簡介
組蛋白是真核生物核染色體的重要組
基因轉錄的有序調控是機體細胞維持正常功能的前提，如果基因轉錄調控功能紊亂，細胞就可能發生癌變。最新的研究發現，腫瘤的發生與核心組蛋白的乙醯化及去乙醯化的失衡有密切的關係。在有機體內，負責組蛋白乙醯化和去 乙醯化的是一對功能相互拮抗的蛋白酶：組蛋白乙醯轉移酶(HA T)和組蛋白去乙醯酶(HDAC)。機體利用這兩種酶對組蛋白氮端胺基酸殘基進行乙醯化和去乙醯化，調節染色質的結構。進而調控基因轉錄。研究表明。組蛋 白去乙醯酶抑制劑在體外和體內實驗中均能 引起乙醯化核小體組蛋 白的堆積 ，提高p21基因的表達水平 ，抑制腫瘤細胞的增殖。誘導細胞分化或凋亡，可用於多種惡性血液病及實體瘤的治療。科研人員對HDAC抑制劑的體內、外活性進行了系統的研 究，部分HDAC抑制劑已經進入臨床研究階段。
成分
分類及結構特點
根據酵母種系發育中不同 HDACs的結構同源性分析，真核生物HDACs分 4類：Ⅰ類 HDACs與酵母 Rpd3基因具有同源性，位於細胞核，包括 HDAC1、 HDAC2、 HDAC 3、 HDAC8；Ⅱ類 HDACs與酵母 Hdal蛋白具有同源性，可出現在胞核，也可在胞質，包括 HDAC4、 HDAC 5、 HDAC6、 HDAC7、 HDAC9和 HDAC10，根據催化區域不同又可分為 2類：Ⅱ a類具有 1段催化區域，包括 HDAC4、 HDAC5、 HDAC7和 HDAC9，Ⅱ b類具有 2段催化區域，主要包括 HDAC6和 HDAC10；Ⅲ類 HDACs即沉默信息調節因子 2相關酶類，是煙醯胺腺嘌呤二核苷酸依賴的 HDACs，並且對 HDACi TSA和 SAHA等不敏感；Ⅳ類 HDACs主要是 HDAC11，同時具有Ⅰ類和Ⅱ類 HDACs的特點。Ⅰ類和Ⅱ類 HDACs的催化位點含有鋅離子，可被 TSA和 SAHA等 HDACi所抑制。 HDACs發揮催化作用的目標蛋白種類繁多，包括組蛋白及非組蛋白，如抑癌蛋白 p53、熱休克蛋白 70、 Smads蛋白家族等。種類
當下發現的 HDACi按其結構分為 4類：①脂肪酸，如丁酸鹽、丁酸苯酯和丙戊酸，其中丙戊酸被用作抗癲癇藥物；⑦氧肟酸鹽，如 TSA是被發現的第 1個能抑制 HDACs的天然氧肟酸， SAHA與 TSA結構相似，是食品藥品管理局批准的第 1個可以用於臨床的製劑；③環肽，如天然產物縮酚酸肽 FK-228、 apicidin和環氧肟酸；④苯醯胺類，如 MS-275、 MGCD0103。有些 HDACi如 TSA、 SAHA屬非選擇性，可同時抑制Ⅰ類及Ⅱ類 HDACs；有些 HDACi屬於選擇性的，如 MS-275對Ⅰ類 HDACs的抑制作用強於Ⅲ類 HDACs，而對 HDAC6、 HDAC8幾乎沒有影響。但是現階段對於決定不同 HDACs活性的組蛋白特異序列還知之甚少。HDAC抑制劑的分類
隨著對HDAC與癌症發生之間關係研究的不斷深入，人們發現：抑制HDAC的活性，能夠引起細胞中乙醯化組蛋白的堆積，使p21、p53等基因的表達水平增加。達到抑制腫瘤細胞的增殖、誘導細胞分化和(或)凋亡的目的。HDAC抑制劑在體外和體內實驗中還表現出抗代謝和抗血管生成的活性。糖蛋白RECK對基質金屬蛋白酶有向下調節作 用，可抑制腫瘤的轉移和血管生成。HDAC抑制劑能增加RECK的表達，抑制基質金屬蛋白酶的活性及癌細胞的轉移。自20世紀90年代以來，人們已獲得了多種結構不同的HDAC抑制劑，當下已有多種HDAC抑制劑進入臨床試驗階段。研究證明，它們能夠抑制多種腫瘤細胞的增殖、誘導腫瘤細胞分化和(或 )凋亡，是一類具有廣泛套用前景的抗腫瘤藥物。
1、異羥肟酸類
異羥肟酸類HDAC抑制劑的結構均由環、脂肪鏈和異羥肟酸3部分組成。主要包括曲古抑菌素(trichestatinA，TSA)、SAHA(suberoylanilidehy—drox~arnicacid)、NVP-LAQ824pyroxamide、CBHA、oxamflatin,scriptaid、MM232等，是當下研究得最多、最深入的一類HDAC抑制劑。
TSA是 HDAC的可逆抑制劑。體外試驗表明，TSA通過對p21等基因的去乙醯化作用抑制多種腫瘤細胞株，如TSA能夠增加p21的表達水平，阻斷神經膠質瘤細胞的生物周期循環，抑制細胞增殖。在體外實驗中TSA對HDAC的抑制活性已得到充分證明。常作為驗證其他物質是否具有HDAC抑制性的對照藥物，但由於它在體內不穩定，影響了它的體內活性。在考察靜脈注射或口服給藥對實體瘤及惡性血液病的用藥安全性、藥物動力學性質和生物活性的工期臨床研究中，SAHA取得了較好的抗腫瘤效果且未發現嚴重的毒副反應。在針對頭頸轉移瘤(S()Cl )的Ⅱ期臨床實驗中，大部分受試者對每天400mg劑量的SAHA
表現出良好的耐受性，腫瘤的生長也受到一定程度的抑制。pyroxami& 能抑制多種腫瘤細胞的生長，誘導其分化和(或)凋亡。連續21d腹腔注射pyroxamide[100mg·(kg·d)～，200mg·(kg·d)_1]明顯的抑制前列腺癌細胞 株CwR22細胞的生長，除伴有輕微的腹膜炎外，未發現其他明顯的損傷。NVP—LAQ824是根據TSA、SAHA的結構設計合成的HDAC抑制劑，在急性淋巴母細胞白血病中，NVP—LAQ824除了能通過上調D21的表達水平，抑制腫瘤細胞的生長，還能夠激活caspase一3、caspase一9途徑，誘導細胞凋亡。
2、短鏈脂肪酸類
這類 HDAC抑制劑結構比較簡單，主要有正丁酸、丙戊酸和苯丁酸及其鹽類化合物。正丁酸是人結腸中的厭氧菌發酵食物纖維產生的短鏈脂肪酸，廣泛存在於水果、蔬菜及牛乳 中。研究表明：正丁酸能增加人胃癌細胞株細胞中p21基因的表達水平，抑制癌細胞的生長。流行病學調查顯示，高纖維飲食與結腸癌的發生呈負相關，這與纖維素在腸道厭氧菌作用下形成丁酸等短鏈脂肪酸有關。與其他HDAC抑制劑相比，正丁酸在體內代謝迅速，選擇性也較差。針對這些問題，科學家試圖將正丁酸制 成前藥(如pivanex)，以改善其藥物動力學性質。丙戊酸是一種臨床套用多年的抗驚厥藥物，耐受性較好，研究發現它也是一種HDAC抑制劑。體外和體內實驗表明，丙戊酸通過提高組蛋 白的乙醯化水平，增加p21基因表達，抑制成神經細胞瘤細胞株的增殖，誘導急性髓性白血病細胞的分化。
3、環肽類
NVP—LAQ824在針對惡性血液病的工期臨床實驗中顯示出劑量依賴性的抗腫瘤活性和較好的耐受性。CBHA(200mg·kg-1)能完全抑制小鼠體內成神經纖維瘤的生長，用藥小鼠除出現毛髮鬆散和大便稀軟等皮膚、結腸毒性外，未發現其他毒副作用。
4、其他類
HDAC抑制劑MS-275、depudecin、CI一994、CS-055等的結構與以上3種類型的結構均不相同，是一類結構比較特殊的HDAC抑制劑。MS一275對骨肉瘤、成神經細胞瘤、成神經管細胞瘤。M S一2750成視網膜細胞瘤及惡性桿狀腫瘤等多種腫瘤細胞具有抑制細胞增殖的活性。以注射了未分化的肉瘤細胞US的腓腸肌為模型，評價MS一275的體內活性，連續使用MS一275[24．5mg·(kg·d)I1]5d，可以使腫瘤的體積減小60%，且未見明顯的毒副反應。針對淋巴瘤、實體瘤的I期臨床研究數據表明，MS一275進入患者體內後被迅速吸收，半衰期約為39～80h，分析受試者的外周血液，可以發現血液中組蛋白乙醯化水平明顯提高。depudecin是一種結構比較特殊 的HDAC抑制劑，含有兩個環氧環和6個手性碳原子，是HDAC的不可逆抑制劑3 。濃度為4.7 mmol·I一1的depudecin可以使50%的HDAC失去活性。
作用
IPF是一種慢性進展性、生存期短且病因不明的肺部疾病。肌成纖維細胞活化、增殖、分化是致纖維化的關鍵因素，轉化生長因子 β1（ TGF-β1）是主要的促纖維化因子。研究表明 TGF-β1在體內外均可促進成纖維細胞分化為肌成纖維細胞（通過 SMAD2、 SMAD3磷酸化途徑）及上皮細胞轉化為間質成分（通過調節因子 AKT磷酸化途徑），引起特徵性 α-平滑肌肌動蛋白（ α-SMA）、Ⅰ型膠原表達增加及纖維組織的收縮反應，而敲除HDAC4基因可阻斷 TGF-β1介導的 AKT磷酸化途徑。 Guo等的實驗結果提示 TSA主要通過下調 HDAC4表達、抑制調節因子 AKT磷酸化途徑，減少 α-SMA及Ⅰ型膠原轉錄及表達，從而起到抗纖維化作用，但 TSA無法抑制SMAD2及 SMAD3磷酸化途徑。研究發現在環氧化物酶 2（ COX-2）作用下，前列腺素 Ez （ PGE2）可抑制肌成纖維細胞增殖及抑制膠原 mRNA的轉錄，降低膠原水平而起到抗纖維化作用。 Coward等的研究表明，與對照組相比， IPF患者肺成纖維細胞經 TGF-β1（ 2 ng/ml）處理後測得 COX-2 mRNA轉錄因子與啟動子結合能力受損，由 HDAC1、 HDAC2、 HDAC3構成的相關轉錄遏阻，物複合體含量明顯增加， COX-2 mRNA啟動子的組蛋白 H3、 H4去乙醯化酶含量明顯降低， COX-2mRNA水平明顯下降， PGE2含量也明顯減少。當 IPF患者肺成纖維細胞同時經 HDACi（ 10 μmol/LSAHA或 10 nmol/L LBH589）及 TGF-β1抑制劑處理後， COX-2 mRNA啟動子的組蛋白 H3、 H4乙醯化酶明顯升高，可維持 COX-2正常表達，減輕肺組織的纖維化程度。腎間質纖維化以腎成纖維細胞異常活化及增生為特點，特徵性改變包括 α-SMA表達及細胞外基質成分的增加。成纖維細胞的活化及增殖需要大量的生長因子及細胞因子如 TGF、血小板衍生生長因子（ PDGF）、成纖維細胞生長因子、白介素 6（ IL-6）等的參與。 Kinugasa等的研究提示單側輸尿管梗阻致腎纖維化的小鼠模型中，給予小鼠 FR276457（一種非特異性的 HDACi，Ⅰ類 HDAC及Ⅱ類 HDACs抑制劑），連續 14 d每日鼻飼 20 mg/kg和 40 mg/kg，可抑制羥脯氨酸的生成及膠原 α1mRNA的表達，同時體內和體外實驗均提示 FR276457抑制促纖維化因子單核細胞趨化蛋白 -1（ MCP-1）的表達。 Marumo等的研究提示在單側輸尿管梗阻致腎小管間質損傷的小鼠模型中，腹腔注射 TSA 10 mg·kg·d，共 2～ 5 d，可抑制 α-SMA mRNA及膠原 α1 mRNA的表達，同時通過抑制細胞因子如 MCP-1、集落刺激因子 -1進而減弱巨噬細胞滲入及早期腎小管的纖維化改變。 Noh等的研究提示在大鼠的糖尿病腎臟模型中， TGF-β1促使 HDAC2的活性明顯增高，進而造成細胞外基質的累積以及上皮一間質的轉化。而 TSA（ 0.5 mg·kg·d，共 4周，腹腔內注射）通過抑制 HDAC2的活性，在基因和蛋白的水平上均抑制了細胞外基質成分的表達，遏制了上皮間質的轉化。 HDACs調節的腎成纖維細胞的活化通過信號轉導子和轉錄激活子 3（ STAT3）磷酸化途徑完成。研究顯示 TSA可通過抑制 STAT3磷酸化及核轉移阻斷相關信號途徑而減弱腎成纖維細胞增殖，起到抑制纖維化的作用。
心力衰竭分為以左心泵血功能受損為特徵的收縮功能衰竭和心肌舒張充盈功能異常為特徵的舒張功能衰竭。在病理基礎上表現為心肌過度肥大及細胞外基質沉積，Ⅰ型、Ⅲ型膠原累積，間質纖維化，心室擴張及心室壁變薄。因此有學者認為心肌過度肥大是心肌纖維化的一種早期表現。有研究顯示在壓力負荷所致心肌病變中轉錄因子心肌細胞增強因子 -2的轉錄活性明顯增強，而Ⅱ a類 HDACs作用於 MEF-2靶基因形成複合體抑制其活性。除了通過上述直接作用阻礙基因表達外，Ⅱ a類 HDACs還通過與血清反應因子、活化 T細胞核因子等間接關聯來抑制重構。因此，Ⅱ a類 HDACs被認為具有抑制心肌肥大、抑制心室重構進而抑制纖維化的作用。雖然研究表明Ⅱ a類 HDACs對心肌細胞具有抗纖維化作用，但是體內實驗證明非特異性 HDACi TSA（Ⅰ類和Ⅱ類HDACs的抑制劑）可有效地抑制心肌細胞肥大。其中可能的解釋是Ⅰ類 HDACs有促纖維化作用，且促纖維化作用程度大於Ⅱ a類 HDACs對心肌細胞的抗纖維化作用，因此非特異性 HDACi TSA總體作用表現為抑制心肌肥大。雖然Ⅰ類 HDACs的促纖維化作用機制尚不明確，但是多項研究提示Ⅰ類 HDACs抗心肌肥大及纖維化與多種蛋白複合體的調控有關，其中包括組蛋白及一些轉錄因子的去乙醯化修飾。另外心房纖維化是房性心律失常的主要病因之一， Liu等的研究提示 HDACs過度活化下調連線蛋白 40，引起轉基因小鼠的心房纖維化，誘發房性心律失常。而給予小鼠腹腔內注入 TSA 0.6 mg·kg·d持續 14 d，房性心律失常的持續時間縮短及心肌細胞自律性降低。因此 HDACi的套用可為某些心臟疾病的治療帶來新的方法。
系統性硬化是一種主要以廣泛的血管病變及皮膚和內臟器官進行性纖維化為特徵的自身免疫性疾病。在系統性硬化的發病機制的研究中涉及多種促炎症因子，包括 TGF-β1、 IL-4、 PDGF等，而 HDACs活性是系統性硬化的發病和疾病進展的必要因素。 Huber等的研究表明在博萊黴素誘導的皮膚纖維化的動物模型中， TSA通過抑制 HDACs的活性可減弱皮膚成纖維細胞Ⅰ型膠原以及纖維黏連蛋白的表達，減少皮膚成纖維細胞總膠原蛋白及細胞外基質在皮膚的累積。
多個炎症性疾病動物模型的研究表明 HDACi具有抗炎作用。 HDACi除了通過調控組蛋白乙醯化狀態引起炎性細胞因子的表達，還可以通過調控包括轉錄因子在內的非組蛋白的乙醯化狀態，抑制或是激活炎性因子的表達，其中最主要的通過對核轉錄因子 KB的抑制實現的。但是不同的 HDACs具有不同的乙醯化模式，調節不同的基因。如系統性紅斑狼瘡 MRL-Ipr/1pr小鼠模型， TSA和 SAHA可下調炎性細胞因子 IL-12和 IL-6mRNA和蛋白的水平；在小鼠的哮喘模型中， TSA可以降低支氣管肺泡灌洗液中 IL-4、 IL-5和 lgE的濃度，進而減緩哮喘發展。但也有關於 HDACi能促進炎性細胞因子表達的報導。 Suuronen等報導，在小膠質 N9細胞 TSA可以增強由脂多糖誘導的 NO和 IL-6的產生。因此， HDACi對於炎症反應的調控可以是基因轉錄激活劑，也可以是抑制劑。
套用
丹麥科學家正在等待結果，以期證明“找到可大範圍套用且不太昂貴的治癒HIV(人類免疫缺陷病毒)的方法是可能的”。他們正在進行臨床試驗，檢驗治療HIV的一種“新策略”。該策略是將HIV病毒從人類DNA中取出，並被免疫系統永久消滅。
這將是朝找到消滅HIV病毒的療法邁出的重大一步。HIV導致愛滋病。
科學家當下正在對他們的療法進行人體試驗，以期證明其有效性。在實驗室試驗中，該療法已經被證實有效。
新療法需要將HIV病毒從其在DNA細胞中形成的“存儲庫”中釋放出來，使其到達細胞表面。病毒一旦來到細胞表面，人體的天然免疫系統就能在被一種“疫苗”激發的情況下將病毒殺死。
這種療法利用在治療癌症時更普遍使用的組蛋白去乙醯化酶活性抑制劑，來把HIV從病人的DNA中趕出來。丹麥的研究人員正在使用一種藥效尤其強大的組蛋白去乙醯化酶活性抑制劑帕比司他。
丹麥奧胡斯大學醫院的高級研究員奧勒·瑟高醫生說，正在進行臨床試驗，初步跡象“充滿希望”。
瑟高是研究小組的成員。他說：“我幾乎可以肯定地說，我們將成功釋放HIV存儲庫。挑戰在於讓患者的免疫系統識別並消滅病毒。這取決於每個患者免疫系統的強度和敏感程度。”。
當下有15名患者在參與臨床試驗，如果他們的HIV被成功治癒，那么將在更大的範圍內對這種“療法”進行測試。
瑟高醫生強調，他們的療法與預防性的疫苗不同，增強對不安全行為的認知，包括無保護的性行為以及共用針頭，對抗擊HIV來說仍然是最重要的。
憑藉現代HIV治療手段，病人幾乎能過正常的生活，甚至能活到老年，而且治療的副作用有限。然而，如果停止用藥，HIV存儲庫會活躍起來，開始製造更多的病毒，這意味著症狀會在兩周內再次出現。
找到一種療法會使患者不必持續服用HIV藥物，並節省數十億英鎊的醫療服務費用。
英國正在對這樣的療法進行研究，但還沒有進行到臨床試驗階段。牛津、劍橋、帝國理工學院、倫敦大學學院和倫敦大學國王學院聯合組建了一個研究中心，致力於找到消滅HIV的療法。
他們已經向英國醫學研究委員會提出撥款申請，以開展臨床試驗，試驗將設法把釋放HIV病毒庫與摧毀病毒的免疫療法結合起來。
此外，他們的研究重點是剛感染HIV的患者，他們認為，這會提高治癒的可能性。該研究中心希望在5月得到撥款答覆。
牛津大學納菲爾德醫學院的臨床研究員約翰·弗雷特醫生說：“我認為需要5年時間我們才能看到可以大規模推廣的HIV療法。”
研究進展
廣州生物院組利用計算機輔助藥物設計原理和合理藥物設計的方法成功設計合成了新型組蛋白去乙醯化酶I型選擇性抑制劑。該先導化合物對HDAC1和HDAC9的選擇性是天然物largazole的10倍。這為進一步研究具有選擇性的組蛋白去乙醯化酶抑制劑提供了非常好的模型。該研究成果已於2012年12月在美國化學會期刊ACS Medicinal Chemistry Letters上線上發表（DOI：10.1021/ml300371t）。組蛋白去乙醯化酶是抗腫瘤藥物的一個可靠靶點，具有選擇性的組蛋白去乙醯化酶抑制劑已經成為抗腫瘤藥物研究的熱門領域。該研究對腫瘤表觀遺傳及個體化治療提供了有益的方向。
該研究獲得國家自然科學基金和973項目的經費資助。
注意事項
在用於惡性腫瘤的治療中， HDACi有效且耐受性好。正常細胞對高濃度的 HDACi具有高耐受性，因此 HDACi被認為是無毒性反應的，而且有實驗表明低劑量的 HDACi在缺氧、炎性反應或負荷壓力作用下具有神經及腎臟保護作用。非特異性 HDACi在腫瘤的Ⅰ期及Ⅱ期臨床試驗中被報導的不良反應有噁心、嘔吐、反應血液系統異常及 QT間期延長，非特異性的 HDACi如 SAHA、 LBH589、 ITF-2357可能造成一過性的血小板減少或是骨髓抑制，而特異性的 HDACi在用於腫瘤的研究中是否會引起相應的不良反應尚無定論，另外作為低劑量 HDACi尚無不良反應的報導。因此，具有臟器保護作用且有更好的耐受性的低劑量的 HDACi越來越多被用來嘗試治療慢性疾病。HDACi在慢性纖維化性疾病中的作用引起越來越多的關注。 HDACi通過對組蛋白及非組蛋白（轉錄因子等）修飾作用，多途徑抑制多種炎性因子和促纖維化因子而起到抑制炎症和纖維化作用。且 HDACi所需的治療劑量低，耐受好，不良反應少，值得進一步深入研究。
