組蛋白去乙酰化酶11在腫瘤中的研究進展△

盧迪，葛祥偉，翟今朝，馬志強，汪進良#

1解放軍醫(yī)學(xué)院研究生院，北京 100853

2解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心腫瘤醫(yī)學(xué)部腫瘤內(nèi)科，北京 100071

隨著基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、基因工程等技術(shù)的發(fā)展以及分子靶向、免疫和表觀遺傳學(xué)在腫瘤治療領(lǐng)域中的應(yīng)用，臨床腫瘤的治療已迎來了“精準(zhǔn)治療時代”。證據(jù)表明，甲基化、乙酰化等表觀遺傳學(xué)機制在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用。其中，組蛋白或賴氨酸去乙酰化酶（histone or lysine deacetylase，HDAC/KDAC）通過靶向組蛋白和非組蛋白，從賴氨酸殘基中去除乙酰基或酰基調(diào)節(jié)包括轉(zhuǎn)錄、細胞死亡和代謝在內(nèi)的多種生物學(xué)過程。HDAC抑制劑作為一類新的抗腫瘤藥物日益受到研究人員的重視[1-2]。

組蛋白去乙酰化酶11（histone deacetylase 11，HDAC11）活性的發(fā)揮不依賴于Zn+活性，被列為HDAC家族中唯一的Ⅳ類成員，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最小的HDAC成員[3]，也是最新被克隆的HDAC。HDAC11在細胞質(zhì)和細胞核中均有分布，結(jié)構(gòu)簡單，有一個開放閱讀框，編碼a347殘基蛋白與Ⅰ類、Ⅱ類HDAC蛋白，在催化核心區(qū)具有相同的序列相似性[4]，HDAC11可能與HDAC6存在相互作用并影響白細胞介素-10（interleukin-10，IL-10）表達的動態(tài)變化[5]。HDAC11的分布具有細胞和器官特異性，雖然HDAC11在腦、腎、心等多種器官中均高表達，但其在細胞正常生物學(xué)行為以及腫瘤中的作用仍有待完全闡明。因此，研究HDAC11在各種器官和細胞中的功能尤為重要。本文旨在綜述HDAC11在不同腫瘤中的作用，為開發(fā)同型特異性或選擇性HDAC11抑制劑及臨床腫瘤治療提供新的理論基礎(chǔ)。

1 神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤

組蛋白乙酰化和去乙酰化在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程中非常重要。研究結(jié)果顯示，HDAC11在大腦中廣泛表達[6]。在出生后，發(fā)育中的大腦神經(jīng)前體中HDAC11表達較低，但隨著分化而表達升高。在細胞水平，HDAC11蛋白主要位于成熟少突膠質(zhì)細胞的細胞核中，即產(chǎn)生髓鞘的細胞，而在星形膠質(zhì)細胞（支持細胞）中幾乎未檢測到[7]。

Sun等[8]在多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，HDAC11的缺失導(dǎo)致免疫細胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的浸潤減少，在疾病慢性進展期，單核細胞和髓系樹突狀細胞減少，顯著降低了脊髓脫髓鞘程度并改善了臨床癥狀。這一發(fā)現(xiàn)揭示了HDAC11在中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病中的一種新的病理生理功能，并為進一步研究HDAC11特異性抑制劑治療慢性進展性MS的潛在作用提供了依據(jù)。在一項50例膠質(zhì)瘤患者的研究中發(fā)現(xiàn)，HDAC11的表達水平隨著膠質(zhì)瘤腫瘤分級的增加而逐漸降低，并與Ⅳ級膠質(zhì)瘤患者的生存時間呈正相關(guān)[9]。HDAC11也可能在神經(jīng)母細胞瘤中發(fā)揮重要作用。Thole等[10]發(fā)現(xiàn)HDAC11是MYCN癌基因擴增亞組神經(jīng)母細胞瘤的潛在靶點。老年性黃斑變性（age-related macular degeneration，AMD）是目前老年人視力喪失的最常見原因，HDAC11水平升高導(dǎo)致組蛋白H3第27位賴氨酸三甲基化的乙酰化減少，可以導(dǎo)致AMD患者的治療獲益降低[11]。此外，HDAC11不僅與運動神經(jīng)元復(fù)合體的存活有關(guān)[12]，還與甲基苯丙胺和可卡因誘發(fā)的疾病依賴性和耐受性有關(guān)[13-15]。以上研究都揭示了HDAC11參與大腦發(fā)育過程中重要的信號傳遞網(wǎng)絡(luò)，并在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。

2 生殖系統(tǒng)腫瘤

HDAC11可以通過保護前列腺癌、卵巢癌、乳腺癌細胞免受凋亡，維持腫瘤細胞的代謝和生存。高HDAC11mRNA水平的卵巢癌、晚期（Ⅲ+Ⅳ期）腫瘤、高級別腫瘤和p53突變腫瘤患者的總生存率和無進展生存率均較低，提示高HDAC11mRNA水平與上述患者的不良預(yù)后相關(guān)[16]。一項包括了150例上皮性卵巢癌患者和311例來自癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫的晚期腫瘤樣本數(shù)據(jù)顯示，HDAC11的甲基化啟動子區(qū)與卵巢癌患者的不良預(yù)后相關(guān)[17]。另一項研究表明，HDAC11可以介導(dǎo)乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移，HDAC11過表達不能抑制基底樣細胞的生長，但可以抑制其侵襲和轉(zhuǎn)移。HDAC11在卵母細胞成熟的過程中起著關(guān)鍵的作用，抑制HDAC11會干擾α-微管蛋白乙酰化、減數(shù)分裂相關(guān)的組蛋白修飾和轉(zhuǎn)錄組譜，導(dǎo)致卵母細胞異常成熟和胚胎發(fā)育[18]。HDAC11在不同的生殖系統(tǒng)腫瘤中發(fā)揮多種作用，應(yīng)根據(jù)患者的病理類型和臨床分期采取個體化治療措施。

3 消化系統(tǒng)腫瘤

HDAC11在肝癌中的表達情況目前尚存在一定爭議。在Wurmbach肝臟數(shù)據(jù)集（n=75）中，HDAC11的表達增加，且明顯高于其在癌旁組織中的表達，但在 Roessler liver 2數(shù)據(jù)集（n=445）和Guichard肝臟數(shù)據(jù)集（n=185）中，觀察到HDAC11的表達與非肝癌組織沒有顯著差異[10,19]。證據(jù)表明，miRNA-145作為腫瘤抑制因子可以促進細胞凋亡和調(diào)節(jié)細胞周期，并且miRNA-145的異位表達可導(dǎo)致細胞的程序性死亡[20-21]。巨噬細胞根據(jù)微環(huán)境分化為不同的功能表型：經(jīng)典激活巨噬細胞（M1型）和交替激活巨噬細胞（M2型）。其中，腫瘤相關(guān)巨噬細胞的M2樣極化可以被腫瘤細胞的各種分泌物激活，導(dǎo)致腫瘤生長、侵襲、轉(zhuǎn)移和免疫逃逸[22-24]。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-145與M2型的極化密切相關(guān)。高水平的miRNA-145直接靶向抑制HDAC11基因的表達，導(dǎo)致IL-10分泌增加，誘導(dǎo)巨噬細胞向M2型極化，從而促進腫瘤生長[25]。此外，HDAC11可能通過與早期生長反應(yīng)因子1形成復(fù)合物，誘導(dǎo)其脫乙酰化，抑制p53轉(zhuǎn)錄，促進肝癌的發(fā)生[26]。甲胎蛋白（α-fetal protein，AFP）作為目前常用的肝癌診斷生物標(biāo)志物，靈敏度和準(zhǔn)確度有限。Yu等[27]研究分析發(fā)現(xiàn)，HDAC11及其他4種分子的表達與AFP有關(guān)，有望成為新的肝癌診斷標(biāo)志物，但其靈敏度及特異度未知。因此，HDAC11在肝癌中的表達及作用仍需進一步研究。

4 內(nèi)分泌系統(tǒng)腫瘤

一項包含了20例垂體瘤患者組織樣本的研究發(fā)現(xiàn)，HDAC11可與YRPW基序相關(guān)的分裂的毛狀/增強子 1（hairy/enhancer-of-split related with YRPW motif 1，HEY1）形成復(fù)合物，誘導(dǎo)HEY1去乙酰化，抑制p53的轉(zhuǎn)錄，最終促進垂體瘤的發(fā)生[25]。但另外一項包含57例胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的研究顯示，與對照組相比，HDAC11在腫瘤組織中高表達，且與磷酸化組蛋白H3和Ki-67表達呈正相關(guān)[26]，與前述研究不同的是，HDAC11在胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中的高表達可延長患者的無病生存期（disease-free survival，DFS）和總生存期（overall survival，OS），這可能與HDAC11增加了細胞對化療藥物的敏感性有關(guān)[27]。此外研究人員還發(fā)現(xiàn)，HDAC11表達增加可能與切爾諾貝利核泄漏引起的兒童甲狀腺乳頭狀癌有關(guān)[28]。

5 呼吸系統(tǒng)腫瘤

研究人員在H1299肺癌細胞系中檢測到大量HDAC11的表達[29]。高表達的HDAC11與肺腺癌和肺鱗狀細胞癌的不良預(yù)后密切相關(guān)[30]。HDAC11的缺失或抑制可以顯著降低性別決定區(qū)Y框蛋白2（sex-determining region Y-box 2，SOX2）的表達，從而降低非小細胞肺癌腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSC）的自我更新，以及SOX2介導(dǎo)的耐藥性產(chǎn)生[31-33]。此外，HDAC11突變也與肺癌細胞的藥物敏感性有關(guān)[34]。因此，HDAC11可能是臨床治療非小細胞肺癌的一個新藥物靶點。

6 血液系統(tǒng)腫瘤

IL-10是免疫應(yīng)答的關(guān)鍵，通過維持T細胞對自身的免疫耐受產(chǎn)生強大的免疫抑制作用。研究表明，HDAC11是IL-10的負調(diào)控因子[35]。在巨噬細胞中，抑制HDAC11會導(dǎo)致IL-10在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平增加，而過表達HDAC11則會抑制IL-10的產(chǎn)生。因此，HDAC11及下游的IL-10對免疫系統(tǒng)有重要作用。研究表明，HDAC11在原發(fā)性血小板增多癥、原發(fā)性骨髓纖維化和真性紅細胞增多癥中顯著上調(diào)[36]。在多發(fā)性骨髓瘤中，HDAC11與患者的生存預(yù)后密切相關(guān)。HDAC11高表達的多發(fā)性骨髓瘤患者的無進展生存期（progression-free survival，PFS）明顯短于HDAC11低表達的患者[37]。OX40配體（OX40 ligand，OX40L）是由抗原呈遞細胞表達的腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）家族中的一員，OX40L及OX40受體在特異性T細胞的產(chǎn)生和宿主抗腫瘤免疫的誘導(dǎo)中起著至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，表達OX40L的T細胞圍繞在霍奇金淋巴瘤細胞的周圍，沉默HDAC11可誘導(dǎo)其凋亡并上調(diào)OX40L的表達，抑制HDAC11可能增加抗腫瘤免疫反應(yīng)[38]。此外，HDAC11通過抑制腫瘤微環(huán)境中的髓源性抑制細胞來降低腫瘤生長動力學(xué)[39]。因此，HDAC11在血液系統(tǒng)腫瘤中起著不可或缺的作用。

7 HDAC11抑制劑

HDAC家族涉及的疾病范圍廣泛，相關(guān)的HDAC抑制劑也在開發(fā)中。越來越多的研究證據(jù)表明HDAC抑制劑對惡性疾病具有潛在的治療作用。有研究報道，HDAC11可高效切割賴氨酸側(cè)鏈上的長鏈酰基修飾，但包括伏立諾他和羅米地辛在內(nèi)的幾種常見的泛HDAC抑制劑不會抑制該酶的活性。進一步發(fā)現(xiàn)，含大環(huán)異羥肟酸的肽可有效抑制HDAC11脫肉豆蔻酰化活性[40]。目前，3種化合物（FT895、SIS7和SIS17）已被證明是選擇性HDAC11脂肪脫酰化抑制劑。三氟甲基吡嗪（FT895）抑制HDAC11脫乙酰酶活性比其他HDAC抑制劑更有效，并且它還抑制HDAC11的脫肉豆蔻酰酶活性。SIS7和SIS17化合物是針對HDAC11脂肪酸脫酰基活性的特異性抑制劑。這兩種化合物都是通過將苯環(huán)替換為二甲氨基（SIS7）和噻吩（SIS17）改進Ⅰ類抑制劑的結(jié)構(gòu)而開發(fā)，并且這兩種化合物都是HDAC11脂肪酰化酶活性的有效抑制劑。在細胞通透性和代謝穩(wěn)定性方面，SIS17優(yōu)于FT895和SIS7[41]。重要的是，即使在高濃度下，兩種抑制劑都沒有顯示出對其他HDAC的顯著抑制。在這3種HDCA11抑制劑中，僅有FT895被報道用于動物研究。FT895表現(xiàn)出的藥代動力學(xué)特性在動物體內(nèi)研究中安全和可耐受[42-43]。因此，F(xiàn)T895具有進入臨床試驗的潛力。

8 小結(jié)與展望

表觀遺傳因素與腫瘤的發(fā)生發(fā)展和化療耐藥性密切相關(guān)，HDAC家族又是表觀遺傳中不可或缺的重要調(diào)節(jié)因子。其中HDAC11與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，但其調(diào)節(jié)腫瘤生物學(xué)行為的機制需要進一步闡明，以確定其是否可以作為新的腫瘤標(biāo)志物或臨床治療靶點。目前，包括Elevenostat（JB3-22）、SIS7、SIS17和FT895等在內(nèi)的選擇性HDAC11抑制劑正在開發(fā)中，且FT895具有進入臨床試驗的潛力，還有些HDAC家族的泛抑制劑也已在開展相關(guān)臨床研究。表觀遺傳學(xué)治療和免疫治療相結(jié)合已成為治療晚期腫瘤的一種有前途的方法，HDAC11在腫瘤免疫中的作用也是未來重要的研究方向。本文綜述了HDAC11在多種腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，希望為未來基礎(chǔ)研究和臨床治療提供新思路。