HDAC1与泌尿生殖系肿瘤

李曾 综述 廖洪 审校

四川省肿瘤医院泌尿外科，四川 成都 610041

乙酰化是一种可逆的蛋白质共价修饰形式，由组蛋白乙酰化酶(histone acetyltransferase，HAT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)共同参与调控，两者之间的动态平衡调控着组蛋白的乙酰化/去乙酰化修饰状态，而这恰是基因转录调控的关键机制之一。近年许多研究表明，HDAC异常导致的组蛋白乙酰化状态失衡与肿瘤的发生、发展有密切关系。组蛋白的低乙酰化和高甲基化是肿瘤细胞的主要特征之一，因此在肿瘤细胞内过表达的HDAC成为肿瘤研究和治疗作用的新靶点。本文就HDAC(尤其是HDAC1)与泌尿生殖系肿瘤(包括肾癌、膀胱癌和前列腺癌)的研究进展和研究意义等方面作一综述。

1 HDAC家族(HDACs)

HDACs最早是在酿酒酵母中被发现，后来相继在不同的生物中发现多种HDACs，迄今已发现18种，按照其与酵母HDACs的同源性可分为4大类，HDAC1即属于第Ⅰ类，主要存在于细胞核中，并普遍表达于各种人类细胞系和组织，而且在不同组织类型中，表达明显不同。HDACs导致的组蛋白高度乙酰化活动同基因沉默相关，它能促进组蛋白去乙酰化，增加DNA和组蛋白的结合力，干扰DNA和转录因子结合，抑制相关抑癌基因转录。而编码HDACs的基因表达改变和突变将导致调节细胞重要功能(如细胞增殖、细胞周期调节和凋亡)相关主要基因转录的失衡，从而促使肿瘤的发生［1］。

2 HDAC1与肿瘤

HDAC1是1996年由美国哈佛大学Taunton发现的第一个哺乳动物的HDAC，其蛋白质含有482个氨基酸，相对分子质量约为55×103，它是多种蛋白质复合物的催化亚单位，参与组蛋白和非组蛋白的蛋白质去乙酰化，推测可能是哺乳动物基因转录的关键调节子。HDAC1介导核小体结构改变和调节基因表达及位点特异DNA结合的转录抑制子的转录抑制作用，参与细胞周期进程和分化，此外，还能通过线粒体转位促进癌基因合成，抑制基因转录，导致细胞凋亡抑制和分化障碍。HDAC1的高表达能明显增加肿瘤细胞的增殖能力，并且可影响细胞外基质而使肿瘤细胞的移行和侵袭力明显加强，而其表达水平是细胞周期依赖性和(或)被高细胞密度影响，如在人前列腺癌细胞系PC-3中的表达［2］。

在所有HDACs中，HDAC1与肿瘤的关系最具代表性，它的表达可能与多种肿瘤如胃癌、乳腺癌、肺癌、结直肠癌和宫颈癌等的进展有关，许多包括调节细胞周期、分化和增殖的转录因子和有丝分裂过程都直接同HDAC1有直接关系，所以它的失活影响涉及增殖和凋亡相关基因的转录。Silvia等［3］证明人肿瘤细胞缺乏HDAC1不能进行有丝分裂，而是通过Caspase-3激活途径进入凋亡，同时细胞周期停滞在G1期或G2/M过渡期，从而抑制肿瘤细胞的生长，故剔除HDAC1的表达能抑制肿瘤生长。初步发现HDAC1在卵巢癌细胞的增殖中扮演重要角色，HDAC1 siRNA通过下调CyclinA的表达能明显抑制卵巢癌细胞的增殖［4］。

3 HDAC1抑制剂与肿瘤

HDAC抑制剂(histone deacetylase inhibitors，HDACIs)被证明对于基因的表达有重要影响，特别是抑癌基因，并且呈高度选择性，HDACIs能上调一些抑癌基因(如P21WAF/CIPl)的表达而抑制另一些基因(如血管生长因子)的表达，从而抑制肿瘤生长［5］。其抗肿瘤机制主要包括：(1)导致肿瘤细胞的细胞周期停滞在某个期(如G1或G2)、促进其分化及诱导凋亡的发生；(2)抑制肿瘤细胞的迁移、浸润和转移；(3)抑制肿瘤细胞的血管生成［6］。

HDACIs对大多数肿瘤具有抑制作用，包括对化疗耐药的肿瘤。研究证明CG200745能通过调节肿瘤细胞中p53的乙酰化导致肿瘤细胞周期停滞，分化和凋亡［7］，而卵巢癌细胞较正常细胞对FK228更敏感［8］。同样，联合应用HDACIs和DNMT1抑制剂可以恢复乳腺癌细胞对内分泌治疗的敏感性。此外，丙戊酸(VPA)和普罗比妥钠丁氯倍他松(NaBu)还能通过增加H3和H4的乙酰化，激活P21WAF1/CIPl的转录并最终阻滞细胞周期在G2/M期来降低人间充质干细胞的增殖潜能和多分化能力［9］。

4 HDAC1与泌尿生殖系肿瘤

4.1 HDAC1及其抑制剂与肾癌

4.1.1 HDAC1与肾癌

HDAC1同许多实体瘤的侵袭性和进展密切相关，但在肾癌(RCC)中的表达报道很少，Fritzsche等［10］研究了106例肾癌和肿瘤邻近组织中HDAC 1、2和3的表达，结果显示60%的肾癌表达HDAC1和HDAC2，相反，HDAC3只有13%的表达。

4.1.2 HDAC1抑制剂与肾癌

众所周知，肾癌对化疗、放疗及免疫治疗均不敏感，HDAC1过表达及对其功能的了解，促进了HDAC1抑制剂的发展和应用，研究证明其对包括肾癌在内的多种肿瘤具有抗肿瘤和免疫调节作用。HDAC1抑制剂LBH589作用于其人RCC组织中的靶点—Aurora A和Aurora B激酶，进一步导致两者的双重降解，最后使肿瘤细胞G2/M期停滞和细胞凋亡，同时还能在体内抑制成瘤［11］。一种新型抑制剂KBH-A145亦能在体内和体外明显抑制肾癌的生长，这可能是通过HDAC1的妥协募集来诱导P21WAF1/CIPl， 从而导致启动子区域的高度乙酰化并使所有的细胞停滞在G2/M 期来实现的［12］。Jones等［13］揭示VPA(丙戊酸)呈剂量依赖明显上调组蛋白H3和H4，引起肾癌细胞生长停止，同时改变细胞周期调节蛋白(CDK2、CyclinB、p21和Rb等)，而在体内，VPA明显抑制Caki-1，VPA联合IFN-α在体外明显提高VPA对肾癌的单独作用。最新研究发现联合VPA和低剂量的IFN-α能在体外和体内明显抑制肾癌的增殖和黏附，而这不是VPA和IFN-α独自作用所能产生的结果，机制可能是两者改变涉及细胞生长、存活、免疫反应、细胞迁徙和黏附基因(如化学增活素CXCL10、CXCL11、CXCL16等) 和黏附分子编码基因NCAM1、ICAM1、VCAM1等)［14］。同样，SAHA(异羟肟酸)和cRA在人肾细胞癌系SKPC06和SKRC39中可以增加类视黄醇的抗肿瘤作用，但SKRC39的增殖作用不被cRA所抑制，而SAHA却能单独抑制两种细胞的增殖，此外两者的联合作用涉及到众多关于抗肿瘤及免疫调节的基因，如dhrs9、gata3、txk和vhl等［15］。高剂量的IL-2对于转移性肾癌有效果，但是高剂量IL-2的不良反应限制了其临床应用，HDAC1抑制剂MS-275联合低剂量IL-2在肾细胞癌鼠模型中具有较明显的体内抗肿瘤协同效应，其抗肿瘤作用涉及减少T调节细胞和通过脾细胞增加抗肿瘤效应，这提供了联合两者治疗肾癌的新思路［16］。Van Oosten 等［17］通过使用HDAC1抑制剂(如sodium butyrate和TSA)增加TRAIL-R2的表达来调节肾癌对TRAIL/Apo-2L(TNF-相关凋亡诱导配体(TRAIL)/Apo-2L)的诱导凋亡作用，阐明了两者联合治疗肾癌的前景。在其进一步研究中证明联合TSA不仅增强Ad5-TRAIL(重组腺病毒编码人TNFSF10)的细胞毒性，同样诱导TRAIL-R2表达，提高死亡诱导信号通路复合物形成，并提高Caspase-8的激活，最终诱导肾癌细胞的凋亡［18］。

4.2 HDAC1及其抑制剂与膀胱癌

近年来，关于HDAC1抑制剂与膀胱癌的研究报道不少。如TSA能诱导P21WAF1和阻滞细胞周期G1，初步表明TSA 在体外能抑制膀胱癌细胞生长［19］。Ozawa 等［20］的研究证明HDAC1 mRNA在人膀胱癌标本中高表达，且主要在胞质和胞核表达，HDAC1抑制剂VPA(丙戊酸)在体外能有效抑制对传统化疗耐药的人膀胱癌细胞生长，机制可能是通过调节 P21WAF1蛋白的表达，进一步研究揭示VPA在体外和体内上调CAR，而CAR的异质性影响肿瘤转导效率，提出一种抑制体外腺体调节基因肿瘤细胞的新策略［21］。SAC(磺胺酰基苯胺复合物)亦能在体外有效抑制膀胱癌细胞增殖，显著诱导细胞凋亡发生且主要诱导G1期细胞发生调亡，上调P21WAF1/CIPlmRNA表达，其抗肿瘤生长机制可能是通过上调P21WAF1/CIPlmRNA水平从而使细胞阻滞于G1期所致［22］。而PXD101在体内和体外抑制膀胱癌细胞(5637、T24、J82和RT4)生长，并且P21WAF1在肿瘤裸鼠模型中高表达，机制与其诱导P21WAF1、核心HDAC和细胞关联基因上调有关［23］。此外，HDAC1抑制剂(特别是丁氯倍他松和TSA)调节膀胱癌T24细胞肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TRAIL)抵抗，增加TRAIL-R2基因转录，从而增加死亡诱导信号复合体形成(DISC)、Caspase 激活和线粒体糖皮质激素潜能的丢失来导致肿瘤细胞死亡，表明HDACIs联合TRAIL的治疗潜能对于膀胱癌是一种可供选择的治疗手段［24］。在MS-275 和TSA作用于人膀胱癌细胞系T24的研究中，两者抑制T24是呈浓度和时间依赖性，并阻止细胞于周期G0/G1，诱导其凋亡，机制可能是通过增加HDAC的表达水平，下调P21WAF1/CIPl、上调CyclinA 及改变Bcl-2 和Bax的表达来实现的［25］。

4.3 HDAC1及其抑制剂与前列腺癌

4.3.1 HDAC1与前列腺癌

据报道HDAC在192例前列腺癌中高表达(69.8%)，且其阳性表达率与肿瘤去分化密切相关［26］。而在雄激素非依赖性前列腺癌标本和CWR22鼠移植模型中HDAC1的表达亦是上调的，且其调节是雄激素依赖性的，证明其可能是雄激素非依赖性前列腺癌的潜在治疗靶点［27］。

4.3.2 HDAC1抑制剂与前列腺癌

HDAC1在前列腺癌的进展中扮演重要角色，而其抑制剂被证明能抑制前列腺癌细胞生长、分化和凋亡，联合HDACIs同其它化疗或放疗对其治疗具有巨大前景［28］。研究证明FK228在极低浓度通过清除前列腺癌细胞中一系列重要信号蛋白如AR和Her-2等，同时阻断对肿瘤细胞生长具有重要作用的多条细胞信号通路如Her-2/MAPK、AR通路等来诱导前列腺癌细胞凋亡［29］。而从苦瓜中分离得到的核蛋白体失活蛋白MCP30能在体外PIN和前列腺癌细胞系中诱导细胞凋亡并在体内抑制前列腺癌PC-3细胞生长，但是在普通前列腺细胞并无作用，推测机制可能为抑制HDAC1激活和促使组蛋白3和4乙酰化，诱导PTEN 表达，导致Akt磷酸化，此外，还通过减少β-catenin核积累抑制Wnt信号通路激活，降低c-Myc和Cyclin-D1水平［30］。Björkman等［31］明确了HDAC1抑制剂的分子活动和雄激素剥夺在ERG-阳性前列腺癌中的凋亡协同作用，推测HDAC1抑制剂联合雄激素剥夺在体外能有效抑制TMPRSS2-ERG-融合阳性前列腺癌。

众所周知，AR在调节涉及雄激素依赖和非依赖性前列腺癌形成基因的表达方面扮演重要角色，而AR的调节是通过改变HAT共激活蛋白，或HDAC1的结合来实现的，AR和HDAC1之间的联系可能是AR功能调节的另外一个机制［32］。进一步研究证明HDAC1在雄激素依赖和非依赖性前列腺癌中对AR功能是必需的，HDAC1抑制剂如SAHA和LBH589等，阻断许多基因的AR调节转录活动，虽然基因敲除HDAC1或HDAC3同样能够抑制AR调节基因的表达，但是HDAC1抑制剂能够降低前列腺癌细胞中的雄激素受体蛋白水平，其通过在AR同靶向基因的增强子结合后抑制共激活子/ RNA 聚合酶Ⅱ复合物来阻断AR活动，这种作用包括在去势抵抗前列腺癌模型中得到证实［33］。

而许多针对HDAC1的靶向治疗研究亦有较大进展，如人PIRH2是AR功能的重要调节子，且在前列腺癌中呈过表达，其通过阻止HDAC1提高雄激素受体通路，为前列腺癌的靶向治疗提供了新思路［34］。最新研究表明，通过miR-449a敲除其直接靶向基因HDAC1，在前列腺癌细胞中可引起Rb-依赖细胞周期停滞和老化，从而发挥其肿瘤抑制作用［35-36］。

5 研究HDAC1的临床意义

泌尿生殖系肿瘤严重威胁着人类(特别是中老年男性)的健康，且近年来发病率逐渐上升，而对其治疗的研究亦成为热点，但传统的治疗手段如外科手术和放化疗等对其治疗效果有限，特别是肾癌和前列腺癌。随着分子生物学等学科的发展及对泌尿生殖系肿瘤相关发生发展机制的深入研究，使我们针对其某些与肿瘤增殖和自我更新等相关的分子信号通路(如Notch和Wnt等)及基因靶点(如HDAC1)将治疗策略扩展到分子靶向领域，因此加深研究HDAC1等与肿瘤(包括泌尿生殖系肿瘤)密切相关的重要基因，将对我们进一步了解泌尿生殖系肿瘤(肾癌、膀胱癌和前列腺癌)发生发展、复发、转移、耐药的分子机制和其临床治疗、预后、避免不必要的治疗产生深远的影响及发挥积极的指导意义，HDAC1将成为临床泌尿生殖系肿瘤治疗的重要靶点。

6 结语

近年虽然在HDAC1与泌尿生殖系肿瘤关系及治疗的研究领域取得了一些重要进展，如多种新型HDAC1抑制剂及靶向敲除HDAC1在体内和体外抑制肾癌，膀胱癌及前列腺癌的增殖，诱导其凋亡方面等，但仍还有许多亟待解决的问题，譬如HDAC1影响泌尿生殖系肿瘤发生、发展的具体分子机制、其高效靶向抑制剂的研究及与化疗和免疫治疗药物联合应用等方面。相信随着这些方面研究的深入，临床泌尿生殖系肿瘤的治疗会取得突破性进展。

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