劉 戀 趙 博 夏中元

腦卒中因其高患病率、高致殘率和高致死率一直以來是研究的一大熱點(diǎn)。同時(shí)，由再灌注造成的繼發(fā)性損傷將會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果，如血-腦脊液屏障破壞，炎癥和缺血后神經(jīng)元損傷等[1]。組蛋白去乙酰化酶(HDACs)靶向作用于組蛋白，調(diào)節(jié)染色體活力，調(diào)控細(xì)胞的基因表達(dá)，可調(diào)節(jié)與神經(jīng)可塑性、細(xì)胞存活、神經(jīng)炎癥以及氧化應(yīng)激等相關(guān)的多種信號(hào)通路[2]。因此，HDACs很可能在腦卒中的病理生理過程中發(fā)揮著重要作用。

一、HDACs家族概述

HDACs作為一類酶家族，是多蛋白復(fù)合物的催化亞基，通過調(diào)控組蛋白、非組蛋白的乙酰化水平，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的穩(wěn)態(tài)維持起著重要作用[3]?；诮Y(jié)構(gòu)、序列同源性和結(jié)構(gòu)域布局等的不同，將HDACs家族成員分為了4類：Ⅰ類(HDAC 1～3和8)，Ⅱ類(HDAC 4～7,9和10)和Ⅳ類(HDAC 11)這3類HDACs是鋅依賴性的，并且具有相似的序列，故被稱為經(jīng)典的的HDACs家族；而Ⅲ類(sirtuin1～7)是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依賴性的，未被列入經(jīng)典的HDACs家族[4,5]。HDACs家族各成員的表達(dá)部位、分布情況以及對(duì)靶基因的調(diào)控等不盡相同，因此發(fā)揮的功能也有所差別：Ⅰ類成員是一種核蛋白，在機(jī)體各組織臟器中廣泛表達(dá)，可在細(xì)胞核內(nèi)與共同轉(zhuǎn)錄抑制子結(jié)合，從而使染色體組蛋白、非組蛋白去乙?；种妻D(zhuǎn)錄；Ⅱ類成員的表達(dá)具有階段性的特異性，特定的細(xì)胞信號(hào)可將其激活，活化的Ⅱ類成員穿梭于胞核和胞質(zhì)之間，在細(xì)胞核內(nèi)通過類似于Ⅰ類成員的方式結(jié)合共同轉(zhuǎn)錄抑制子，從而抑制轉(zhuǎn)錄，另外，其可在某些刺激因子作用下,結(jié)合大量的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白以及功能蛋白，促進(jìn)它們?cè)诎伺c胞質(zhì)之間穿梭，從而對(duì)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控，參與了一系列病理生理過程[4, 6]。

二、HDACs家族成員與腦卒中

調(diào)節(jié)組蛋白乙酰化是染色質(zhì)調(diào)制和基因調(diào)節(jié)的一個(gè)重要組成部分，在細(xì)胞增殖和分化等多種生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用[3]。最近的研究詳細(xì)闡明了組蛋白乙?；谥袠猩窠?jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮的重要作用，如神經(jīng)元分化、記憶形成、藥物成癮等[7]。HDACs將組蛋白的乙?；瞥?，導(dǎo)致了染色質(zhì)凝聚，降低了DNA與轉(zhuǎn)錄因子的親和力[4]。多種HDACs抑制劑，如VPA、TSA、SAHA等均被證明在腦卒中中發(fā)揮了重要的神經(jīng)保護(hù)作用[8]。然而，近期亦有一些研究報(bào)道了，HDACs家族中也有部分成員其本身在很多病理性損傷(包括腦缺血)中也表現(xiàn)出保護(hù)性作用[9～11]?，F(xiàn)對(duì)該家族成員在腦卒中領(lǐng)域中的作用進(jìn)行逐一闡述如下：

1.HDAC1與腦卒中：在HDACs家族中，HDAC1是第一個(gè)被鑒定出來的具有組蛋白定向去乙酰酶活性的哺乳動(dòng)物蛋白，其在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期方面發(fā)揮著重要作用，且在細(xì)胞周期基因的轉(zhuǎn)錄抑制過程中必不可少[12]。HDAC1和特定基因啟動(dòng)子區(qū)域的聯(lián)系與它們的轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)聯(lián)。細(xì)胞周期重入、DNA損傷和P25積累成為各種神經(jīng)退行性疾病的重要病理組成部分，這一途徑可能構(gòu)成負(fù)責(zé)多種疾病如腦卒中/缺血等的神經(jīng)元死亡的共同機(jī)制[13]。在動(dòng)物的在體模型研究中發(fā)現(xiàn)，HDAC1活性的反常參與了P25介導(dǎo)的DNA雙鏈斷裂形成，細(xì)胞周期蛋白表達(dá)以及神經(jīng)元死亡；增加HDAC1的活性可以保護(hù)神經(jīng)元對(duì)抗缺血誘導(dǎo)的DNA損傷以及神經(jīng)興奮性毒性[10]。

2.HDAC2與腦卒中:HDAC2被報(bào)道可以負(fù)性調(diào)節(jié)細(xì)胞存活以及神經(jīng)元可塑性[14]。將選擇性表達(dá)HDAC2的腺病毒在小鼠腦卒中后即刻注入梗死周邊的皮質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在腦卒中后第5天HDAC2的水平和活性增加，在卒中后的第8天腦卒中誘導(dǎo)的功能缺損顯著加重，說明在梗死周邊皮質(zhì)的HDAC2在腦卒中后的二次功能缺損中也發(fā)揮著重要作用[2]。腦缺血誘導(dǎo)的HDAC2在卒中后5～7天上調(diào)，在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)，抑制缺血周邊皮質(zhì)的HDAC2可以通過表觀遺傳學(xué)增強(qiáng)細(xì)胞存活，促進(jìn)神經(jīng)元可塑性的恢復(fù)以及減少炎性反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而有助于改善腦卒中后的運(yùn)動(dòng)功能[2]。

使用藥理學(xué)抑制劑選擇性抑制HDAC1和HDAC2，以及使用siRNA特異性敲除HDAC1和HDAC2均抑制了炎性因子(IL-6和TNF-α)的表達(dá)，但是單獨(dú)敲除HDAC1時(shí)，HDAC2代償性地表達(dá)上調(diào)，炎性因子的表達(dá)未被抑制，表明這兩個(gè)HDACs在調(diào)節(jié)神經(jīng)炎性反應(yīng)時(shí)存在冗余[15]。進(jìn)一步研究其具體機(jī)制，有利于更好地闡述HDAC2涉及的神經(jīng)保護(hù)作用。

3.HDAC3與腦卒中：HDAC3是來自芽殖酵母的Rpd3的同源物，已經(jīng)在多種神經(jīng)病理學(xué)條件下被證明與神經(jīng)毒性相關(guān)[5, 8]。破壞HDAC3的螯合比例以及HDAC3的釋放，可引起神經(jīng)毒性的活化。HDAC3活性被抑制，可使小腦顆粒神經(jīng)元對(duì)抗低鉀損害，而HDAC3的過表達(dá)可促進(jìn)神經(jīng)元的死亡[16]。

腦缺血可引起皮質(zhì)神經(jīng)元以及缺血核心周邊區(qū)域(缺血半暗帶區(qū))的HDAC3表達(dá)上調(diào)，抑制HDAC3的表達(dá)可增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)缺血性損傷的耐受[17]。HDAC3的特異性抑制可通過啟動(dòng)與神經(jīng)保護(hù)相關(guān)的基因表達(dá)程序來預(yù)處理腦組織對(duì)抗缺血性損傷，此外，鈣調(diào)素參與了HDAC3的裂解，阻斷HDAC3的核分布[8]。故HDAC3抑制在缺血預(yù)處理引起的神經(jīng)保護(hù)作用中起著重要作用，為腦卒中的治療提供了一種新的藥理學(xué)方法。

4.HDAC4、HDAC5與腦卒中：HDAC4在小腦顆粒神經(jīng)元中高度表達(dá)，并可以調(diào)節(jié)此處神經(jīng)元的凋亡[18]。HDAC5主要定位在皮質(zhì)神經(jīng)元，其mRNA在此處高度表達(dá)。HDAC4和HDAC5屬于Ⅱa類HDACs家族，可與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，并與核輸出信號(hào)相關(guān)[4]。已有報(bào)道表明HDAC4通過抑制細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1(CDK1)和細(xì)胞周期進(jìn)程來保護(hù)神經(jīng)元免于死亡，并通過增強(qiáng)缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)元的存活[19]。HDAC5被認(rèn)為是對(duì)慢性應(yīng)激和可卡因成癮的適應(yīng)性反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[20]。由此可見，HDAC4和HDAC5可能在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶產(chǎn)生的活性氧(ROS)可影響缺血性腦卒中的基因表達(dá)和細(xì)胞功能[21]。最新研究表明HDAC4和HDAC5在模擬腦卒中的體內(nèi)外模型的研究中均顯著降低，其過表達(dá)可在缺糖缺氧條件下保護(hù)凋亡細(xì)胞免于死亡。腦缺血再灌注損傷顯著增強(qiáng)了NADPH氧化酶的活性，HDAC4和HDAC5表達(dá)的調(diào)節(jié)與NADPH氧化酶活性相關(guān)，表明NADPH氧化酶對(duì)腦缺血再灌注大鼠中HDAC4和HDAC5的調(diào)節(jié)有一定的作用[11]。 最新研究表明抑制NADPH氧化酶活性在腦缺血再灌注損傷中的神經(jīng)保護(hù)作用可能至少部分地通過調(diào)節(jié)HDAC4/HDAC5介導(dǎo)的組蛋白乙酰化和基因轉(zhuǎn)錄來實(shí)現(xiàn)[11]。高遷移率組盒1(HMGB1)參與了缺血性腦卒中的發(fā)病機(jī)制，其下調(diào)可減少神經(jīng)炎癥，使腦梗死體積減小[22]。過表達(dá)HDAC4和HDAC5，可以降低HMGB1釋放和表達(dá)[11]。HMGB1被報(bào)道可誘導(dǎo)PC12(一種模擬神經(jīng)元的細(xì)胞系)細(xì)胞凋亡[23]。因此，在缺血性腦卒中發(fā)作時(shí)可以通過調(diào)控HDAC4和HDAC5的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控HMGB1從而在腦卒中的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮保護(hù)作用，這可能對(duì)缺血性腦卒中的防治提供了重要的治療策略。

5.HDAC6與腦卒中：HDAC6屬于HDACs家族Ⅱb類組的成員，主要分布于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，調(diào)控了多種胞質(zhì)蛋白的乙?；?，并參與了一系列疾病的病理生理過程[4]。選擇性抑制HDAC6可保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)軸突再生，增強(qiáng)損傷后神經(jīng)修復(fù)以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)記憶能力[24]。HDAC6通過去乙?；?微管蛋白以調(diào)節(jié)微管穩(wěn)定性，對(duì)錯(cuò)誤折疊的蛋白的應(yīng)激反應(yīng)至關(guān)重要，抑制HDAC6可以通過增加微管蛋白乙?；瘉碓鰪?qiáng)關(guān)鍵性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)的轉(zhuǎn)運(yùn)和釋放[25]。在缺血引起的氧化應(yīng)激模型中，HDAC6可以使神經(jīng)元胞體或軸突中的某些蛋白去乙?；?，從而抑制細(xì)胞的再生或促進(jìn)細(xì)胞的死亡[26]。因此HDAC6可能作用于氧化應(yīng)激的下游分子靶點(diǎn)，從而介導(dǎo)了其下游的一系列的病理生理過程。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中，HDAC6是神經(jīng)保護(hù)和再生的一個(gè)潛在作用靶標(biāo)[26]。腦缺血可以增加HDAC6的表達(dá)，并通過解聚微管和減少動(dòng)力蛋白水平來破壞基于微管的運(yùn)輸，從而破壞神經(jīng)元胞體和軸突/樹突之間的線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)一步引起線粒體功能障礙和隨后的細(xì)胞死亡[5]。抑制HDAC6可以改善腦缺血后線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷并保留成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-21 (FGF-21,一種代謝調(diào)節(jié)因子，在神經(jīng)元中表達(dá))水平，繼而通過靶向Akt信號(hào)通路對(duì)谷氨酸誘導(dǎo)的興奮性毒性產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用，同時(shí)極大地減少了腦梗死體積、神經(jīng)功能缺損和神經(jīng)元細(xì)胞的死亡[27]。在小鼠腦卒中模型研究中發(fā)現(xiàn)使用HDAC6的特異性抑制劑可增加入侵腦的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)的數(shù)量，提高其免疫抑制能力和促炎性因子白細(xì)胞介素(IL)-10表達(dá)，減少了腦皮質(zhì)缺血后腦梗死的體積和行為缺陷[28]。因此，藥理學(xué)水平靶向HDAC6介導(dǎo)的多種信號(hào)通路或通過其對(duì)Tregs的功能進(jìn)行調(diào)節(jié)從而介導(dǎo)內(nèi)源性免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，可能有助于設(shè)計(jì)出一種新方法，以預(yù)防和治療腦卒中。

6.HDAC7與腦卒中:內(nèi)源性HDAC7主要定位于細(xì)胞質(zhì)，低水平存在于細(xì)胞核中[18]。HDAC7在培養(yǎng)的小腦顆粒神經(jīng)元(CGNs)中的強(qiáng)制表達(dá)阻止低鉀誘發(fā)的細(xì)胞凋亡，shRNA介導(dǎo)的HDAC7表達(dá)抑制可以誘導(dǎo)其他健康神經(jīng)元的凋亡。HDAC7介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)不需要其催化結(jié)構(gòu)域，不能被HDACs的化學(xué)抑制劑抑制[9]。HDAC7被證明是一種神經(jīng)保護(hù)蛋白，通過不依賴于其脫乙?；富钚园l(fā)揮作用，并且可在轉(zhuǎn)錄水平介導(dǎo)c-jun(一種促進(jìn)神經(jīng)元死亡的重要轉(zhuǎn)錄因子)表達(dá)的抑制[9, 29]。雖然目前HDAC11在腦卒中領(lǐng)域的研究較少，但是為以后的進(jìn)一步研究奠定了一定的基礎(chǔ)。雖然上述研究均在神經(jīng)退行性疾病模型中進(jìn)行，但相關(guān)機(jī)制給腦卒中領(lǐng)域的研究提供了方向。

7.HDAC9與腦卒中:HDAC9，Ⅱa類HDACs家族中的另一個(gè)成員，可以調(diào)節(jié)各種疾病的病理生理過程，在大鼠腦缺血再灌注損傷后的缺血半球表達(dá)上調(diào)[30]。通常，HDAC9在腦和骨骼肌中高表達(dá)，與生存不良有關(guān)，但對(duì)于其在腦中的作用知之甚少[31]。全基因組研究鑒定出了一個(gè)與大血管的缺血性腦卒中相關(guān)的HDAC9的變體，該遺傳變異體增加了頸動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)，然而其在缺血性腦卒中的分子途徑尚未明確[32]。因此，其在腦卒中的作用值得進(jìn)一步研究。

研究發(fā)現(xiàn)HDAC9在腦卒中的體外模型中促進(jìn)了缺糖、缺氧誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)、內(nèi)皮細(xì)胞通透性和凋亡，同時(shí)也減少了自噬[30]。越來越多的研究表明內(nèi)皮細(xì)胞自噬的減少可能是引起血管生物學(xué)中內(nèi)皮功能紊亂的一種中樞機(jī)制[33]。另有研究顯示缺糖缺氧誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng)和滲透功能紊亂可以被雷帕霉素(自噬誘導(dǎo)劑)緩解，雷帕霉素在暴露于缺糖、缺氧的血管內(nèi)皮細(xì)胞中誘導(dǎo)了保護(hù)性自噬的產(chǎn)生[34]。HDAC9通過增加炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和內(nèi)皮細(xì)胞通透性紊亂，減少緊密連接蛋白的表達(dá)以及抑制自噬等促進(jìn)了缺糖、缺氧誘導(dǎo)的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[30]。因此，HDAC9是缺血性腦卒中治療的另一個(gè)潛在的靶點(diǎn)。

8.HDAC11與腦卒中：HDAC11是HDACs家族唯一的Ⅳ類成員，其與Ⅰ類和Ⅱ類HDACs具有一些相似的特征，主要在腎臟、心臟、骨骼肌、睪丸和腦的細(xì)胞核中表達(dá)[25]。HDAC11在中樞神經(jīng)系統(tǒng)組蛋白去乙?；^程中發(fā)揮作用，并與出生后發(fā)育期間少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元的發(fā)育相關(guān)。HDAC11在海馬中的表達(dá)異常與學(xué)習(xí)和記憶障礙密切相關(guān)。HDAC11在普肯野(Purkinje)細(xì)胞層中選擇性高表達(dá)可能表明其在自主運(yùn)動(dòng)和共濟(jì)失調(diào)綜合征中發(fā)揮重要作用[18]。有報(bào)道顯示，HDAC11與HDAC6有關(guān)聯(lián)，HDAC6可能通過HDAC11調(diào)控基因表達(dá)[5]。與HDAC6相似，HDAC11在腦缺血再灌注3h后顯著上調(diào)，隨后水平開始下降，并且24h顯著下降，其早期表達(dá)增強(qiáng)可能與腦卒中誘發(fā)的炎癥的發(fā)生和加重有關(guān)[5]。HDAC6還可通過使非組蛋白(如α-微管蛋白，皮質(zhì)激素和熱休克蛋90)去乙酰化，來調(diào)節(jié)包括基于微管的轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、內(nèi)吞作用、細(xì)胞遷移、自噬等的各項(xiàng)生命過程[5]。因此，HDAC11可能也參與了上述過程的調(diào)控，這針對(duì)進(jìn)一步研究提供了新的方向。

三、展 望

綜上所述，關(guān)于HDACs家族成員的各個(gè)亞型與缺血性腦卒中的相關(guān)性的研究仍不夠全面。未來對(duì)HDACs家族的研究重在闡明HDACs亞型在缺血性腦卒中的個(gè)體化作用，進(jìn)而設(shè)計(jì)出特異性更高的HDACs抑制劑，從而更好的用于腦卒中的預(yù)防與治療。因此，探討組蛋白去乙?；冈谌毖阅X卒中中的具體機(jī)制，明確參與缺血性腦卒中的具體亞型，都將有助于研制出特異性更強(qiáng)的抑制劑，從而更好地應(yīng)用于缺血性腦卒中的治療。