J Adv Res :新型羟肟酸衍生物诱导白血病细胞凋亡并抑制自噬

组蛋白去乙酰化酶(HDACs)是一种依赖Zn²⁺或NAD⁺的酶，控制原核生物和真核生物细胞蛋白的乙酰化状态。根据发现时间和与酵母脱乙酰酶的同源性，将18种哺乳动物HDACs分为4类。I类hdac包括HDAC1、2、-3、-8,II类分为IIA类为HDAC4、-5、-7、-9,IIB类为HDAC6、-10,IV类仅包含HDAC11，与I类和II类具有相同的结构特性。HDAC类I、II和IV使用Zn²⁺作为辅助因子，III类HDAC SIRT1-7使用NAD⁺作为辅助因子。

癌组织经常过表达I类hdac，这与肿瘤具有不同于健康组织的组蛋白和非组蛋白乙酰化模式有关，这些发现刺激了具有纳米摩尔活性的抗I类HDAC抑制剂(HDACi)的发展。针对Zn²⁺依赖性hdac的HDACi已被美国食品和药物管理局(FDA)批准用于治疗人类血液肿瘤。摩尔羟肟酸SAHA是第一个临床批准的hdac。羟肟酸belinostat和抑郁肽roidepsin是美国FDA批准的另外两种HDACi。

中国FDA批准了HDACi tucidinostat用于临床治疗白血病亚型。羟肟酸对所有依赖Zn²⁺的hdac具有不同的活性。罗米地辛和图西地司他阻断I类hdac。在一项II期临床试验中，额外的HDACi，如羟肟酸为基础的泛HDACi阿贝昔诺他，以限制剂量的造血毒性为代价，提高了滤泡细胞、t细胞和b细胞淋巴瘤患者的总生存率。合成和表征基于羟肟酸支架的HDACi是一种很有前途的方法，可以确定更有效的癌症治疗表观遗传候选药物。

HDACi最典型的抗增殖作用包括通过细胞凋亡诱导细胞周期阻滞和非炎性细胞死亡,HDACi诱导细胞周期阻滞的分子机制涉及细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的增加和细胞周期蛋白依赖性激酶的下调。hdac诱导的细胞凋亡依赖于促凋亡蛋白的上调和抗凋亡蛋白的下调，包括BCL2家族成员和激酶信号级联的破坏,这些作用可以通过RNA和蛋白质依赖机制发生。HDACi还通过诱导DNA复制应激和DNA损伤来阻止肿瘤细胞增殖。最近的数据显示，HDACi也调节细胞自噬的“自我吞噬”机制,该途径消化应激下的细胞蛋白和细胞器，促进细胞存活。因此，自噬的诱导经常拮抗HDACi的促凋亡特性。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.07.005

近日，来自德国美因茨大学医学中心毒理学研究室的研究者们在J Adv Res杂志上发表了题为“Novel hydroxamic acid derivative induces apoptosis and constrains autophagy in leukemic cells”的文章，该研究表明hdac通过抑制白血病细胞凋亡来稳定自噬蛋白是必需的，HDAC3似乎是一种有效的抗癌药物干预靶点。

翻译后蛋白质的可逆乙酰化修饰调节关键的生物过程。组蛋白去乙酰化酶(hdac)催化蛋白质去乙酰化，在肿瘤中经常失调。这刺激了HDAC抑制剂(HDACi)的发展。这种表观遗传药物调节蛋白质乙酰化，消除肿瘤细胞，并被批准用于治疗血癌。本研究旨在鉴定一种新型的纳米级HDACi，与现有药物相比，它具有更高的效力和对癌症相关的I类hdac (HDAC1，-2，-3，-8)的选择性。此外，研究者想确定这些药物如何控制细胞凋亡-自噬相互作用，研究者使用人类白血病细胞和胚胎肾源性细胞作为测试系统。

研究者合成了新型嘧啶-羟肟酸HDACi (KH9/KH16/KH29)，并对其与hdac的直接结合进行了体外活性测定和分子模拟。使用流式细胞术和免疫印迹分析了这些HDACi如何影响白血病细胞的命运、乙酰化和蛋白表达。公开可用的DepMap CRISPR-Cas9筛选数据库用于确定人类白血病细胞的敏感性因子。

kh系列HDACi可诱导白血病细胞凋亡

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.07.005

研究结果表明：新型hdac对I类hdac具有纳摩尔活性,这些药物优于临床使用的羟肟酸hdac SAHA(伏立诺他)。在kh系列化合物中，KH16 (yanostat)是最有效的HDAC3抑制剂(IC50 = 6 nM)和最有效的细胞凋亡诱导剂(IC50 = 110 nM;P < 0.0001)。然而，KH16保留胚胎肾源性细胞。敲除筛选的全球数据分析证实，HDAC3是115种不同谱系的人类血癌细胞的依赖因子，独立于肿瘤抑制因子p53的突变。KH16改变原抗凋亡蛋白的表达，延缓细胞周期进程，诱导自噬蛋白ULK1和p62的caspase依赖性加工。

新型羟肟酸衍生物诱导白血病细胞凋亡并抑制自噬

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.07.005

综上所述，在临床前实验中，kh系列的HDACi杀死白血病细胞的效果优于临床验证的HDACi SAHA，最有希望的化合物KH16 (yanostat)优先抑制HDAC3，有效诱导细胞凋亡，并通过caspase激活抑制自噬。这是通过先前未被识别的乙酰化调节、caspase依赖的细胞凋亡自噬上游控制发生的。KH16触发细胞凋亡和caspase活性，消除自噬蛋白。(生物谷 Bioon.com）

参考文献：

Marten A. Fischer et al. Novel hydroxamic acid derivative induces apoptosis and constrains autophagy in leukemic cells. J Adv Res. 2024 Jun:60:201-214. doi: 10.1016/j.jare.2023.07.005.