以HDAC为靶点的抗三阴性乳腺癌研究进展

王发玲，谢 珂，王艳林，曹春雨

(三峡大学医学院 肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002)

组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)主要催化组蛋白和非组蛋白赖氨酸残基的去乙酰化反应，由此调控染色质结构和基因转录，并参与肿瘤等多种疾病的发生与发展[1]。研究证实，HDAC的异常高表达与三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)的发生、发展密切相关，是TNBC新的治疗靶点和预后标志物。本文就HDAC家族蛋白与三阴性乳腺癌发生、发展以及HDAC抑制剂的研发和其用于抗三阴性乳腺癌治疗的最新研究进展做一综述。

1 HDAC的分类和功能特点

目前发现的人HDAC共有18种，它们分属两大蛋白家族，即经典HDAC蛋白家族(HDAC1- 11)和sirtuin蛋白家族(Sirt1- 7)。根据与酵母的同源性及辅助因子的依赖性，人HDAC又可被分为4类：HDAC Ⅰ、HDAC Ⅱ、HDAC Ⅲ和HDAC Ⅳ， 而HDAC-Ⅱ又被分为HDAC Ⅱa和HDAC Ⅱb 2个亚类。HDAC家族成员的分类及特点(表1)。

一般而言, 组蛋白乙酰化有利于DNA与组蛋白解离而使核小体结构松弛，从而使各种转录因子和协同转录因子能有效结合到相应DNA元件上，由此激活基因转录。而组蛋白去乙酰化的作用则是抑制基因转录。在细胞核内，组蛋白乙酰化与去乙酰化过程处于动态平衡，该平衡由组蛋白乙酰化转移酶(histone acetyltransferase, HAT)和HDAC共同调控。HAT能将乙酰辅酶A中的乙酰基转移到组蛋白特定赖氨酸残基侧链中的氨基上，使其携带的正电荷消失；HDAC则催化组蛋白中赖氨酸的去乙酰化，使其正电荷得以恢复。去乙酰化且带正电荷的组蛋白能与带负电荷的DNA紧密结合，并导致染色质结构致密卷曲和基因转录抑制。

2 HDAC与TNBC的发生与发展

TNBC泛指雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)和表皮生长因子受体2(HER2)均低表达或不表达的一类上皮来源的乳腺导管癌。与其他类型乳腺癌(如ER 阳性和HER2阳性乳腺癌)相比，TNBC具有更强的增殖和侵袭能力，易发生远端器官转移。因TNBC不表达上述受体，其对内分泌治疗和靶向ER和HER2的小分子药物治疗不敏感。目前国内外TNBC治疗主要是手术切除结合常规化疗，但化疗后复发率高，疗效不佳。而中晚期TNBC患者则病情进展迅速，多伴有肿瘤转移，平均生存期仅约12个月，低于其他类型乳腺癌患者[2]。

临床研究发现，TNBC细胞系和TNBC患者瘤组织中的HDAC表达水平高于其他乳腺癌，并与肿瘤细胞的恶性表型和不良预后正相关。对包括三阴性乳腺癌在内的149例乳腺癌组织样本进行qPCR分析发现，75例(50.3%)癌组织中有HDAC5 mRNA高表达[3]。长期随访研究显示，HDAC5 mRNA高表达与乳腺癌患者长期无病生存率、存活率和远端器官肿瘤转移率显著性相关。通过长期临床样本队列研究也发现，HDAC2和HDAC3在高侵袭性三阴性乳腺癌患者癌组织中高表达，并且与ER、PR和HER2的低表达显著相关[4]。

HDAC9对TNBC的发生发展具有重要的调控作用，其在靶向抑制CDKN1A表达的同时抑制促凋亡蛋白Bax和DR4(death receptor 4) 表达，从而抑制肿瘤细胞的凋亡和促进增殖[5]。 此外，HDAC9还可以通过靶向抑制SOX9基因表达而促进肿瘤细胞发生及肿瘤细胞的有丝分裂。而HDAC8则能催化转录因子YY1(Ying Yang 1) 乙酰化，继而上调TNBC细胞系MDA-MB- 231和MDA-MB- 468细胞中突变型P53(R248W突变) 的表达，后者竞争性抑制野生型P53的功能、促进肿瘤细胞恶性增殖[6]。侵袭是肿瘤细胞发生转移的重要原因，HDAC1、HDAC6和HDAC8均可通过促进基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase- 9，MMP- 9)在MDA-MB- 231细胞中高表达进而增强肿瘤细胞的侵袭能力[7]。HDAC6能够去乙酰化肿瘤抑制因子MST1的35位赖氨酸，导致其经溶酶体途径降解从而促进三阴性乳腺癌细胞的增殖[8]。 miR- 15和let- 7是近年来广泛研究的重要microRNAs，其可通过多种途径抑制肿瘤细胞增殖、代谢和转移[9- 10]。新近研究发现，HDAC3通过下调启动子区组蛋白乙酰化来抑制miR- 15和let- 7基因转录，由此促进三阴性乳腺癌细胞的增殖[11]。

除了作用于抑癌基因和肿瘤抑制因子以外，HDAC也可以通过调控不同组蛋白修饰的交叉会话来影响TNBC的发生与发展。本文作者新近研究发现，HDAC5和组蛋白去甲基酶LSD1(lysine specific demethylase)在TNBC患者的组织样本中均高表达，并与肿瘤恶性程度正相关。HDAC5通过稳定LSD1去泛素化酶USP28的活性来抑制LSD1蛋白的泛素化降解，从而提高LSD1的蛋白水平。此外，HDAC5还能与LSD1形成功能性复合体，协同抑制包括P21在内的多种抑癌基因的表达[12]。LSD1是重要的抗肿瘤表观遗传治疗靶点，其能够特异性催化组蛋白H3K4一或二甲基化修饰的去甲基化，从而抑制抑癌基因转录[13- 14]。这一发现提示：HDAC5能通过与LSD1的交叉会话来协同促进TNBC细胞增殖和迁移。

表1 HDAC的分类和特点Table 1 Classification and characteristics of HDAC

HDAC对肿瘤干细胞的增殖和干性维持亦具有重要调控作用。HDAC8通过稳定Notch1蛋白导致Notch信号通路过度激活，由此促进乳腺癌肿瘤干细胞增殖[15]。除HDAC8以外，研究发现HDAC1和HDAC7的高表达亦是维持TNBC干细胞干性、促进肿瘤细胞增殖和迁移的关键因素。使用siRNA沉默HDAC1或HDAC7均能改变TNBC肿瘤干细胞干性表型，并抑制肿瘤细胞的增殖和迁移[16]。肿瘤干细胞恶性增殖是包括三阴性乳腺癌在内的多种肿瘤发生的始发因素，上述研究结果表明，多种HDAC家族蛋白在TNBC干细胞的干性维持和恶性增殖过程中发挥了重要的作用。

HDAC家族蛋白还可能参与肿瘤免疫逃逸。新近报道，抑制HDAC1可逆转MDA-MB- 231细胞的免疫逃逸作用[17]，I类HDAC抑制剂entinostat可促进T细胞对MDA-MB- 231细胞杀伤作用。该研究提示，HDAC1可能在TNBC免疫逃逸形成机制中发挥重要作用。

3 HDAC抑制剂在TNBC治疗中的应用

由于HDAC与TNBC发生的机制研究不断取得进展，近年来已开发多种以HDAC去乙酰基酶活性为靶点的小分子抑制剂并单独或联合应用于TNBC的基础和临床研究。

目前已有的HDAC非选择性抑制剂主要包括：SAHA(vorinostat)、MS- 275(entinostat)、LBH589(panobinostat)、TSA(trichostatin A)、PXD101(belinostat)和PCI- 24781(abexinostat) 等。而HDAC选择性抑制剂主要是靶向I类(HDAC1～3，8)和IIb类(HDAC6，10)HDAC，包括HDAC1和HDAC2抑制剂FK228(romidepsin)、HDAC3抑制剂RGFP966、HDAC4和HDAC5抑制剂LMK235、HDAC6抑制剂ACY- 1215(rocilinostat)、tubastatin A和tubacin，以及HDAC8抑制剂PCI- 34051等。值得注意的是，多种HDAC抑制剂不仅抑制去乙酰基酶活性, 而且能够通过miRNA途径干预HDAC基因表达。如：多种HDAC抑制剂(trichostatin A，valproic acid，apicidin)均可通过上调miRNA- 125a- 5p而在转录后水平下调HDAC5的表达，进而通过caspase3和caspase9信号通路引起TNBC干细胞发生内源性细胞凋亡，从而抑制肿瘤细胞增殖[18]。前述研究显示使用HDAC抑制剂(SAHA，RGFP966，depsipeptide)亦可逆转HDAC3介导的miR- 15和let- 7表达抑制。其机制在于，该抑制剂能激活致癌性转录因子MYC的表达，后者与miR- 15和let- 7基因启动子相互作用后, 上调这两种miRNA的表达水平，继而介导三阴性乳腺癌MDA-MB- 231和MDA-MB- 468细胞发生凋亡，从而发挥抗肿瘤效应。

目前，HDAC抑制剂与化疗药物联合应用显示出较好的抗TNBC增殖效应，如LMK- 235与硼替佐米联合用于TNBC治疗能产生药物协同作用[3]。除了联合常规化疗药物，HDAC抑制剂还可与其他分子靶向药物联合应用以增强其抗TNBC细胞增殖的作用。将广谱HDAC抑制剂SAHA与TRAIL(tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand，肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体) 联合处理三阴性乳腺癌MDA-MB- 231细胞系发现，相较单独用药，SAHA与TRAIL联用可更显著抑制细胞周期，使G0/G1期的细胞增加但S期细胞减少，同时还通过上调TRAIL死亡受体DR4/DR5表达和抑制抗凋亡蛋白BCL- 2及其下游分子表达而促进癌细胞发生凋亡[19]。

2017年有研究发现，在TNBC小鼠模型中，联合应用HDAC抑制剂SAHA和辛伐他汀能够通过激发细胞凋亡和中断Rab7异戊烯基化明显降低肿瘤生长速度[20]。同年还发现，选择性Ⅱa类HDAC抑制剂TMP195可在体内通过调节巨噬细胞表型来改变肿瘤微环境，从而减少小鼠体内的肿瘤负荷、抑制肿瘤细胞肺部转移[21]。该研究同时发现，TMP195和化疗药物或者与T细胞的细胞周期检查点阻断药物联合应用能增强化疗药物对三阴性乳腺癌肿瘤抑制的持久性。上述研究提示，抑制HDAC具有重要的抗三阴性乳腺癌治疗价值。

4 问题与展望

综上所述，异常高表达的HDAC可以通过调控癌基因和抑癌基因表达、干预细胞信号通路、促进肿瘤干细胞干性维持以及参与肿瘤免疫逃逸等多种途径促进TNBC的恶性增殖、侵袭和迁移。且临床长期随访研究发现HDAC的表达水平与TNBC的远端器官转移、复发和生存期等显著相关，显示HDAC是重要的TNBC标志物和治疗靶点。目前已开发多种HDAC小分子抑制剂，其通过抑制HDAC的去乙酰基酶活性能够有效抑制TNBC肿瘤细胞的增殖和迁移。但由于HDAC作为组蛋白去乙酰基酶既通过催化组蛋白去乙酰化在基因表达调控上游水平发挥抑制作用，又通过去乙酰化蛋白效应分子来发挥功能调控作用，其作用途径多样和复杂。目前，HDAC促TNBC发生发展的分子机制尚未完全阐明，如能进一步扩大分析临床TNBC患者肿瘤样本中HDAC家族蛋白的表达差异与TNBC恶性程度和转移的相关性，分析和鉴定HDAC家族蛋白促进TNBC的下游效应分子，将有望阐明HDAC家族蛋白促进TNBC发生的分子机制。此外，HDAC蛋白家族成员众多，除去乙酰基酶活性外还可通过与蛋白分子形成复合物或相互作用干预靶蛋白的功能，因此必须进一步深入解析HDAC家族各成员的结构和功能特征，才能为特异性HDAC蛋白抑制剂的研发奠定基础、为抗TNBC的临床治疗提供更有效的靶向治疗药物。