组蛋白去乙酰化酶及其抑制剂与子宫内膜异位症的研究进展

·综述·组蛋白去乙酰化酶及其抑制剂与子宫内膜异位症的研究进展

王水英1综述，黄荷凤2审校（1．杭州师范大学临床医学院，杭州310036；2．浙江大学医学院附属妇产科医院，杭州310016）【摘要】子宫内膜异位症是一个妇科常见病，其发病机制目前尚不明确，目前认为它与表观遗传改变有密切关系。组蛋白乙酰化修饰是表观遗传调控的重要机制之一。现结合国内外文献报道，对组蛋白去乙酰化酶及其抑制剂与子宫内膜异位症的发病及治疗前景做一综述。【关键词】子宫内膜异位症；组蛋白去乙酰化酶；组蛋白去乙酰化酶抑制剂中图分类号：R711．71文献标志码：A文章编号：1004－7379（2012）05－0401－03子宫内膜异位症（简称内异症，endometriosis）主要表现为盆腔疼痛和不孕，约10%～15%的育龄期妇女深受其影响。目前其发病机制尚不明确，但大量研究表明，内异症是一个表观遗传性疾病［1，2］。组蛋白修饰和DNA甲基化是表观遗传调控的主要机制。组蛋白修饰主要包括组蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化等，其中研究最多的是组蛋白乙酰化修饰。组蛋白乙酰化修饰是可遗传的，也是可逆的，可通过相应抑制剂抑制其变化，恢复相关基因的转录而达到治疗疾病的目的。本文就组蛋白去乙酰化酶及其抑制剂与内异症的关系做一综述。1组蛋白去乙酰化酶与子宫内膜异位症组蛋白乙酰化、去乙酰化修饰影响染色质重塑，在基因表达调控中扮演着重要的角色。组蛋白乙酰化修饰由功能相互拮抗的两种蛋白酶催化完成：组蛋白乙酰基转移酶（his-toneacetyltransferases，HATs）和组蛋白去乙酰化酶（histonedeacetyltases，HDACs）。HATs将乙酰基转移到组蛋白赖氨酸残基上，中和组蛋白电荷，使转录因子、调节因子复合物和RNA合成酶更接近DNA，使基因更容易表达。相反，HDACs的去乙酰化作用恢复了组蛋白的正电荷，增加了DNA与组蛋白之间的引力，使核小体变得十分紧密，不利于特定基因的表达，包括一些肿瘤抑制基因。在正常生理状态下，HATs与HDACs对组蛋白乙酰化作用的调控处于平衡状态。而细胞在发生转化的状态下，HDACs的表达明显增加，使原有的平衡状态被打破，导致一些基因的表达失衡，进而引起疾病的发生。目前在人体已发现18种HDACs，根据与酵母的同源性划分为4类：Ⅰ型与酵母去乙酰化酶RPD3有相似的催化位点，包括HDACl、HDAC2、HDAC3和HDAC8；Ⅱ型类似酵母去乙酰化酶Had1，包括HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9和HDAC10；Ⅲ型HDACs是NAD依赖的去乙酰化酶Sir2家族，是一类高度保守的基因，不能被Ⅰ、Ⅱ型HDACs抑制剂所抑制，包括sirt1～sirt7；Ⅳ型包含有Ⅰ和Ⅱ型HDACs的催化位点，但又不完全同源，只有HDAC11。目前研究较多的主要是Ⅰ型和Ⅱ型HDACs。HDACs广泛存在于人体各组织中。不同类型的HDACs在不同组织中的表达存在差异。Ⅰ型HDACs（HDAC1、HDAC2及HDAC3）在正常子宫内膜组织中有不同程度的表达［3］。在子宫内膜癌组织中，HDAC2高水平表达，且表达高低与预后密切相关［4］。目前为止，HDACs与内异症的相关报道国内外均少见。我们［5，6］前期进行了有关HDAC1与内异症的相关研究，发现HDAC1蛋白在内异症在位内膜和异位内膜组织的表达明显高于正常子宫内膜，内异症内膜组织中HDAC1的高表达说明这些细胞的组蛋白以去乙酰化占优势，也就是这些细胞的组蛋白处于低乙酰化状态，抑制了某些基因的表达。内异症在位内膜与异位内膜之间HDAC1的表达无明显差异，说明两者来源的遗传一致性。最近，Kawa-no等［7］报道子宫内膜异位囊肿间质细胞组蛋白H3、H4的乙酰化水平明显低于正常子宫内膜间质细胞，与我们的推测一致，也进一步证实了内异症中确实存在组蛋白乙酰化修饰的异常。在肿瘤细胞的研究中发现，当HDAC1基因缺失时，细胞阻滞在G1期或不能完成G2/M的转化，导致细胞生长抑制及细胞凋亡增加［8］。HDAC1可能通过抑制与细胞周期相关基因的转录而影响细胞的增生和凋亡。内异症在位内膜与异位内膜组织中HDAC1的高表达，说明这些细胞的特性发生了变化-增生能力增加而凋亡能力下降，促使内膜细胞更易在宫腔以外的地方继续生长而形成异位病灶。HDAC1在内异症的异常表达可能在内异症的发生、发展中起着重要作用，另一方面从组蛋白修饰角度说明内异症是一种表观遗传学疾病，至于HDAC1通过什么机制参与内异症发病，目前尚不清楚。除HDAC1外的其它HDACs是否也与内异症的发病有关，有待进一步研究证实。2组蛋白去乙酰化酶抑制剂与子宫内膜异位症内异症是一个妇科常见病，治疗方法目前以手术和药物为主。非根治性手术存在复发的可能，而药物治疗的副作用及停药后的复发，患者也难以接受。因此，内异症的治疗已现代妇产科进展2012年5月第21卷第5期ProgObstetGynecol，May2012，Vol.21，No.5成为妇产科领域的一个棘手问题。组蛋白乙酰化修饰是可遗传的，同时也是可逆的。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（his-tonedeacetylaseinhibitors，HDACIs）就是通过抑制细胞核小体的组蛋白去乙酰化酶的活性，改变组蛋白乙酰化水平而松弛染色质结构，通过调控特定基因的表达而达到抑制细胞生长的目的。HDACIs的相关研究已成为抗肿瘤药物研究中非常活跃的一个领域［9］。内异症虽是一种良性病变，但它具有恶性肿瘤的一些生物学特性，如浸润、远处转移、异常血管形成等等。分子水平已揭示内异症和癌症之间的相似性。因此，HDACIs也有可能成为治疗内异症的候选药物。有关HDACIs的研究大多集中于肿瘤，根据化学结构不同HDACIs可分为四大类：（1）短链脂肪酸类：如丁酸钠、丙戊酸和苯丁酸等；（2）羟肟酸类：如曲古抑菌素A、辛二酰苯胺异羟肟酸等；（3）环四肽类：如FK228、Trapoxin、Apicidine等；（4）苯酰胺类：如MS-275、M344等。目前，大部分HDA-CIs处于临床前研究阶段，在内异症的研究中主要涉及以下三种。曲古抑菌素A（trichostatinA，TSA）源自链霉菌代谢产物，最初作为一个抗真菌药物运用于临床。1990年Yoshida等［10］首次报道，TSA具有抑制哺乳动物组蛋白去乙酰化酶的作用，具有特异性且作用强。此后TSA作为一种HDACIs用于各种肿瘤的研究，其可以抑制多种肿瘤细胞的生长。TSA是氧肟酸类中第一个鉴定的HDACI，也是目前内异症中研究最多的。子宫内膜组织的异位种植是内异症的一大特点，而在位子宫内膜一系列内在特性的变化是异位种植的关键。体外研究已经证实TSA对内异症在位内膜与异位内膜细胞具有抑制作用，且作用涉及细胞增殖、炎症反应及侵袭性等多个方面。可能的机制包括：（1）抑制异位内膜细胞TNF-α激活NF-κB［11］；（2）通过阻滞细胞周期进展和促进p21的表达［12］；（3）抑制子宫内膜细胞IL-1引起的COX-2的表达［13］；（4）上调内膜细胞PPARγ基因的表达［14］；（5）激活E-cadherin基因的表达［15］。TSA的优点在于它既能抑制在位子宫内膜细胞的增殖，又能更强地抑制异位内膜细胞的增殖和侵袭［11，15］。TSA对异位内膜细胞的高敏感性一方面可以有效地控制异位病灶的生长，另一方面又能有效地保护在位子宫内膜以维持其生理功能。最近，Lu等［16］的动物模型实验发现TSA不仅可以抑制异位病灶的进一步扩大，而且可以减轻内异症引起的痛觉过敏现象，进一步验证了TSA对内异症的治疗作用。以上体内外研究结果提示TSA将会是一种理想的治疗内异症的新型药物。丙戊酸（valproicacid，VPA）是一种传统的抗癫痫药物，2001年发现VPA能通过抑制Ⅰ型和Ⅱ型HDACs而使组蛋白H3、H4高度乙酰化而被确定为HDACIs［17］，属于短链脂肪酸的一种。因VPA半衰期长、生物利用度高、毒副作用小，大多数学者认为其具有良好的临床应用前景。目前，VPA与去甲基化制剂联合全反式维甲酸用于治疗急性髓系细胞白血病的Ⅱ期临床试验［18］。VPA与TSA一样可以抑制正常子宫内膜间质细胞的生长［12］，也能抑制内异症异位内膜细胞的生长。Kawano等［7］研究发现，内异症异位囊肿间质细胞使用VPA后，组蛋白H3、H4的乙酰化水平提高，细胞周期调控相关基因如p21、p27、chk2及抗凋亡的bcl-2、bcl-xl基因的表达下降，而促凋亡的caspase-3、9基因被激活。说明VPA与其他HDACIs一样通过提高细胞的乙酰化水平，改变与细胞周期调控和细胞凋亡相关基因的表达，最终抑制内异症异位内膜细胞的增殖和促进细胞的凋亡。Liu等［19］曾运用VPA进行子宫腺肌病的临床试验：患者服用VPA3个月后，子宫平均缩小1/3，原可触及的结节完全消失或明显缩小，且患者的痛经症状完全消失。说明VPA对腺肌病有一定的治疗作用。作者用动物模型进一步验证了VPA确实具有缓解痛觉过敏的作用［20］。虽然腺肌病与内异症的发病机制不同，但也有许多类似之处：如与表观遗传调控有关、是雌激素依赖性疾病、具有痛经的症状等。因此，VPA也有望成为治疗内异症的候选药物。Romidepsin（FK228，depsipeptide）是从青紫色素杆菌中分离出来的一个天然的HDACI，属于环四肽类家族成员，也是一个高效的抗癌药物。2009年Romidepsin（商品名为Is-todax）获得美国FDA批准上市，用于治疗一种罕见的皮肤T细胞淋巴瘤（CTCL）。Romidepsin是第二个已经上市用于临床治疗的HDACI，其通过H2O2通路引起肿瘤细胞的凋亡［21］。在内异症的研究中发现Romidepsin通过抑制HDACs酶的活性，增加组蛋白H2A、H2B、H3、H4的乙酰化水平，结果异位内膜细胞的增殖能力下降而凋亡能力增强，且Ro-midepsin在较低的纳摩尔浓度就发挥此作用［22］。Romidepsin除了抑制细胞的增生外，还具有抗血管生成的作用，它能抑制血管内皮生成因子VEGF基因的表达及分泌，且可能是通过减少缺氧诱导因子HIF-1的表达来实现的［23］。细胞过度增生和血管生成异常是内异症的两个重要特征，而Romidep-sin对异位内膜具有抑制细胞增殖、激活细胞凋亡和抗血管生成的多重作用，因此，其有望成为一个新型的治疗内异症的药物。综上所述，内异症中存在组蛋白乙酰化修饰的异常，是一种表观遗传性疾病。HDACIs通过抑制HDACs的活性，改变组蛋白乙酰化水平，调控不同基因的表达而达到治疗疾病的目的。在内异症的研究中发现，TSA、VPA及Romidepsin对异位内膜细胞具有抑制增殖生长和促进凋亡的作用。虽然HDACIs在内异症的研究目前尚处于起始阶段，但随着对HDACIs的进一步研究将为内异症的治疗带来新希望。参考文献［1］GuoSW．Epigeneticsofendometriosis［J］．MolHumRe-prod，2009，15（10）：587-607［2］NasuK，KawanoY，TsukamotoY，etal．AberrantDNAmethylationstatusofendometriosis：Epigeneticsasthepathogenesis，biomarkerandtherapeutictarget［J］．JOb-现代妇产科进展2012年5月第21卷第5期ProgObstetGynecol，May2012，Vol.21，No.5