组蛋白去乙酰化酶11在肿瘤中的研究进展△

卢迪，葛祥伟，翟今朝，马志强，汪进良#

1解放军医学院研究生院，北京 100853

2解放军总医院第五医学中心肿瘤医学部肿瘤内科，北京 100071

随着基因组学、蛋白组学、基因工程等技术的发展以及分子靶向、免疫和表观遗传学在肿瘤治疗领域中的应用，临床肿瘤的治疗已迎来了“精准治疗时代”。证据表明，甲基化、乙酰化等表观遗传学机制在肿瘤的发生发展过程中起着重要作用。其中，组蛋白或赖氨酸去乙酰化酶（histone or lysine deacetylase，HDAC/KDAC）通过靶向组蛋白和非组蛋白，从赖氨酸残基中去除乙酰基或酰基调节包括转录、细胞死亡和代谢在内的多种生物学过程。HDAC抑制剂作为一类新的抗肿瘤药物日益受到研究人员的重视[1-2]。

组蛋白去乙酰化酶11（histone deacetylase 11，HDAC11）活性的发挥不依赖于Zn+活性，被列为HDAC家族中唯一的Ⅳ类成员，是迄今为止发现的最小的HDAC成员[3]，也是最新被克隆的HDAC。HDAC11在细胞质和细胞核中均有分布，结构简单，有一个开放阅读框，编码a347残基蛋白与Ⅰ类、Ⅱ类HDAC蛋白，在催化核心区具有相同的序列相似性[4]，HDAC11可能与HDAC6存在相互作用并影响白细胞介素-10（interleukin-10，IL-10）表达的动态变化[5]。HDAC11的分布具有细胞和器官特异性，虽然HDAC11在脑、肾、心等多种器官中均高表达，但其在细胞正常生物学行为以及肿瘤中的作用仍有待完全阐明。因此，研究HDAC11在各种器官和细胞中的功能尤为重要。本文旨在综述HDAC11在不同肿瘤中的作用，为开发同型特异性或选择性HDAC11抑制剂及临床肿瘤治疗提供新的理论基础。

1 神经系统肿瘤

组蛋白乙酰化和去乙酰化在中枢神经系统的发育过程中非常重要。研究结果显示，HDAC11在大脑中广泛表达[6]。在出生后，发育中的大脑神经前体中HDAC11表达较低，但随着分化而表达升高。在细胞水平，HDAC11蛋白主要位于成熟少突胶质细胞的细胞核中，即产生髓鞘的细胞，而在星形胶质细胞（支持细胞）中几乎未检测到[7]。

Sun等[8]在多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）小鼠模型中发现，HDAC11的缺失导致免疫细胞向中枢神经系统的浸润减少，在疾病慢性进展期，单核细胞和髓系树突状细胞减少，显著降低了脊髓脱髓鞘程度并改善了临床症状。这一发现揭示了HDAC11在中枢神经系统脱髓鞘疾病中的一种新的病理生理功能，并为进一步研究HDAC11特异性抑制剂治疗慢性进展性MS的潜在作用提供了依据。在一项50例胶质瘤患者的研究中发现，HDAC11的表达水平随着胶质瘤肿瘤分级的增加而逐渐降低，并与Ⅳ级胶质瘤患者的生存时间呈正相关[9]。HDAC11也可能在神经母细胞瘤中发挥重要作用。Thole等[10]发现HDAC11是MYCN癌基因扩增亚组神经母细胞瘤的潜在靶点。老年性黄斑变性（age-related macular degeneration，AMD）是目前老年人视力丧失的最常见原因，HDAC11水平升高导致组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化的乙酰化减少，可以导致AMD患者的治疗获益降低[11]。此外，HDAC11不仅与运动神经元复合体的存活有关[12]，还与甲基苯丙胺和可卡因诱发的疾病依赖性和耐受性有关[13-15]。以上研究都揭示了HDAC11参与大脑发育过程中重要的信号传递网络，并在神经系统肿瘤的发生发展中起着重要作用。

2 生殖系统肿瘤

HDAC11可以通过保护前列腺癌、卵巢癌、乳腺癌细胞免受凋亡，维持肿瘤细胞的代谢和生存。高HDAC11mRNA水平的卵巢癌、晚期（Ⅲ+Ⅳ期）肿瘤、高级别肿瘤和p53突变肿瘤患者的总生存率和无进展生存率均较低，提示高HDAC11mRNA水平与上述患者的不良预后相关[16]。一项包括了150例上皮性卵巢癌患者和311例来自癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）数据库的晚期肿瘤样本数据显示，HDAC11的甲基化启动子区与卵巢癌患者的不良预后相关[17]。另一项研究表明，HDAC11可以介导乳腺癌细胞转移，HDAC11过表达不能抑制基底样细胞的生长，但可以抑制其侵袭和转移。HDAC11在卵母细胞成熟的过程中起着关键的作用，抑制HDAC11会干扰α-微管蛋白乙酰化、减数分裂相关的组蛋白修饰和转录组谱，导致卵母细胞异常成熟和胚胎发育[18]。HDAC11在不同的生殖系统肿瘤中发挥多种作用，应根据患者的病理类型和临床分期采取个体化治疗措施。

3 消化系统肿瘤

HDAC11在肝癌中的表达情况目前尚存在一定争议。在Wurmbach肝脏数据集（n=75）中，HDAC11的表达增加，且明显高于其在癌旁组织中的表达，但在 Roessler liver 2数据集（n=445）和Guichard肝脏数据集（n=185）中，观察到HDAC11的表达与非肝癌组织没有显著差异[10,19]。证据表明，miRNA-145作为肿瘤抑制因子可以促进细胞凋亡和调节细胞周期，并且miRNA-145的异位表达可导致细胞的程序性死亡[20-21]。巨噬细胞根据微环境分化为不同的功能表型：经典激活巨噬细胞（M1型）和交替激活巨噬细胞（M2型）。其中，肿瘤相关巨噬细胞的M2样极化可以被肿瘤细胞的各种分泌物激活，导致肿瘤生长、侵袭、转移和免疫逃逸[22-24]。研究发现，miRNA-145与M2型的极化密切相关。高水平的miRNA-145直接靶向抑制HDAC11基因的表达，导致IL-10分泌增加，诱导巨噬细胞向M2型极化，从而促进肿瘤生长[25]。此外，HDAC11可能通过与早期生长反应因子1形成复合物，诱导其脱乙酰化，抑制p53转录，促进肝癌的发生[26]。甲胎蛋白（α-fetal protein，AFP）作为目前常用的肝癌诊断生物标志物，灵敏度和准确度有限。Yu等[27]研究分析发现，HDAC11及其他4种分子的表达与AFP有关，有望成为新的肝癌诊断标志物，但其灵敏度及特异度未知。因此，HDAC11在肝癌中的表达及作用仍需进一步研究。

4 内分泌系统肿瘤

一项包含了20例垂体瘤患者组织样本的研究发现，HDAC11可与YRPW基序相关的分裂的毛状/增强子 1（hairy/enhancer-of-split related with YRPW motif 1，HEY1）形成复合物，诱导HEY1去乙酰化，抑制p53的转录，最终促进垂体瘤的发生[25]。但另外一项包含57例胰腺神经内分泌肿瘤的研究显示，与对照组相比，HDAC11在肿瘤组织中高表达，且与磷酸化组蛋白H3和Ki-67表达呈正相关[26]，与前述研究不同的是，HDAC11在胰腺神经内分泌肿瘤中的高表达可延长患者的无病生存期（disease-free survival，DFS）和总生存期（overall survival，OS），这可能与HDAC11增加了细胞对化疗药物的敏感性有关[27]。此外研究人员还发现，HDAC11表达增加可能与切尔诺贝利核泄漏引起的儿童甲状腺乳头状癌有关[28]。

5 呼吸系统肿瘤

研究人员在H1299肺癌细胞系中检测到大量HDAC11的表达[29]。高表达的HDAC11与肺腺癌和肺鳞状细胞癌的不良预后密切相关[30]。HDAC11的缺失或抑制可以显著降低性别决定区Y框蛋白2（sex-determining region Y-box 2，SOX2）的表达，从而降低非小细胞肺癌肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）的自我更新，以及SOX2介导的耐药性产生[31-33]。此外，HDAC11突变也与肺癌细胞的药物敏感性有关[34]。因此，HDAC11可能是临床治疗非小细胞肺癌的一个新药物靶点。

6 血液系统肿瘤

IL-10是免疫应答的关键，通过维持T细胞对自身的免疫耐受产生强大的免疫抑制作用。研究表明，HDAC11是IL-10的负调控因子[35]。在巨噬细胞中，抑制HDAC11会导致IL-10在转录水平和蛋白水平增加，而过表达HDAC11则会抑制IL-10的产生。因此，HDAC11及下游的IL-10对免疫系统有重要作用。研究表明，HDAC11在原发性血小板增多症、原发性骨髓纤维化和真性红细胞增多症中显著上调[36]。在多发性骨髓瘤中，HDAC11与患者的生存预后密切相关。HDAC11高表达的多发性骨髓瘤患者的无进展生存期（progression-free survival，PFS）明显短于HDAC11低表达的患者[37]。OX40配体（OX40 ligand，OX40L）是由抗原呈递细胞表达的肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）家族中的一员，OX40L及OX40受体在特异性T细胞的产生和宿主抗肿瘤免疫的诱导中起着至关重要的作用。研究发现，表达OX40L的T细胞围绕在霍奇金淋巴瘤细胞的周围，沉默HDAC11可诱导其凋亡并上调OX40L的表达，抑制HDAC11可能增加抗肿瘤免疫反应[38]。此外，HDAC11通过抑制肿瘤微环境中的髓源性抑制细胞来降低肿瘤生长动力学[39]。因此，HDAC11在血液系统肿瘤中起着不可或缺的作用。

7 HDAC11抑制剂

HDAC家族涉及的疾病范围广泛，相关的HDAC抑制剂也在开发中。越来越多的研究证据表明HDAC抑制剂对恶性疾病具有潜在的治疗作用。有研究报道，HDAC11可高效切割赖氨酸侧链上的长链酰基修饰，但包括伏立诺他和罗米地辛在内的几种常见的泛HDAC抑制剂不会抑制该酶的活性。进一步发现，含大环异羟肟酸的肽可有效抑制HDAC11脱肉豆蔻酰化活性[40]。目前，3种化合物（FT895、SIS7和SIS17）已被证明是选择性HDAC11脂肪脱酰化抑制剂。三氟甲基吡嗪（FT895）抑制HDAC11脱乙酰酶活性比其他HDAC抑制剂更有效，并且它还抑制HDAC11的脱肉豆蔻酰酶活性。SIS7和SIS17化合物是针对HDAC11脂肪酸脱酰基活性的特异性抑制剂。这两种化合物都是通过将苯环替换为二甲氨基（SIS7）和噻吩（SIS17）改进Ⅰ类抑制剂的结构而开发，并且这两种化合物都是HDAC11脂肪酰化酶活性的有效抑制剂。在细胞通透性和代谢稳定性方面，SIS17优于FT895和SIS7[41]。重要的是，即使在高浓度下，两种抑制剂都没有显示出对其他HDAC的显著抑制。在这3种HDCA11抑制剂中，仅有FT895被报道用于动物研究。FT895表现出的药代动力学特性在动物体内研究中安全和可耐受[42-43]。因此，FT895具有进入临床试验的潜力。

8 小结与展望

表观遗传因素与肿瘤的发生发展和化疗耐药性密切相关，HDAC家族又是表观遗传中不可或缺的重要调节因子。其中HDAC11与多种肿瘤的发生发展密切相关，但其调节肿瘤生物学行为的机制需要进一步阐明，以确定其是否可以作为新的肿瘤标志物或临床治疗靶点。目前，包括Elevenostat（JB3-22）、SIS7、SIS17和FT895等在内的选择性HDAC11抑制剂正在开发中，且FT895具有进入临床试验的潜力，还有些HDAC家族的泛抑制剂也已在开展相关临床研究。表观遗传学治疗和免疫治疗相结合已成为治疗晚期肿瘤的一种有前途的方法，HDAC11在肿瘤免疫中的作用也是未来重要的研究方向。本文综述了HDAC11在多种肿瘤发生发展中的作用，希望为未来基础研究和临床治疗提供新思路。