蛋白质去乙酰化在相关疾病中的研究进展及治疗现状

樊迪 李晓光 王紫 黄恺

[摘要] 作为蛋白质翻译后修饰中主要的修饰类别，乙酰化和去乙酰化是信号传递和细胞代谢的重要调节因素。近年来，蛋白质去乙酰化在各种疾病的发生发展中逐步受到关注，但其在相关疾病中的调控机制仍未全部阐明。本文着重阐述蛋白质去乙酰化过程在相关疾病中的作用机制，为疾病的诊断和治疗提供新的策略与潜在治疗靶点。

[关键词] 蛋白质修饰；去乙酰化；疾病；靶向治疗

[中图分类号] R54；R57；R58    [文献标识码] A    [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.12.030

蛋白质的翻译后修饰是蛋白质生物功能调节的重要基础之一，其在几乎所有的生命活动中发挥重要作用。蛋白质翻译后修饰通过功能基团或蛋白的共价添加、亚基的蛋白水解调节、蛋白质降解增加蛋白质组功能的多样性。这些修饰包括磷酸化、糖基化、泛素化、去乙酰化、乙酰化及甲基化等。其中，去乙酰化可调节细胞内环境稳态、细胞分化、细胞代谢、细胞周期、DNA损伤修复等过程[1]。上述功能的失调存在于多种疾病的发生发展过程中，如动脉粥样硬化、高血压、阿尔茨海默病、非酒精性脂肪性肝病等。目前，部分靶向去乙酰化酶的药物已被开发出来并应用于临床。本文着重阐述蛋白质去乙酰化过程在相关疾病中的作用机制，为疾病的诊断和治疗提供新的策略与潜在治疗靶点。

1  乙酰化修饰概述

蛋白质乙酰化是最常见的酰化修饰类型。乙酰化是指在赖氨酸乙酰转移酶作用下，乙酰基由乙酰辅酶A转移至赖氨酸ε-氨基侧链的过程，而这一过程是高度可逆的。在生物体中，乙酰化与去乙酰化相互协调，从而保证机体的正常生命活动。乙酰化参与机体重要的分子调控过程：①抑制/增强酶的活性；②改变底物特异性；③抑制/增强蛋白质之间的相互作用；④调节蛋白质定位。

2  去乙酰化酶的分类

人体中一共有18种赖氨酸去乙酰酶，分为4大类[2]。①Rpd3类蛋白：组氨酸脱乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）1、HDAC2、HDAC3和HDAC8，HDAC3的表达只限于某些组织，HDAC1、HDAC2、HDAC3和HDAC8可定位于细胞质或专门的细胞器。②Hda1类蛋白（HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9和HDAC10），第1类和第2类HDAC的分化发生在进化的相对早期阶段。③Sir2类蛋白：沉默信息调节因子（silence information regulator，SIRT）1～7，7个SIRT 22%～50%的氨基酸序列相同，在保守的催化结构域有27%～88%的一致性，SIRT1的HDAC活性最强。④蛋白质：HDAC11与第1类和第2类HDAC的催化结构有独特的序列同源性，但对其具体功能的研究较少。

3  去乙酰化与相关疾病的相关性

3.1  去乙酰化与动脉粥样硬化

脂质代谢异常是动脉粥样硬化的病理基础。在动脉粥样硬化的发生发展过程中，去乙酰化酶通过多种途径拮抗动脉粥样硬化斑块的形成。过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）被去乙酰化过程所调控，进而抑制动脉粥样硬化相关因子的表达，产生抗动脉粥样硬化作用[3]；当PPARγ发生去乙酰化后，动脉粥样硬化病变小鼠便不会发生衰老相关的动脉粥样硬化和高胆固醇血症[4]。研究发现，小檗碱可间接激活SIRT1，进而促进转录因子TFEB的去乙酰化和核转位，提示小檗碱对SIRT1-TFEB信号轴的功能调节可作为治疗动脉粥样硬化的一种新方法[5]。去乙酰化的异常激活也可能加剧动脉粥样硬化进展；如长链非编码RNA NORAD通过募集HDAC6增强组蛋白3赖氨酸9（histone 3 lysine 9，H3K9）的去乙酰化，抑制血管内皮生长因子的转录，从而促进血管内皮细胞损伤和动脉粥样硬化进展[6]。同型半胱氨酸可诱导microRNA-195-3p启动子的DNA高甲基化和H3K9去乙酰化，从而抑制其表达，促进炎症因子的释放，进而加剧动脉粥样硬化[7]。血流层流等物理因素也是动脉粥样硬化形成的重要调节因素之一。层流诱导的内皮细胞自噬和SIRT1表达上调有助于Hippo/Yap相关蛋白信号通路的抑制，阻断动脉粥样硬化斑块的形成，从而为动脉粥样硬化的治疗提供新的思路[8]。

3.2  去乙酰化与高血压

高血压是一种临床综合征，其特点是机体的循环动脉血压升高。高血压是最常见的慢性疾病之一，也是心脑血管疾病最重要的危险因素之一。高血压的发生也会导致神经系统、内分泌系统和免疫系统功能障碍。去乙酰化失调在高血压事件中广泛发生。作为一种线粒体去乙酰化酶，SIRT3可使萎缩蛋白1去乙酰化，增加其GTP酶活性，恢复线粒体功能。SIRT3的缺乏会促进高血压患者的内皮功能障碍、氧化应激和血管肥大，导致心脏功能障碍[9]。烟酰胺磷酸核糖转移酶具有潜在的心血管保护作用，在平滑肌细胞DNA损伤修复和预防衰老中起重要作用，也是调节烟酰胺腺嘌呤二核苷酸生物合成和SIRT1活性的关键酶。过表达烟酰胺磷酸核糖转移酶可调节SIRT1和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸水平，部分抑制血管緊张素Ⅱ诱导的活性氧水平升高，从而缓解血管紧张素Ⅱ诱导的高血压。这一观察结果表明，烟酰胺磷酸核糖转移酶可能通过SIRT1调节高血压的发生[10]。去乙酰化酶SIRT6通过去乙酰化H3K9抑制NK3同源盒2（NK3 homeobox 2，Nkx3.2）基因的转录，进而诱导GATA结合蛋白5（GATA-binding protein 5，GATA5）的表达；这是一种新的血压调节器，可调节GATA5介导的信号通路，防止内皮损伤[11]。

3.3  去乙酰化与阿尔茨海默病

阿尔茨海默病是一种常见的神经退行性疾病，主要有两种特征性病理变化。一种是由β-淀粉样蛋白沉积形成的细胞外神经炎症斑块：另一种是由过度磷酸化胞质蛋白Tau参与形成的细胞内神经原纤维缠结[12]。研究发现，在淀粉样前体蛋白/早老素1转基因阿尔茨海默病小鼠模型中，抑制SIRT2会增强淀粉样前体蛋白K132和K134位点的去乙酰化，促进淀粉样前体蛋白在细胞表面的非淀粉样化，进而改善阿尔茨海默病病变[13]。在阿尔茨海默病中，SIRT2在β位点淀粉样前体蛋白裂解酶1的调节中发挥关键作用。SIRT2的去乙酰化可驱动内质网膜蛋白4B的泛素化和降解，进而影响内质网膜蛋白4B与β位点淀粉样前体蛋白裂解酶1的相互作用；反之，过表达内质网膜蛋白4B能改善β-淀粉样蛋白的异常积累和认知障碍[14]。研究发现，HDAC家族成员对阿尔茨海默病的病理学进展具有重要作用，HDAC6不仅可直接介导Tau去乙酰化，还可抑制微管结合区域内的Tau过度磷酸化；这提示可通过HDAC6依赖性监测机制抑制毒性Tau蛋白的积累，防止阿尔茨海默病和相关Tau病变进展[15]。

3.4  去乙酰化与帕金森病

帕金森病最重要的病理变化是中脑黑质纹状体中多巴胺能神经元的退行性死亡，而纹状体多巴胺水平明显下降是导致疾病发生的基础。在小鼠中，SIRT2的先天性缺失可防止慢性1-甲基-4-苯基- 1，2，3，6四氢吡啶盐酸盐（1-methyl-4-phenyl-1，2，3， 6-tetrahydropyridine，MPTP）诱导的神经退行性疾病，这一过程由SIRT2介导的叉头框蛋白O3a的去乙酰化等过程促成[16]。研究发现ε-葡萄素可上调SIRT3的表達，促进叉头框蛋白O3去乙酰化和核定位，减少细胞氧化应激损伤，从而抑制细胞凋亡；推测ε-葡萄素可能是一种非常重要的帕金森病治疗策略[17]。研究发现SIRT1与热休克蛋白HSPA4发生相互作用，并诱导HSPA4的核转位，在很大程度上防止MPTP引起的帕金森病相关行为缺陷[18]。在帕金森病的治疗中，目前可用的治疗方法会产生严重的不良反应。研究发现油酸复合物可通过诱导SIRT1的沉默而发挥神经保护作用，不良反应更小[19]。

3.5  去乙酰化与非酒精性脂肪性肝病

非酒精性脂肪性肝病是指除酒精和其他明确的肝损伤因素外所致的以肝细胞内脂肪过度沉积为主要特征的临床病理综合征，其与胰岛素抵抗和遗传易感性密切相关。去乙酰化对非酒精性脂肪性肝病的发生发展有重要意义。研究发现烟酰胺腺嘌呤二核苷酸阳性依赖性去乙酰化酶SIRT2与跨膜蛋白Ⅲ型纤连蛋白结构域5相互作用，减少跨膜蛋白Ⅲ型纤连蛋白结构域5的乙酰化和泛素化，并增加其稳定性，SIRT2选择性抑制剂AGK2能阻断其对非酒精性脂肪性肝病的作用[20]。在非酒精性脂肪性肝病中，SIRT6通过与细胞质中的棕榈酸结合，使长链脂酰辅酶A合成酶系发生去乙酰化，促进脂肪酸的氧化，抑制疾病病变[21]。N-乙酰半胱氨酸可激活SIRT1并维持其蛋白表达水平，间接促进线粒体的生物发生，此方法可成为非酒精性脂肪性肝病的抗氧化疗法[22]。组蛋白脱乙酰酶家族对非酒精性脂肪性肝病的进展和治疗发挥重要作用。研究发现组蛋白脱乙酰酶1可介导TBP结合因子9的去乙酰化，从而调节TBP结合因子9在非酒精性脂肪性肝病中介导脂肪酸β-氧化和脂质积累的能力[23]。

3.6  去乙酰化与肥胖

肥胖及其相关代谢综合征与蛋白质去乙酰化密切相关。研究发现，在瘦素缺陷型小鼠或高脂肪饮食喂养小鼠中，肝脏SIRT2表达的恢复可在很大程度上缓解胰岛素抵抗[24]。生物活性药物也可通过去乙酰化途径改善肥胖进展。小檗碱可通过激活能量代谢感应途径中的AMP活化蛋白激酶/SIRT1轴改善PPARγ的去乙酰化水平，从而促进脂肪组织重塑，增加产热相关蛋白UCP-1的表达，改善肥胖小鼠的胰岛素抵抗，其有望成为一种可行的肥胖治疗策略[25]。研究表明，在小鼠棕色脂肪细胞中，条件性敲除哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物2亚单位Rictor，抑制新的脂质合成，可促进脂质分解和产热，并保护机体抵抗高脂饮食引起的肥胖和肝脏脂肪变性[26]。研究发现，SIRT6与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物2相互作用并促进叉头框蛋白O1的去乙酰化，进而调节脂质代谢[26]。

3.7  去乙酰化与炎症相关疾病

去乙酰化途径对维持机体免疫稳态、调节炎症反应、抑制炎症过度激活等均有重要意义。在急性肾损伤模型中，激活去乙酰化酶SIRT1或突变p53中的乙酰化赖氨酸位点，干预p53去乙酰化，可促进肾小管上皮细胞自噬并减轻肾脏损伤[27]。在酒精性脂肪性肝炎中，死亡蛋白4样因子1与线粒体Tu翻译延伸因子相互作用，使其K82和K91位点发生去乙酰化，并被线粒体ClpXP蛋白酶系统加速降解。因此，肝脏Tu翻译延伸因子的减少导致有丝分裂受损、氧化应激增加和炎症小体NLRP3相关的炎症激活[28]。在结肠炎小鼠模型中，Ⅰ类组蛋白脱乙酰酶抑制剂MS-275抑制组蛋白H3去乙酰化，减弱核因子κB诱导的炎症因子表达，并通过减少细胞凋亡促进结肠炎的恢复[29]。赖氨酸241和赖氨酸692的去乙酰化对先天免疫激酶1（TANK-binding kinase 1，TBK1）活性和二聚体化至关重要。组蛋白脱乙酰酶3介导TBK1在赖氨酸241和赖氨酸692处去乙酰化，导致TBK1的激活。此外，活化的TBK1磷酸化组蛋白脱乙酰酶3，促进组蛋白脱乙酰酶3的去乙酰化活性，并形成反馈回路[30]。

4  针对去乙酰化的小分子抑制剂

目前，很多药物通过靶向去乙酰化酶或经由去乙酰化途径发挥治疗作用，这些药物在抗肿瘤领域的应用最为广泛。SRT1720是一种SIRT1激活剂，SRT1720通过在氨基末端催化区的变构位点结合到SIRT1酶-肽底物复合物上，降低乙酰化底物的米氏常数值，从而激活SIRT1的生物活性。研究发现，SRT1720通过激活SIRT1促进缺氧诱导因子-1α的去乙酰化，抑制缺氧通路的激活，显著抑制小鼠和人膀胱癌细胞的生长[31]。放疗会损伤肿瘤细胞DNA；通过RB结合蛋白8（RB binding protein 8，RBBP8）的去乙酰化，SIRT6促进DNA损伤后的DNA末端切除，增强肺腺癌靶向治疗药物敏感性[32]。在动脉粥样硬化治疗中，临床上主要应用组蛋白脱乙酰酶抑制剂，如TMP195、丙戊酸、丁酸钠[33]。此外，去乙酰化酶SIRT家族的抑制剂，包括西吩醇、AGK2、CSC8等，在治疗神经系统炎症相关疾病方面具有良好疗效[34]。

5  小論与展望

随着科学的不断进步，检测蛋白质翻译后修饰的技术也在不断提高。赖氨酸乙酰转移酶和赖氨酸去乙酰化酶依然是开发小分子抑制剂的关键目标。虽然目前肿瘤治疗是上述小分子抑制剂主要的临床适用对象，未来的应用方向可能包括自身免疫性疾病、神经系统适应证甚至是寄生虫病。然而，这些药物的治疗指数需进一步改善，其会诱发疲劳、恶心和呕吐、血小板计数减少、心脏毒性等[35]。迄今为止开发的大多数HDAC抑制剂是泛抑制剂，这些泛抑制剂同时靶向多种异构体，可能对各种异构体的功能同时产生影响。HDAC小分子抑制剂作用的分子机制仍有待充分明确，确定单个HDAC抑制剂的分子靶点将帮助我们理解HDAC抑制剂的疗效和不良反应，以进一步改善其效果，靶向上述化合物将有能力调控更广泛的生物过程。

目前，人们对蛋白质乙酰化的了解主要通过对赖氨酸乙酰转移酶和赖氨酸去乙酰化酶的普遍功能进行研究实现。每一种赖氨酸乙酰转移酶和赖氨酸去乙酰化酶的分子结构如何影响其发挥作用？其对组蛋白和非组蛋白底物的分子特异性如何实现？未来，可探寻针对不同去乙酰化酶特定结构的药物，或可考虑将多种药物进行联合使用来尽可能地提高疗效并减轻可能的不良反应。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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