HDAC抑制劑研究進展-樊后興

1、Histone deacetylase inhibitors組蛋白去乙?；敢种苿┙M蛋白去乙?；敢种苿┓笈d樊后興Contentsu簡介簡介u展望展望 染色質(zhì)由DNA,組蛋白和非組蛋白構(gòu)成。核小體是染色質(zhì)的基本重復(fù)單位,由組蛋白H3,H4,H2A,H2B構(gòu)成的八聚體及位于核小體外部的組蛋白H1和纏繞在其外的含146個堿基對的DNA構(gòu)成。 組蛋白的乙?；癄顟B(tài)對于基因轉(zhuǎn)錄具有重要調(diào)控作用 ,研究表明轉(zhuǎn)錄活性高的部位其核小體中組蛋白的-賴氨酸處于高乙?；癄顟B(tài) 而轉(zhuǎn)錄處于相對靜止部位的組蛋白則呈低乙?；癄顟B(tài) 。 簡介簡介 組蛋 白的乙?；癄顟B(tài)由兩類酶來決定 ,即組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone ac

2、etyltransferases, HAT)和組蛋白去乙?；福╤istone deacetylase, HDAC). HATs將疏水乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白N端賴氨酸殘基,中和一個正電荷 ,使 DNA與組蛋白之間的靜電引力減小 ,二者之間的相互作用減弱 ,染色質(zhì)重塑為轉(zhuǎn)錄活性結(jié)構(gòu) ,DNA易于解聚、 舒展 ,有利于轉(zhuǎn)錄因子、 調(diào)節(jié)因子復(fù)合物和 RNA合成酶與 DNA模板相結(jié)合 ,激活基因轉(zhuǎn)錄。相反 , HDACs功能相反 ,抑制基因轉(zhuǎn)錄。 在正常生理狀態(tài)下 ,這兩類酶對組蛋白乙?；饔玫恼{(diào)控處于平衡狀態(tài) 。而細(xì)胞在發(fā)生轉(zhuǎn)化的狀態(tài)下 ,HDAC的活性明顯增強 ,使得原有的基因表達(dá)平衡狀態(tài)被打破 ,導(dǎo)

3、致一些影響細(xì)胞增殖和調(diào)控細(xì)胞周期的分子表達(dá)失衡 ,進而導(dǎo)致細(xì)胞癌變。 研究證實，HDAC的活性與癌癥的發(fā)生有關(guān)。當(dāng)HDAC過度表達(dá)并被轉(zhuǎn)錄因子募集，就會導(dǎo)致特定基因的不正常抑制，從而導(dǎo)致腫瘤，如急性粒細(xì)胞白血病被認(rèn)為部分歸因于早幼粒細(xì)胞白血病蛋白/維A酸受體融合蛋白對HDAC的非正常募集。 另Gu等報道，當(dāng)HDAC過度表達(dá)時，也會抑制生物體內(nèi)天然的腫瘤抑制因子例如p53的基因表達(dá)。 同時相應(yīng)的，HDAC抑制劑會使染色質(zhì)組蛋白乙?；教岣?，因此導(dǎo)致特定基因激活表達(dá)，相應(yīng)地導(dǎo)致細(xì)胞的末端分化或癌細(xì)胞的凋亡。HDAC與腫瘤的發(fā)生與腫瘤的發(fā)生HDAC的分類的分類-根據(jù)與酵母菌根據(jù)與酵母菌HDAC的同

4、源性的同源性III 型型保守 的NAD+(煙酰腺嘌呤二核苷酸)依賴型，與酵母Sir2家族具有同源性，且對I,II型HDACi不敏感，更多的證據(jù)顯示該類酶更傾向于催化非組蛋白的去乙酰化。I型型Zn+依賴型，包括：HDAC1,2,3,8,11, 全部位于核內(nèi)，其相對分子質(zhì)量為4200055000，廣泛存在于生物體的各種組織器官。HDAC（18種）種）II型型Zn+依賴型，包括：HDAC4,5,6,7,9,10主要位于細(xì)胞質(zhì) ,但可以在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間穿梭，其相對分子質(zhì)量為120000130000，具有組織特異性 ,多在心臟 、肺 、骨骼肌表達(dá)。第第1 1類組蛋白去乙?；概c腫瘤類組蛋白去乙?；?/p>

5、與腫瘤 研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中HDAC1的高表達(dá)可明顯增加腫瘤細(xì)胞的增殖能力，并且HDAC1的高表達(dá)可影響細(xì)胞外基質(zhì)而使腫瘤細(xì)胞移行和侵襲力明顯加強。 胰腺癌組織中HDAC1基因和HDAC3基因在mRNA水平上較胰腺癌旁組織表達(dá)增高。 ChoiJH和HalkidouK等的研究中發(fā)現(xiàn)胃癌和前列腺癌細(xì)胞中HDAC1高表達(dá) Huang等報導(dǎo)在胃癌、結(jié)直腸癌、宮頸的非典型增生以及子宮內(nèi)膜間質(zhì)肉瘤HDAC2過表達(dá)。第第類組蛋白去乙?；概c腫瘤類組蛋白去乙酰化酶與腫瘤 人肝癌細(xì)胞中HDAC4的表達(dá)明顯增強，提示在人肝癌細(xì)胞中存在乙?；氖胶?。有關(guān)HDAC5、HDAC7、HDAC9的相關(guān)報道很少。 口腔鱗狀上

6、皮細(xì)胞癌研究中發(fā)現(xiàn)，HDAC6在癌組織中呈明顯高表達(dá)；在腫瘤進展不同階段也有顯著的表達(dá)差異，說明HDAC6有可能與腫瘤侵襲性相關(guān) 。有關(guān)HDAC10的報道很少。第第類組蛋白去乙?；概c腫瘤類組蛋白去乙酰化酶與腫瘤 Sir2(silent information regulator2)基因家族是一種保守的從古細(xì)菌到哺乳動物都存在的NAD+(煙酰腺嘌呤二核苷酸)依賴的組蛋白 E組蛋白去乙?；?。人類Sirtuins家族中公認(rèn)的成員有7個，即：SIRT1-7。 p53是SIRT1的生理性底物，SIRT1通過對p53蛋白第283位賴氨酸殘基的去乙?；?，可以減少由p53誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，有利于細(xì)胞的存活。

7、 在乳腺癌中的SIRT7表達(dá)水平比良性乳腺組織中明顯提高; 而乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組相比，SIRT3和SIRT7的表達(dá)水平差異也有顯著性。組蛋白去乙酰酶類似物的結(jié)構(gòu)特點及其功能 由于目前沒有人的由于目前沒有人的HDAC的晶體結(jié)構(gòu)，所以有關(guān)的晶體結(jié)構(gòu)，所以有關(guān)HDAC的研究是通過與其有的研究是通過與其有35.2%的氨基酸同一性的超嗜熱菌的氨基酸同一性的超嗜熱菌Aquifex aeolicus的組蛋白去乙酰酶類似物的組蛋白去乙酰酶類似物（HDLP)為基礎(chǔ)來研究的。為基礎(chǔ)來研究的。HDLP的晶體結(jié)構(gòu)顯示，的晶體結(jié)構(gòu)顯示，HDLP有兩個明顯的結(jié)構(gòu)特有兩個明顯的結(jié)構(gòu)特征：征：a)一個深度為一個深

8、度為11A的管狀通道，通向容納的管狀通道，通向容納TSA或或SAHA的活性部位，有催化的活性部位，有催化活性的鋅離子在通道的底部，活性的鋅離子在通道的底部，TSA或或SAHA的脂肪鏈從不同角度分析均利于與的脂肪鏈從不同角度分析均利于與疏水通道接近。疏水通道接近。b)一個長度為一個長度為14A的內(nèi)腔與鋅離子的結(jié)合位點相鄰。的內(nèi)腔與鋅離子的結(jié)合位點相鄰。HDACi及其抗腫瘤作用機制及其抗腫瘤作用機制 近年來 ,一系列的 HDACi已被研制出來 ,被證實具有抑制培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞增殖 、細(xì)胞周期阻滯、誘導(dǎo)細(xì)胞分化及促進細(xì)胞凋亡的作用。這些抑制劑還能夠在非毒性劑量下 ,以選擇性的方式抑制動物模型中的腫瘤細(xì)胞

9、增殖。 HDACi和細(xì)胞周期 細(xì)胞周期調(diào)控異常是腫瘤發(fā)生的重要機制。而HDACi可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白和細(xì)胞周期蛋白激酶抑制物的表達(dá)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生G1和/或G2期停滯 HDAC誘導(dǎo)細(xì)胞分化 多項研究證實HDAC抑制劑有誘導(dǎo)癌細(xì)胞分化作用 HDACi誘導(dǎo)凋亡 a. HDACi和caspases HDACi通過死亡受體途徑或線粒體途徑激活caspase半胱氨酸蛋白酶 ，不但促進腫瘤細(xì)胞凋亡，還能逆轉(zhuǎn)某些腫瘤細(xì)胞的抗藥性。 b. HDACi和p53 抑癌基因p53調(diào)控一系列與凋亡相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄，HDACi所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡部分是通過乙酰化p53從而上調(diào)p53作用來完成的。 c. HDACi與細(xì)胞

10、骨架 細(xì)胞骨架具有維持細(xì)胞的特定形狀和細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性，同時在細(xì)胞有絲分裂和凋亡中起重要作用。而乙酰化修飾是調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和功能的重要方式。高劑量的HDACi可以乙?；揎椢⒐艿鞍?，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生有絲分裂停滯和凋亡。 其他生物學(xué)效應(yīng) 包括抑制血管形成，抑制腫瘤細(xì)胞的遷移活性和誘導(dǎo)腫瘤免疫。 l 羥胺酸類 包括TSA, SAHA及其衍生物，CBHA和MM232等羥胺酸類化合物是研究最為廣泛的一類HDAC抑制劑，（R)-TSA是第一個來源于天然產(chǎn)物的HDAC抑制劑，它的羧酸化合物沒有HDAC抑制活性，說明羥胺酸結(jié)構(gòu)是活性所必須的。 研究發(fā)現(xiàn)強效HDAC抑制劑共同的結(jié)構(gòu)特點是其分子中含疏水基團，

11、連接單元，間隔區(qū)，Zn離子結(jié)合區(qū)HDACi的分類及其構(gòu)效關(guān)系的分類及其構(gòu)效關(guān)系進一步的構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)：1）連接單元和酶之間的氫鍵不具有關(guān)鍵作用，但連接單元的平面或SP2構(gòu)型是有效抑制HDAC的關(guān)鍵。2）羥胺酸的-甲基化衍生物比對應(yīng)的未取代化合物活性降低120倍，表明HDAC的Zn離子活化位點附近即使一個小基團也不能容納。3）HDAC抑制效果直接與間隔區(qū)鏈長有關(guān)，間隔區(qū)為6個亞甲基的化合物活性最強，并且其對位取代芳基衍生物活性最高，但其HDAC抑制活性不依賴于苯環(huán)上取代基的吸電子或給電子性質(zhì)，增加識別區(qū)的疏水性能提高活性。l 短鏈脂肪酸短鏈脂肪酸 包括丁酸，苯丁酸和異戊酸及其鹽包括丁酸，苯丁酸

12、和異戊酸及其鹽 這類化合物在金屬結(jié)合區(qū)是一個羧酸，由于其HDAC抑制活性低，使其構(gòu)效關(guān)系的研究受限。雖然活性低，但包括丁酸和苯基丁酸的許多化合物，正在進行癌癥治療的臨床試驗研究。由于臨床應(yīng)用丁酸及其類似物需要高濃度，并且生物利用度低，代謝降解快，促使研究去前藥，這些抑制劑比對應(yīng)的母體化合物吸收和代謝好。l 包括環(huán)氧酮基的環(huán)四肽結(jié)構(gòu)包括環(huán)氧酮基的環(huán)四肽結(jié)構(gòu) 如如trapoxin B, HC-toxin等等l 不含環(huán)氧酮基的環(huán)四肽結(jié)構(gòu)不含環(huán)氧酮基的環(huán)四肽結(jié)構(gòu) 如如FR901228, apicidin和包和包含羥胺酸結(jié)構(gòu)的環(huán)四肽含羥胺酸結(jié)構(gòu)的環(huán)四肽 對于這類化合物來說，體積較大的環(huán)肽結(jié)構(gòu)能夠與管道入

13、口處的凹槽緊密結(jié)合，酮羰基可以與HDAC中袋裝管道中的Zn離子和極性氨基酸殘基相互作用，環(huán)氧基能使HDAC中的活性位點烷基化，不可逆地抑制HDAC酶的活性。若將環(huán)氧基換成羥胺酸，則表現(xiàn)出對HDAC的可逆性抑制。l 酰胺類酰胺類 包括包括 MS-275, CI-994和和CS055 這類化合物比羥胺酸類和環(huán)肽類活性低。與羥胺酸類不同的是，該類化合物是以活性管道最狹窄部位的Phe141和Phe198的兩個苯環(huán)為靶點，阻塞HDAC的生理底物伸向催化中心，其中2-氨基與Tyr91或Glu92形成氫鍵，中間的苯環(huán)與Phe141和Phe198形成三明治結(jié)構(gòu)，因此，2-氨基或2-羥基是抑制活性的關(guān)鍵基團，除

14、去2-氨基，在芳基上3，4或5取代氨基或乙?；被?，化合物失去活性。2位為氨基時，在3，4，5位置取代，活性降低。l 其他其他 目前正處于臨床研究的目前正處于臨床研究的HDACil CI-994 phase III , Pfizer 用于治療肺癌，非小細(xì)胞肺癌，胰腺癌，頭頸癌，腎癌。l MS-275 phase II , Bayer 適應(yīng)癥：晚期實體瘤，晚期淋巴瘤，血癌l CS055 phase I, Chipscreen Biosciences適應(yīng)癥：實體瘤，血癌l MGCD0103 phase II MethylGene選擇性地作用于HDAC1，2，3和11l CBHA臨床前，aton p

15、harmal pyroxamide 終止 aton pharmal PXD101 （belinostat)Phase II TopoTarget適應(yīng)癥：乳腺癌，結(jié)腸癌，卵巢癌，前列腺癌，肺癌l NVP-LAQ-824做到I期后終止 Novartisl CRA-024781 phase II Pharmacyclics 用于治療復(fù)發(fā)的實體瘤l LBH-589（panobinostat）Novartis phase II 用于治療皮膚T細(xì)胞淋巴癌 phaseI 用于治療其他癌癥l R-306465 phase I Johnson & Johnsonl SAHA 2006批準(zhǔn)上市，用于治療皮

16、膚T細(xì)胞淋巴癌 而將其用于治療白血病和其他實體瘤則處于II期或III期臨床 aton pharma（被Merck收購）適應(yīng)癥：復(fù)發(fā)的實體瘤，血癌，復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移的頭頸癌l HMBA 做到III期，由于神經(jīng)毒性和導(dǎo)致酸中毒而終止 NCIl FR901228 phase II Gloucester Pharmaceuticals適應(yīng)癥：淋巴細(xì)胞白血病，小細(xì)胞肺癌，乳腺癌，胰腺癌，卵巢癌l G2M-777(Savicol) phase II, TopoTarget適應(yīng)癥：實體瘤l pivanexTitan Pharmaceuticals 做到III期臨床，后由于某種原因終止 CUDC-101展望展望 HDACi可以增加細(xì)胞內(nèi)組蛋白及非組蛋白的乙?；潭?，提