hdac抑制劑研究進(jìn)展ppt課件

1、1,Histone deacetylase inhibitors組蛋白去乙?；敢种苿?2,Contents,,,,簡介組蛋白去乙?；秆芯窟M(jìn)展展望,3,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。 組蛋白的乙酰化狀態(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

2、體中組蛋白的ε-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,4,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 acetyltransferases, 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

3、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(qiáng) ,使得原有的基因表達(dá)平衡狀態(tài)被打破 ,導(dǎo)致一些影響細(xì)胞增殖和調(diào)控細(xì)胞周期的

4、分子表達(dá)失衡 ,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞癌變。,5,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α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)組蛋白乙酰化水平提高，因此導(dǎo)致

5、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,6,HDAC的分類---根據(jù)與酵母菌HDAC的同源性,,III 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?；?。,,I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42000～55000，廣泛存在于生物

6、體的各種組織器官。,,,,HDAC（18種）,,II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120000～130000，具有組織特異性 ,多在心臟 、肺 、骨骼肌表達(dá)。,,,,7,第1類組蛋白去乙?；概c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

7、顯加強(qiáng)。 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)。,8,第Ⅱ類組蛋白去乙?；概c腫瘤,人肝癌細(xì)胞中HDAC4的表達(dá)明顯增強(qiáng)，提示在人肝癌細(xì)胞中存在乙?；氖胶?。有關(guān)HDAC

8、5、HDAC7、HDAC9的相關(guān)報道很少。 口腔鱗狀上皮細(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(jìn)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。,9,第Ⅲ類組蛋白去乙?；概c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?；?/p>

9、。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。 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。,10,組蛋白去乙酰酶類似物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能,由于目前沒有人

10、的HDAC的晶體結(jié)構(gòu)，所以有關(guān)HDAC的研究是通過與其有35.2%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（HDLP)為基礎(chǔ)來研究的。HDLP的晶體結(jié)構(gòu)顯示，HDLP有兩個明顯的結(jié)構(gòu)特征：a)一個深度為11A的管狀通道，通向容納TSA或SAHA的活性部位，有催化活性的鋅離子在通道的底部，TSA或SAHA的脂肪鏈從不同角度分析均利于與疏水通道接近。b)一個長度為14A的內(nèi)腔與鋅離子的結(jié)合位點(diǎn)相鄰。,1

11、1,HDACi及其抗腫瘤作用機(jī)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(jìn)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(jī)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

12、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(jìn)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?；痯53從而上調(diào)p53作用來完成的。 c. HDACi與細(xì)胞骨

13、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。,12,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)-T

14、SA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(qiáng)效HDAC抑制劑共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其分子中含疏水基團(tuán)，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,13,進(jìn)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α-甲基化衍生物比對應(yīng)的未取代化合物活性降低120倍，表

15、明HDAC的Zn離子活化位點(diǎn)附近即使一個小基團(tuán)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(qiáng)，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。,14,短鏈脂肪酸 包括丁酸，苯丁酸和異戊酸及其鹽,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

16、化合物，正在進(jìn)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。,15,包括環(huán)氧酮基的環(huán)四肽結(jié)構(gòu) 如trapoxin B, HC-toxin等,不含環(huán)氧酮基的環(huán)四肽結(jié)構(gòu) 如FR901228, apicidin和包含羥胺酸結(jié)構(gòu)的環(huán)四肽,16,對于這類化合物來說，體積較大的環(huán)肽結(jié)構(gòu)能夠與管道入口處的凹槽緊密結(jié)合，酮羰基可以與HDAC中袋裝

17、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(diǎn)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。,17,酰胺類 包括 MS-275, CI-994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(diǎn)，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

18、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(tuán)，除去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。,18,其他,19,目前正處于臨床研究的HDACi,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。,MS-275 phase II

19、, Bayer 適應(yīng)癥：晚期實體瘤，晚期淋巴瘤，血癌,20,CS055 phase I, Chipscreen Biosciences適應(yīng)癥：實體瘤，血癌,MGCD0103 phase II MethylGene選擇性地作用于HDAC1，2，3和11,21,CBHA臨床前，aton pharma,pyroxamide 終止 aton pharma,22,PXD101 （belinostat)Phase II

20、 TopoTarget適應(yīng)癥：乳腺癌，結(jié)腸癌，卵巢癌，前列腺癌，肺癌,NVP-LAQ-824做到I期后終止 Novartis,23,CRA-024781 phase II Pharmacyclics 用于治療復(fù)發(fā)的實體瘤,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,24,R-306465 phase

21、I Johnson & Johnson,SAHA 2006批準(zhǔn)上市，用于治療皮膚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,25,HMBA 做到III期，由于神經(jīng)毒性和導(dǎo)致酸中毒而終止 NCI,FR901228 phase II Gloucester Pharmaceutical

22、s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,26,G2M-777(Savicol) phase II, TopoTarget適應(yīng)癥：實體瘤,pivanexTitan Pharmaceuticals 做到III期臨床，后由于某種原因終止,27,CUDC-101,28,29,30,31,32,33,展望,HDACi可以增加細(xì)胞內(nèi)組蛋白及非組蛋白的乙酰化程度，提高p21，p53等基因的表達(dá)水平，進(jìn)而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞的

23、增殖，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化及凋亡的目的。腫瘤細(xì)胞要比正常細(xì)胞對HDACi敏感得多。SAHA 于2006年的成功上市，以及目前有多個HDACi處于臨床研究階段，均能夠有效抑制多種實體瘤， 同時HDACi與多種化療藥物聯(lián)合用藥，也展現(xiàn)出良好的協(xié)同治療效果，且在有效抑制劑量范圍內(nèi)的低毒性，已使HDACi成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的靶向抗腫瘤新藥。 值得關(guān)注的是，新型的特異性的HDAC抑制劑已被發(fā)現(xiàn)，但這種特異性抑制劑是否具有更好的腫瘤殺傷效果