HDAC-2在COPD治疗中的研究进展

黄文锋 吴嘉冬 李明晶 林业欣 综述 陈斯宁 审校

(1.广西中医药大学研究生院，广西 南宁 530001；2.广西中医药大学附属瑞康医院呼吸内科，广西 南宁 530011)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一种常见的、可预防、可治疗的疾病，具有持续性呼吸系统症状和气流受阻的临床表现[1]。大多数COPD患者主要由中性粒细胞、巨噬细胞及其他炎症细胞聚集在气道和肺组织中引起慢性气道炎症，导致糖皮质激素抵抗[2]。因其发病率高，从而加重患者、家庭及社会的精神、经济负担[3]。据“全球疾病负担研究项目(The Global Burden of Disease Study)”估计，随着全球发展中国家吸烟者人数比例的不断上升及发达国家老龄化趋势增快，到2030年，COPD将升居全球死亡原因的第3位，预计死亡人数将接近全球死亡总数的8.5%[4]。年龄和吸烟是COPD和其他疾病的主要危险因素，也是经常导致COPD患者出现多种并存病的因素[5]。 如何较好的控制及治疗COPD，是目前许多学者不断讨论的问题，糖皮质激素作为常用的治疗药物，目前发现COPD患者存在糖皮质激素抵抗，且与组蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase-2，HDAC-2)相关[6]。

1 HDAC-2参与调控COPD炎症因子表达

研究发现组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)参与了许多疾病发生发展过程，包括炎性疾病、衰老、代谢紊乱等。HDAC-2为HDAC家族的亚型蛋白之一，主要存在于细胞核中，在调控细胞生长、炎症基因的表达等发挥重要作用，低活性可增加组蛋白乙酰化程度并促进炎症因子表达，也是COPD患者引起糖皮质激素抵抗的主要相关蛋白[7]。Y.Qu等[8]从COPD患者肺组织或支气管上皮细胞提取蛋白，证实HDAC-2是COPD气道或肺组织影响炎症基因转录的关键调控因子。该研究提示了HDAC-2是COPD广泛存在的生物标志物之一，组蛋白介导的蛋白修饰在减轻糖皮质激素抵抗中占重要地位。国外学者研究证实组蛋白乙酰化酶(histone acetylase，HAT)与HDAC参与基因转录和激活，核心组蛋白的乙酰化活性在染色质基因转录活跃区域比非活跃区域高。核心组蛋白分子末端第5个赖氨酸残基(Lys)通过HAT催化被乙酰化后，发生DNA解聚现象，促进炎症基因转录和炎性蛋白表达。HDAC参与组蛋白去乙酰化，使Lys去乙酰化，带正电荷且与组蛋白结合以沉默炎症基因阻断转录[9-11]。因此，越来越多的研究结果表明，发生乙酰化的组蛋白影响细胞的生物学状态促进炎性基因转录，使炎性细胞呈高表达状态，提示HAT与HDAC的动态平衡调节，关乎到炎性基因的转录和炎性反应程度。

2 HDAC-2与COPD的糖皮质激素治疗

目前，糖皮质激素广泛用于延缓或控制COPD患者病情发展，但与治疗哮喘相比，可用的抗炎疗法由于COPD患者对糖皮质激素的反应降低而减弱或疗效有限[12]。糖皮质激素治疗COPD时，进入机体后先与糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)的亚型之一GRα结合成GRα-GC复合物，并与发生结构改变的热休克蛋白90(heat shock protein 90， hsp90)分离进入细胞核，通过增强细胞核内HDAC-2的表达及去乙酰化作用，使染色体结合更紧密，从而抑制炎症基因的转录与表达[13-14]。在烟雾、环境等有害颗粒产生的氧化应激反应及促炎症因子形成等作用下，糖皮质激素核转移减少和组蛋白去乙酰酶活性减弱，去乙酰化作用降低，抑制促炎性基因表达的能力受损，使糖皮质激素作用降低形成糖皮质激素抵抗现象[15]。赖天文[16]研究提出，健康非吸烟受试者痰液细胞中的HDAC-2明显高于COPD患者，而经烟雾颗粒暴露下的患者HDAC-2表达水平受抑制，从该研究中可得出烟雾颗粒刺激形成的氧化应激反应使HDAC-2表达降低，且相关炎症因子表达较正常组高，明显减弱了糖皮质激素作用。因此，针对糖皮质激素受体激活途径及调节HDAC-2的治疗可能逆转COPD患者的糖皮质激素抵抗。HDAC通过发生去乙酰化过程后与多种转录因子(如炎性转录因子核因子，NF-κB)发生效应，使炎症蛋白的表达下降[17]。转录因子在参与细胞炎症、免疫反应和细胞存活的细胞因子、趋化因子和粘附分子的表达中起重要作用[18]。香烟烟雾暴露等复杂因素刺激下引起的气道慢性炎症机制是COPD主要发病机制之一，而驱动COPD相关的炎症中起着关键的因素，如氧化应激，这些都可导致NF-κB活化及抗蛋白酶防御受损，自身抗体产生，通过灭活HDAC-2引起激素抵抗而放大炎症反应[19-20]。伊园等[21]经动物实验证明，使用HDAC阻断剂可削弱生理浓度的糖皮质激素对脂多糖诱导的TNF-α、IL-1β等炎症因子的抑制作用。孙雪皎[22]研究亦表明，增加HDAC-2的表达可以减轻烟雾颗粒暴露下人单核细胞的激素抵抗。对于上调COPD患者HDAC-2减轻糖皮质激素的抵抗，目前研究认为主要是通过抑制患者体内炎症因子(IL-8、IL-17、TNF-α、MCP-1等)释放从而减轻炎症反应。而相关的机制是通过减少HDAC-2磷酸化，抑制NF-κB信号通路，从而减轻COPD患者体内的炎症反应，逆转对糖皮质激素的抵抗[23]。因此，组蛋白去乙酰化过程参与了糖皮质激素的抗炎效应，这也是为什么如今可以考虑通过恢复HDAC-2活性以逆转糖皮质激素的抵抗，从而为COPD的治疗带来新的策略。

3 参与调节HDAC-2的常用西药

COPD相关药物治疗中，参与HDAC-2调节的西药主要有大环内酯类、茶碱、抗氧化剂等。HDAC-2活性的降低会影响COPD患者对激素治疗的敏感性，导致疾病无法得到缓解，药物使用效果欠佳。因此，在临床上，我们认为能否通过运用大环类脂类、茶碱、抗氧化剂等药物上调COPD患者体内细胞对HDAC-2的表达，从而产生对糖皮质激素的增敏作用，逐步形成联合用药体系，以达到最佳血药浓度治疗COPD的治疗效果。

3.1大环内酯类药物对HDAC-2的调节 大环内酯类药物有上调HDAC-2表达的作用。大环内酯类药物可通过抑制NF-κB或磷酸肌苷3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/Akt及其他转录因子来抑制炎症基因表达降低炎症因子释放，这种抗炎症作用机制可能与其他抗生素作用无关[24]。L.J.Miao等[25]研究发现，大环内酯类药物可通过上调机体HDAC-2蛋白的表达，抑制炎症因子如IL-8、MCP-1的释放，且HDAC-2的下降与IL-8、MCP-1等炎症因子表达增高呈负相关，通过HDAC-2介导的组蛋白修饰在COPD炎症反应中有积极作用。S.Mikura等[26]动物实验表明，在肺气肿模型中，红霉素可以缓解气道、肺实质和肺血管系统的炎症，保护肺泡的结构完整，支气管肺泡灌洗液中的炎症细胞(如嗜中性粒细胞、淋巴细胞和巨噬细胞)明显减少。M.Li[27]等在一项细胞实验中提出，HDAC-2具有调节染色质结构从而影响炎症基因表达，并且证实红霉素可以通过增加由香烟烟雾提取物(CSE)损害的HDAC-2蛋白表达来逆转糖皮质激素抵抗。该研究提示，大环内酯类药物调节HDAC-2缓解COPD患者慢性气道炎症的治疗方法是有疗效的。高增艳[28]以Western-bolt法测定COPD模型的肺组织中HDAC-2的表达，结果显示COPD模型组大鼠HDAC-2表达量减少。然而，经红霉素处理后，HDAC-2在大鼠体内的活性增加，糖皮质激素抗炎作用增强，从而逆转糖皮质激素的抵抗，这可能与PI3K信号通路有关。Y.Kobayashi[29]等采用一种新型大环内酯类药物(SOL，CEM-101)作用于经氧化应激刺激的U937细胞，发现其能抑制PI3K途径增加组蛋白去乙酰化酶HDAC-2活性，且在动物实验中验证了该药物联合使用抑制嗜中性粒细胞作用效果优于单用糖皮质激素。这意味着大环内酯类药物可以上调HDAC-2改善COPD患者出现的糖皮质激素抵抗现象，可能成为治疗COPD炎症控制的一个新靶点。

3.2茶碱对HDAC-2的调节 在临床上使用茶碱治疗COPD已有数十年历史，但因其不良反应多而被其他药物替代，使得茶碱类药物无法在临床上广泛运用。近些年，学者们在临床及实验上研究低剂量茶碱的应用价值，并证实小剂量茶碱联合糖皮质激素治疗COPD取得较好的治疗效果，其作用主要依靠干预糖皮质激素抗炎机制提高治疗疗效[30]。运用茶碱治疗COPD时，可降低中性粒细胞的趋化性、黏附性、脱粒性，可以直接松弛支气管平滑肌，还可通过刺激气道纤毛的摆动频率并促进小气道黏液分泌来改善纤毛的清除功能。茶碱的运用，尤其对茶碱的浓度使用有严格要求，大剂量的茶碱运用会给COPD患者带来严重的副作用，甚至是出现茶碱中毒症状，与之相反，低剂量联合糖皮质激素使用则被证明在抑制COPD的气道炎症方面是有效的且安全的[31]。提示目前临床上使用低剂量茶碱抑制炎症是否安全得到保障。T.Yasuo等[32]研究证实氧化应激处理降低了HDAC-2的活性，而茶碱联合地塞米松通过阻断PI3K通路δ亚型减轻组蛋白乙酰化，从而抑制炎性基因的转录，提示了茶碱的联合使用在恢复HDAC-2活性，逆转COPD的糖皮质激素抵抗发挥重要作用。X.Sun等[33]研究发现，茶碱可通过激活HDAC-2蛋白活性恢复由烟雾颗粒诱导的糖皮质激素敏感性，且使HDAC-2活性恢复至控制水平与低剂量茶碱相关而非高剂量。王晓晟等[34]研究观察中得出，与单用糖皮质激素相比，茶碱联合糖皮质激素治疗的患者肺功能、CAT评分均明显改善，此外，HDAC-2在外周血单核细胞活性显著高于单用糖皮质激素，进一步证实茶碱能够恢复HDAC-2活性增加COPD患者本身对糖皮质激素的敏感性。基于这一理论可知，茶碱的联合应用可能是提高糖皮质激素治疗COPD抗炎疗效的有效途径之一。

3.3抗氧化剂对HDAC-2的调节 在感染性疾病中，由于机体氧化和抗氧化失衡导致氧化应激损伤加重，所以当COPD患者处于慢性期合并感染时，氧化应激损伤程度则更严重。呼吸道最重要的抗氧化剂是过氧化氢酶，位于下呼吸道上皮内衬液，且覆盖了气道上皮细胞，烟雾颗粒穿透上皮内衬液屏障后，到达气道上皮细胞并破坏气道结构[35]。应用抗氧化剂干预COPD实验[36]中提出氧化应激能增强组蛋白乙酰化，激活炎性基因转录可引起HDAC-2上的酪氨酸残基被硝化，导致其失活、泛素化和降解。目前，一项研究[37]表明，使用抗氧化应激剂依达拉奉治疗COPD中指出，依达拉奉联合布地奈德组血清及肺泡灌洗液中转录因子NF-κB、TNF-α及炎性因子IL-17，均低于布地奈德组。因此，我们可得出，抗氧化作用可降低机体炎症反应，改善机体对糖皮质激素的抵抗且其机制与HDAC-2的调节有关。谷胱甘肽合成的底物N-乙酰半胱氨酸(NAC)是当前内源性抗氧化剂中应用较为广泛且能阻断组织损伤的黏液溶解剂，NAC的黏液和抗氧化作用在COPD的治疗中具有重要的价值，联合应用糖皮质激素可以显著降低COPD患者恶化的几率[38]。另外，H.N.Tse 等[39]试验表明，高剂量NAC治疗一年可显著改善小气道功能，降低COPD患者的发作频率，提示使用NAC治疗COPD可能是有益的。

4 小结与展望

COPD治疗中的糖皮质激素抵抗机制一直作为学术研究的焦点。如今，诸如大环内酯类、茶碱、抗氧化剂等药物可通过上调COPD患者体内的HDAC-2活性提升机体对糖皮质激素抗炎敏感性，此外还有其他类型药物，如：趋化因子受体拮抗剂、PI3K抑制剂等均能通过相关机制减轻糖皮质激素抵抗，但相关药物均未进入临床试用阶段。亦有研究[40]发现，部分中药有效成分如：姜黄素等可抑制P38/NF-κB等信号通路减轻COPD患者炎症释放，提示部分中医药可能是减轻COPD患者糖皮质激素抵抗的有效途径之一。在临床上，糖皮质激素是治疗COPD的重要药物，但患者容易出现糖皮质激素抵抗降低了疾病的治疗效果，这也成为当今治疗COPD的一个难点。对于目前临床及实验研究中，提高HDAC-2蛋白表达的西药研究主要集中在大环类脂类药物、茶碱、抗氧化剂等方面，与糖皮质激素合用能够提高糖皮质激素抗炎症效应，并使COPD患者使用同等剂量达到更好治疗效果。期待新型茶碱、激素制剂及其他能增加HDAC-2活性药物研究发展，为今后COPD应用糖皮质激素治疗展开新的领域。