谈谈组蛋白去乙酰化酶与肿瘤发生发展的关系

赵晓倩

组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases，HDACs）作为催化组蛋白去乙酰化作用的关键酶类，以其参与肿瘤细胞生长增殖与表达调控等诸多过程，在肿瘤发生发展的表观遗传学研究中日益引起学术界的关注与重视。HDACs乙酰化不同种类的细胞核转录因子和蛋白等，抑制多种抑癌蛋白的表达且与多种癌基因密切关联，导致细胞过度增殖和肿瘤发生。

一、诱导染色质重塑，抑制基因转录

HDACs催化的核心组蛋白N-末端尾部区域赖氨酸残基的去乙酰化在诱导基因沉默中发挥重要作用，其通过去乙酰化修饰使组蛋白带正电荷，从而与带负电荷的DNA紧密结合，染色质呈致密卷曲的阻抑结构，抑制转录。研究证实，t（15;17） （q22;q21）是急性早幼粒细胞白血病（APL）最常见的染色体易位，编码的融合蛋白PML-RARα能异常募集HDACs而抑制RA反应基因的转录，导致髓系细胞成熟障碍。RAR是核内激素受体超家族，与RA的另一受体RXR形成RAR/RXR异二聚体，异二聚体与DNA结合以后能募集转录抑制复合物N-CoR-mSin3-HDAC而抑制RA反应基因的转录，进而导致RA反应基因发生沉默。Ⅰ类HDACs中的HDAC1及HDAC2与RbAp48、Sin3A/Sin3B、SAP18 、SAP30共同构成Sin3复合物而发挥作用，TGF-β/BMP信号通路基因即以此复合物作为靶点。BMP信号系统可致Smad1蛋白发生磷酸化，在小鼠软骨细胞中其促使与Smad4蛋白发生作用，Sin3复合物此时即与Smad蛋白作用而抑制TGF-β/BMP信号系统中的目的基因。

二、作用于细胞周期的相关因子，影响细胞增殖与分化

肿瘤的发生通常表现为细胞周期失去正常的信息调控而处于紊乱无序的状态。在细胞周期中，细胞G1期向S期进展和G2期进入M期是细胞周期的两个限制点（restrict point），肿瘤细胞的异常增殖的顺利进行需要以下3个条件：一是p21WAFI/CIP1 抑制因子（一种重要的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂CDKI）低水平;二是细胞周期素（cyclin）及周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）及激酶系列的活性，如CDK2等;三是人类视网膜母细胞瘤相关基因（RB）的含量足够并磷酸化激活，因为RB是G1期cyclin/CDK特異性的底物。HDACs可通过影响以上肿瘤细胞异常增殖的3种作用因子而对肿瘤细胞的增殖分化产生重大影响。

1.抑制p21WAFI/CIP1基因表达，调控肿瘤细胞增殖分化。研究发现Ⅱ类HDACs的重要成员HDAC4在小肠和盲肠增生部位表达而其分化时期明显减少，在体外培养的克隆癌细胞HCT116中运用的SiRNA干扰技术下调HDAC4的表达，发现可诱导其生长抑制、延缓异种嫁接的肿瘤的生长而增加P21的转录。此外，利用免疫共沉淀及序列免疫共沉淀作用分析阐明HDAC4依赖Sp1与P21邻近启动子结合，可能直接通过HDAC4-HDAC3-N-COR/SMRT共阻遏复合物来完成，而HDAC4或SMRT的下调提高了邻近的P21启动子基因座的组蛋白H3乙酰化水平，证实了HDAC4通过抑制P21的表达而成为一个新型的克隆癌细胞生长增殖的调控因子。此外，依赖SP家族对P21的负性调控作用也有证实表现在Ⅰ类HDACs（如HDAC1、HDAC2及HDAC3）等的分子生物学功能中。

2.作用于细胞周期蛋白及蛋白激酶，影响肿瘤发生发展。研究发现在乳腺癌细胞系中SMAR1（一种基质相关蛋白）160-350位点通过募集作用与HDAC1的一种复合物结构-SIN3及视网膜母细胞瘤袋蛋白结合，新形成的复合物通过对cyclin D1的启动子上游长达5 kb的基因座去乙酰化而发挥cyclin D1启动子的抑制作用，且发现在此乳腺癌细胞系中cyclin D1的高诱导表达与SMAR1水平的降低有明显关联;而Iguchi等在胰岛素瘤细胞中用染色质免疫沉淀法显示：增长的sex-determining region Y-box 6（即SOX6）表达可明显诱导cyclin D1的启动子的H3与H4的乙酰化水平，用HDACs抑制剂和免疫共沉淀分析显示SOX6通过与HDAC1及β-连珠蛋白作用而抑制cyclin D1的活性。说明Ⅰ类HDACs中的重要成员HDAC1在影响肿瘤细胞周期方面有重要作用。

3.与Rb基因相互作用，影响肿瘤细胞周期。研究发现，激活Rb基因蛋白产物视网膜母细胞瘤相关基因抑制蛋白（RB）调介cyclin A、cdc2、拓扑异构酶Ⅱα等的启动子的去乙酰化状态，且此去乙酰化依赖HDACs而发挥作用，证实RB不仅与转录因子E2F结合，且通过LXCXE基序与多重共抑制分子（如HDACs）发生相互作用。

三、作用于细胞凋亡相关蛋白，影响细胞凋亡过程

研究发现，在Jurkat细胞（人T细胞淋巴瘤细胞）中，Ⅰ类HDACs中的HDAC3作为多种促凋亡基因的核抑制子，其易以一种细胞和物种非依赖性的方式发生蛋白水解分裂，此分裂依赖于半胱天冬酶（caspase）且导致HDAC3的C-末端部分的缺失。HDAC3的此种分裂激活了一种靶向于HDAC3的抗凋亡基因-Fas编码基因的组蛋白乙酰化与转录活性，进而通过死亡受体途径而诱导Jurkat细胞凋亡。另Zhu等发现，HDAC2在大部分克隆肿瘤组织与APC抑癌基因不足的小鼠的正常黏膜及腺瘤中高水平表达，由于在APC缺失的HT-29肿瘤克隆细胞中，小分子RNA（siRNA）对高表达的HDAC2的干扰作用可足够诱导凋亡，表明此同工酶（HDAC2）在抑制HT-29肿瘤克隆细胞的凋亡中发挥特殊作用。

四、联合血管生成因子，影响肿瘤组织血管移行与形成

研究发现血管内皮生长因子（VEGF）在内皮细胞中通过一种VEFG受体2-磷脂酶Cγ-蛋白激酶C（PKC）-蛋白激酶D（PKD）依赖的途径刺激Ⅱ类HDACs中的HDAC5的磷酸化与核内输出，在PKD依赖的磷酸化中一HDAC5特异性缺失的突变体抑制VEGF介导的NR4A1（一种血管生成中的寡核受体）的表达、内皮细胞的移行与体外血管的形成。运用siRNA技术沉默HDAC5，发现成纤维细胞生长因子2（FGF2）与包括Slit2在内的血管生长导向因子的表达受到明显抑制，说明HDAC5亦可通过抑制对血管内皮细胞的毛细管式“芽生”起重要作用的血管生成基因（如FGF2与Slit2）发挥抗血管形成作用。

研究发现Ⅱ类HDACs中的HDAC7通过PKC/PKD依赖的途径完成由VEGF介导的磷酸化及核内输出，此种由VEGF介导HDAC7的分子反应的信号通路对于VEGF诱导的内皮细胞的分化与移行是必需的，其通过抑制依赖或不依赖肌细胞促进因子2（MEF2）基因的表达而调控内皮细胞的功能;除此之外，Ⅱ类中的HDAC4、HDAC5亦可由VEGF介导完成磷酸化，其核内输出过程可不完全依赖于VEGF完成，提示其可能作用于不同的靶点而在VEGF诱导的血管生成过程中发挥作用。

此外，研究发现HDACs是S1P（鞘氨醇膦酸酯）在细胞内的直接靶标，其最初是一种存在于细胞核中具有生物活性的脂质信使，由2型鞘氨醇激酶（sphK2）产生。SphK2选择性聚集在编码细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21或转录调节因子c-fos的基因启动子上。S1P通过特异性结合HDAC1和HDAC2，抑制其活性，进而保护组氨酸末端赖氨酸不被去乙酰化，从而提高组蛋白H3乙酰化的程度，促进转录。