高文聪，马昕，陈鹏，郑昌博（昆明医科大学药学院暨云南省天然药物药理重点实验室，昆明 650500）
心血管疾病是导致人类死亡的主要原因。据《中国心血管健康与疾病报告2019 概要》报告，中国心血管疾病患病人数推算已达到3.30 亿，心血管疾病患病率及病死率仍处于持续上升阶段，并且发病趋于年轻化，因此心血管疾病的防治显得尤为重要。在心血管疾病中，心脏肥大和心肌纤维化会逐渐发展成心脏功能障碍或心力衰竭，甚至死亡。近年来研究发现，蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）在心血管疾病中扮演着重要角色。目前，美国食品药品监督管理局（FDA）批准上市的HDAC 抑制剂有6种：伏立诺他（vorinostat，SAHA）、贝利司他（beli-nostat，PXD101）、帕比司他（panobinostat，LBH589）、罗米地辛（romidepsin、FK228）、西达本胺（chidamide）和莫西司他（mocetinostat，MGCD0103），主要用于治疗T 细胞淋巴瘤、B细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤和前列腺癌等恶性肿瘤[1]，而SAHA 除了可抑制喉癌细胞增殖外[2]，还能有效舒张小鼠血管主动脉[3]。大量研究表明，调节HDAC 可改善心脏肥大、心力衰竭、心律失常、心肌梗死、高血压、动脉粥样硬化和纤维化等心血管疾病[3-5]。HDAC 在心血管疾病中的作用研究已引起广泛关注，有望成为防治心力衰竭的新途径。
HDAC 催化去除组蛋白赖氨酸残基上的乙酰基，导致染色质浓缩和抑制mRNA 合成。HDAC除了抑制转录基因表达外，还参与了翻译后修饰（PTM）的调节。最近研究发现，HDAC2 发生S-亚硝基化修饰促进了心脏肥大的发展[6]，HDAC的功能与心血管疾病的发展息息相关。已发现的18 种HDAC 被分为Ⅰ～Ⅳ类（见图1）。Ⅰ类和Ⅱ类HDAC 主要在组蛋白尾端的赖氨酸脱乙酰基中起作用[7]。Ⅱ类HDAC 进一步分为2 个亚组：Ⅱa 类具有C-末端，Ⅱb 类具有2 个脱乙酰酶结构域。Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ类HDAC 需要锌离子（Zn2＋）并且具有用于乙酰基-赖氨酸水解的类似催化核心，而Ⅲ类HDAC 需要烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）才能发挥其酶活性[8]。
图1 HDAC 分类与结构[18]Fig 1 Classification and structure of HDAC[18]
尽管Ⅰ类和Ⅱ类HDAC 都具有保守的HDAC域，但具有完全不同的特征。Ⅰ类HDAC 普遍存在，具有促心脏肥大效应；
而Ⅱ类HDAC 相对以组织特异性方式表达[9]，具有抗心脏肥大效应。Ⅰ类HDAC 主要位于核苷酸中，Ⅱ类HDAC 在蛋白激酶C 或蛋白激酶D 磷酸化后经历从细胞核到细胞质的穿梭[10-11]，Ⅰ类、Ⅱ类HDAC 过表达或缺失是调控心力衰竭的主要因素。
依赖于NAD＋的Ⅲ类HDAC 也被称为沉默调节蛋白（Sirtuins），具有脱乙酰基酶活性，在细胞质和细胞核中都发现有SIRT 1、2、6 和7定位于胞浆或细胞核，而SIRT 3、4 和5 定位于线粒体[12-13]，这些蛋白参与调节了细胞存活、衰老和新陈代谢相关过程[14]，如心血管疾病和糖尿病等。
Ⅳ类HDAC 的相关研究主要集中于免疫反应。HDAC11 与Ⅰ类和Ⅱ类HDAC 同源[15]，HDAC11 在多个组织和细胞中表达，并调节免疫细胞中的分化、迁移和炎症反应[16]，除此之外，HDAC11 在恶性肿瘤甚至其他疾病的病理生理学过程中也起着重要作用[17]，但HDAC11 在心血管疾病中的作用目前尚未见报道。
心力衰竭通常被分为收缩性心力衰竭和舒张性心力衰竭。在细胞水平上，收缩性心力衰竭与心肌细胞肥大和死亡有关，通常导致间质纤维化，房室扩张和心室壁变薄。舒张性心力衰竭的典型特征是心脏肥大和纤维化而无室扩张[19]。心脏肥大被视为一种补偿机制，左心室肥大是对压力和容量超负荷的适应性反应，如果不及时治疗就会出现适应不良，病理性心脏肥大则成为心力衰竭发展的重要危险因素。抑制左心室肥大可以降低心血管疾病患者的发病率和病死率[20-21]，然而目前没有控制心脏肥大的有效手段。因此，对心脏肥大疾病的控制及靶点的研究亟待开展。
心脏重塑也是加重心力衰竭的关键机制，心肌纤维化是心肌重塑的重要病理特征之一[22]。纤维化是由于细胞外基质（ECM）过度沉积以响应组织损伤而产生的可逆性瘢痕形成反应，导致靶器官的生理功能受损并导致心律失常、心力衰竭，甚至猝死。在纤维化中，肌成纤维细胞是关键效应细胞，其特征在于ECM 的产生和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达[23]。在所有类型的心脏疾病中几乎都会发生ECM 成分如纤连蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和蛋白多糖等的过度积累[24]，包括心肌梗死、主动脉瓣狭窄、扩张型心肌病、糖尿病性心肌病和肥厚型心肌病[25]等。长期以来，心脏成纤维细胞被视为纤维化过程中ECM 的主要生产者。心脏肥大和心肌纤维化是心力衰竭的主要病症之一，抑制心脏肥大和心肌纤维化可有效降低心力衰竭的风险。
在所有类别的HDAC 中，Ⅰ类和Ⅱa 类HDAC 都与心脏肥大的发展有关，但它们在调节心脏肥大中的作用却相反。
Ⅰ类中的HDAC2 心脏特异性过表达诱导心脏肥大，具有促肥大的作用，HDAC2基因缺失则会对各类肥大刺激产生抗性。在生理条件下，HDAC2 与HDAC5 和蛋白磷酸酶相互作用。HDAC5 和蛋白磷酸酶都会使HDAC2 失活。蛋白磷酸酶通过使心脏中的HDAC2 丝氨酸394（S394）磷酸化来调节肥大反应[26]。当心肌应激时，酪蛋白激酶2α1（CK2α1）通过磷酸化被激活进入细胞核。HDAC2 的乙酰化先于磷酸化，p300/CBP 相关因子（pCAF）与HDAC2 结合并使其脱乙酰基化，使CK2α1 在S394 处磷酸化HDAC2[27]，热激蛋白HSP70 在细胞核中被诱导，特异性结合S394 磷酸化的HDAC2[28]，导致HDAC2 活化和心脏肥大的发展（见图2）。因此，通过抑制Ⅰ类HDAC 可以抑制酪蛋白激酶（CK）2α1 的激活，阻止该酶对HDAC2 的磷酸化，从而抑制心脏肥大的形成。酪蛋白激酶2 相互作用蛋白（CKIP-1）也可通过抑制HDAC4 磷酸化来调节生理性心脏肥大[29]。
图2 Ⅰ类HDAC 参与心脏肥大的过程[27]Fig 2 Class Ⅰ HDAC in cardiac hypertrophy[27]
然而，Ⅱa 类HDAC 对心脏肥大具有负向调节作用。Ⅱa 类HDAC 通过抑制心肌细胞增强因子2（MEF2）依赖性基因的活性来严格调节心脏功能，蛋白激酶D（PKD）和Ca2＋/钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ（CaMKⅡ）通过磷酸化不同的HDAC异构体来激活MEF2，从而为核质穿梭创建14-3-3结合位点[30]。在生理条件下，蛋白激酶A（PKA）依赖性抑制PKD 磷酸化HDAC5 并阻止其核-质穿梭，HDAC4 捕获MEF2 并干扰其基序的结合，抑制MEF2 的转录活性[30-31]，从而抑制基因转录和心脏肥大。G 蛋白偶联受体（GPCR）的刺激导致cAMP 水平升高和PKD 激活，PKA 诱导的PKD 抑制有助于响应cAMP 信号传导的HDAC5积累和MEF2 抑制，PKA 还激活脂滴相关蛋白酶ABHD5 以切割HDAC4 的N 端片段，因HDAC4的N 端缺乏14-3-3 结合位点，该片段通过对PKD和CaMKⅡ信号传导无反应的独特机制来抑制MEF2 从而发挥抗肥大效应（见图3）[30]。在苯肾上腺素刺激下，HDAC5 在心肌细胞中会经历磷酸化诱导的核-质穿梭，释放MEF2 与HDAC5 结合促进基因转录从而失去其抗肥大效应[32]。
图3 Ⅱ类HDAC 参与心脏肥大的过程[30]Fig 3 Class Ⅱ HDAC in cardiac hypertrophy[30]
在现有HDAC 抑制剂中，Ⅰ类HDAC 抑制剂RGFP966 通过双特异性磷酸酶5（DUSP5）-细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）途径的表观遗传调节可以预防糖尿病引起的心脏肥大[33]。在肥大心脏中，NF-κB 靶基因的启动子上的组蛋白乙酰化增加，曲古菌素A（TSA，Ⅰ/Ⅱa 类HDAC 抑制剂）能减轻压力超负荷引起的心脏肥大并抑制NF-κB 靶基因来保护心脏[34]。抑制依赖结节性硬化复合物2（TSC2）的mTOR 作用也可以减轻心脏肥大[35]。在乙酸脱氧皮质酮（DOCA）诱发的高血压大鼠中，泛HDAC 抑制剂CG200745，通过CCAAT /增强子结合蛋白（C/EBP）-β/TSC2途径抑制了mTORC1 信号传导，改善了心脏肥大[36]。在血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）诱导小鼠的病理性心脏肥大模型中，泛HDAC 抑制剂大黄素可通过抑制Ⅰ、Ⅱa 和Ⅱb 类HDAC 的活性改善其肥大[37]。已上市药物替格列汀是一种二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂，通过下调DPP-4 的表达，激活胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体，抑制心肌细胞中的 Nox4-HDAC4 轴，减轻Ang Ⅱ诱导的心脏肥大[38]；
同样，泛HDAC 抑制剂丁酸钠和丙戊酸镁降低了肥大性HDAC2 的表达，防止心肌细胞的氧化应激并增加线粒体DNA 浓度，从而减轻心脏肥大[39-40]。因此，Ⅰ类HDAC 可作为控制心脏肥大的转录程序信号的响应剂。
一般来说，Ⅱa 类HDAC 具有抗心脏肥大效应，但其中的HDAC7 却可促进心脏肥大[41]。HDAC7 定位于心肌细胞质，HDAC7 的过表达会诱导心脏肥大和心力衰竭相关基因如心钠素A（Nppa）和心钠素B（Nppb）等的表达；
同时，CaMK 组成员的盐诱导激酶1（SIK1）对HDAC7的磷酸化作用稳定了去乙酰基酶，使c-Myc基因表达增加，进而激活病理性心脏肥大[42]。
综上所述，Ⅰ类HDAC 能加重心脏肥大，Ⅱ类HDAC 能减轻心脏肥大（HDAC7 除外）。由于这两类HDAC 具有相反的功能，两类HDAC 抑制剂在心脏肥大中的作用可能会引发不良反应。因此，为了最大程度地减少药物不良反应，开发亚型特异性抑制剂显得尤为重要，可以将属于Ⅰ类抑制剂和Ⅱ类启动子的新型HDAC 抑制剂设计为双重HDAC 调节剂。
HDAC 同样参与心肌纤维化。在心脏成纤维细胞中，Ⅰ类HDAC 过表达会显著增强心脏成纤维细胞的增殖以及与纤维化相关蛋白如胶原蛋白Ⅰ（collagen-Ⅰ）、转化生长因子-β（TGF-β）和胞内信号蛋白分子磷酸化Smad2/3（p-Smad2/3）的水平[43]。敲低HDAC1/2/3 后，减少了胶原蛋白和细胞外基质的表达，表现出抗纤维化[44]，并且沉默HDAC3 可上调miR-18a，降低ADRB3 表达，从而抑制心肌细胞的纤维化与肥大[45]；
在心肌细胞特异性过表达HDAC4 的转基因小鼠中，Ⅱa 类HDAC4 的激活使间质胶原蛋白的表达增加，心脏因子纤连蛋白Ⅲ型结构域（FNDC5）减少，促进了进行性心脏肥大和纤维化[46]，HDAC4 的敲低则会逆转心脏肥大与纤维化[47]。此外，Ⅱb 类中的HDAC6 敲低会升高Ras 结构域家族蛋白1 亚型A（RASSF1A）的表达，减轻心脏成纤维细胞增殖和纤维化[48]，综上，HDAC 对心肌纤维化大多为负向调节作用（见表1）。
表1 Ⅰ、Ⅱ类HDAC 调节心肌纤维化的靶点及通路Tab 1 Targets and pathways of class Ⅰ and Ⅱ HDAC regulating cardiac fibrosis
在Ⅰ类HDAC 抑制剂中，没食子酸可通过调节HDAC1 或HDAC2 的酶活性减轻NG-硝基-L-精氨酸甲酯诱导的高血压小鼠心肌纤维化[51]，HDAC8 抑制剂PCI34051 可通过p38 丝裂原激活蛋白激酶（p38 MAPK）途径减弱异丙肾上腺素诱导的心脏肥大和纤维化[52]，也通过下调Ace1缓解小鼠横向主动脉收缩诱导的心肌纤维化[53]。MGCD0103 可调节HDAC1 和HDAC2 酶活性，通过介导经典TGF-β信号刺激的SMAD 途径来增加纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）的表达，减轻心肌纤维化[54]；
也通过调节HDAC1 和HDAC2的表达，介导IL-6/STAT3 信号通路减轻了心肌纤维化[55]；
在横向主动脉缩窄（TAC）诱导的压力超负荷心脏肥大大鼠中，MGCD0103 可降低血清中的肾素、AngⅡ和醛固酮水平，减轻大鼠心脏肥大与纤维化[56]；
MGCD0103 也能抑制纤维细胞前体中的ERK1/2 磷酸化，表现出抗纤维化作用[44]；
MGCD0103 与抑制剂TSA、apicidin 三者的抗纤维化作用与增强的组蛋白乙酰化和抗增殖基因p57的表达有关[54]。在Ⅰ/Ⅱa 类HDAC 抑制剂中，具有抗纤维化作用的药物主要有丙戊酸及TSA。其中，丙戊酸调节依赖HDAC4 的MAPK/ERK 磷酸化抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞的转分化[47]，也通过自发性高血压大鼠的盐皮质激素受体（MR）乙酰化和下调DOCA-盐高血压大鼠的Ⅰ型胶原蛋白、结缔组织生长因子（CTGF）和纤连蛋白（fibronectin，FN）的表达来减轻和预防纤维化[57-58]。此外，TSA 通过抑制激活蛋白1（AP-1）与反转录富含半胱氨酸蛋白（RECK）启动子的结合，逆转了AngⅡ诱导的RECK 抑制，ECM 的产生、纤维化标志物MMP9、IL-18 的表达以及成纤维细胞的迁移和增殖，产生抗纤维化作用[59]。在泛HDAC 抑制剂中，CG200745 可减少DOCA-盐高血压大鼠心脏中肥大性标志物如胶原蛋白、结缔组织生长因子、纤连蛋白和纤维化基因（如Nppa、Nppb）的表达[60]。吉维司他（givinostat）可促进上皮-间质转化（MET）调节内皮-间质转化（EndMT）减轻心肌纤维化[61]。SAHA 通过上调DUSP4 抑制心脏成纤维细胞中的TGF-β1/p38途径，改善心肌梗死损伤模型的心肌纤维化[62]。经典HDAC 抑制剂在心脏肥大及心肌纤维化中的作用总结见表2。
表2 HDAC 抑制剂在心脏肥大及心肌纤维化中的作用Tab 2 Effect of HDAC inhibitors on cardiac hypertrophy and cardiac fibrosis
总之，Ⅰ、Ⅱ类HDAC 在心肌纤维化的发展中扮演着重要角色，其能负向调控心肌纤维化，Ⅰ、Ⅱ类HDAC 抑制剂可以通过不同的信号通路来抑制成纤维细胞的增殖及向肌成纤维细胞的转化，具有抗纤维化效应，但其确切机制及作用通路还有待进一步阐明。
HDAC 及其抑制剂在心血管疾病的防治中具有重要意义。美国FDA 批准上市的HDAC 抑制剂主要用于抗肿瘤，但研究证明一些HDAC 抑制剂能够有效减轻心脏肥大和心肌纤维化进程。由于Ⅰ类HDAC 具有促肥大效应，而Ⅱ类HDAC 具有负调节心脏肥大效应，故研究双重HDAC 调节剂或开发亚型特异性抑制剂在临床治疗上显得尤为重要。HDAC 抑制剂有利于心肌纤维化，但其在心肌纤维化中的研究机制与通路较少，主要集中于心脏肥大性指标与纤维化指标，且对这些抑制剂的研究尚处在临床前研究，在心血管领域表观遗传疗法仍然有限，因此，需要广泛的研究来了解与探索HDAC 抑制剂在心脏肥大和心肌纤维化中扮演的角色，包括其作用、安全性和长期效果，但HDAC 抑制剂已经表现出了极大的治疗价值，极有可能成为心力衰竭临床干预的新治疗策略。
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