组蛋白去乙酰化酶在肿瘤中的表达及其与预后的关系*

周 萍，石毓君

(1.川北医学院附属医院病理科，川北医学院病理教研室，四川南充 637000;2.四川大学华西医院卫生部移植工程与免疫实验室，四川 成都 610041)

前 言

在真核细胞中，核心组蛋白和DNA共同组成真核细胞染色质的基本单位—核小体。核小体的中部由4种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各两个分子构成八聚体，周围绕着两圈长约166 bp的DNA，由约10-80 bp的DNA连接，通过染色质氨基(N)末端尾部单一的组蛋白H1压缩成直径为30 nm纤丝。组蛋白的结构修饰是DNA复制、转录、修复过程中的关键步骤，现在发现组蛋白的修饰主要有泛素化、磷酸化［1］、甲基化、乙酰化和 SUMO 化［2］等方式，其中乙酰化与去乙酰化是组蛋白活性转录与抑制的标志，二者在组蛋白乙酰化调节过程中的作用是相互拮抗的。组蛋白乙酰基转移酶(histone acetyltransferase，HATs)使核小体组蛋白尾巴乙酰化，中和其周围的正电荷，增加组蛋白的亲水性，减弱组蛋白与DNA的相互作用，使染色质处于相对松弛的状态，利于转录因子与DNA的结合，因此组蛋白的乙酰化可看作是基因转录活化的标志;反之，组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDACs)则去掉乙酰基，增加核小体周围的正电荷，染色质结构变得紧密而导致转录沉默。众所周知，包括组蛋白乙酰化在内的表观遗传学修饰在人类肿瘤的发生过程中起着重要的作用［3］。核心组蛋白N末端尾巴不同位点乙酰化和去乙酰化的调节是通过HATs和HDACs改变转化细胞和非转化细胞的核小体构象实现的［4］，这一动态的可逆过程，是调节基因转录和维持细胞稳态的关键机制，在DNA修复、染色质凝聚、DNA复制和有丝分裂中起非常重要的作用。HDAC异常结合到特定的启动子区，就会导致与调节肿瘤增殖、迁移、血管生成、分化、浸润和转移有关的各种正常功能基因的转录被抑制［5，6］，从而引起恶性肿瘤发生，这可能是恶性肿瘤发生的机制之一。近年来，对HDACs抑制剂的发现，以及对抗肿瘤的试验与研究，使恶性肿瘤的治疗有了更新的前景。

1 HDACs家族成员的分类及分布

1.1 HDACs家族成员的分类

目前知道HDACs家族有18个成员，根据结构、酶的功能将其分为4类:第I类包括(HDAC1，2，3，8)，第 II类包括(HDAC4，5，6，7，9，10)，第 III类(sirtuins酶)和第IV类(HDAC11)，其中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类又叫做“经典的”HDACs，包含11个家族成员，第I类是HDACs家族中最具特征性的蛋白，第II类是根据功能和表达情况来分的，第IV类是基于其不同的结构性质，因此单独为一个分类［7］。而目前对第III类认识的较少。另有一种分类方法是进一步根据亚细胞定位和表达模式的不同，将第II类进一步分为 IIa类包括(HDAC4，5，7，9)，IIb 类包括(HDAC6，10［8］。

第 I类 HDACs包括 HDAC1，2，3 和 8，其中HDAC1，2，3是许多蛋白核心复合体的亚单位，在转录抑制和表观调控中起决定性作用。比如HDAC1和2就是co-rest复合体的组成成分，可以抑制在非神经组织中神经基因的表达。HDAC3是NCOR和SMRT抑制剂的组成成分，而HDAC8目前还未发现其是任何抑制复合物的成分，说明它在该类中可能具有特殊功能。

第Ⅱ类HDACs根据亚细胞定位和表达模式的不同，第II类HDACs又可进一步分为:IIa类和IIb类。IIa类有HDAC4、5、7、9四个成员，是 N 末端很大、很重要的功能结构区域，主要调节细胞核与细胞浆之间的穿梭运动以及特异性的DNA结合。IIb类的HDAC6包含两个串联的脱乙酰基酶结构域和一个C末端锌指。HDAC6是主要的胞浆脱乙酰基酶，具有调节细胞的运动性、粘附性和分子伴侣的功能。HDAC10在结构上与HDAC6相关，但包含了一个额外的催化活性区，其功能还不十分明确。

第Ⅳ类HDAC该类只包括HDAC11，在结构上第Ⅰ和第Ⅱ类HDACs都相关。目前对其表达情况和功能的了解也甚少。

1.2 HDACs家族成员的分布

第Ⅰ类HDACs中的1、2、3广泛地表达于正常细胞的细胞核。在纤维母细胞和肌纤维母细胞中呈弱-中度核表达，在组织或血管壁的平滑肌细胞、上皮细胞不同程度阳性表达［9］。此外，炎细胞尤其是淋巴细胞和巨噬细胞偶尔也表达HDAC1、2和3。而HDAC8则只在有平滑肌或肌上皮分化的细胞中表达，因此可用于子宫平滑肌肿瘤的诊断标记［10］。在淋巴细胞、间质细胞和血管内皮细胞不表达HDAC6［11］。

尽管目前在细胞培养、动物模型和早期临床试验中广泛使用HDAC抑制剂，但对其在肿瘤组织中靶向表达的了解并不深入，再者也缺乏在肿瘤模型中对HDAC家族成员功能的系统研究。最近的研究显示不表达HDAC2的肿瘤细胞对HDAC抑制剂耐受。

在细胞株中已证实在伴有微卫星不稳定性的人上皮细胞肿瘤中HDAC2基因的体细胞突变［12］。在与HDAC2蛋白表达缺失相关的微卫星不稳定性肿瘤调查中21%的患者检测到有HDAC2的截断突变。最近的乳腺癌和结直肠癌大规模序列测定研究发现乳腺癌的样本中有显著的HDAC4突变［13］。

2 HDACs在人类常见肿瘤中的表达

2.1 恶性淋巴瘤

目前在皮肤T细胞淋巴瘤中发现有HDAC1、2、6的表达，这是目前第一个被批准用HDAC抑制剂进行治疗的肿瘤［14］。大多数皮肤淋巴瘤表达HDAC1、2蛋白，其中60%的病例高表达 HDAC1，32%高表达HDAC2。HDAC6在15%的病例胞浆中强表达，32%的病例弱表达。此外，有78%的病例中-强阳性表达乙酰化组蛋白H4。在HDACs与H4乙酰化状态之间也发现只有和微弱的联系。HDAC2蛋白的表达在侵袭性的皮肤T细胞淋巴瘤比惰性的更普遍。HDAC6的表达与病人的预后呈正相关，高表达HDAC6的患者生存期更长。

2.2 胃癌和结直肠癌

胃和结直肠是人类消化管肿瘤发生在常见部位。在胃窦和胃体的腺上皮和小凹上皮的细胞核中等强度表达 HDAC1、2、3［9］，利用免疫组化技术检测HDAC1、2、3，有 50%-60% 的肿瘤呈强阳性表达，其中HDAC1的mRNA表达率更高［15］。在胃癌中第Ⅰ类HDACs的表达彼此相关［9］，HDAC2在晚期肿瘤和有转移结节的肿瘤中表达升高。然而，在组蛋白修饰方式的对比研究中发现，乙酰化的组蛋白H4在胃癌中的表达比正常胃粘膜低［16］，H3K9位点的高度乙酰化与高级别和弥漫型肿瘤有关［17］。HDAC2是胃癌总生存率的独立预后因素［9］，强阳性表达HDAC1与病人的生存率呈负相关，乙酰化H3K9和H4K16则与病人的预后无关［17］。

正常结肠细胞 HDAC1、2、3呈中等程度核表达，有报道认为正常增殖的结肠细胞还表达第Ⅱ类中的HDAC4［18］。结直肠癌在蛋白和mRNA水平都高表达 HDAC1、2、3，其中 HDAC1的表达最低，HDAC3的表达最高，HDAC2的表达介于二者之间。在高级别伴有局部和远处转移的肿瘤中，HDAC1、2、3的表达高度一致，其表达均较高。在腺瘤中HDAC1、2的表达增高，但也有研究认为不表达HDAC1、2［19］。而 HDAC4、5 的 mRNA 水平在结直肠癌下调［20］。HDAC1、2的高表达不仅与肿瘤级别和转移相关，还与肿瘤细胞的增殖活性增高有关，二者与肿瘤的预后呈负相关。

2.3 前列腺癌与乳腺癌

前列腺癌和乳腺癌分别是男性和女性最常见的激素依赖性肿瘤，二者在许多方面的研究具有相似性。正常前列腺上皮细胞表达HDAC1、2、3，但在基底细胞中仅偶尔可见微弱的表达［21］，在前列腺腺癌中，肿瘤细胞核强阳性表达，表达率分别为70%、74%和95%［21］，另有研究还证实HDAC1核阳性的表达强度超过在良性前列腺增生中的表达［22］。HDAC4主要在良性前列腺增生和前列腺癌的细胞浆中表达，但在非激素依赖性前列腺肿瘤中则为核阳性表达率较高的［23］。在前列腺高级别上皮内瘤变中HDAC的表达与在前列腺浸润癌中的表达一致，且HDAC1、2的表达增强则肿瘤的Gleason级别会增高，肿瘤细胞的增殖活性也增高［21］。HDAC2是一个独立的预后因素，高表达患者其无瘤生存期会明显缩短。下调HDAC1，而不下调HDAC2会使肿瘤细胞间E钙粘蛋白的表达增加，从而抑制肿瘤的浸润［24］。

与前列腺相似，正常乳腺的腺上皮细胞核也表达HDAC1，而基底细胞不表达［25］，同时还和阳性表达第Ⅱ类中的HDAC6。在乳腺癌中，肿瘤细胞核阳性表达HDAC1和HDAC3，表达率分别为40%和44%［25］，在不同的研究中HDAC6的表达率差异较大，而且大家都一致认为HDAC6的阳性定位应在细胞浆。蛋白水平HDAC1、3的表达和mRNA水平HDAC1的表达在雌、孕激素受体阳性的肿瘤中表达升高［25，26］，此外，HDAC3 表达的增强与增值能力降低有关［25］。与体积较大、高级别和雌孕激素受体阴性的肿瘤相比，HDAC6在体积较小、低级别、雌孕激素受体阳性的肿瘤中表达更显著。在单因素分析中，HDAC1高表达的肿瘤，患者的总生存率和无瘤生存率都较高［26］，HDAC3蛋白的表达则与无瘤生存率和总生存率无关，HDAC6高表达患者无瘤生存率提高，尤其在ER阳性的患者，是无瘤生存率的一个独立预后因素，但不提高总生存率，在多因素分析中则都不具显著性。

2.4 肺 癌

目前肺癌的发生率逐年增高，成为近年新增病例和死亡病例最高的肿瘤。有研究认为HDAC1在非小细胞肺癌与正常肺组织中的表达没有显著差异［27］，但在mRNA水平，HDAC4在肺癌中的表达比正常肺组织低。在非小细胞肺癌中HDAC1的表达水平最高，其次是 HDAC3和 HDAC2［28］。mRNA 水平，HDAC1在Ⅲ期和Ⅳ期肿瘤中的表达比Ⅰ、Ⅱ期高［27］，HDAC7在无淋巴结转移的早期肺癌中的表达比有淋巴结转移的晚期肺癌高［28］。此外，HDAC5的低表达与吸烟史有关。第Ⅰ类HDACs的表达情况并不影响患者的预后［27，28］，而第Ⅱ类 HDACs 4、5、6、7和10的高表达则提示预后较好。近来有研究认为高表达HDAC1的肺腺癌患者5年生存率明显降低［29］。

2.5 肝细胞癌与胰腺癌

有报道证实HDAC1在正常的胆管上皮中表达而不表达于正常肝细胞，但在肝细胞癌中有50%的病例肿瘤细胞强表达HDAC1蛋白，同时第Ⅱ类HDAC4、5、6、7、10 的表达在 mRNA 和蛋白水平也比肝硬化和正常肝组织高［30］。肿瘤细胞核强阳性表达HDAC1蛋白提示肿瘤为晚期且肿瘤分化差［31］，预示病人的总生存率差。Miyake报道在56%的胰腺癌中，肿瘤细胞核强阳性表达HDAC1［31］，胞浆有HDAC7的高表达。其研究证实HDAC1在单因素分析中是总生存率的预后因素，但在多因素分析中却不是。

2.6 卵巢癌与子宫内膜癌

正常卵巢表面上皮弱表达HDAC1、2、3，但在卵巢癌中则过表达［32，33］。不同类型的卵巢癌其表达水平有显著差异，在增殖能力强的肿瘤中通常较高，粘液癌中阳性率最高，其次为高级别浆液腺癌、透明细胞癌和宫内膜样癌。第Ⅰ类HDAC蛋白的表达情况对浆液性腺癌、粘液癌和透明细胞癌患者的生存率无显著影响，与宫内膜样癌患者的生存率呈负相关。在多因素生存分析中，第Ⅰ类 HDACs和HDAC1的表达都是宫内膜样癌独立的预后影响因素［32］。

正常子宫内膜中HDAC1、2、3的表达情况随内膜增殖周期的不同而不同［34］。大多数子宫内膜癌其肿瘤细胞的核都表达第Ⅰ类HDACs，其阳性率为HDAC1:61%，HDAC2:95%，HDAC3:83%［32］。但也有报道认为不表达 HDAC1［34］。HDAC1、2、3 相互间的表达情况与肿瘤的增殖能力相关［32］。在子宫内膜的宫内膜样癌中，HDAC1的高表达提示预后差，而HDAC2、3却与预后无关。在多因素生存分析中，第Ⅰ类HDACs中的成员都不是独立的预后影响因素。

2.7 胶质瘤

文献报道在正常脑组织和显微切割的低级别与高级别胶质瘤中都有HDACsmRNA的表达［35］，同时发现第Ⅰ类HDACsmRNA的表达水平比第Ⅱ、Ⅳ类的亚型表达低。此外，通过对HDAC9的检测证实第Ⅱ类HDACsmRNA在高级别肿瘤中的表达比低级别和正常脑组织中的表达低，HDAC11(第Ⅳ类)也存在同样的表达差异。

2.8 其他恶性肿瘤

HDAC6在口腔正常鳞状上皮细胞浆只是很弱地表达，但在晚期肿瘤中表达较高。而HDAC1分化差，伴有淋巴结转移的年轻男性舌的鳞状细胞癌患者中过表达［36］。在食管鳞癌中H4乙酰化率的降低提示为晚期肿瘤，且肿瘤对食管壁的浸润深，反之，H4乙酰化率较高的肿瘤预后较好［37］。宫颈鳞癌中HDAC1、2蛋白都呈强阳性表达，其表达强度与癌前病变非典型增生级别有关。此外，与正常子宫内膜间质相比，在子宫内膜间质肉瘤中，HDAC2蛋白表达上调。另外还有关于第Ⅰ类HDACs在甲状腺癌中表达的报道。

研究表明，组蛋白去乙酰化可能是恶性肿瘤产生的原因之一，尽管目前对HDACs的大力研究已经使HDACs的抑制剂成功地用于临床，提出了所谓“转录治疗”的概念，为恶性肿瘤的治疗提供了新的治疗途径，但关于肿瘤表观遗传学的研究以及组蛋白乙酰化在肿瘤发生、发展和演进过程中的错综复杂作用仍有待进一步研究。

［1］ Pham AD，Sauer F.Ubiquitin-activating/conjugating activity of TAFII250，amediator of activation of gene expression in Drosophila［J］.Science，2000，(289):2357-2360

［2］ Sassone-Corsi P，Mizzen CA，Cheung P，et al.Requirement of Rsk一2 for epidermal growth factor-activated phosphorylation of histone H3［J］.Science，1999，(285):886-891

［3］ Yoo CB，Jones PA.Epigenetic therapy of cancer:past，present and future［J］.Nat.Rev.Drug.Discov，2006，(5):37-50

［4］ Minucci S，Pelicci PG.Histone deacetylase inhibitors and the promise of epigenetic(and more)treatments for cancer［J］.Nat Rev Cancer，2006，(6):38-51

［5］ Xu WS，Parmigiani RB，Marks PA.Histone deacetylase inhibitors:molecularmechanismsof action［J］.Oncogene，2007，(26):5541-5552

［6］ Glozak MA，Seto E.Histone deacetylases and cancer［J］.Oncogene，2007，(26):5420-5432

［7］ Weichert W.HDAC expression and clinical prognosis in human malignancies［J］.Cancer Letters，2009，(280):168-176

［8］ Haberland M，Montgomery RL，Olson EN.Themany roles of histone deacetylases in development and physiology:implications for disease and therapy［J］.Nature Reviews Genetics，2009，(10):33-42

［9］ WeichertW，RÖske A，Gekeler V etal.Association of patterns of class Ihistone deacetylase expression with patient prognosis in gastric cancer:a retrospective analysis［J］.LancetOncol，2008，(9):139-148

［10］ de Leval L，Waltregny D，Boniver Jetal.Use of histone deacetylase 8(HDAC8)，a new marker of smooth muscle differentiation，in the classification of mesenchymal tumors of the uterus［J］.Am JSurg Pathol，2006，(30):319-327

［11］ Yoshida N，Omoto Y，Inoue A et al.Prediction of prognosis of estrogen receptor-positive breast cancerwith combination of selected estrogen-regulated genes［J］.Cancer Sci，2004，(95):496-502

［12］ OzdaĝH，Teschendorff AE，Ahmed AA etal.Differential expression of selected histone modifier genes in human solid cancers［J］.BMCGenomics，2006，(7):90

［13］ Sjöblom T，Jones S，Wood LD，et al.The consensus coding sequences of human breast and colorectal cancers［J］.Science，2006，(314):268-274

［14］ Marks PA，Breslow R.Dimethyl sulfoxide to vorinostat:development of this histone deacetylase inhibitor as an anticancer drug［J］.Nat Biotechnol，2007，(25):84-90

［15］ Kim JH，Choi YK，Kwon HJ，et al.Downregulation of gelsolin and retinoic acid receptor beta expression in gastric cancer tissues through histone deacetylase 1［J］.JGastroenterol Hepatol，2004，(19):218-224

［16］ Ono S，Oue N，Kuniyasu H，et al.Acetylated histone H4 is reduced in human gastric adenomas and carcinomas［J］.JExp Clin Cancer Res，2002，(21):377-382

［17］ Park YS，Jin MY，Kim YJ，etal.The global histonemodification pattern correlates with cancer recurrence and overall survival in gastric adenocarcinoma［J］.Ann Surg Oncol，2008，(15):1968-1976

［18］ Mariadason JM.HDACs and HDAC inhibitors in colon cancer［J］.Epigenetics，2008，(3):28-37

［19］ Ropero S，Fraga MF，Ballestar E，etal.A truncatingmutation of HDAC2 in human cancers confers resistance to histone deacetylase inhibition［J］.Nat Genet，2006，(38):566-569

［20］ Scanlan MJ，Welt S，Gordon CM，etal.Cancer-related serological recognition of human colon cancer:identification of potential diagnostic and immunotherapeutic targets［J］.Cancer Res，2002，(62):4041-4047

［21］ WeichertW，Roske A，Gekeler V，etal.Histone deacetylases1，2 and3 are highly expressed in prostate cancer and HDAC2 expression is associated with shorter PSA relapse time after radical prostatectomy［J］.Br JCancer，2008，(98):604-610

［22］ Patra SK，Patra A，Dahiya R.Histone deacetylase and DNA methyltransferase in human prostate cancer［J］.Biochem Biophys Res Commun，2001，(287):705-713

［23］ Halkidou K，Cook S，Leung HY，et al.Nuclear accumulation of histone deacetylase 4(HDAC4)coincideswith the lossof androgen sensitivity in hormone refractory cancer of the prostate［J］.Eur Urol，2004，(45):382-389

［24］ Kim NH，Kim SN，Kim YK.Involvement of HDAC1 in E-cadherin expression in prostate cancer cells;its implication for cell motility and invasion［J］.Biochem Biophys Res Commun，2011，(404):915-921

［25］ Krusche CA，Wülfing P，Kersting C，et al.Histone deacetylase-1 and-3 protein expression in human breast cancer:a tissue microarray analysis［J］.Breast Cancer Res Treat，2005，(90):15-23

［26］ Zhang Z，Yamashita H，Toyama T，etal.Quantitation of HDAC1 mRNA expression in invasive carcinoma of the breast［J］.Breast Cancer Res Treat，2005，(94):11-16

［27］ Sasaki H，Moriyama S，Nakashima Y，et al.Histone deacetylase1 mRNA expression in lung cancer［J］.Lung Cancer，2004，(46):171-178

［28］ Osada H，Tatematsu Y，Saito H，et al.Reduced expression of class IIhistone deacetylase genes is associated with poor prognosis in lung cancer patients［J］.Int JCancer，2004，(112):26-32

［29］ Minamiya Y，Ono T，Saito H，et al.Expression of histone deacetylase1 correl ates with a poor prognosis in patients with adenocarcinoma of the lung［J］.Lung Cancer，2011，Apr 3.［Epub ahead of print］

［30］ Bai X，Wu L，Liang T，et al.Overexpression ofmyocyte enhancer factor2 and histone hyperacetylation in hepatocellular carcinoma［J］.JCancer Res Clin Oncol，2008，(134):83-91

［31］ Miyake K，Yoshizumi T，Imura S，et al.Expression of hypoxiainducible factor-1alpha，histone deacetylase 1，and metastasisassociated protein1 in pancreatic carcinoma:correlation with poor prognosis with possible regulation［J］.Pancreas，2008，(36):1-9

［32］ WeichertW，Denkert C，Noske A，et al.Expression of class I histone deacetylases indicates poor prognosis in endometrioid subtypes of ovarian and endometrial carcinomas［J］.Neoplasia ，2008，(10):1021-1027

［33］ Khabele D，Son DS，Parl AK，et al.Drug-induced inactivation or gene silencing of class Ihistone deacetylases suppresses ovarian cancer cell growth:implications for therapy［J］.Cancer Biol Ther ，2007，(6):795-801

［34］ Krusche CA，Vloet AJ，Classen-Linke I，et al.Class I histone deacetylase expression in the human cyclic endometrium and endometrial adenocarcinomas［J］.Hum Reprod ，2007，(22):2956-2966

［35］ Lucio-Eterovic AK，CortezMA，Valera ET，etal.Differentialexpression of12 histone deacetylase(HDAC)genes in astrocytomas and normal brain tissue:class II and IV are hypoexpressed in glioblastomas［J］.BMC Cancer，2008，(8):243

［36］ Theocharis S，Klijanienko J，Giaginis C，et al.Histone deacetylase-1 and-2 expression inmobile tongue squamous cell carcinoma:associations with clinicopathological parameters and patients survival［J］.Oncol Rep，2011，Mar 28.［Epub ahead of print］

［37］ Toh Y，Ohga T，Endo K，et al.Expression of themetastasis-associated MTA1 protein and its relationship to deacetylation of the histone H4 in esophageal squamous cell carcinomas［J］.Int J Cancer，2004，(110):362-367