组蛋白去乙酰化酶4 与乳腺癌关系的研究进展△

叶小帆，赵云焘，刘奕峰，张嘉乐，李华琴，吴文梅#

1广东药科大学生命科学与生物制药学院/广东省生物技术候选药物研究重点实验室，广州 510006

2广州新华学院健康学院，广州 510520

世界卫生组织（WHO）国际癌症研究机构发布的2020 年全球癌症负担数据显示，全球新发乳腺癌首次超过肺癌，成为全球第一大恶性肿瘤[1]。目前，根据组织学分类和分子分型可以将乳腺癌分为：Luminal A 型、Luminal B 型、人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）过表达型和三阴性乳腺癌[2]。目前，手术联合化疗是乳腺癌的主要治疗手段，但化疗药物具有较强的不良反应和耐药性，影响了患者的生活质量和临床疗效[3-4]。近年来，随着分子生物学和基因测序技术的发展以及乳腺癌分子研究的逐渐深入，分子靶向治疗已成为乳腺癌治疗的热点[5-6]。组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）4 被证实在肿瘤中发挥重要的调控作用，与多种细胞恶变和肿瘤进展有关[7]。目前研究表明，HDAC4基因表达失调与乳腺癌的发生发展密切相关。本文主要分析HDAC4 调控乳腺癌发生发展的病理机制，为乳腺癌的分子靶向治疗寻求新靶点和治疗思路。

1 HDAC 的分类

HDAC基因家族包括18 个成员，根据这些基因与各自酵母直系的同源性可以将其为分Ⅰ～Ⅳ类[8]：Ⅰ类包括HDAC1、HDAC2、HDAC3 和HDAC8；Ⅱ类包括HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9 和HDAC10；Ⅲ类包括SIRT1～7；Ⅳ类包括HDAC11。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类共11 个成员被称为经典HDAC，而7 个Ⅲ类成员被称为sirtuin。Ⅱ类HDAC 可进一步分为两个亚组：Ⅱa 类和Ⅱb类，Ⅱa 类包括HDAC4、HDAC5、HDAC7 和HDAC9，而Ⅱb 类包括HDAC6 和HDAC10[9-10]。

2 HDAC4 的生物信息学特征

人源性的HDAC4基因片段长度为353.49 kb，位于染色体2q37.3 上，可产生8980 个碱基对[11]，是一种相对分子质量大的蛋白，具有延伸的N 端调节结构域和C 端尾巴[12]。研究表明，HDAC4 蛋白不具有结合DNA 的活性，主要与其他蛋白相互结合形成具有调解活性的转录抑制复合物，并通过诱导组蛋白的去乙酰化使染色体凝聚而抑制转录，最终阻断基因表达[13]。与Ⅰ类HDAC 相比，HDAC4 可在细胞核和细胞质之间穿梭，而HDAC4的位置决定了某种蛋白在细胞和组织中生理和病理方面发挥的重要作用[14]。HDAC4 在亚细胞定位的关键是其磷酸化状态。磷酸化的HDAC4 可与伴侣蛋白14-3-3结合，进行核输出[14]。HDAC4的磷酸化可以由一系列不同的激酶介导，包括钙调蛋白依赖性蛋白激酶[15]、细胞外信号调节激酶1/2、蛋白激酶A 和糖原合成酶激酶3[16]。HDAC4 可以使组蛋白和非组蛋白发生去乙酰化，与Ⅰ类HDAC 不同，HDAC4 仅在与HDAC3 和视网膜母细胞瘤相关蛋白48（retinoblastoma associated protein 48，RbAp48）相互作用时才获得去乙酰酶活性[14]。

3 乳腺癌的症状和发病机制

早期乳腺癌的症状多不明显，以乳腺肿块、乳头溢液、乳腺皮肤异常等局部症状为主，临床表现不明显，容易被忽视[17]。

乳腺癌的发病原因有多种，包括遗传因素、基因突变、机体免疫功能下降、神经功能异常等，其中最主要的是基因突变[18]。恶性肿瘤的发生是一个长期的、受多因素调控的过程。近年来，随着分子生物学的大力发展，从癌基因和抑癌基因的角度为乳腺癌的发生提供了更有力的证据[19]。研究显示，与乳腺癌相关的因子有多种，如HER2、乳腺癌易感基因1（breast cancer susceptibility gene l，BRCA1）、雌激素、孕激素、c-Myc 等[20]。

4 HDAC4 与乳腺癌的关系

杨东等[21]采用免疫组化法检测46 例乳腺癌组织、26 例导管内原位癌组织及19 例正常乳腺组织中HDAC4 蛋白的表达情况，结果发现，导管内原位癌和乳腺癌组织中HDAC4 的阳性表达率分别为46.2%和71.7%，均明显高于正常乳腺组织的15.8%，差异均有统计学意义（P﹤0.01）。因此，HDAC4 蛋白在乳腺癌中的表达可作为乳腺癌的辅助诊断指标之一，有望为乳腺癌的诊断及预后评估提供参考。

目前，化疗仍是乳腺癌的主要治疗手段，但耐药性是导致乳腺癌化疗失败的主要原因，也是肿瘤治疗中最棘手的问题[22]。Yu 等[23]研究表明，HDAC4是5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）化疗耐药的关键基因，进一步的研究发现，HDAC4介导的SMAD4启动子去乙酰化可能导致乳腺癌细胞对5-FU 耐药。同样，耐药性也是雌激素受体（estrogen receptor，ER）阳性乳腺癌患者接受他莫昔芬治疗的难点[24]。研究表明，ER 阳性MCF-7/TR 细胞中miRNA-10b 的内源性水平显著升高，其表达与细胞侵袭及对他莫昔芬诱导的细胞凋亡的抗性增加相关，而HDAC4 是miRNA-10b 的新型靶点，HDAC4 的表达与他莫昔芬的耐药性呈负相关[25]。因此，靶向HDAC4 或可减少miRNA-10b 介导的他莫昔芬耐药。由此可见，HDAC4 异常表达对不同药物治疗乳腺癌患者的影响是不同的，HDAC4 对乳腺癌的作用是双面的。因此，为探寻HDAC4 对乳腺癌更准确的作用，研究HDAC4 与乳腺癌之间的作用机制至关重要，可以为乳腺癌患者提供更优的治疗策略。

Hsieh 等[26]研究发现，miRNA-125a-5p 通过与HDAC4mRNA 的3'非翻译区（3'-untranslated region，3'-UTR）结合直接靶向和阻断HDAC4 的表达，从而抑制乳腺癌细胞增殖。miRNA-125a-5p 可能通过抑制HDAC4 的表达抑制乳腺癌的发生发展，但具体机制尚不明确，HDAC4 和乳腺癌之间的作用机制仍需要进一步研究。Mansouri 等[27]采用MCF-7 细胞检测橄榄苦苷（oleuropein，OLE）的潜在促凋亡和抗侵袭作用，通过定量逆转录聚合酶链反应（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRT- PCR）检测HDAC1、HDAC4mRNA 的表达水平，结果发现，OLE 可能通过调节MCF-7 细胞中重要的表观遗传因子HDAC4 的表达诱导细胞凋亡，从而抑制细胞增殖和侵袭。Wang 等[28]研究表明，miRNA-22 可能直接调控转录抑制因子叉头框蛋白P1（forkhead box P1，FOXP1）和HDAC4 的表达，并引起组蛋白和p53 乙酰化改变，从而影响p21Cip1/Wafl 和p27Kipl的表达，进而抑制乳腺癌细胞增殖，诱导细胞凋亡，导致S 期细胞阻滞。由此可见，FOXP1和HDAC4的3'-UTR中的靶位点在进化上高度保守，但并未说明miRNA-22 调控乳腺癌的通路中FOXP1 和HDAC4 之间的相互关系。

研究显示，乳腺癌细胞通过HDAC5 和HDAC7表达的代偿性增加来响应HDAC4 耗竭[26]。Wang等[28]的研究采用miRNA-22 抑制剂抑制miRNA-22的表达，可促进182R-6 细胞中FOXP1 和HDAC4 过表达，但组蛋白乙酰化并没有预期衰减，这可能与HDAC 家族表达代偿性增加来响应HDAC4 耗竭有关。Zhao 等[29]的研究表明，丝氨酰tRNA 合成酶（seryl tRNA synthetase，SerRS）过表达可抑制脂质合成能力，明显抑制乳腺癌细胞增殖。进一步研究发现，HDAC4 和HDAC5 都能调节SerRS 在赖氨酸323 位点的乙酰化，从而调节其在乳腺癌细胞中的核定位[29]。未来在HDAC4 和乳腺癌关系的研究中，除单一考虑HDAC4 对乳腺癌的影响之外，还需考虑HDAC 家族表达的代偿性，这或许会成为将来通过HDAC4 治疗乳腺癌的一个难点，值得临床进一步研究。

由此可见，靶向HDAC4 是解决乳腺癌耐药性和miRNA 介导乳腺癌的关键靶点。此外，HDAC4似乎存在新身份，与以往HDAC4 致瘤作用机制有所不同。在今后研究HDAC4 和乳腺癌的相关机制时，有必要考虑到HDAC4 对乳腺癌的双重作用，还需考虑HDAC 家族表达的代偿性，这样才能为乳腺癌的分子靶向治疗寻求新的、更为精确和有效的靶点。

5 HDAC 抑制剂（histone deacetylase inhibitor，HDACi）在乳腺癌治疗中的应用进展

HDACi 以HDAC 为靶点，通过抑制HDAC 活性、调节组蛋白的乙酰化状态、促进抗肿瘤转录因子的转录和表达、调控相关信号通路，发挥抗肿瘤效应[30]。目前已有多项Ⅰ/Ⅱ期临床试验证实了HDACi 在乳腺癌中的疗效及安全性，期待更多的Ⅲ期临床试验提供更高级别的证据，为耐药性乳腺癌患者的治疗提供更多选择。目前，被报道的HDACi大多数属于锌离子依赖型，根据其与锌离子结合基团的不同，可将其分为异羟肟酸类、苯酰胺类、环肽类、羧酸类、亲电酮类和三硫代碳酸类6 种类型[31]。Ⅱa 类HDACi 主要是非选择性泛HDACi，包括罗米地辛（Romidepsin）、伏立诺他（Vorinostat）和贝利司他（Belinostat）。Macabuag 等[32]首次报道了选择性降解HDAC4 的双功能降解剂，这些降解剂通过泛素-蛋白酶体途径发挥作用，并选择性地降解HDAC4 而不是其他Ⅱa 类HDAC 亚型（HDAC5、HDAC7 和HDAC9），并探究其在亨廷顿病中的作用。由此可见，虽然HDACi 在乳腺癌的治疗中取得了不少突破性进展，但在乳腺癌的治疗上，针对HDAC4 亚型的选择性抑制剂还没有出现，这或许会成为乳腺癌治疗中值得探讨的方向。

6 小结与展望

综上所述，HDAC4 蛋白作为组蛋白去乙酰化酶家族成员之一，与肿瘤的发生发展密切相关，而其在乳腺癌中的异常表达也得到证实。但对于HDAC4 与乳腺癌间关系的研究还需进一步阐明以下5 个方面问题：①HDAC4 在乳腺癌发生发展过程中更详细的作用机制，HDAC4 是如何调控或抑制乳腺癌细胞的增殖？HDAC4 下游的作用靶点有哪些？是如何发挥作用的？②进一步指出SMAD4如何进行乙酰化和如何介导乳腺癌细胞对5-FU 的耐药，是否存在其他基因与SMAD4 相互作用从而介导了5-FU 的耐药性。③miRNA-22 直接调控转录抑制因子FOXP1 和HDAC4 的表达，并引起组蛋白和p53 乙酰化的改变，但FOXP1 和HDAC4 后续是如何影响p21Cip1/Wafl 和p27Kipl 表达的机制尚未阐明。④HDAC4 对乳腺癌的作用是双面的，检测HDAC4 在乳腺癌组织中准确的表达量，对乳腺癌的治疗尤为重要。⑤HDAC 家族表达存在代偿性增加来弥补HDAC4 的耗竭，如何解除HDAC 家族的代偿性增加对乳腺癌的治疗尤为重要，需进一步研究。研究HDAC4 对乳腺癌发生发展的作用机制，可为乳腺癌的治疗提供强有力的理论基础，从而提高乳腺癌的疗效。同时，也可以为其他肿瘤的治疗提供借鉴和参考。