心房顫動是一種常見的心律失常，有很高的致殘率和致死率，而目前心房顫動的治療效果仍有限。研究發現，組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）在心血管疾病的病理生理中有著重要的作用，促進了心房顫動的發生。抑制 HDAC 可通過對心房重構的調控達到上游治療的目的，成為一種新的治療策略。本文就 HDAC 與心房顫動的研究進展作一綜述。
引用本文： 秦小力, 張泰隆, 武忠. 組蛋白去乙酰化酶：心房顫動治療的潛在靶點. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2020, 27(2): 214-217. doi: 10.7507/1007-4848.201907003 復制
目前，心房顫動（房顫）的治療仍是一道難題，藥物治療的效果也不甚滿意。房顫的發生機制復雜，房顫相關的危險因素，甚至包括房顫本身，都會導致心房心律失常性重構，這是房顫得以進展的核心[1]。心房重構主要包括結構重構與電重構。研究表明與組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）有關的組蛋白及非組蛋白修飾在房顫的發生中扮演著重要的作用。甚至，HDAC 抑制劑可能通過對多個靶點的修飾起到抗房顫的作用。本文將圍繞 HDAC 與房顫的關系及 HDAC 抑制劑在治療房顫中的作用進行綜述。
1 HDAC 與心房顫動
1.1 HDAC 概述
HDAC 是一種蛋白酶，在細胞核中與組蛋白乙酰轉移酶共同調節組蛋白的乙酰化水平，在表觀遺傳調控、細胞周期進展中起著重要的作用[2]。HDAC 不僅調節組蛋白的乙酰化水平，而且還與參與信號轉導或細胞傳輸過程的非組蛋白相互作用[3]。迄今為止，在哺乳動物中共發現 18 種由不同基因編碼的 HDAC。基于與酵母 HDAC 的同源性，HDAC 被分為四類：Ⅰ類 HDAC（HDAC1、2、3、8），Ⅱ類 HDAC 分為Ⅱa（4、5、7、9）和Ⅱb（6、10）兩個亞組，Ⅲ類 HDAC（即去乙酰化酶 sirtuin1-7）以及Ⅳ類 HDAC（HDAC11）[4]。HDAC 通過組蛋白的去乙酰化改變染色質結構，并且還與轉錄因子相互作用，如肌細胞增強因子 2（MEF2）、活化 T 細胞核因子（NFAT）、血清反應因子（SRF）和鈣結合轉錄因子（CAMTAs）等[5-6]。
1.2 HDAC 與心房結構重構
心房重構是房顫發生和維持的重要因素。心房纖維化的發生和進展是房顫結構重構的標志，也是維持房顫的基礎[7]。然而，房顫與心房纖維化的關系是復雜的，多種機制（如血流動力學改變、機械拉伸、激素改變和促炎因子等）與心房纖維化的嚴重程度有關[7]。而且，一些非心臟因素包括肥胖、代謝綜合征、毒素、炎癥和甲狀腺毒癥等也會導致心房纖維化[8]。心臟纖維化是一個涉及多種心臟疾病的生物學過程。心臟纖維化的特點是膠原蛋白和細胞外基質的過度沉積導致心臟收縮障礙[9]。此外，HDAC 的表達與心臟纖維化的形成和進展密切相關[10]。HDAC 在心臟成纖維細胞和心肌細胞中的表達具有亞型特異性。HDAC1 主要由心臟成纖維細胞表達，HDAC2 主要由心肌細胞表達[11]。HDAC 被認為是轉化生長因子 β1（TGF-β1）的促纖維化功能在基因表達水平上的調節介質。TGF-β1 的心臟限制性過表達導致轉基因小鼠中的選擇性心房纖維化和房性心律失常[12]。TGF-β1 驅動的促纖維化信號傳導途徑在基因表達水平上由 HDAC 選擇性調節。HDAC4 的下調通過激活 TGIF（TGF-β 信號傳導的抑制劑）的表達顯著抑制 TGF-β1 介導的平滑肌肌動蛋白表達和肌成纖維細胞分化的形態學變化[13]。在 TGF-β1 處理的成纖維細胞中，抑制 HDAC2 可通過 Smad 信號通路下調膠原蛋白和平滑肌肌動蛋白 mRNA 和蛋白質水平[14]。Tao 等[15]發現 HDAC6 的 mRNA 和蛋白質水平在心臟纖維組織中上調，并且敲除 HDAC6 會降低 TGF-β1 誘導的肌成纖維細胞和成纖維細胞的增殖。最近一項研究發現腦利鈉肽通過 sirtuin1（Ⅲ類 HDAC）介導的基質金屬蛋白酶-2（MMP-2）去乙酰化促進心房纖維化[16]。
1.3 HDAC 與心房電重構
維持正常的心臟電活動要依靠離子通道的正常功能。Zhang 等[17]認為 HDAC6 是房顫發展中的一種關鍵酶。快節律的心房肌細胞特異性地增加 HDAC6 的活性和表達水平，導致心房肌細胞中的 α-微管蛋白去乙酰化和解聚，去乙酰化和解聚的 α-微管蛋白易被鈣蛋白酶加速降解，從而導致鈣瞬時電流的損失和收縮功能障礙。此外，使用 HDAC6 特異性抑制劑 tubastatin A 治療心房快速起搏的犬，可以減弱犬心房的電重構，例如動作電位時程縮短，L 型 Ca2+ 電流減少等。同樣在永久性房顫的患者中，HDAC6 的活化使 α-微管蛋白去乙酰化并降解，并且與鈣蛋白酶的活性呈負相關。
2 HDAC 抑制劑與心房顫動
HDAC 抑制劑（特別是Ⅰ類和Ⅱ類 HDAC 抑制劑）通過減少間質纖維化而具有抗纖維化作用[18-20]。早期研究中，廣譜 HDAC 抑制劑 trichostatin A（TSA）可減少 HopX 過表達誘導的心臟肥大，從而減輕心房纖維化和房性心律失常[21]。Liu 等[21]發現，相對低劑量（0.6 mg/kg/d）的 TSA 通過 2 周的短期治療可選擇性地將 HopX 轉基因小鼠的心房間質纖維化逆轉至野生型小鼠的水平。此外，在該研究中，TSA 降低了 HopX 轉基因小鼠心房中 TGF-β1 的表達，并且使 MMP-2、MMP-9 和Ⅰ型膠原蛋白的 mRNA 水平恢復正常[21]。HDAC 抑制劑通過多種機制阻止心臟纖維化，包括抑制心臟成纖維細胞增殖和遷移，抑制成纖維細胞中產生細胞外基質的基因激活，以及阻斷內皮-間質的轉化。由于心房纖維化在房顫的病理生理學中起關鍵作用，HDAC 抑制劑的抗纖維化活性可能會預防和治療房顫。
微小 RNA（miRNA）在心臟重構中起重要作用[22]。miRNA 參與了心肌內的纖維形成和膠原蛋白生成。miRNA133 和 miRNA30c 可以在轉錄后水平調節結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）[23]。miRNA133 和 miRNA30c 的高表達可以降低 CTGF 的水平，其與減少膠原蛋白產生、抑制心肌纖維化和減少細胞凋亡相關[23-24]。Renaud 等[25]用Ⅰ類和Ⅱb 類 HDAC 抑制劑治療心肌肥大的小鼠，可以使 miRNA133a 表達水平維持在對照組水平，并減少 CTGF 的產生、減輕心臟纖維化和減小心房直徑。他們還證明了 HDAC1 和 HDAC2 存在于 miRNA133a 的增強子區域[25]。這些發現表明 HDAC 在 miRNA 調節心臟纖維化過程中發揮了作用。
早期有研究表明，HDAC 活性增強的小鼠容易發生房性心律失常，而 HDAC 抑制劑 TSA 可使連接蛋白 40（connexin40）的表達和分布恢復正常[21]。Montgomery 等[26]在 HDAC1 和 HDAC2 缺失的小鼠中發現了 HDAC 與心律失常之間更直接的關系。在他們的研究中，HDAC1 和 HDAC2 缺失的小鼠在后天發育過程中，L 型和 T 型鈣通道基因的表達被上調。但未發現其他鈣調蛋白的表達發生顯著變化。最近的一項研究發現 TSA 通過調控鉀通道的表達使 HL-1 心肌細胞動作電位時程延長[27]。Lkhagva 等[28]發現Ⅰ類和Ⅱ類 HDAC 抑制劑 MPT0E014 減少了肺靜脈處心肌細胞（最常見的房顫病灶）的自發電活動。而在另一項研究中，MPT0E014 減少了心包切開術后的心房纖維化及房性心律失常的發生[29]。
3 HDAC 抑制劑與心房顫動的上游治療
最近的一項研究[30]發現，丙戊酸（valproic acid，VPA）可以影響 CREM-IbΔC-X 轉基因鼠（一種心房重構導致自發性房顫的模型）心房重構相關機制的產生，包括減輕心房擴張、心肌細胞肥大、心房纖維化，影響動作電位時程，也可影響轉基因鼠心肌細胞超微結構的改變。VPA 在臨床上用于癲癇患者治療，耐受性良好，為針對心房重構機制的藥物治療提供了新的思路。
惡性腫瘤的治療通常基于藥物的最大耐受劑量，廣譜 HDAC 抑制劑在房顫治療中的有效劑量可能較抗腫瘤治療低，耐受性可能較好。在 HDAC 中，HDAC6 可能是一個潛在治療靶點。通過 tubacin 對 HDAC6 的抑制可以避免 α-微管蛋白去乙酰化及被鈣蛋白酶降解[17]。而 tubastatin A 在犬的房顫模型中治療的有效性也得到證實[17]。另一種 HDAC6 抑制劑 ricolinostat 目前正在Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗中用于治療多發性骨髓瘤，目前尚未報道其嚴重的副作用[31]，這或許有助于研究其在房顫中的有效性。
有研究[32]發現 HDAC3 與 HDAC5 在房顫的進展中具有相反的作用。HDAC3 的過表達對心肌細胞具有不利影響，而 HDAC5 能夠保護心肌細胞受到快速誘導所致的重塑[32]。這表明了對選擇性 HDAC 抑制劑的需求。在針對房顫機制的藥物治療中，選擇性 HDAC 抑制劑比廣譜 HDAC 抑制劑更安全。HDAC3 的特異性抑制劑 RGFP966可以預防心肌細胞收縮功能障礙[33]。
4 結語與展望
房顫的發病機制復雜且具體機制仍不清楚，目前藥物治療主要針對房顫的并發癥，而沒有針對房顫的上游治療。HDAC 在心房重構及房顫發病機制中的作用近年來受到越來越多的關注，HDAC 抑制劑在房顫中的作用也不斷被發現。雖然目前還處于探索階段，但隨著研究的深入，以 HDAC 為靶點的房顫治療將會有廣闊的應用前景。
利益沖突：無。
目前，心房顫動（房顫）的治療仍是一道難題，藥物治療的效果也不甚滿意。房顫的發生機制復雜，房顫相關的危險因素，甚至包括房顫本身，都會導致心房心律失常性重構，這是房顫得以進展的核心[1]。心房重構主要包括結構重構與電重構。研究表明與組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）有關的組蛋白及非組蛋白修飾在房顫的發生中扮演著重要的作用。甚至，HDAC 抑制劑可能通過對多個靶點的修飾起到抗房顫的作用。本文將圍繞 HDAC 與房顫的關系及 HDAC 抑制劑在治療房顫中的作用進行綜述。
1 HDAC 與心房顫動
1.1 HDAC 概述
HDAC 是一種蛋白酶，在細胞核中與組蛋白乙酰轉移酶共同調節組蛋白的乙酰化水平，在表觀遺傳調控、細胞周期進展中起著重要的作用[2]。HDAC 不僅調節組蛋白的乙酰化水平，而且還與參與信號轉導或細胞傳輸過程的非組蛋白相互作用[3]。迄今為止，在哺乳動物中共發現 18 種由不同基因編碼的 HDAC。基于與酵母 HDAC 的同源性，HDAC 被分為四類：Ⅰ類 HDAC（HDAC1、2、3、8），Ⅱ類 HDAC 分為Ⅱa（4、5、7、9）和Ⅱb（6、10）兩個亞組，Ⅲ類 HDAC（即去乙酰化酶 sirtuin1-7）以及Ⅳ類 HDAC（HDAC11）[4]。HDAC 通過組蛋白的去乙酰化改變染色質結構，并且還與轉錄因子相互作用，如肌細胞增強因子 2（MEF2）、活化 T 細胞核因子（NFAT）、血清反應因子（SRF）和鈣結合轉錄因子（CAMTAs）等[5-6]。
1.2 HDAC 與心房結構重構
心房重構是房顫發生和維持的重要因素。心房纖維化的發生和進展是房顫結構重構的標志，也是維持房顫的基礎[7]。然而，房顫與心房纖維化的關系是復雜的，多種機制（如血流動力學改變、機械拉伸、激素改變和促炎因子等）與心房纖維化的嚴重程度有關[7]。而且，一些非心臟因素包括肥胖、代謝綜合征、毒素、炎癥和甲狀腺毒癥等也會導致心房纖維化[8]。心臟纖維化是一個涉及多種心臟疾病的生物學過程。心臟纖維化的特點是膠原蛋白和細胞外基質的過度沉積導致心臟收縮障礙[9]。此外，HDAC 的表達與心臟纖維化的形成和進展密切相關[10]。HDAC 在心臟成纖維細胞和心肌細胞中的表達具有亞型特異性。HDAC1 主要由心臟成纖維細胞表達，HDAC2 主要由心肌細胞表達[11]。HDAC 被認為是轉化生長因子 β1（TGF-β1）的促纖維化功能在基因表達水平上的調節介質。TGF-β1 的心臟限制性過表達導致轉基因小鼠中的選擇性心房纖維化和房性心律失常[12]。TGF-β1 驅動的促纖維化信號傳導途徑在基因表達水平上由 HDAC 選擇性調節。HDAC4 的下調通過激活 TGIF（TGF-β 信號傳導的抑制劑）的表達顯著抑制 TGF-β1 介導的平滑肌肌動蛋白表達和肌成纖維細胞分化的形態學變化[13]。在 TGF-β1 處理的成纖維細胞中，抑制 HDAC2 可通過 Smad 信號通路下調膠原蛋白和平滑肌肌動蛋白 mRNA 和蛋白質水平[14]。Tao 等[15]發現 HDAC6 的 mRNA 和蛋白質水平在心臟纖維組織中上調，并且敲除 HDAC6 會降低 TGF-β1 誘導的肌成纖維細胞和成纖維細胞的增殖。最近一項研究發現腦利鈉肽通過 sirtuin1（Ⅲ類 HDAC）介導的基質金屬蛋白酶-2（MMP-2）去乙酰化促進心房纖維化[16]。
1.3 HDAC 與心房電重構
維持正常的心臟電活動要依靠離子通道的正常功能。Zhang 等[17]認為 HDAC6 是房顫發展中的一種關鍵酶。快節律的心房肌細胞特異性地增加 HDAC6 的活性和表達水平，導致心房肌細胞中的 α-微管蛋白去乙酰化和解聚，去乙酰化和解聚的 α-微管蛋白易被鈣蛋白酶加速降解，從而導致鈣瞬時電流的損失和收縮功能障礙。此外，使用 HDAC6 特異性抑制劑 tubastatin A 治療心房快速起搏的犬，可以減弱犬心房的電重構，例如動作電位時程縮短，L 型 Ca2+ 電流減少等。同樣在永久性房顫的患者中，HDAC6 的活化使 α-微管蛋白去乙酰化并降解，并且與鈣蛋白酶的活性呈負相關。
2 HDAC 抑制劑與心房顫動
HDAC 抑制劑（特別是Ⅰ類和Ⅱ類 HDAC 抑制劑）通過減少間質纖維化而具有抗纖維化作用[18-20]。早期研究中，廣譜 HDAC 抑制劑 trichostatin A（TSA）可減少 HopX 過表達誘導的心臟肥大，從而減輕心房纖維化和房性心律失常[21]。Liu 等[21]發現，相對低劑量（0.6 mg/kg/d）的 TSA 通過 2 周的短期治療可選擇性地將 HopX 轉基因小鼠的心房間質纖維化逆轉至野生型小鼠的水平。此外，在該研究中，TSA 降低了 HopX 轉基因小鼠心房中 TGF-β1 的表達，并且使 MMP-2、MMP-9 和Ⅰ型膠原蛋白的 mRNA 水平恢復正常[21]。HDAC 抑制劑通過多種機制阻止心臟纖維化，包括抑制心臟成纖維細胞增殖和遷移，抑制成纖維細胞中產生細胞外基質的基因激活，以及阻斷內皮-間質的轉化。由于心房纖維化在房顫的病理生理學中起關鍵作用，HDAC 抑制劑的抗纖維化活性可能會預防和治療房顫。
微小 RNA（miRNA）在心臟重構中起重要作用[22]。miRNA 參與了心肌內的纖維形成和膠原蛋白生成。miRNA133 和 miRNA30c 可以在轉錄后水平調節結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）[23]。miRNA133 和 miRNA30c 的高表達可以降低 CTGF 的水平，其與減少膠原蛋白產生、抑制心肌纖維化和減少細胞凋亡相關[23-24]。Renaud 等[25]用Ⅰ類和Ⅱb 類 HDAC 抑制劑治療心肌肥大的小鼠，可以使 miRNA133a 表達水平維持在對照組水平，并減少 CTGF 的產生、減輕心臟纖維化和減小心房直徑。他們還證明了 HDAC1 和 HDAC2 存在于 miRNA133a 的增強子區域[25]。這些發現表明 HDAC 在 miRNA 調節心臟纖維化過程中發揮了作用。
早期有研究表明，HDAC 活性增強的小鼠容易發生房性心律失常，而 HDAC 抑制劑 TSA 可使連接蛋白 40（connexin40）的表達和分布恢復正常[21]。Montgomery 等[26]在 HDAC1 和 HDAC2 缺失的小鼠中發現了 HDAC 與心律失常之間更直接的關系。在他們的研究中，HDAC1 和 HDAC2 缺失的小鼠在后天發育過程中，L 型和 T 型鈣通道基因的表達被上調。但未發現其他鈣調蛋白的表達發生顯著變化。最近的一項研究發現 TSA 通過調控鉀通道的表達使 HL-1 心肌細胞動作電位時程延長[27]。Lkhagva 等[28]發現Ⅰ類和Ⅱ類 HDAC 抑制劑 MPT0E014 減少了肺靜脈處心肌細胞（最常見的房顫病灶）的自發電活動。而在另一項研究中，MPT0E014 減少了心包切開術后的心房纖維化及房性心律失常的發生[29]。
3 HDAC 抑制劑與心房顫動的上游治療
最近的一項研究[30]發現，丙戊酸（valproic acid，VPA）可以影響 CREM-IbΔC-X 轉基因鼠（一種心房重構導致自發性房顫的模型）心房重構相關機制的產生，包括減輕心房擴張、心肌細胞肥大、心房纖維化，影響動作電位時程，也可影響轉基因鼠心肌細胞超微結構的改變。VPA 在臨床上用于癲癇患者治療，耐受性良好，為針對心房重構機制的藥物治療提供了新的思路。
惡性腫瘤的治療通常基于藥物的最大耐受劑量，廣譜 HDAC 抑制劑在房顫治療中的有效劑量可能較抗腫瘤治療低，耐受性可能較好。在 HDAC 中，HDAC6 可能是一個潛在治療靶點。通過 tubacin 對 HDAC6 的抑制可以避免 α-微管蛋白去乙酰化及被鈣蛋白酶降解[17]。而 tubastatin A 在犬的房顫模型中治療的有效性也得到證實[17]。另一種 HDAC6 抑制劑 ricolinostat 目前正在Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗中用于治療多發性骨髓瘤，目前尚未報道其嚴重的副作用[31]，這或許有助于研究其在房顫中的有效性。
有研究[32]發現 HDAC3 與 HDAC5 在房顫的進展中具有相反的作用。HDAC3 的過表達對心肌細胞具有不利影響，而 HDAC5 能夠保護心肌細胞受到快速誘導所致的重塑[32]。這表明了對選擇性 HDAC 抑制劑的需求。在針對房顫機制的藥物治療中，選擇性 HDAC 抑制劑比廣譜 HDAC 抑制劑更安全。HDAC3 的特異性抑制劑 RGFP966可以預防心肌細胞收縮功能障礙[33]。
4 結語與展望
房顫的發病機制復雜且具體機制仍不清楚，目前藥物治療主要針對房顫的并發癥，而沒有針對房顫的上游治療。HDAC 在心房重構及房顫發病機制中的作用近年來受到越來越多的關注，HDAC 抑制劑在房顫中的作用也不斷被發現。雖然目前還處于探索階段，但隨著研究的深入，以 HDAC 為靶點的房顫治療將會有廣闊的應用前景。
利益沖突：無。