組蛋白去乙酰化酶4 與乳腺癌關系的研究進展△

葉小帆，趙云燾，劉奕峰，張嘉樂，李華琴，吳文梅#

1廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院/廣東省生物技術候選藥物研究重點實驗室，廣州 510006

2廣州新華學院健康學院，廣州 510520

世界衛生組織（WHO）國際癌癥研究機構發布的2020 年全球癌癥負擔數據顯示，全球新發乳腺癌首次超過肺癌，成為全球第一大惡性腫瘤[1]。目前，根據組織學分類和分子分型可以將乳腺癌分為：Luminal A 型、Luminal B 型、人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）過表達型和三陰性乳腺癌[2]。目前，手術聯合化療是乳腺癌的主要治療手段，但化療藥物具有較強的不良反應和耐藥性，影響了患者的生活質量和臨床療效[3-4]。近年來，隨著分子生物學和基因測序技術的發展以及乳腺癌分子研究的逐漸深入，分子靶向治療已成為乳腺癌治療的熱點[5-6]。組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）4 被證實在腫瘤中發揮重要的調控作用，與多種細胞惡變和腫瘤進展有關[7]。目前研究表明，HDAC4基因表達失調與乳腺癌的發生發展密切相關。本文主要分析HDAC4 調控乳腺癌發生發展的病理機制，為乳腺癌的分子靶向治療尋求新靶點和治療思路。

1 HDAC 的分類

HDAC基因家族包括18 個成員，根據這些基因與各自酵母直系的同源性可以將其為分Ⅰ～Ⅳ類[8]：Ⅰ類包括HDAC1、HDAC2、HDAC3 和HDAC8；Ⅱ類包括HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9 和HDAC10；Ⅲ類包括SIRT1～7；Ⅳ類包括HDAC11。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ類共11 個成員被稱為經典HDAC，而7 個Ⅲ類成員被稱為sirtuin。Ⅱ類HDAC 可進一步分為兩個亞組：Ⅱa 類和Ⅱb類，Ⅱa 類包括HDAC4、HDAC5、HDAC7 和HDAC9，而Ⅱb 類包括HDAC6 和HDAC10[9-10]。

2 HDAC4 的生物信息學特征

人源性的HDAC4基因片段長度為353.49 kb，位于染色體2q37.3 上，可產生8980 個堿基對[11]，是一種相對分子質量大的蛋白，具有延伸的N 端調節結構域和C 端尾巴[12]。研究表明，HDAC4 蛋白不具有結合DNA 的活性，主要與其他蛋白相互結合形成具有調解活性的轉錄抑制復合物，并通過誘導組蛋白的去乙酰化使染色體凝聚而抑制轉錄，最終阻斷基因表達[13]。與Ⅰ類HDAC 相比，HDAC4 可在細胞核和細胞質之間穿梭，而HDAC4的位置決定了某種蛋白在細胞和組織中生理和病理方面發揮的重要作用[14]。HDAC4 在亞細胞定位的關鍵是其磷酸化狀態。磷酸化的HDAC4 可與伴侶蛋白14-3-3結合，進行核輸出[14]。HDAC4的磷酸化可以由一系列不同的激酶介導，包括鈣調蛋白依賴性蛋白激酶[15]、細胞外信號調節激酶1/2、蛋白激酶A 和糖原合成酶激酶3[16]。HDAC4 可以使組蛋白和非組蛋白發生去乙酰化，與Ⅰ類HDAC 不同，HDAC4 僅在與HDAC3 和視網膜母細胞瘤相關蛋白48（retinoblastoma associated protein 48，RbAp48）相互作用時才獲得去乙酰酶活性[14]。

3 乳腺癌的癥狀和發病機制

早期乳腺癌的癥狀多不明顯，以乳腺腫塊、乳頭溢液、乳腺皮膚異常等局部癥狀為主，臨床表現不明顯，容易被忽視[17]。

乳腺癌的發病原因有多種，包括遺傳因素、基因突變、機體免疫功能下降、神經功能異常等，其中最主要的是基因突變[18]。惡性腫瘤的發生是一個長期的、受多因素調控的過程。近年來，隨著分子生物學的大力發展，從癌基因和抑癌基因的角度為乳腺癌的發生提供了更有力的證據[19]。研究顯示，與乳腺癌相關的因子有多種，如HER2、乳腺癌易感基因1（breast cancer susceptibility gene l，BRCA1）、雌激素、孕激素、c-Myc 等[20]。

4 HDAC4 與乳腺癌的關系

楊東等[21]采用免疫組化法檢測46 例乳腺癌組織、26 例導管內原位癌組織及19 例正常乳腺組織中HDAC4 蛋白的表達情況，結果發現，導管內原位癌和乳腺癌組織中HDAC4 的陽性表達率分別為46.2%和71.7%，均明顯高于正常乳腺組織的15.8%，差異均有統計學意義（P﹤0.01）。因此，HDAC4 蛋白在乳腺癌中的表達可作為乳腺癌的輔助診斷指標之一，有望為乳腺癌的診斷及預后評估提供參考。

目前，化療仍是乳腺癌的主要治療手段，但耐藥性是導致乳腺癌化療失敗的主要原因，也是腫瘤治療中最棘手的問題[22]。Yu 等[23]研究表明，HDAC4是5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）化療耐藥的關鍵基因，進一步的研究發現，HDAC4介導的SMAD4啟動子去乙酰化可能導致乳腺癌細胞對5-FU 耐藥。同樣，耐藥性也是雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽性乳腺癌患者接受他莫昔芬治療的難點[24]。研究表明，ER 陽性MCF-7/TR 細胞中miRNA-10b 的內源性水平顯著升高，其表達與細胞侵襲及對他莫昔芬誘導的細胞凋亡的抗性增加相關，而HDAC4 是miRNA-10b 的新型靶點，HDAC4 的表達與他莫昔芬的耐藥性呈負相關[25]。因此，靶向HDAC4 或可減少miRNA-10b 介導的他莫昔芬耐藥。由此可見，HDAC4 異常表達對不同藥物治療乳腺癌患者的影響是不同的，HDAC4 對乳腺癌的作用是雙面的。因此，為探尋HDAC4 對乳腺癌更準確的作用，研究HDAC4 與乳腺癌之間的作用機制至關重要，可以為乳腺癌患者提供更優的治療策略。

Hsieh 等[26]研究發現，miRNA-125a-5p 通過與HDAC4mRNA 的3'非翻譯區（3'-untranslated region，3'-UTR）結合直接靶向和阻斷HDAC4 的表達，從而抑制乳腺癌細胞增殖。miRNA-125a-5p 可能通過抑制HDAC4 的表達抑制乳腺癌的發生發展，但具體機制尚不明確，HDAC4 和乳腺癌之間的作用機制仍需要進一步研究。Mansouri 等[27]采用MCF-7 細胞檢測橄欖苦苷（oleuropein，OLE）的潛在促凋亡和抗侵襲作用，通過定量逆轉錄聚合酶鏈反應（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRT- PCR）檢測HDAC1、HDAC4mRNA 的表達水平，結果發現，OLE 可能通過調節MCF-7 細胞中重要的表觀遺傳因子HDAC4 的表達誘導細胞凋亡，從而抑制細胞增殖和侵襲。Wang 等[28]研究表明，miRNA-22 可能直接調控轉錄抑制因子叉頭框蛋白P1（forkhead box P1，FOXP1）和HDAC4 的表達，并引起組蛋白和p53 乙酰化改變，從而影響p21Cip1/Wafl 和p27Kipl的表達，進而抑制乳腺癌細胞增殖，誘導細胞凋亡，導致S 期細胞阻滯。由此可見，FOXP1和HDAC4的3'-UTR中的靶位點在進化上高度保守，但并未說明miRNA-22 調控乳腺癌的通路中FOXP1 和HDAC4 之間的相互關系。

研究顯示，乳腺癌細胞通過HDAC5 和HDAC7表達的代償性增加來響應HDAC4 耗竭[26]。Wang等[28]的研究采用miRNA-22 抑制劑抑制miRNA-22的表達，可促進182R-6 細胞中FOXP1 和HDAC4 過表達，但組蛋白乙酰化并沒有預期衰減，這可能與HDAC 家族表達代償性增加來響應HDAC4 耗竭有關。Zhao 等[29]的研究表明，絲氨酰tRNA 合成酶（seryl tRNA synthetase，SerRS）過表達可抑制脂質合成能力，明顯抑制乳腺癌細胞增殖。進一步研究發現，HDAC4 和HDAC5 都能調節SerRS 在賴氨酸323 位點的乙酰化，從而調節其在乳腺癌細胞中的核定位[29]。未來在HDAC4 和乳腺癌關系的研究中，除單一考慮HDAC4 對乳腺癌的影響之外，還需考慮HDAC 家族表達的代償性，這或許會成為將來通過HDAC4 治療乳腺癌的一個難點，值得臨床進一步研究。

由此可見，靶向HDAC4 是解決乳腺癌耐藥性和miRNA 介導乳腺癌的關鍵靶點。此外，HDAC4似乎存在新身份，與以往HDAC4 致瘤作用機制有所不同。在今后研究HDAC4 和乳腺癌的相關機制時，有必要考慮到HDAC4 對乳腺癌的雙重作用，還需考慮HDAC 家族表達的代償性，這樣才能為乳腺癌的分子靶向治療尋求新的、更為精確和有效的靶點。

5 HDAC 抑制劑（histone deacetylase inhibitor，HDACi）在乳腺癌治療中的應用進展

HDACi 以HDAC 為靶點，通過抑制HDAC 活性、調節組蛋白的乙酰化狀態、促進抗腫瘤轉錄因子的轉錄和表達、調控相關信號通路，發揮抗腫瘤效應[30]。目前已有多項Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗證實了HDACi 在乳腺癌中的療效及安全性，期待更多的Ⅲ期臨床試驗提供更高級別的證據，為耐藥性乳腺癌患者的治療提供更多選擇。目前，被報道的HDACi大多數屬于鋅離子依賴型，根據其與鋅離子結合基團的不同，可將其分為異羥肟酸類、苯酰胺類、環肽類、羧酸類、親電酮類和三硫代碳酸類6 種類型[31]。Ⅱa 類HDACi 主要是非選擇性泛HDACi，包括羅米地辛（Romidepsin）、伏立諾他（Vorinostat）和貝利司他（Belinostat）。Macabuag 等[32]首次報道了選擇性降解HDAC4 的雙功能降解劑，這些降解劑通過泛素-蛋白酶體途徑發揮作用，并選擇性地降解HDAC4 而不是其他Ⅱa 類HDAC 亞型（HDAC5、HDAC7 和HDAC9），并探究其在亨廷頓病中的作用。由此可見，雖然HDACi 在乳腺癌的治療中取得了不少突破性進展，但在乳腺癌的治療上，針對HDAC4 亞型的選擇性抑制劑還沒有出現，這或許會成為乳腺癌治療中值得探討的方向。

6 小結與展望

綜上所述，HDAC4 蛋白作為組蛋白去乙酰化酶家族成員之一，與腫瘤的發生發展密切相關，而其在乳腺癌中的異常表達也得到證實。但對于HDAC4 與乳腺癌間關系的研究還需進一步闡明以下5 個方面問題：①HDAC4 在乳腺癌發生發展過程中更詳細的作用機制，HDAC4 是如何調控或抑制乳腺癌細胞的增殖？HDAC4 下游的作用靶點有哪些？是如何發揮作用的？②進一步指出SMAD4如何進行乙酰化和如何介導乳腺癌細胞對5-FU 的耐藥，是否存在其他基因與SMAD4 相互作用從而介導了5-FU 的耐藥性。③miRNA-22 直接調控轉錄抑制因子FOXP1 和HDAC4 的表達，并引起組蛋白和p53 乙酰化的改變，但FOXP1 和HDAC4 后續是如何影響p21Cip1/Wafl 和p27Kipl 表達的機制尚未闡明。④HDAC4 對乳腺癌的作用是雙面的，檢測HDAC4 在乳腺癌組織中準確的表達量，對乳腺癌的治療尤為重要。⑤HDAC 家族表達存在代償性增加來彌補HDAC4 的耗竭，如何解除HDAC 家族的代償性增加對乳腺癌的治療尤為重要，需進一步研究。研究HDAC4 對乳腺癌發生發展的作用機制，可為乳腺癌的治療提供強有力的理論基礎，從而提高乳腺癌的療效。同時，也可以為其他腫瘤的治療提供借鑒和參考。