组蛋白去乙酰化酶3调控免疫细胞的发育和功能①

张婷 郑全辉（华北理工大学基础医学院，唐山063210）

组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases，HDACs）是一组表观遗传修饰蛋白，通过催化组蛋白或非组蛋白赖氨酸残基的去乙酰化调节基因表达，一般来说，组蛋白乙酰化导致染色质呈开放状态，基因转录活跃，而组蛋白去乙酰化导致染色质呈致密状态，抑制基因转录。根据蛋白结构、细胞定位、表达方式等差异，哺乳动物HDAC可分为四大类共18个成员［1］。HDAC3属于第Ⅰ类HDACs，其结构与酵母Rpd3蛋白序列高度同源，但与其他Ⅰ类HDAC成员（HDAC1、HDAC2、HDAC8）的专一细胞核定位不同，HDAC3可在胞核和胞浆中穿梭［2］。HDAC3在机体组织细胞中广泛表达。近年来研究发现，在免疫系统中、HDAC3对于多种免疫细胞的发育、分化及功能发挥均具有重要调控作用，本文对此进行综述。

1 HDAC3对T淋巴细胞亚群的调控作用

早在1998年，DANGOND等［3］采用mRNA差异表达分析和5'RACE方法，从人T细胞中克隆获得HDAC3基因，并且发现HDAC3在受到丝裂原和抗CD3抗体刺激的T细胞中表达增加，提示HDAC3可能在T细胞的活化和增殖过程中发挥重要作用。KIERNAN等［4］在PMA活化的Jurkat T淋巴细胞系中也发现，HDAC3介导的p65去乙酰化是活化T细胞NF-κΒ信号通路的关键步骤，提示HDAC3在介导免疫急性期反应以及炎症反应的重要性。另外，在对比多发性硬化症（MS）患者和正常对照T细胞对组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA凋亡敏感性的研究中，ZHANG等［5］发现MS患者T细胞对TSA诱导的细胞凋亡产生抗性，这种抗凋亡活性与MS患者T细胞中HDAC3的表达增加同时伴随促凋亡蛋白p53及其下游信号分子的表达降低有关。

近年来采用特异基因敲除技术，研究者对HDAC3在T细胞亚群发育和功能中的作用有了更深入的了解。首先THAPA等［6］发现CD4/Cre酶介导的HDAC3敲除不影响传统αβT细胞在胸腺的发育和数量，但导致恒定型自然杀伤细胞（invariant NKT，iNKT）的产生显著降低；而采用iNKT细胞特异转录因子PLZF/Cre酶介导的HDAC3敲除小鼠，研究者发现iNKT细胞死亡显著增加，但不能被抗凋亡Bcl-2和Bcl-xL基因转染所纠正。进一步研究发现HDAC3缺失的iNKT细胞中Cyto-ID和LC3A/B表达明显增加，同时营养受体GLUT1、CD71和CD98的表达明显降低，表明自噬功能降低可能是HDAC3缺失iNKT细胞死亡的主要原因［7］。WANG等［8］采用Foxp3/Cre酶和CD4/Cre酶分别在调节性T细胞（regulatory T cells，Treg）和传统αβT细胞特异敲除HDAC3，发现HDAC3对于Treg的产生和免疫抑制功能的发挥具有重要调控作用：HDAC3缺失导致胸腺自然生成的Treg（nTreg）中IL-2的表达显著增加并伴随其免疫抑制功能的显著降低，HDAC3敲除小鼠生长到4~6周时会死于严重的自身免疫性疾病，而给HDAC3敲除小鼠输注正常小鼠的FOXP3+Treg细胞可以减缓自身免疫病的发生，延长小鼠寿命；同时研究者还发现：HDAC3缺失导致外周传统αβT细胞在诱导条件下产生的Treg（iTreg）显著下降，同时还产生大量炎症性细胞因子如IL-2、IL-6和IL-17。另 外，HSU等［9］和WANG等［10］在CD4/Cre介 导 的HDAC3敲除小鼠中进一步发现，HDAC3敲除导致外周免疫器官中成熟CD4+T细胞和CD8+T细胞的数量均显著减少，并且T细胞表面CD55分子表达降低，但同时CD69和CD44等细胞活化分子表达增加，因此认为HDAC3敲除导致的外周T细胞减少与经典补体途径激活和活化诱导的细胞凋亡有关。

采用T细胞在胸腺早期发育分子Lck/Cre和CD2/Cre酶介导的HDAC3敲除小鼠，研究者发现HDAC3缺陷T细胞在胸腺CD4/CD8双阳性阶段发育障碍，进而导致胸腺CD4和CD8单阳性T细胞产生减少以及脾脏成熟CD4+和CD8+T细胞数量的显著降低，而且，CD4+T细胞的降低程度明显高于CD8+T细胞［11］。同时，HDAC3缺陷CD4/CD8双阳性T细胞中Runx3和Patz的表达异常增加，导致胸腺CD4单阳性T细胞生成比率进一步降低，而CD8单阳性T细胞比率相对增加［12］。另外，HDAC3在T细胞发育早期敲除导致嘌呤受体P2X7表达增加，致使CD4/CD8双阳性T细胞对胸腺皮质ATP诱导细胞凋亡的敏感性增加［13］。研究发现，CD2/Cre酶介导的HDAC3敲除T细胞中RORγt表达显著增加，造成外周残存CD4+T细胞向Th17细胞分化，并导致HDAC3敲除小鼠易发炎性肠病［14］。进行T细胞受体αβ链转基因只能纠正Lck/Cre酶介导的HDAC3敲除小鼠T细胞发育缺陷，但对CD2/Cre酶介导的HDAC3敲除小鼠T细胞的发育缺陷没有影响。以上研究结果提示：HDAC3在胸腺T细胞的不同发育和分化阶段通过不同机制发挥调控作用，而这种调控对CD4+T细胞发育和分化的影响尤为重要。

2 HDAC3对B淋巴细胞亚群的调控作用

B细胞受体重链基因片段重排对于B细胞在骨髓的发育和体液免疫应答功能至关重要。STEN‐GEL等［15］等采用Mb1/Cre酶在B前体细胞中敲除HDAC3，结果发现HDAC3敲除小鼠骨髓中B220+CD43+B前体细胞明显增加，但在脾脏中成熟B细胞缺失。定量测序结果表明B细胞受体重链基因片段VDJ重排缺陷是HDAC3敲除诱发B细胞发育停滞的主要原因。进一步采用CD19/Cre酶介导的HDAC3敲除小鼠，研究者发现HDAC3敲除小鼠在抗原刺激条件下，外周免疫器官生发中心形成缺陷同时伴随浆母细胞产生的显著降低，RNA测序结果表明CD86、CD83和CXCR5表达异常增加与HDAC3敲除小鼠生发中心B细胞增殖和浆细胞生成缺陷密切相关［16］。Blimp-1是驱动B细胞终末分化成浆细胞的关键调控蛋白，Blimp-1在B细胞中低表达而在浆细胞中表达明显增加［17］。TANAKA等［18］研究发现HDAC3是调节Blimp-1在B细胞终末分化过程中表达变化的主要蛋白，HDAC3缺失导致浆细胞生成减少，抗体产生水平降低［19］。

3 HDAC3对巨噬细胞的调控作用

巨噬细胞是一群具有异质性的固有免疫细胞，按功能差异可分为非活化巨噬细胞（M0）、经典途径激活巨噬细胞（M1）和替代途径激活巨噬细胞（M2）。M1型巨噬细胞通常由IFN-γ和TLR配体如细菌脂多糖（LPS）等诱导M0产生，在多种疾病中具有促进T细胞增殖和炎症发展的作用；而M2型巨噬细胞主要由Th2型细胞因子如IL-4和IL-13等诱导M0产生，具有抑制炎症反应、促进组织纤维化和抗寄生虫感染的作用［19］。MULLICAN等［20］研究发现：HDAC3在巨噬细胞中可通过催化染色质组蛋白赖氨酸的去乙酰化抑制IL-4及其下游众多基因的表达。HDAC3缺失导致巨噬细胞向M2型转化，并可减轻曼氏血吸虫卵感染造成的肺部炎症反应；SAN‐CHEZ等［21］发现HDAC3的特异抑制剂RGFP966可降低M1型泡沫巨噬细胞的产生，促进M2型巨噬细胞活化，促进脊髓损伤恢复。另外，CHEN等［22］发现HDAC3缺失巨噬细胞与野生型巨噬细胞相比，在受到LPS刺激时IFN-β信号不能被有效激活并导致其下游大量炎性基因表达缺失。HOEKSEMA等［23］发现HDAC3在动脉粥样硬化损伤部位表达增加并与M1巨噬细胞数量呈正相关，而HDAC3缺失巨噬细胞中促纤维化TGFB1基因表达增加，导致动脉粥样斑块胶原沉积增加，斑块稳定性增强，最终抑制动脉粥样硬化对机体造成的进一步损伤。此外，研究发现HDAC3也在多种其他M2型巨噬细胞分化抑制机制中发挥作用［24-25］。

总之，近年来对于HDAC3在免疫细胞中的作用及机制研究日渐增多，研究结果表明HDAC3在多种免疫细胞的发育、分化和功能发挥的多个环节发挥作用。而且，HDAC3不仅作用于以上特异种类的免疫细胞，在多能造血干细胞阶段，HDAC3通过维持染色质结构和基因组的稳定性促进免疫细胞的正常分化，HDAC3在此阶段缺失导致淋巴样祖细胞不能进行有效DNA复制，发生细胞周期S期阻滞并最终导致淋巴细胞生成的显著减少［26］。另外，HDAC3还可通过与免疫细胞相互作用的基质细胞或靶细胞，间接调控这些免疫细胞的发育与功能，例如：GOLDFARB等［27］报道HDAC3是调控胸腺髓质上皮细胞发育Notch信号途径的重要组分，HDAC3表达缺失可导致腺髓质上皮细胞发育受阻并伴随T细胞阴性选择障碍。NK细胞主要通过其表面表达的活化和抑制相关调节性受体发挥作用，FOLGUERAS等［28］发现HDAC3是NK细胞活化受体NKG2D配体（NKG2DL）分子的关键抑制因子，抑制HDAC3的表达可显著增强NK细胞对病毒感染或肿瘤等靶细胞的识别和杀伤功能［29］。目前，多种组蛋白去乙酰化酶抑制剂已用于肿瘤、炎性疾病、感染性疾病等多种疾病的临床治疗研究，由于HDAC3在多种免疫细胞及其相关细胞中广泛表达并且其作用机制复杂［30］，对HDAC3在不同免疫细胞发育、分化和功能调控作用的进一步探讨，既有助于深入了解表观遗传学调控机制对免疫系统的影响，同时也将对以上疾病的免疫学治疗提供新的思路和线索。