组蛋白去乙酰化酶抑制剂在肾脏疾病中的研究进展*

杨晓鹏，田莎莎，郭珲

（1.山西医科大学第二临床医学院，山西 太原030001；2.山西医科大学第二医院 肾内科，山西 太原030001）

真核生物染色质的基本结构单位——核小体，其是由DNA 环绕组蛋白八聚体形成的复合物，其中组蛋白修饰（甲基化、乙酰化、磷酸化、核糖基化等）作为表观遗传学调控的方式之一参与染色质的结构重塑和功能改变。组蛋白修饰通过借助组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferase, HAT）和组蛋白脱乙酰酶（histone deacetylase, HDAC）动态调节生物体内组蛋白乙酰化的平衡，进而激活或抑制基因表达。近年来，随着对HDAC 在肾脏疾病研究中的不断深入，组蛋白脱乙酰酶抑制剂（histone deacetylase inhibitor,HDACi）的应用价值得到了许多关注。本文对HDACi 在肾脏疾病中的应用前景进行综述。

1 HDAC和HDACi概述

1.1 HDAC

目前已鉴定出18 种HDAC 同工酶，根据其与酵母基因的同源性、亚细胞定位、组织特异性和酶活性分为4 类。Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ类HDAC 通过借助Zn2+实现催化活性，沉默信息调节因子2 相关酶（SIRT）（Ⅲ类HDAC）则依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）。Ⅰ类HDAC 与酵母RPD3基因密切相关，包括HDAC 1、2、3 和8[1]。Ⅱ类HDAC 与酵母Hda1基因相关，包括Ⅱa 类（HDAC 4、5、7 和9）和Ⅱb 类（HDAC 6 和10）。Ⅱb 类HDAC 存在2 个催化结构域，其中HDAC6 的第2 个催化结构域具有催化活性，可以对一些非组蛋白底物，如α-微管蛋白、热休克蛋白90 和皮质酮进行去乙酰化[2]。Ⅲ类HDAC 包括SIRT 1～7。Ⅳ类HDAC 仅包括HDAC 11。目前已发现Ⅰ类HDAC 表达于肾皮质、肾成纤维细胞和肾小管细胞[3]，HDAC 5、6 和11 表达于肾小管细胞[4-5]，HDAC 4 和9 表达于足细胞，SIRT1 表达于肾小管细胞和成纤维细胞[6-7]。研究表明HDAC 的表达和功能异常参与多种肾脏疾病的病理、生理过程，如细胞外基质沉积、氧化应激、炎症反应及囊肿生长等，而抑制HDAC 的活性则可能作为肾脏疾病的有效治疗策略[8]。

1.2 HDACi

HDACi 是具有干扰组蛋白去乙酰化酶功能的化合物，根据所作用的HDAC 类型可分为Zn2+依赖性和NAD+依赖性的HDACi。Zn2+依赖性分为脂肪酸、苯甲酰胺、环肽和异羟肟酸衍生物（见表1）。大多数脂肪酸和苯甲酰胺是Ⅰ类HDAC 抑制剂。环肽特异性抑制Ⅰ类HDAC。多数异羟肟酸类抑制剂具有广谱活性，因此被称为pan-HDACi。后者被开发为Ⅲ类HDAC 抑制剂，可以抑制SIRT 的活性[9]。美国FDA 和中国食品和药物管理局已批准SAHA、FK228、PXD101、LBH589 和CS055 作 为HDACi 应用于临床治疗癌症[10]。目前，PXD101、MS-275 和SAHA 正处于肾癌的1 期或2 期临床试验。

表1 HDACi分类及作用靶点

2 HDACi参与各种肾脏疾病的作用机制

HDAC 的异常活化通过影响基因表达的表观遗传调节，与肾脏疾病的发生、发展息息相关。应用HDACi 抑制HDAC 的活化可以改善或逆转肾脏结构和功能改变，在异羟肟酸衍生物、脂肪酸、苯甲酰胺等HDACi 在肾间质纤维化、糖尿病肾病（diabetic nephropathy, DN）、急性肾损伤等肾脏疾病中均表现出保护作用。

2.1 HDACi与肾间质纤维化

肾间质纤维化是各种慢性肾脏病的共同病理改变，可导致终末期肾衰竭。其特征是上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）、肾间质成纤维细胞活化和细胞外基质（extracellular matrix, ECM）过度积聚。抑制HDAC 活性可以延缓肾间质纤维化进程。

TGF-β/Smad2/Smad3 信号通路可以促进肾间质纤维化的进展，而BMP-7/Smad1/Smad5/Smad8 信号通路则抑制肾间质纤维化的进展。整合素αvβ6 可以激活TGF-β/Smad 信号通路促进肾纤维化的发生、发展[11]。XIONG 等[12]研究发现Ⅱ类HDAC 的激活参与UUO 小鼠肾间质纤维化进程，给予选择性Ⅱ类HDAC 阻断剂MC1568 后，αvβ6 表达减少并抑制TGF-β/NF-κB 炎症通路，而提高了BMP-7、Klotho、基质金属蛋白酶2 和基质金属蛋白酶9 的水平，显著下调肾脏纤连蛋白、胶原蛋白Ⅰ和α-平滑肌肌动蛋白水平，这提示MC1568 可以通过BMP7/TGF-β/Smad 信号通路来延缓肾间质纤维化。此外，新型口服活性异羟肟酸类HDACi CG200745和SB939 均可以抑制TGF-β/Smad 信号通路激活，发挥其抗肾脏纤维化作用[13-14]。选择性Ⅰ类HDACi 丙戊酸通过抑制TGF-β/Smad 信号通路降低UUO 小鼠细胞黏附分子-1 和趋化因子-1 的表达，减少肾脏巨噬细胞浸润和肌成纤维细胞的活化，延缓纤维化进程[15]。

肾间质纤维化过程中，Treg 细胞减少，Th17/Treg 比例失衡，使得炎症进一步放大并加快纤维化进程。在WU 等[16]复制的小鼠UUO 模型中发现，pan-HDACi TSA 可以增强Foxp3基因启动子中的组蛋白乙酰化来诱导Foxp3 的表达，促进Treg 细胞生成，继而维持Th17/Treg 平衡延缓肾间质纤维化进程。此外，有学者发现TSA抑制HDAC还将导致细胞因子信号抑制因子1（SOCS1）和SOCS3 启动子区域的组蛋白超乙酰化，从而上调SOCS1 和SOCS3 的表达，抑制信号传导及转录激活蛋白（STAT3）的磷酸化[17]。

PONNUSAMY 等[7]通 过Sirtinol （SIRT1/SIRT2 选择性抑制剂）或EX527（SIRT1 抑制剂）作用于肾间质成纤维细胞，发现成纤维细胞活化标志物和增殖标志物的表达均呈剂量和时间依赖性降低。SIRT2抑制剂AGK2 也能抑制肾成纤维细胞的激活，并在较小程度上抑制细胞增殖。以上SIRT1/SIRT2 抑制剂介导的抗纤维化作用与表皮生长因子受体、血小板衍生生长因子受体-B、STAT3的去磷酸化有关。

2.2 HDACi与DN

DN 是糖尿病最主要的微血管病变之一，也是导致终末期肾病的主要病因。多种机制参与DN 的发生、发展，如高血糖、糖基化终产物形成、多元醇途径激活、活性氧（reactive oxygen species,ROS）生成、氧化应激和线粒体功能障碍等。DN早期表现为肾小球高滤过、系膜细胞肥大和基质沉积，进一步发展为足细胞损伤，引起蛋白尿。

HMG-CoA 还原酶抑制剂他汀类药物可以降低胆固醇水平。SINGH 等[18]使用阿托伐他汀和依折麦布灌胃处理STZ诱导的糖尿病大鼠，其降血脂无明显差异，但阿托伐他汀以剂量依赖的方式可增加肾小球系膜细胞H3和H4区域乙酰化，通过抑制HDAC活性发挥肾脏保护作用。另有学者指出他汀类药物可以通过改变细胞的代谢状态来调节HDAC 活性[19]。

核因子E2 相关因子2（Nrf2）是细胞内调节氧化还原平衡的重要转录因子[20]。DONG 等[21]在STZ 小鼠糖尿病肾病模型中发现丁酸钠通过抑制HDAC 活性，开放染色质结构，促进转录因子与Nrf2基因的启动子区域结合，进而增加Nrf2基因的表达，胞内过量的Nrf2进入细胞核并启动其下游靶标血红素加氧酶-1和醌氧化还原酶的转录，阻断了糖尿病引起的氧化损伤，从而改善DN的炎症、纤维化等病理改变。

HDAC 参与了DN 的足细胞损伤过程。在高糖处理的小鼠足细胞中HDAC9 表达上调，沉默小鼠足细胞HDAC9 表达可通过JAK2/STAT3 途径抑制高糖诱导的ROS 生成、细胞凋亡和炎症反应，并通过恢复Nephrin 和Podocin 的表达水平来减轻足细胞损伤[22]。WANG 等[23]发现HDAC4 在STZ 诱导的db/db 糖尿病小鼠足细胞中表达均上调，并阐明足细胞损伤与HDAC4-STAT1 信号引起的炎症反应有关，而HDAC4基因沉默恢复了Podocin 的表达并减少滤过屏障功能的受损。

2.3 HDACi与多囊肾

常染色体显性遗传多囊肾病（autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD）是人类最常见的遗传性疾病之一，大多数ADPKD 患者是由PKD1、PKD2基因突变引起的。ADPKD 以双肾实质多发的囊肿形成，上皮细胞的异常增殖和囊液的分泌为特征表现，引起继发性肾功能损害，最终导致终末期肾病。

囊性纤维化跨膜转导调节因子是一种环腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate, cAMP） 激活的氯通道，在ADPKD 囊性组织的顶端上皮中表达。PKD1或PKD2基因突变引起Ca2+稳态失调导致cAMP 水平升高，通过刺激细胞增殖和激活囊性纤维化跨膜转导调节因子驱动的氯化物分泌，促进囊肿生长和液体积聚。 CEBOTARU 等[24]发现HDAC6 的选择性抑制剂Tubacin 作用于犬肾上皮细胞后，cAMP 水平降低，进而抑制囊性纤维化跨膜转导调节因子介导的氯电流来减慢肾囊肿的生长。此外，Tubacin 使囊壁α-微管蛋白和微管的乙酰化水平增加，抑制了囊肿衬里细胞的异常增殖。YANDA 等[25]使用HDAC6 的选择性抑制剂ACY-1215处理PKD1 突变的小鼠近端小管细胞，发现ACY-1215 也可以通过增加微管蛋白的乙酰化和降低cAMP 水平来延缓囊肿的进展。

pan-HDACi TSA 可通过调节细胞周期来延缓囊肿进展，FAN 等[26]在小鼠PKD1突变的多囊肾模型中发现TSA 其可减少分化抑制因子2 的表达，增加视网膜母细胞瘤蛋白和转录因子E2F1 的结合，进而恢复PKD1突变小鼠胚胎肾脏细胞的细胞周期来延缓囊肿的进展；LIVINGSTON 等[27]采用TSA 处理PKD1基因突变小鼠，发现HDAC1 和HDAC3 活性被抑制，从而增加细胞周期蛋白激酶抑制剂p27 的表达而减慢囊肿的生长。此外，TSA 还可通过激活AMP 依赖的蛋白激酶（AMPK）和抑制哺乳动物雷帕霉素靶向基因（mTOR）来增强PKD1基因敲除小鼠的近端肾小管细胞的自噬，进一步延缓囊肿的进展，且TSA 的这一肾脏保护作用可被自噬抑制剂氯喹所阻断[28]。

2.4 HDACi与急性肾损伤

急性肾损伤（acute kidney injury, AKI）的特点是肾小球滤过率迅速下降，血清肌酐和尿素氮迅速且持续上升，病情凶险，死亡率高。常见病因包括感染、创伤、肾毒性药物和尿路梗阻等。部分AKI 患者会进展为慢性肾脏病，探究AKI 的有效治疗手段至关重要。

在顺铂诱导的AKI 模型中，HDAC1、HDAC2、HDAC3 和HDAC6 的表达增加并加快了小管上皮细胞凋亡，pan-HDACi SAHA 和TSA 可通过AMPK/mTOR 信号通路增强近端肾小管上皮细胞自噬活性减少其凋亡，而自噬抑制剂氯喹及敲除自噬相关蛋白基因则可减弱HDACi 的肾脏保护作用，以上提示HDACi 可通过增强肾脏细胞自噬而发挥肾脏保护作用[29]。其中TSA 的肾脏保护作用还可通过上调活化的小胶质细胞/巨噬细胞WAP 结构域蛋白表达发挥抗炎及抗凋亡作用[30]。在脓毒症引起的AKI模型中，苯甲酰胺类HDACi MS-275 可通过抑制炎性因子和ROS 的产生，从而减轻凋亡、炎症及氧化应激诱导的肾组织损伤[31]。

2.5 HDACi与狼疮肾炎

系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus,SLE）是一种多器官自身免疫性疾病，其特征是通过产生致病性抗体形成可沉积在各种组织中的免疫复合物而造成靶器官损伤。肾脏是SLE 常累及的器官之一，临床多表现为肾炎或肾病综合征。

浆细胞由B 细胞分化而来，其自身抗体的产生在SLE 的发病机制中起着关键作用。选择性HDAC6 抑制剂Acy-738 通过改变与炎症和细胞代谢有关的基因转录，降低狼疮小鼠生发中心的活性并抑制B 细胞的激活，减少肾小球区域IgG 和C3 的沉积，改善肾脏病理改变[32]。

3 总结与展望

综上所述，目前对HDACi 在肾间质纤维化、糖尿病肾病、多囊肾、急性肾损伤和狼疮肾炎中的作用机制及作为治疗靶点有了进一步的认识，但研究仅基于大量动物实验，缺少人体试验，实现HDACi对肾脏疾病的治疗仍有很多问题亟待解决。如作为治疗靶点，大多数实验研究使用的是异羟肟酸类抑制剂，因其作用靶点广泛而缺乏特异性，因此其作为药物的有效性及安全性等问题不可忽视，有必要开发高选择性的HDACi。目前已有HDACi 进入肾癌Ⅰ期或Ⅱ期临床试验，为临床应用HDACi 治疗慢性肾脏病提供了有利的支持。