劉紅椿，杜曉光，耿美玉，

近年來，組蛋白去乙酰化酶(HDAC)作為藥物靶點吸引了眾多的關(guān)注，并且已經(jīng)有HDAC抑制劑Vorinostat和Depsipeptide被美國FDA批準(zhǔn)以皮膚T淋巴細(xì)胞瘤(CTCL)為適應(yīng)癥而上市應(yīng)用［1］，在實體瘤治療中的應(yīng)用也處于臨床試驗階段。這標(biāo)志著HDAC作為新穎藥物靶標(biāo)的概念驗證性研究階段的結(jié)束，也預(yù)示著HDAC抑制劑作為抗腫瘤藥物具有廣闊的開發(fā)前景。

盡管目前關(guān)于HDAC抑制劑的設(shè)計研究及作用機制研究越來越多，但是HDAC抑制劑抗腫瘤作用的明確機制尚未闡明。目前人們提出的作用機制很多，包括促凋亡、促分化、細(xì)胞周期阻滯、抑制DNA損傷修復(fù)、上調(diào)腫瘤抑制基因、下調(diào)生長因子、氧化應(yīng)激等等［2－5］，但這些作用機制往往依賴于細(xì)胞類型、實驗條件及特定的化合物。這種多個作用機制現(xiàn)象的出現(xiàn)要歸因于表觀遺傳變化的廣泛性，如組蛋白的乙?；腿ヒ阴；軌蛴绊懚喾N基因的轉(zhuǎn)錄。更重要的是，HDACs不僅僅能夠催化組蛋白的去乙?；?，而且能夠催化其他一些重要蛋白(如Hsp90、Tubulin等)和轉(zhuǎn)錄因子(p53、STAT1等)的乙?；，F(xiàn)有的HDAC抑制劑如Vorinostat及其他一些處于臨床研究的侯選化合物往往是泛抑制劑［6］，能同時抑制多個HDAC家族成員。而這些不同亞型的HDAC往往具有不同的定位，在細(xì)胞功能調(diào)控上發(fā)揮著不同的作用，并且與不同的疾病類型相關(guān)［7－8］。這種作用機制的廣泛性使得 HDAC 泛抑制劑如 Vorinostat、TSA、Belinostat、Panobinostat、LAQ824、JNJ-26481585等會破壞多個依賴于蛋白乙酰化的細(xì)胞內(nèi)過程，不僅影響腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移［9］，而且會干擾正常的生理功能，使得HDAC泛抑制劑存在潛在的毒副作用。

因此選擇性的HDAC抑制劑不僅能夠降低毒副作用，而且能為各亞型的生物學(xué)功能研究提供探針，具有深遠(yuǎn)的意義。本文將對HDAC選擇性抑制劑進行綜述。

1 HDAC家族主要成員的定位和功能

HDAC是一個大的酶家族，其成員目前已知有18個不同的亞型，按種系分為 4 大類:Ⅰ(HDAC 1、2、3、8)、Ⅱ(HDAC 4、5、6、7、9、10)、Ⅲ(SIRT1-SIRT7)和Ⅳ(HDAC 11)［10］。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ為經(jīng)典家族，是 Zn2+－依賴性的HDAC，而Ⅲ屬于Sirtuin家族，是NAD+－依賴的HDAC。目前臨床研究的絕大多數(shù)HDAC抑制劑能夠抑制HDAC的多個亞型，這些亞型往往屬于Zn2+－依賴性的HDAC家族。而針對NAD+－依賴的HDAC的抑制劑目前研究較少，在此不予涉及。

不同亞型HDAC通常具有不同的基因表達(dá)模式、細(xì)胞定位和生物學(xué)功能。目前研究發(fā)現(xiàn)［11］，HDAC 1、2、3主要定位在細(xì)胞核內(nèi)，在多種組織細(xì)胞中表達(dá)，并在多種腫瘤細(xì)胞中過表達(dá)，且與不良預(yù)后有關(guān)。HDAC 6主要定位于細(xì)胞質(zhì)，而HDAC 4、5、7和9主要穿梭于細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間，只在部分組織細(xì)胞中表達(dá)，但是有研究表明，HDAC5的表達(dá)預(yù)示著較好的預(yù)后，這提示在腫瘤治療中最好不要抑制此類HDAC亞型。研究表明，在不同類型的腫瘤中HDAC的表達(dá)亞型和表達(dá)量不同。這種腫瘤選擇性的HDAC表達(dá)是亞型選擇性HDAC抑制劑應(yīng)用的病理學(xué)基礎(chǔ)，也提示HDAC抑制劑的選擇性不僅能增強藥效，而且能降低毒副作用。這些發(fā)現(xiàn)也是促使人們開發(fā)選擇性HDAC抑制劑的原因之一。見Tab 1。

2HDAC選擇性抑制劑

應(yīng)用RNA干擾技術(shù)和動物基因敲除技術(shù)研究顯示，Ⅰ類和Ⅱa類中的一些HDAC亞型，可能是抗腫瘤作用相關(guān)的靶標(biāo)。其中對HDAC 1、2、3的抑制會引起細(xì)胞周期阻滯，產(chǎn)生細(xì)胞增殖抑制作用［15］;對HDAC 4的抑制會影響DNA損傷修復(fù)的過程［16］;對HDAC 6的抑制會影響Tubulin的乙?；?，降低腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力［17］等。隨著HDAC各個亞型的具體調(diào)控機制、生物學(xué)功能以及與腫瘤類型關(guān)系的深入研究，有針對地選擇某些HDAC亞型的選擇性抑制劑對個體化治療具有重要意義，也將更受人們的青睞。

2.1 HDAC1選擇性抑制劑 HDAC 1是1996年由美國哈佛大學(xué)Taunton等［18］發(fā)現(xiàn)的第一個哺乳動物的組蛋白去乙?；?，它是多種蛋白質(zhì)復(fù)合物的催化亞單位，參與組蛋白和非組蛋白的去乙?；DAC 1的表達(dá)在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和胃腸道癌等都有明顯升高，被認(rèn)為是肺癌、乳腺癌的預(yù)后指標(biāo)［10］。研究發(fā)現(xiàn)［19］，HDAC 1 能調(diào)控周期相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄，HDAC 1的抑制主要通過上調(diào)p21的表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞周期的阻滯。

MS-275是1999年由 Suzuki等［20］合成的苯甲酰胺類HDAC 1抑制劑。與泛抑制劑的作用機制不同，MS-275不是以Zn2+為結(jié)合靶標(biāo)，而是以活性口袋最狹窄的部位Phe141和Phe198相對的2個苯環(huán)為靶點，阻塞了HDAC的生理底物(組蛋白N端Lys乙?；瘋?cè)鏈)伸向催化中心的通道，因此其對亞型選擇性明顯好于Zn2+為結(jié)合靶點的抑制劑。MS-275通過增加腫瘤細(xì)胞中周期阻滯蛋白p21的水平，抑制細(xì)胞增殖，促進細(xì)胞分化，在動物實驗中口服抗腫瘤活性好而且毒副作用低［21］。目前該藥物正在美國進行白血病及實體瘤的臨床Ⅱ期研究。另外，臨床研究表明，MS-275與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-阿扎胞苷聯(lián)用，對第一次化療失敗的高分化的非小細(xì)胞肺癌患者有治療作用，顯示了良好的抗腫瘤作用。

2.2 HDAC1/2選擇性抑制劑 HDAC 2與HDAC 1具有高達(dá)82%的同源性，且二者的作用機制相似，單獨酶不具有HDAC活性，必須與輔因子形成復(fù)合物才能有去乙?；富钚?。HDAC 1和HDAC 2可直接與DNA結(jié)合蛋白如YY1、SP1等結(jié)合。HDAC 2在抑制凋亡中具有重要作用［19］。

2.2.1 Depsipeptide Depsipeptide，又名 FK228、FR901228、NSC630176，是一來源于天然產(chǎn)物的環(huán)肽類化合物，其對HDAC 1和HDAC 2的選擇性相似。計算機模擬的結(jié)果表明，Depsipeptide的硫醇基團可以通過一個水分子與Zn2+結(jié)合［22］。Depsipeptide對多種血液腫瘤和實體瘤都具有明顯的殺傷作用。目前Depsipeptide已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)用于皮膚T細(xì)胞淋巴瘤的治療，其針對慢性淋巴細(xì)胞白血病、急性髓樣白血病和其他實體瘤的研究正處于臨床階段［23］。

Tab 1 Properties of zinc dependant HDACs

2.2.2 MGCD103 MGCD0103是一種新型的苯氨基苯甲酰胺類HDAC抑制劑［24］。MGCD0103可以抑制多種腫瘤細(xì)胞的生長，比泛抑制劑SAHA和HDAC 1特異性抑制劑MS-275的增殖抑制活性更強［24］。而另有研究表明［25］，MGCD0103主要抑制HDAC 1的活性，同時對HDAC 2、3、11都有一定的抑制作用，故其選擇性還有待進一步的驗證。MGCD0103口服有效，且顯示了良好的藥效和藥代動力學(xué)特性，目前正處于多項Ⅱ期臨床研究，是治療血液學(xué)疾病和淋巴組織增生疾病的一個比較有前景的化合物［26］。

2.3 HDAC 8選擇性抑制劑 Buggy等［27］在2000年發(fā)現(xiàn)了HDAC的第8個成員——HDAC 8，其在心臟、肺、腎臟和胰腺中均有表達(dá)，在肝中的表達(dá)量最高。HDAC 8與HDAC 3的同源性最高，達(dá)到34%。Knockdown實驗表明HDAC 8對細(xì)胞增殖是必須的［28］。HDAC 8在神經(jīng)細(xì)胞瘤中有異常表達(dá)，選擇性地抑制其活性，可誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞瘤的分化［13］，提示應(yīng)用選擇性HDAC 8抑制劑可治療神經(jīng)細(xì)胞瘤。

PCI-34051是一個低分子量的異羥肟酸類化合物，能特異性抑制HDAC 8的活性。通過激活PLCγ，PCI-34051能夠誘導(dǎo)T淋巴瘤細(xì)胞和白血病細(xì)胞發(fā)生caspase依賴性的凋亡，但是對其他造血細(xì)胞和實體瘤細(xì)胞無明顯影響［29］，提示PCI-34051可能發(fā)展成為一個高效低毒選擇性強的T細(xì)胞惡性腫瘤的治療藥物。

2.4 HDAC6選擇性抑制劑 HDAC6屬于ClassⅡb，其獨特之處是擁有兩個催化區(qū)域:一個起始于第215位氨基酸，另一個起始于第610位，兩個催化區(qū)高度同源，而且均含有一個與泛素結(jié)合的鋅指結(jié)構(gòu)區(qū)。正常生理條件下，HDAC 6在心、肝、腎、胰等臟器中高表達(dá)［30］，而在食道癌［31］和口腔鱗狀上皮細(xì)胞癌中過表達(dá)。選擇性抑制HDAC 6對細(xì)胞的存活影響不大，但是可以明顯增加tubulin和HSP90的乙?；剑?2－33］，從而降低細(xì)胞的運動能力和加速HSP90客戶蛋白的降解。代謝活躍的細(xì)胞尤其是腫瘤細(xì)胞中產(chǎn)生了大量錯誤折疊蛋白，HDAC 6能促進錯誤折疊蛋白降解，故HDAC 6的選擇性抑制可以嚴(yán)重地破壞細(xì)胞處理錯誤折疊蛋白的能力，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的蛋白“垃圾”迅速積累，進而誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡，而對正常細(xì)胞沒有明顯影響，因此近期HDAC 6的選擇性抑制劑備受關(guān)注。

2.4.1 Tubacin Tubacin是 Schreiber領(lǐng)導(dǎo)的研究組通過對7392種小分子的篩選得到的HDAC 6的抑制劑，其抑制了哺乳動物細(xì)胞的tubulin去乙酰化，但是對組蛋白的乙?；健⒒蜣D(zhuǎn)錄和細(xì)胞周期進程沒有影響，tubacin能增加tubulin的乙?；?，雖然不影響tubulin的穩(wěn)定性，但是能夠降低細(xì)胞的運動性［17］。另外tubacin并不抑制Hsp90的去乙?；崾総ubacin可能特異性抑制HDAC6-SIRT2復(fù)合物的形成，而該復(fù)合物負(fù)責(zé)tubulin的去乙酰化［34］。

2.4.2 5-Aryl-2-(trifluoroacetyl)thiophene 該化合物是由Ontoria等［35］研究的HDAC抑制劑，對HDAC 4和HDAC 6的選擇性較好，其抑制HDAC 4和HDAC 6的IC50值分別為310 nmol·L－1和 70 nmol·L－1，對 HDAC 1 的 IC50比 HDAC 6 強40多倍，而且對實體瘤細(xì)胞抑制效果較好。

2.4.3 含吡啶丙氨酸的羥肟酸類化合物 Schafer等［36］研究發(fā)現(xiàn)在羥肟酸上進行吡啶丙氨酸修飾，可以得到選擇性的HDAC 6抑制劑5a，其對HDAC 1的IC50是HDAC 6的25倍左右，在細(xì)胞水平能夠升高tubulin的乙?；剑鋵δ[瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒活性較HDAC泛抑制劑弱，與蛋白酶體抑制劑硼替佐米有協(xié)同致死作用，提示聯(lián)合用藥可作為其應(yīng)用的一種策略。

上述的亞型選擇性HDAC抑制劑，從嚴(yán)格意義上講，并不具有絕對的選擇性。一方面是由于HDAC各亞型在很大程度上的同源性，既照顧到抑制活性又兼顧選擇性難度較大;另一方面現(xiàn)有的抑制劑在分子水平的酶活評價時，僅有少數(shù)能在11個HDAC亞型上進行全面評價，大多數(shù)化合物僅選用若干HDAC酶進行篩選，所得數(shù)據(jù)不能完全確定其亞型選擇性，因此全面篩選是亞型選擇性抑制劑開發(fā)和評測的重要指標(biāo)。

3 展望

Tab 2 Inhibitors activity toward HDAC enzymes

目前各種HDAC亞型的特異生物學(xué)功能、選擇性表達(dá)的腫瘤類型等都沒有完全闡釋清楚，但是結(jié)合已有的研究成果可以預(yù)測亞型選擇性的HDAC抑制劑擁有明顯的優(yōu)勢，如對腫瘤組織選擇性高、毒副作用較低、可與靶向藥物的聯(lián)合應(yīng)用［37］等，因此亞型選擇性的HDAC抑制劑是各大研究機構(gòu)和藥廠開發(fā)的目標(biāo)。盡管目前有很多HDAC的抑制劑處于不同的研發(fā)階段，但是受限于HADC亞型的同源性較高，且大多數(shù)亞型沒有晶體結(jié)構(gòu)，選擇性的HADC抑制劑數(shù)量還是相當(dāng)有限的，而且亞型絕對選擇性的抑制劑更是罕見。隨著HDAC亞型生物學(xué)研究的深入、晶體結(jié)構(gòu)的健全和完善以及計算機模擬的合理化設(shè)計，更多的亞型選擇性的HDAC抑制劑將會涌現(xiàn)出來。

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