去乙酰酶抑制剂在骨性关节炎中的应用研究

蔡大卫 蒋青

去乙酰酶抑制剂是近年来兴起的一类新型药物，可以抑制体内组蛋白去乙酰酶的功能，多用于治疗癌症和神经退行性疾病。因其较好的治疗效果和较少的副作用，去乙酰酶抑制剂开始越来越多应用在其他疾病的治疗上。本文对近年来在骨性关节炎方面的相关应用研究及新进展做了综合概述。

1 基本介绍

1.1 组蛋白乙酰化 组蛋白乙酰化会使核小体结构松弛因而促进基因转录，反之则抑制。组蛋白乙酰化状态受两种作用相反的酶的调控，组蛋白乙酰转移酶（HAT）和组蛋白去乙酰酶（HDAC）。然而，实际上乙酰化/去乙酰化调控下的基因表达要更加复杂，HAT可以作为转录抑制剂，HDAC也可引发转录，在对基因表达作总体研究后可以发现抑制HDAC的活性可以同时诱发和抑制一些基因表达[1]。

1.2 HDACs分子 HDACs分子分4类，I类HDACs分子包括HDAC 1、2、3和8，这类主要在细胞核内表达。II类HDACs分子有HDAC 4、5、6、7、9和10在胞质中表达，但可以转移到核内。III类HDAC就是依赖NADP的sirtuins（SIRT 1～7），目前只已知SIRT 1可有HDAC活性。第IV类HDAC分子只有HDAC 11。

1.3 去乙酰酶抑制剂（HDIs） 目前的临床应用主要在肿瘤治疗方面。根据结构可以把分为：（1）异羟肟酸（氧肟酸）衍生物，如TSA，SAHA，pyroxamide；（2）短链脂肪酸，如：丙戊酸（valproic acid），丁酸盐（butyrates）和苯乙酸盐（phenylacetate）；（3）环状四肽类和环氧化物，如：FK228；（4）合成苯甲酰胺衍生物，如：MS-275和CI-994。另外，还有sirtuin抑制剂如sirtinol也属于HDIs。一些HDIs如TSA可抑制所有HDAC分子，如TSA，而有些如丙戊酸和MS-275可以在低浓度时选择性抑制I类HDAC分子，在高浓度时抑制II类HDAC分子[2]。

2 体外实验研究进展

2.1 OA降解代谢类因素

2.1.1 MMP 关于MMP的研究较多，Young等[3]在SW1353细胞中证实TSA和NaBy可以在mRNA水平上抑制IL-1诱 导 MMPs的 表 达（ 如：MMP1、MMP3、MMP7、MMP8、MMP10、MMP12、MMP13），进一步对其中MMP1、MMP13分析发现HDAi可以抑制其蛋白表达和活性。Wang等[4]和Zhong等[5]都在人软骨细胞中证实，无论FGF2（成纤维细胞生长因子-2）或者IL-1诱导，vorinostat和TSA均可以抑制MMP1，MMP13表达并且上调TIMP-1的表达。Saito等[6]利用CTS模拟机械应力对人软骨细胞作用，诱导MMP3和MMP13表达，仍可被TSA和MS-275抑制。Chen等[7]对兔OA造模并且关节腔给TSA，发现其可以抑制模型兔软骨细胞的MMP1、MMP3、MMP13的表达。有学者在人软骨细胞同时使用多种HDIs（TSA，丙戊酸和MS-275）进一步证实了I类HDAC抑制剂对IL-1诱导的MMP1，MMP13表达的抑制[8]。

2.1.2 ADAMTS（聚蛋白多糖酶） ADAMTS（聚蛋白多糖酶）已经被证明参与了OA软骨降解的过程，Young等[3]报道在人软骨肉瘤细胞系（SW1353）中，TSA和NaBy可以抑制IL-1诱导的ADAMTS5和ADAMTS9的表达；ADAMTS1，ADAMTS2，ADAMTS4，ADAMTS7，ADAMTS12，ADAMTS13和ADAMTS20不受HDIs的影响，而ADAMTS15和ADAMTS17则可以被HDIs诱导表达。其中ADAMTS-5蛋白水解作用最强，Saito[6]用TSA抑制了CTS（周期性张应变力）诱导的人软骨细胞中ADAMTS-5表达。

2.1.3 COL2A1 对COL2A1的研究多有争议，Huh等[8]报道在兔软骨细胞中TSA抑制COL2A1的表达，并且认为是通过上调Wnt-5a表达来起作用。而后来Saito等[6]在人软骨细胞中发现TSA促进COL2A1的表达，同时认为这种差异是由于种属差异造成。有研究发现人软骨细胞中COL2A1增强子区周围的组蛋白H3/H4因为HDIs而高度乙酰化，这和Saito的研究一致。有学者称人软骨细胞中SirT1可以通过Sox9转录激活COL2A1的启动子和增强子进而使表达增高[9-12]。

2.2 OA炎性因素

2.2.1 NO NO在促炎方面可以增加炎性细胞因子和PGE2生成，在代谢上也能够阻止胶原和蛋白多糖合成同时诱导MMMP活性。受到炎性因子作用后，NO合成酶iNOS表达增加。Chabane等[13]在人软骨细胞发现HDAC抑制剂TSA和BA可以抑制TNF-a，IL-17，IL-1诱导的亚硝酸盐的产生，也可以抑制IL-1诱导的iNOS的表达。有研究用另一种vorinostat在人软骨细胞也得到了相同的结果[14]。

2.2.2 PGE2 PGE2可提高MMPs的活性和产量，同时促进软骨细胞凋亡和调节疼痛反应，并且能加强其他炎性介质的效应。已经被证明在人软骨细胞中，HDAC抑制剂抑制TNF-a，IL-17，IL-1诱导的PGE2产生，也可以抑制IL-1诱导的COX-2表达。Chabane等[13]在人滑膜成纤维细胞中使用TSA和BA抑制了IL-1诱导的mPGES-1（促进PGE2的终末合成）的蛋白表达，并认为可能是通过HDAC4介导的Egr-1转录活性改变来抑制mPGES-1启动子激活。

2.3 其他 RUNX-2可以通过软管细胞肥大和软骨机制降解促进OA进展，在人软骨细胞中有人证实TSA可以抑制CTS诱导的RUNX-2表达，并且由于ADAMTS-5启动子有RUNX-2的结合位点而可能ADAMTS-5是RUNX-2下游的一个潜在靶点。Chen等[11]在兔关节炎模型对软骨细胞研究发现，TSA可以抑制组织蛋白酶（cathepsins）K、B、L、S和胱抑素C的表达，并结合TSA对模型动物关节的改善认为这可能是TSA关节保护作用的一个方面。

3 体内实验研究进展

虽然早有动物实验证明HDAC抑制剂对RA软骨破坏有改善作用，但是针对OA研究体内实验尚不多。Chen等[11]使用ACLT切断的兔子为OA模型，造模4周后开始TSA关节腔注射，第9周处死后在肉眼和切片番红染色下均可见TSA处理组股骨髁远较对照组的软骨损害要轻。Kirsty对C57BL/6J小鼠行DMM造模后TSA皮下注射，第8周处死后分别比较内侧胫骨和内侧股骨，组织学评分表明TSA明显的改善作用。

4 HDAC分子在OA的研究进展

Higashiyama等[12]先对比OA患者和正常人关节软骨HDAC1-11的表达，选取差异最为显著的HDAC7在SW1353细胞用siRNA敲除后发现可抑制MMP13（IL-1诱导依赖和不依赖皆可）的表达。Chabane等[13]在研究mPGES-1对OA作用时从HDAC1-6筛选出HDAC4无论是在过度表达还是敲除下可以分别促进和抑制mPGES-1启动子激活。有学者在SW1353细胞中分别对不同HDAC分子siRNA敲除后对比MMP13的表达，发现HDAC1，HDAC2，HDAC3，HDAC8等I类HDAC敲除后都可以显著降低MMP13的表达[15]，从而说明OA中重要溶胶原的MMP是I类HDAC依赖性的。Hong等[14]发现在人软骨细胞中HDAC1和HDAC2的羧基端区域（CTDs）具有靶向特定基因的作用，并且这种作用不依赖HDAC酶活性，从而导致了HDAC1和HDAC2对不同软骨特异性基因的抑制。

5 相关信号通路

在软骨细胞中NF-kB可以受炎性因子刺激后诱导MMP和iNOS表达，在未受刺激的细胞中，NF-kB和IkB家族如I-kBα结合，这种结合抑制了NF-kB的活性。当有炎性介质如IL-1β刺激后，IkB被磷酸化降解而NF-kB则活化入核结合到靶基因如MM和iNOS的启动子区。Chabane等[13]对HDIs处理的IL-1诱导人软骨细胞用EMSA测出转录因子NF-kB的DNA结合活性不受HDIs影响。Zhong等[5]在人软骨细胞中证实，vorinostat可抑制I-kBα的降解同时减少NF-kBp65核转入。Wang等[15]使用OA患者的成纤维样滑膜细胞发现HDIs可以通过增加NF-kB和miR-146a启动子来的结合降低IL-1诱导的细胞通路和细胞因子分泌。

IL-1诱导的MMPs和iNOS表达可以被MAPK信号通路调节，Saito在CTS诱导的人软骨细胞中发现，HDIs可以降低MAPK途径包括ERK1/2， p38，和JNK的磷酸化水平，继而可能调节下游RUNX和ADAMTS-5的活性。有人证实vorinostat在人软骨细胞中可以选择性抑制p38和ERK1/2，而JNK则不受影响。

6 总结

目前在体外实验的分子和细胞以及体外动物实验可以看出，去乙酰酶抑制剂的确对于OA有一定治疗作用，是潜在的OA临床治疗药物。但是仍然有大量需要改进和研究的地方，如OA是多症状疾病但是动物实验只是针对软骨破坏做了比较，在疼痛和功能方面均无涉及。同时关节里其他组分如关节滑膜和半月板乃至于肌肉还均未研究。从前面可以看出HDAC抑制剂不仅可以作用于组蛋白，对非组蛋白如转录因子也有影响，而这些分子机制实际上并没有得到具体阐明。和OA发病及治疗相关HDAC分子也有必要进一步研究整理，并且期待对HDAC分子特异性，组织器官特异性的HDIs药物出现。

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