，支氣管肺泡灌洗液中的炎癥細胞(如嗜中性粒細胞、淋巴細胞和巨噬細胞)明顯減少。M.Li[27]等在一項細胞實驗中提出，HDAC-2具有調節染色質結構從而影響炎癥基因表達，并且證實紅霉素可以通過增加由香煙煙霧提取物(CSE)損害的HDAC-2蛋白表達來逆轉糖皮質激素抵抗。該研究提示，大環內酯類藥物調節HDAC-2緩解COPD患者慢性氣道炎癥的治療方法是有療效的。高增艷[28]以Western-bolt法測定COPD模型的肺組織中HDAC-2的表達，結果顯示COPD模型組大鼠HDAC-2表達量減少。然而，經紅霉素處理后，HDAC-2在大鼠體內的活性增加，糖皮質激素抗炎作用增強，從而逆轉糖皮質激素的抵抗，這可能與PI3K信號通路有關。Y.Kobayashi[29]等采用一種新型大環內酯類藥物(SOL，CEM-101)作用于經氧化應激刺激的U937細胞，發現其能抑制PI3K途徑增加組蛋白去乙酰化酶HDAC-2活性，且在動物實驗中驗證了該藥物聯合使用抑制嗜中性粒細胞作用效果優于單用糖皮質激素。這意味著大環內酯類藥物可以上調HDAC-2改善COPD患者出現的糖皮質激素抵抗現象，可能成為治療COPD炎癥控制的一個新靶點。

3.2茶堿對HDAC-2的調節 在臨床上使用茶堿治療COPD已有數十年歷史，但因其不良反應多而被其他藥物替代，使得茶堿類藥物無法在臨床上廣泛運用。近些年，學者們在臨床及實驗上研究低劑量茶堿的應用價值，并證實小劑量茶堿聯合糖皮質激素治療COPD取得較好的治療效果，其作用主要依靠干預糖皮質激素抗炎機制提高治療療效[30]。運用茶堿治療COPD時，可降低中性粒細胞的趨化性、黏附性、脫粒性，可以直接松弛支氣管平滑肌，還可通過刺激氣道纖毛的擺動頻率并促進小氣道黏液分泌來改善纖毛的清除功能。茶堿的運用，尤其對茶堿的濃度使用有嚴格要求，大劑量的茶堿運用會給COPD患者帶來嚴重的副作用，甚至是出現茶堿中毒癥狀，與之相反，低劑量聯合糖皮質激素使用則被證明在抑制COPD的氣道炎癥方面是有效的且安全的[31]。提示目前臨床上使用低劑量茶堿抑制炎癥是否安全得到保障。T.Yasuo等[32]研究證實氧化應激處理降低了HDAC-2的活性，而茶堿聯合地塞米松通過阻斷PI3K通路δ亞型減輕組蛋白乙酰化，從而抑制炎性基因的轉錄，提示了茶堿的聯合使用在恢復HDAC-2活性，逆轉COPD的糖皮質激素抵抗發揮重要作用。X.Sun等[33]研究發現，茶堿可通過激活HDAC-2蛋白活性恢復由煙霧顆粒誘導的糖皮質激素敏感性，且使HDAC-2活性恢復至控制水平與低劑量茶堿相關而非高劑量。王曉晟等[34]研究觀察中得出，與單用糖皮質激素相比，茶堿聯合糖皮質激素治療的患者肺功能、CAT評分均明顯改善，此外，HDAC-2在外周血單核細胞活性顯著高于單用糖皮質激素，進一步證實茶堿能夠恢復HDAC-2活性增加COPD患者本身對糖皮質激素的敏感性。基于這一理論可知，茶堿的聯合應用可能是提高糖皮質激素治療COPD抗炎療效的有效途徑之一。

3.3抗氧化劑對HDAC-2的調節 在感染性疾病中，由于機體氧化和抗氧化失衡導致氧化應激損傷加重，所以當COPD患者處于慢性期合并感染時，氧化應激損傷程度則更嚴重。呼吸道最重要的抗氧化劑是過氧化氫酶，位于下呼吸道上皮內襯液，且覆蓋了氣道上皮細胞，煙霧顆粒穿透上皮內襯液屏障后，到達氣道上皮細胞并破壞氣道結構[35]。應用抗氧化劑干預COPD實驗[36]中提出氧化應激能增強組蛋白乙酰化，激活炎性基因轉錄可引起HDAC-2上的酪氨酸殘基被硝化，導致其失活、泛素化和降解。目前，一項研究[37]表明，使用抗氧化應激劑依達拉奉治療COPD中指出，依達拉奉聯合布地奈德組血清及肺泡灌洗液中轉錄因子NF-κB、TNF-α及炎性因子IL-17，均低于布地奈德組。因此，我們可得出，抗氧化作用可降低機體炎癥反應，改善機體對糖皮質激素的抵抗且其機制與HDAC-2的調節有關。谷胱甘肽合成的底物N-乙酰半胱氨酸(NAC)是當前內源性抗氧化劑中應用較為廣泛且能阻斷組織損傷的黏液溶解劑，NAC的黏液和抗氧化作用在COPD的治療中具有重要的價值，聯合應用糖皮質激素可以顯著降低COPD患者惡化的幾率[38]。另外，H.N.Tse 等[39]試驗表明，高劑量NAC治療一年可顯著改善小氣道功能，降低COPD患者的發作頻率，提示使用NAC治療COPD可能是有益的。

4 小結與展望

COPD治療中的糖皮質激素抵抗機制一直作為學術研究的焦點。如今，諸如大環內酯類、茶堿、抗氧化劑等藥物可通過上調COPD患者體內的HDAC-2活性提升機體對糖皮質激素抗炎敏感性，此外還有其他類型藥物，如：趨化因子受體拮抗劑、PI3K抑制劑等均能通過相關機制減輕糖皮質激素抵抗，但相關藥物均未進入臨床試用階段。亦有研究[40]發現，部分中藥有效成分如：姜黃素等可抑制P38/NF-κB等信號通路減輕COPD患者炎癥釋放，提示部分中醫藥可能是減輕COPD患者糖皮質激素抵抗的有效途徑之一。在臨床上，糖皮質激素是治療COPD的重要藥物，但患者容易出現糖皮質激素抵抗降低了疾病的治療效果，這也成為當今治療COPD的一個難點。對于目前臨床及實驗研究中，提高HDAC-2蛋白表達的西藥研究主要集中在大環類脂類藥物、茶堿、抗氧化劑等方面，與糖皮質激素合用能夠提高糖皮質激素抗炎癥效應，并使COPD患者使用同等劑量達到更好治療效果。期待新型茶堿、激素制劑及其他能增加HDAC-2活性藥物研究發展，為今后COPD應用糖皮質激素治療展開新的領域。