文摘
炎症性肺部疾病的特点是增加多个炎症基因的表达受促炎的转录因子,如核factor-κB。基因表达调控核心组蛋白的乙酰化作用通过辅活化因子的作用,如CREB-binding蛋白质,与内在组蛋白乙酰转移酶(HAT)活动。
相反,介导基因镇压通过组蛋白去乙酰酶抑制剂(hdac)和其他辅阻遏物。在哮喘,有帽子的增加活动和一些HDAC活性,减少恢复的皮质类固醇治疗。糖皮质激素关掉在哮喘炎症基因的抑制帽子活动和招聘的HDAC2激活炎症基因复杂。在慢性阻塞性肺疾病,减少HDAC2活动和表达,这可能解释放大炎症和抗糖皮质激素的行为。减少HDAC2可能二次氧化和nitrative压力由于吸烟和严重的炎症,也可能出现在严重的哮喘,吸烟的哮喘患者和囊性纤维化。
类似的机制也可能占类固醇阻力与潜在的腺病毒感染。组蛋白脱乙酰酶活动的减少茶碱可以恢复,这可能是能够逆转类固醇阻力在慢性阻塞性肺疾病和其他炎症性疾病。
许多最常见的肺部疾病,包括哮喘,慢性阻塞性肺病(COPD),囊性纤维化,间质性肺疾病和急性呼吸窘迫综合征,包括炎症,协调多个肺部炎症基因的表达。这些炎性细胞因子的表达基因代码,趋化因子,酶合成炎症介质,炎性介质受体和粘附分子,导致协调的涌入和炎性细胞的活化。许多这样的炎症基因受促炎的转录因子,包括核转录因子(NF) -κB和激活蛋白(美联社)1。这些转录因子编排、放大和延续的炎症反应,形成慢性炎症的分子基础1- - - - - -3。最近,有了更多了解开关炎症基因和分子机制,更重要的是,关闭这些基因的机制,可以利用治疗。修改核心组织蛋白,在染色体中的DNA伤口,起着至关重要的作用在调节基因的表达,并在确定哪些基因被激活和哪些基因是压抑的。组蛋白乙酰化是一个主要的修改影响基因转录是由组蛋白乙酰转移酶(帽子)。相比之下,组蛋白去乙酰酶抑制剂(hdac)删除hyperacetylated组蛋白的乙酰基,消除帽子和返回组蛋白的影响其基底状态,同时抑制基因转录。本文关注的关键作用在炎症基因的调节组蛋白乙酰化作用。理解角色的组蛋白乙酰化作用提供重要的见解的作用机制糖皮质激素在治疗炎症性疾病,如哮喘,耐药性的机制类固醇在慢性阻塞性肺病和其他严重的炎症性肺部疾病。这些新概念也指出的方式对新治疗方法的发展。
组蛋白和染色质重塑
自1960年代以来,它已经认识到,组蛋白的乙酰化和改造紧密的染色质结构与基因相关的归纳4。然而,只有在过去的8年的分子机制,炎症基因通过转录因子被激活和组蛋白乙酰化作用成为更好的理解。改变染色质的结构基因表达的调控是至关重要的。染色质是由核小体,颗粒组成的DNA与octomer有关的两个分子的每个组蛋白核心(H2A、H2B H4和H4),约146个碱基对的DNA是伤口(图。1⇓)。静息细胞,DNA是伤口紧紧围绕这些基本核心组织蛋白,不含酶RNA聚合酶II的绑定,这激活信使RNA的形成。这种构象的染色质结构被描述为关闭,并与基因表达的抑制有关。基因转录只发生在染色质结构开放,解除的DNA, RNA聚合酶II和基底转录复合体可以绑定到裸DNA启动转录。当促炎的转录因子,如NF-κB被激活,它们绑定到特定识别DNA的序列,随后与大共激活剂分子,如CREB-binding蛋白质(CBP), p300和p300 / CBP-associated因子(PCAF;图2⇓)。这些共激活剂分子作为分子开关,控制基因转录和活动都有内在的帽子5,6。每个核心组蛋白有着悠久的终端,富含赖氨酸残留物可能乙酰化,从而改变组蛋白核心的电荷。这导致核心组蛋白的乙酰化,从而减少他们的指控,它允许休息的染色质结构将关闭构象激活开放形式6。因此,这允许绑定TATA框结合蛋白(真沸点),TBP-associated因素,最后,启动基因转录RNA聚合酶II(图3所示⇓)。这种分子机制可能是常见的所有基因,包括那些参与分化、增殖和活化的细胞。正如乙酰化组蛋白与基因的诱导,除去乙酰基hdac与改装的染色质和缺乏基因表达或基因沉默(图3所示⇓)7。
![图1 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/25/3/552/F1.medium.gif)
染色质的结构。DNA缠绕核小体,它是由八组蛋白分子两份组蛋白H2A、H2B, H3和H4。每个组蛋白分子都有一个长尾富含赖氨酸残留物(K)、酶改性的网站,如乙酰化作用,从而改变分子的电荷,导致DNA解除。
辅活化因子,如CREB-binding蛋白质(CBP),具有内在组蛋白乙酰转移酶(HAT)活动,导致开放的染色质结构,它允许绑定的RNA聚合酶II和基因转录的起始。一些转录因子与CBP交互,包括环腺苷酸反应元件结合蛋白(分子),核转录因子(NF) -κB,激活蛋白(美联社)1和信号转导激活转录因子(统计)。
基因激活和镇压是由核心组蛋白的乙酰化作用。组蛋白乙酰化作用是由辅活化因子,具有内在组蛋白乙酰转移酶(HAT)活动,开放的染色质结构允许绑定RNA聚合酶II和转录因子无法在封闭的染色质DNA结合配置。这是扭转辅阻遏物,包括组蛋白去乙酰酶抑制剂(hdac)和其他相关的辅阻遏物,扭转这种乙酰化作用,从而导致基因沉默。海关与边境保护局:CREB-binding蛋白质;PCAF: p300 / CBP-associated因素;NCoR:核受体辅阻遏物。
最近,这些基本的机制被应用在理解成为激活的炎症基因的调节气道疾病。在人类上皮细胞,激活NF-κB(暴露引起的细胞炎症信号,如白介素(IL) 1β,肿瘤坏死因子(TNF) -α或内毒素)结果在特定的赖氨酸残基的乙酰化组蛋白H4(组蛋白H3似乎没有那么明显或通过炎症信号迅速乙酰化),这是与炎症基因的表达增加,如集落刺激因子(gm - csf)8。有一个具体的模式和优惠的赖氨酸乙酰化的乙酰化组蛋白H4 8 - 12,和其他两个潜在目标的相对贫乏的赖氨酸残基的乙酰化氨基端尾(赖氨酸5和赖氨酸16)8。
组蛋白去乙酰酶抑制剂
hdac抑制发挥关键作用的基因表达的扭转hyperacetylation组蛋白核心。十一hdac,脱去乙酰基组蛋白现在承认在哺乳动物细胞9,10和分为两个主要的类。我包括HDAC1类,2、3、8、11熊显著的同源性酵母蛋白质RPD3,主要是局部的细胞核。二类包括HDAC4, 5, 6, 7, 9和10,这是酵母同源HAD-1-like酶和航天飞机在细胞核和细胞质之间。类我hdac广泛表达,发现在大多数细胞类型,而二类hdac似乎有更严格的分布和可能参与细胞分化。一些hdac也脱去乙酰基非组蛋白的蛋白质如α-tubulin、p53、p65 MyoD。有证据表明,这些不同的hdac目标不同模式的乙酰化作用和调节不同的基因11。不同的hdac监管也可能不同。HDAC与辅阻遏物分子,如核受体辅阻遏物,ligand-dependent辅阻遏物,卑微的人,mSin3,所有这些基因镇压和可能提供的援助HDAC特异性选择哪些基因被HDAC关掉12,13。
Trichostatin (TSA)是一种非选择性的hdac抑制剂14,在肺泡巨噬细胞、气道上皮细胞系,它会导致炎症基因的表达增加,如gm - csf和引发,激活后炎症刺激8,15,16。这表明,hdac通常采取行动抑制炎症基因的表达。
以及组蛋白,其他转录因子,如GATA3和NF-κB p65组成部分,目标为乙酰化和脱乙酰作用,从而调节他们的转录活动。因此,hdac也与不活跃的p65和NF-κB-mediated基因转录的调控中发挥作用在不改变DNA结合17- - - - - -19。CBP乙醯化特定p65赖氨酸残基,增加其绑定到DNA和导致转录激活。hdac逆转这个过程;HDAC1和HDAC2能够脱去乙酰基乙酰化NF-κB,促进其与抑制剂IκB-α细胞核内,为了促进出口到细胞质和,因此,终止NF-κB的活动18。这些由TSA hdac抑制导致NF-κB的激活增加和炎症基因的表达增加,如引发。此外,磷酸化状态的变化可以从与辅阻遏物交互切换p65 (HDAC)共激活剂CBP(帽子)19。
第三类非典型烟酰胺腺dinucleotide-dependent sirtuins蛋白去乙酰酶抑制剂。这些蛋白质脱去乙酰基非组蛋白的蛋白质和被认为扮演一个角色在单核细胞程序性细胞死亡20.,21。例如SIRT1,哺乳动物的酵母沉默信息监管机构2,可以脱去乙酰基p53,从而使得p53-mediated转录和细胞凋亡,调节Bax-induced凋亡,脱去乙酰基Ku70和防止Forkhead-mediated细胞死亡22。最近,SIRT1也被报告给脱去乙酰基p65和控制肺癌细胞系凋亡22。
组蛋白去乙酰酶抑制剂在呼吸道疾病
哮喘
从患者哮喘、支气管活检有显著增加的帽子和一个小减少HDAC活性与正常航空公司相比,从而有利于增加炎症基因的表达23。相似的变化中发现肺泡巨噬细胞通过支气管肺泡灌洗的哮喘患者24。有一个小减少HDAC1的表达,但表达HDAC2和HDAC3在这些细胞是正常的。外周血单核细胞(淋巴细胞和单核细胞)似乎已经正常的帽子和HDAC活性,表明这些变化发生在哮喘患者的气道。有趣的是,在吸烟的哮喘患者,HDAC活性的显著减少更大的比不吸烟的哮喘患者支气管活检25,这也许可以解释为什么这些吸烟的哮喘患者更严重的哮喘和抗类固醇26。
慢性阻塞性肺疾病
在慢性阻塞性肺病,有明显减少HDAC肺实质的活动,这是与疾病严重程度降低27。外围的hdac减少肺与显著减少HDAC2选择性,减少HDAC5较小和HDAC8表达式,但其他hdac的正常表达。此外,HDAC5表达主要是胞质,而不是核,在慢性阻塞性肺病患者。非常严重的疾病患者(慢性阻塞性肺疾病的全球倡议(黄金)第四阶段),有一个减少> 95% HDAC2的表达。HDAC活性的降低与炎症反应的强度,以引发的表达和炎症细胞的数量小航空公司28。减少HDAC活性还与阻力有关糖皮质激素的抗炎作用,慢性阻塞性肺病的特征。帽子活动增加,HDAC2活动降低肺的老鼠暴露于香烟烟雾,这显示增加NF-κB激活和炎症基因的表达29日。相比之下,帽子活动不是增加慢性阻塞性肺病患者的哮喘,表明基因转录增加炎症可能是由于增加的帽子,HDAC下降或两者的结合。肺泡巨噬细胞从正常吸烟者也显示减少HDAC2 HDAC活性和表达,这是与增加释放TNF-α并引发炎症反应刺激30.。有进一步减少HDAC活性和表达HDAC2肺泡巨噬细胞在慢性阻塞性肺病患者。
组蛋白脱乙酰酶机制障碍
氧化和nitrative压力
氧化应激乙醯化组蛋白H4在上皮细胞系,如A549和BEAS-B,导致炎症的释放增加蛋白质,如引发16,31日。这包括转录因子的激活NF-κB,早就知道是由氧化应激激活。氧化应激也会增加NF-κB和CBP的p65分量之间的关系32。帽子活动的增加可能是由于HDAC活性,减少和氧化应激(过氧化氢)显著减少HDAC活性和HDAC2表达在上皮细胞系在体外33。过氧化氢和烟冷凝物引入组蛋白H4的乙酰化作用,并减少HDAC2活动和表达这些细胞,抗氧化和这些影响是可逆的N乙酰半胱氨酸34。这种机制可能涉及硝化酪氨酸残基的HDAC2通过过氧硝酸盐的形成,通过交互产生的超氧化物阴离子和一氧化氮。3-morpholinosydnonimine peroxynitrite-generating化合物,导致上皮细胞的HDAC活性明显降低在体外33。机制酪氨酸硝化导致失活HDAC2尚未确定。硝化反应的蛋白质由过氧亚硝基现在有改变蛋白质的功能,如降低酶活性(图4所示⇓)35。可能在催化酪氨酸地区HDAC2变得硝化,从而干扰其酶的效率。此外,硝化反应的蛋白质似乎使他们更容易受到蛋白质降解通过的蛋白酶体36大幅减少,这可能解释HDAC2蛋白表达在严重的慢性阻塞性肺病27。
可能的机制,减少组蛋白脱乙酰酶(HDAC) 2。HDAC2由过氧亚硝基灭活,由一个交互诱导产生的一氧化氮(NO)没有合酶(间接宾语)和香烟烟雾和超氧化物阴离子(O2−)。过氧亚硝基酪氨酸(酪氨酸)硝酸盐残留HDAC2,这可能会阻止酶活性,同时也标志着对泛素化酶(乌兰巴托)和蛋白酶体的破坏。HDAC2的丧失导致的放大炎症反应和抗糖皮质激素。
氧化应激的影响是由香烟烟雾提取物及其影响是模仿被抗氧化剂N乙酰半胱氨酸37。这表明吸烟可能的机制诱导HDAC COPD患者的不足。有相当多的证据表明氧化应激增加COPD患者的呼吸道,包括乙烷和8-isoprostane浓度增加,氧化应激的标记,在呼出的气息,4-hydroxynonenal周边肺部的慢性阻塞性肺病患者38- - - - - -41。这些标记是在更大程度上增加慢性阻塞性肺病患者比普通吸烟者和疾病严重程度相关。也有证据表明增加氧化应激的标记抽过烟,表明氧化应激可能是由这些患者的炎症过程,以及主动吸烟。氧化应激是严重哮喘患者也增加了42,43,这可能会导致降低HDAC活性,如慢性阻塞性肺病患者。同样,氧化应激增加在间质性肺病和囊性纤维化44- - - - - -47。
糖皮质激素和组蛋白乙酰化作用
糖皮质激素是目前可用的最有效治疗哮喘,和吸入类固醇已经彻底改变了其管理自1990年代中期53。吸入类固醇不仅是在几乎所有哮喘患者有效,但他们也几乎免费的系统性副作用。针对在哮喘炎症的复杂性,一直很难理解小剂量糖皮质激素可以有效的抑制炎症,所以许多炎性细胞和介质参与哮喘的病理生理学。现在越来越明显,炎症在哮喘在很大程度上是由多种炎症基因的表达增加通过促炎的转录因子的激活,如AP-1 NF-κB。这导致核心组蛋白的乙酰化作用,正如前面所讨论的。糖皮质激素抑制炎症出现在哮喘关掉这些炎症基因通过瞄准这些转录因子及其诱导组蛋白修饰和染色质重塑的能力54,55。
基因活化的糖皮质激素
糖皮质激素穿过细胞膜,绑定到糖皮质激素受体(GR)在细胞质中,迅速把细胞核,在激活GR可能与糖皮质激素结合识别元素(GRE) steroid-sensitive基因的启动子区域。这导致某些基因的开关,包括一些抗炎基因。激活基因的相对高浓度的糖皮质激素与选择性赖氨酸残基的乙酰化5和16组蛋白H4,导致基因转录增加(图5所示⇓)8,56。这是一个不同的模式氨基乙酰化的尾巴的炎症刺激,包括残留8 - 12,如前所述。乙酰化作用模式与antiprotease分泌增加,抗炎蛋白分泌leukoprotease抑制剂(SLPI),以应对皮质类固醇上皮细胞系。激活GR可能绑定到共激活剂分子,如海关与边境保护局或PCAF,以及类固醇受体coactivator-1和糖皮质激素受体相互作用蛋白1,所有拥有帽子活动57,58。
基因激活糖皮质激素。糖皮质激素结合细胞质糖皮质激素受体(GR),把原子核,它们绑定到糖皮质激素反应元素(GRE) steroid-sensitive基因的启动子区域,也直接或间接地共激活剂分子,如CREB-binding蛋白质(CBP), p300 / CBP激活因子(PCAF)或类固醇受体共激活剂(SRC) 1,具有内在的组蛋白乙酰转移酶(HAT)活动,引起的赖氨酸乙酰化组蛋白H4,导致激活的基因编码抗炎蛋白,如分泌leukoprotease抑制剂(SLPI)。
糖皮质激素可能通过增加抗炎蛋白的合成,抑制炎症如annexin-1 (lipocortin-1) SLPI, il - 10, NF-κB的抑制剂,IκB-α,激素性亮氨酸拉链蛋白质,抑制NF-κB和AP-18,59和增殖作用(地图)激酶phosphatase-1抑制p38激酶地图60。然而,似乎不太可能,广泛的糖皮质激素的抗炎作用可以解释为增加少量抗炎基因的转录,特别是高浓度的糖皮质激素通常所需的这些反应,然而,在临床实践中,在低浓度时糖皮质激素能够抑制炎症。也可能许多糖皮质激素的副作用是由基因活化机制,作为老鼠的GR表达突变形式不能dimerise,因此,结合DNA失去糖皮质激素的代谢作用,同时保留他们的抗炎作用,这在很大程度上是由于NF-κB GR单体之间的相互作用和相关蛋白质共激活剂61年。
基因抑制糖皮质激素
大多数哮喘炎症基因被激活的没有GRE网站在基因的启动子区域,然而由糖皮质激素有说服力地压抑。它变得明显,大部分的糖皮质激素的抗炎作用将抑制促炎转录因子的行动,比如AP-1 NF-κB,调节基因的表达,代码对于许多炎症蛋白质,如细胞因子、炎症酶,粘附分子和炎症受体1,2。激活GR可以直接与交互激活转录因子的蛋白质相互作用,这在许多情况下,不改变DNA结合。因此,高剂量的治疗哮喘患者吸入糖皮质激素抑制气道炎症不与任何减少NF-κB绑定相关的DNA62年。这表明,糖皮质激素更可能是代理绑定的下游炎性DNA转录因子,和注意力已经集中在对染色质结构和组蛋白乙酰化作用的影响。
激活GR可能直接绑定到CBP或其他辅活化因子抑制他们的帽子的活动8组蛋白乙酰化,从而防止后续和染色质重塑。更重要的是,特别是在低浓度可能相关的治疗在哮喘治疗中,激活GR新兵辅阻遏物蛋白质,如HDAC2、激活炎症基因转录复杂,导致组蛋白脱乙酰作用,因此,减少炎症基因转录(图6所示⇓)8。这种机制可以占糖皮质激素在哮喘的临床疗效,和GR可能招募HDAC2所有被NF-κB激活炎症基因启动子和其他促炎的转录因子。使用染色质免疫沉淀反应试验,表明,糖皮质激素反向炎症基因的启动子的乙酰化作用,比如gm - csf8。其他基因不承认通过这种机制,所以糖皮质激素不关掉基因参与基底细胞功能,增殖或生存。此外,这就解释了为什么糖皮质激素是相对安全的,因为副作用可能主要由基因介导的激活机制,需要更高浓度的糖皮质激素,而不是通过基因镇压和HDAC招聘。
炎症基因抑制糖皮质激素。炎症基因被激活的炎症刺激,如白介素(IL) 1β或肿瘤坏死因子(TNF) -α,导致激活I-κB激酶(IKK) 2,它激活转录因子核转录因子(NF) -κB。p50组成的异质二聚体和p65 NF-κB蛋白质把原子核和绑定到特定κB识别网站并辅活化因子,如CREB-binding蛋白质(CBP)或p300 / CBP-activating因素(PCAF),具有内在的组蛋白乙酰转移酶(HAT)活动。这导致核心的赖氨酸乙酰化组蛋白H4,导致增加的炎症基因编码蛋白的表达,比如集落刺激因子(gm - csf)。后激活糖皮质激素,糖皮质激素受体(GR)把细胞核和绑定到辅活化因子直接抑制帽子活动,和组蛋白去乙酰酶抑制剂(HDAC)招募了,从而导致了组蛋白乙酰化逆转导致炎症基因的抑制。考克斯:cyclo-oxygenase。
皮质类固醇的阻力
虽然糖皮质激素是高度有效的控制哮喘和其他慢性炎症或免疫疾病,一小部分患者未能回应甚至高剂量的口服糖皮质激素63年- - - - - -65年,COPD患者主要是糖皮质激素反应迟钝66年。最近承认,组蛋白乙酰化和脱乙酰作用是重要的糖皮质激素的作用机制提供了新的分子见解皮质类固醇耐药性的分子机制。
哮喘
Corticosteroid-resistant病人,虽然罕见,但存在相当大的管理问题55,65年。很可能有类固醇的光谱响应,罕见的阻力位在一个结束,而是一个相对的阻力位见患者需要高剂量的吸入和口服类固醇(激素依赖性哮喘)。活组织检查的研究已经证明了这些患者的哮喘的典型的嗜酸性粒细胞的炎症反应。
可能有几个机制抗糖皮质激素的影响,而这些患者之间可能有所不同。人们已经发现,哮喘病人外周血单核细胞抗类固醇依赖或显示减少抑制细胞因子的释放,如前所记录67年- - - - - -69年,但也显示减少乙酰化组蛋白H4细胞在治疗后的核与高浓度的地塞米松(1μM)。在一组患者中,核本地化GR在高浓度的糖皮质激素受损,这占了组蛋白乙酰化作用,因为有直接关联的组蛋白乙酰化程度和GR核本地化70年。这可能是由于GR亚硝基化导致从热休克蛋白降低离解的GR - 9071年。然而,在另一组的病人,发现缺陷的乙酰化组蛋白乙酰化作用,尽管GR的正常核本地化。这可能是由于原子核内GR磷酸化由于p38 MAP激酶的活化,这可能是激活和il - 4 - 2的组合或IL-13孤单72年失败,导致招聘不同的共激活剂(s)(图7所示⇓)。这可能会导致失败的GR transactivate steroid-responsive基因73年。在这组患者中,特定的赖氨酸乙酰化5由糖皮质激素是有缺陷的70年。据推测,这意味着糖皮质激素不能激活特定基因高剂量的糖皮质激素的抗炎作用的关键。是否这是一个遗传缺陷尚不得而知。
在哮喘的可能机制皮质类固醇抵抗。在第1组患者中,细胞因子白介素(IL) 2、4和-13诱导p38增殖蛋白激酶(MAPK)的磷酸化糖皮质激素受体(GR)在细胞质中,防止其核易位。2组患者,核易位GR的皮质类固醇治疗反应是正常的,但有一个减少的赖氨酸乙酰化组蛋白H4 (K) 5,可能阻止一些重要的抗炎蛋白的转录。没有:一氧化氮;GRE:糖皮质激素识别元素。
慢性阻塞性肺疾病
虽然在哮喘吸入型皮质类固醇激素是非常有效的,它们提供了相对较少的治疗慢性阻塞性肺病的好处,尽管积极的气道和肺部炎症存在。这可能反映了这样的事实:在慢性阻塞性肺病不是由糖皮质激素抑制炎症,没有减少炎症细胞,细胞因子或蛋白酶诱导痰,即使有口服糖皮质激素74年- - - - - -76年。此外,外围的组织学分析航空公司的严重慢性阻塞性肺病患者显示了强烈的炎症反应,尽管用大剂量吸入糖皮质激素治疗28。有证据表明,一个活跃的steroid-resistance机制存在于慢性阻塞性肺病,皮质激素无法抑制细胞因子(如引发和TNF-α),他们通常抑制74年,75年。在体外研究表明,细胞因子释放COPD患者的肺泡巨噬细胞明显抗糖皮质激素的抗炎作用与细胞从正常的吸烟者相比,反过来,这些耐药比不吸烟者肺泡巨噬细胞77年,78年。缺乏对皮质类固醇可能会解释说,至少在某种程度上,吸烟和氧化应激的抑制作用对HDAC函数,从而干扰糖皮质激素的重要的抗炎作用30.。事实上,有HDAC活性之间的相关性和皮质类固醇在细胞因子释放的抑制作用。氧化和nitrative压力很可能在慢性阻塞性肺病特别损害HDAC2,正如前面所讨论的,导致皮质类固醇阻力(图8所示⇓)79年。虽然这是在慢性阻塞性肺病的各个阶段,它是患者最显著最严重的疾病27。即使在慢性阻塞性肺病患者已经停止吸烟,类固醇阻力依然存在74年,75年,这些患者被继续氧化应激39。
拟议机制的皮质类固醇在慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者。刺激正常的肺泡巨噬细胞激活核转录因子(NF) -κB开关组蛋白乙酰转移酶和其他转录因子,导致组蛋白乙酰化作用,随后,转录的基因编码的炎症蛋白,如肿瘤坏死因子(TNF) -α,白介素8 (IL)和基质金属蛋白酶9 (MMP)。皮质类固醇反向通过绑定到糖皮质激素受体(GR)和招聘组蛋白脱乙酰酶(HDAC) 2。这颠倒了组蛋白乙酰化作用引起NF-κB和开关激活炎症基因。在COPD患者中,香烟烟雾激活巨噬细胞,和正常人一样,但氧化应激(通过过氧硝酸盐的形成作用)会损害HDAC2的活动。这个放大NF-κB激活的炎症反应,但也减少糖皮质激素的抗炎效果,HDAC2现在无法扭转组蛋白乙酰化作用。
吸烟的哮喘患者
正如前面所讨论的那样,哮喘病人吸烟更严重的疾病,也耐糖皮质激素的抗炎作用82年,83年。一个合理的解释类固醇抗哮喘的综合效应,HDAC吸烟,导致明显减少比得上在COPD患者中,这是证实了当前作者的初步数据25。
药物的影响
糖皮质激素
正如前面指出,糖皮质激素抑制帽子活动并使HDAC2招募NF-κB,因此关闭激活炎症基因。这些交互涉及到直接或间接绑定的GR CBP和HDAC56。这表明,它有可能开发的类固醇,区分GR的DNA结合,这就需要受体二聚,和炎症基因复合物的相互作用,不需要这个。几个分离类固醇是发展以减少系统性副作用,这主要是由于DNA结合,和抗炎作用,这是由于蛋白质的相互作用88年。长期用高浓度的糖皮质激素治疗也能导致增强HDAC2表达式8。
茶碱
茶碱多年一直被用来治疗哮喘,但其作用机理一直难以阐明。最初,茶碱作为支气管扩张剂,松弛气道平滑肌通过抑制磷酸二酯酶(PDE)。积累的证据表明,在低剂量茶碱有抗炎作用,但它不太可能,这些都是由PDE抑制,这些酶的抑制是微不足道的临床有效血浆浓度较低89年。它已经表明,茶碱可能介导的抗炎作用通过激活HDAC, PDE抑制效应是独立的90年。低剂量的茶碱显著提高支气管哮喘病人活检,HDAC活动和HDAC活性的增加与减少气道嗜酸性粒细胞90年。茶碱是活跃在低浓度(10−7-10年−5核提取M),表明它在细胞核和不需要表面受体。这似乎是一个新颖的机制不模仿茶碱和PDE抑制剂或腺苷受体拮抗剂90年。这是特别重要的,因为茶碱的主要副作用是介导的通过PDE抑制(恶心、头痛)和腺苷受体(一个1对抗(心律失常、癫痫)。我hdac茶碱似乎优先激活类,包括HDAC215。然而,确切的机制茶碱激活HDAC尚不确定,但可能是通过信号转导途径(激酶)调节HDAC活性。茶碱的影响似乎HDAC增强氧化应激条件下,使其更有效的监管机构的炎症基因15。这意味着茶碱的剂量不需要增加的疾病越来越严重,随着氧化压力的增加会增加药物的活动。
这个预测,茶碱会提高糖皮质激素的抗炎作用,随着HDAC2招募的激活p65复杂炎症基因的启动子在关闭这些基因将会更加有效。事实上,治疗的茶碱浓度显著加强糖皮质激素的抗炎作用在体外90年。这也许可以解释为什么添加低剂量茶碱是更有效的比增加剂量吸入糖皮质激素的患者没有充分控制91年- - - - - -93年。
在慢性阻塞性肺病巨噬细胞,HDAC活性降低,增加炎症基因表达和类固醇阻力。低浓度的茶碱能恢复HDAC活性在这些巨噬细胞,这导致增加类固醇在这些细胞反应15。这些在体外研究表明,低剂量的茶碱可能有能力扭转类固醇阻力在COPD患者中,和现在正在进行试验,测试这个想法。的确,在COPD患者中,低剂量茶碱有抗炎作用,相比之下,缺乏应对高剂量的糖皮质激素94年,它可能有一个互动茶碱和内源性皮质醇。此外,由于类似类固醇耐药性的机制也可能适用于严重的哮喘,吸烟的哮喘患者,茶碱也可能是有用的在这些患者中,这也许可以解释为什么茶碱似乎是有用的作为一个附加吸入类固醇治疗,特别是在严重疾病患者95年。
治疗的影响和未来的发展方向
认识到组蛋白乙酰化状态调节炎症基因表达改善了慢性炎症性肺疾病的理解,发现氧化和nitrative压力可以导致放大炎症和皮质类固醇阻力在COPD患者中,而且可能严重的哮喘和哮喘病人吸烟,可能有重要的临床意义。
小说《糖皮质激素
目前从肺部吸入糖皮质激素被吸收进入体循环,因此,在高剂量,他们有系统性影响。因此,有一个寻找更安全的类固醇减少系统性影响。在发展中这些药物的主要任务是分离的抗炎作用与副作用相关的内分泌动作。这是可能的,因为大多数的糖皮质激素的抗炎作用是由基因镇压由于组蛋白脱乙酰作用后HDAC2激活炎症基因的招聘。相比之下,类固醇的内分泌和代谢影响负责系统性皮质类固醇的副作用可能是主要介导的通过基因组行动涉及DNA结合的糖皮质激素和组蛋白乙酰化作用。transactivation分离和transrepression已经证明使用报告基因转染细胞结构,使用糖皮质激素受体的选择性突变96年,97年。此外,在小鼠和GR不dimerise不能与DNA结合,没有transactivation,但transrepression似乎是正常的61年,98年。目前使用的局部类固醇在哮喘治疗,如丙酸和布地奈德,似乎更有效比transactivation transrepression效果,这也许可以解释他们的选择有效的抗炎剂99年。描述了小说类固醇,有强有力的transrepression transactivation相对较少,这可能更大的治疗比例88年。最近的分辨率晶体结构的配体结合域的GR可能有助于更好的设计的类固醇One hundred.。
非甾体类激素
糖皮质激素的分子机制已经被阐明,这就提出了一个新颖的非甾体类抗炎治疗可能被开发,模拟炎症基因调控糖皮质激素的行为。GR与帽子和HDAC交互的机制尚未完全了解。很可能其他蛋白质相互作用可能参与其中,这可能是新药的发展目标。
新茶碱衍生品
其他方式激活hdac可能治疗潜力,茶碱代表第一个药物已被证明有这个属性,导致糖皮质激素的抗炎作用的显著的增强作用。它可能会发现其他药物在这个类中,这可能会形成一个新类的基础抗炎药没有副作用,限制使用茶碱89年。而低浓度的茶碱激活HDAC,更高的浓度(> 10−4米)抑制HDAC。这可能是一个迹象,茶碱部分激动剂和搜索富勒受体激动剂可能导致更有效的HDAC活化剂。小说HDAC活化剂可能发现的高通量筛选使用HDAC激活,尤其是氧化应激条件下。激酶和磷酸酶调节HDAC2活动以类似方式茶碱也可能被证明是有效的附加治疗皮质类固醇。
许多抗炎作用的糖皮质激素介导的通过抑制NF-κB转录的影响,目前,小分子抑制剂IκB激酶(IKK) 2、激活NF-κB,在发展。然而,糖皮质激素有额外的效果,所以现在还不确定IKK2抑制剂是否平行糖皮质激素的临床有效性,和他们可能有副作用,如增加对感染的易感性。
绕过或反向类固醇的治疗抵抗也是必要的。地图p38激酶抑制剂可能会减少类固醇阻力和作为抗炎治疗抗类固醇哮喘反应患者的某些形式的,但不会将造福于患者类固醇阻力与缺陷相关的形式在赖氨酸乙酰化组蛋白H4 5。在COPD患者中,迫切需要开发新型抗炎治疗或逆转皮质类固醇阻力101年。小剂量茶碱,通过增加HDAC活性,也可以反向皮质类固醇抵抗慢性阻塞性肺病患者102年。
抗氧化剂
由于氧化应激是一个机制,可能损害HDAC活性和表达,如慢性阻塞性肺病和严重的哮喘,抗氧化剂有潜力增加HDAC活性,关掉炎性基因和恢复类固醇响应能力32。目前抗氧化剂,如N乙酰半胱氨酸,不是很有效,不得充分减少肺部氧化应激。需要新的、更有效的抗氧化剂在未来,在发展和有几种药物,包括新谷胱甘肽和超氧化物歧化酶类似物103年。
诱导一氧化氮合酶抑制剂
过氧亚硝基,形成一个相互作用的超氧化物阴离子和一氧化氮(NO),可能导致减少HDAC活性和表达。没有是主要来自诱导合成酶(间接宾语),这表明抑制伊诺可能块的形成过氧亚硝基和反向类固醇阻力。几个选择性伊诺抑制剂正在发展,其中一个已经被证明可以显著减少哮喘病人没有形成104年。
分子遗传学
基因多态性可能引起慢性阻塞性肺病的发展在某些吸烟者和严重的哮喘,但慢性阻塞性肺病的基因易感性和哮喘严重程度并不明确。对帽子和hdac的单核苷酸多态性,但这可能是一个富有成果的领域未来的研究。
未来的研究
研究的角色组蛋白乙酰化和脱乙酰作用在疾病只是处于起步阶段。这个领域的大部分研究都集中在癌症和细胞分化,但是本文突出了其适用性了解慢性炎症性疾病,目前治疗的作用机制。组蛋白乙酰化和脱乙酰作用受到许多因素的影响(表1所示⇓)。新技术,如干扰RNA,可以降低特定的帽子和hdac为了研究肺细胞的作用和交互。这种方法也可以适用于动物模型在活的有机体内。在老鼠中,选择性的删除和转基因的表达特定的帽子和HDAC基因也可能非常有用的,特别是在有条件的淘汰赛中选择性细胞类型的发展。目前一些选择性药物可用,但非选择性HDAC抑制剂,如TSA和suberoylanilide异羟肟酸,已经被用于研究全球HDAC减少。更有选择性抑制剂现在新兴作为探索性研究,可能是有用的工具105年。茶碱是唯一HDAC活化剂透露,到目前为止,但这一行动的分子机制仍有待确定。理解的分子通路,茶碱激活hdac可能导致新的治疗方法治疗炎性疾病。
一个重要的新兴的研究领域是不同的组蛋白核心修改,如磷酸化、甲基化、泛素化与乙酰化作用来确定特定基因表达的特异性和动力学。这可能会导致更好的理解基因差异如何监管和如何产生更具体的基因调控在未来。进一步研究的新领域涉及识别,帽子和hdac可能修改蛋白质非组蛋白,包括转录因子和关键调控蛋白106年- - - - - -108年。这可能是重大的疾病和扩展了帽子和hdac的角度。
组蛋白乙酰化和脱乙酰作用的研究是一个快速发展的研究领域,特别是随着新技术的发展。这项研究已导致重要的新见解的基本机制参与了哮喘和慢性阻塞性肺病。未来研究肺部疾病的影响可能是深远的。
- 收到了2004年10月13日。
- 接受2004年11月30日。
- ©人期刊有限公司