组蛋白去乙酰化酶调控血管发生：一种可能的改善卒中的治疗策略

目前，急性缺血性卒中最有效的治疗方法是在发病 3-6 h 内应用组织型纤溶酶原激活剂进行动脉或静脉溶栓治疗，但治疗时间窗狭窄和颅内出血风险限制了其临床应用。临床研究显示，卒中后脑缺血区存在血管发生，卒中患者缺血区血管密度显著增高，且新生毛细血管密度高的患者临床转归显著优于血管密度低的患者。动物实验也证实了这一现象，且影像学技术可观察到新生血管的增多。血管发生是指从业已存在的血管网上以发芽的方式形成新的功能性血管的过程。缺血区微血管新生对于卒中的治疗和神经功能恢复至关重要，一方面，新形成的侧支血管能增加缺血区周围脑血流量，改善缺血区周围组织灌注，挽救濒死神经元，限制缺血半暗带的扩大；另一方面，新生的血管内皮细胞可释放多种可溶性细胞因子，营养受损神经细胞和诱导神经发生，为神经干细胞的存活、增殖、迁移和神经修复提供良好的微环境。因此，促进脑缺血后血管发生对于卒中的治疗具有重要意义。近年来的研究表明，组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）参与调控血管发生，并在血管新生过程中起着重要作用，通过 HDAC 促进卒中后血管发生有可能成为改善缺血性卒中患者神经功能的治疗策略。现就 HDAC 在调控血管发生中的作用做一综述。

1 HDAC 的生物学特性

HDAC 是维持染色体基本组成单位核小体组蛋白乙酰化平衡的关键酶之一，其催化赖氨酸残基去乙酰化，通过调控乙酰化状态来上调或下调基因表达，参与细胞周期、分化、凋亡和炎症等多种生理学和病理学过程。真核细胞 HDAC 是一个大的酶家族，分为 4 大类，目前已知的成员有 18 种不同亚型。

2 HDAC 与血管发生

2.1 HDAC7 与血管发生

HDAC7 能与内皮细胞胞质中的β- 环连蛋白结合，维持其稳定并抑制其核易位，进而下调细胞周期素 D1，延长细胞周期的 G1 期，抑制内皮细胞增殖。HDAC7 为内皮细胞组装成血管样结构所必需，沉默 HDAC7 可上调血小板衍生生长因子 -B 及其受体表达，抑制内皮细胞迁移，进而抑制血管发生。HDAC7 在血管内皮生长因子（vascularendothelial growth factor，VEGF）信号通路中起分子开关的作用，能与细胞核内肌细胞增强因子 2（myocyte enhancer factor 2，MEF2）结合，抑制 VEGF 信号通路下游反应基因膜型基质金属蛋白酶 1（membrane type-1 matrix metalloproteinases， MT1-MMP），基质金属蛋白酶 -10（matrix metalloproteinase-10，MMP-10）、钙神经素调节因子 2（reg-llator ofcalcineurin2，RCAN2）和 Nur77 等表达。VEGF 需通过激活蛋白激酶 D（protein kinase D，PKD）1 磷酸化 HDAC7，促使 HDAC7 转运出细胞核，解除 HDAC7 对 MEF2 的抑制，才能激活 VEGF 下游基因的表达，发挥 VEGF 促进内皮细胞迁移、管腔形成和微血管出芽和维持血管的完整作用。

2.2 HDAC6 与血管发生

HDAC6 通过调节细胞骨架的动力学和微管蛋白去乙酰化调控内皮细胞的迁移和运动。乙酰化的微管蛋白能影响微管的聚合，抑制定向细胞伪足形成和迁移，而 HDAC6 可使微管蛋白去乙酰化，增强内皮细胞迁移，进而促进血管发生。肌动蛋白重塑蛋白皮质肌动蛋白（cortactin）去乙酰化能促进内皮细胞迁移边缘肌动蛋白微丝分支和稳定，增强内皮细胞迁移和出芽，HDAC6 能去乙酰化内皮细胞中的皮质肌动蛋白，从而促进血管发生。HDAC6 还可通过微管末端结合蛋白 1 作用于细胞骨架，刺激细胞膜皱褶以及促进细胞极化和迁移，进而促进血管发生。

2.3 HDAC5 与血管发生

HDAC5 是血管发生的负性调控因子，与促血管生成因子成纤维细胞生长因子 -2（fibroblast growthfactor-2，FGF-2）和血管生成导向因子 Slit2 的启动子结合后可抑制其表达，沉默 HDAC5 会促进内皮细胞迁移、芽生和细胞管形成，而过度表达 HDAC5 会减少内皮细胞芽生和抑制血管发生。HDAC5 也可与细胞核内的 MEF2 结合，抑制 VEGF 介导的促血管发生作用；VEGF 需激活 PKD1 磷酸化 HDAC5 后，促使内皮细胞细胞核输出 HDAC5，解除对 MEF2 的抑制，才能促进 VEGF 下游基因的表达。

2.4 HDAC4 与血管发生

HDAC4 通过 HDAC4/Runx2/VEGF 轴调控血管发生，Runx2 是 VEGF 启动子的调控转录因子，HDAC4 通过抑制 Runx2 启动子活性和去乙酰化 Runx2 蛋白而抑制 VEGF 表达，而 HDAC4 表达下调会上调 Runx2 表达，进而通过上调 VEGF 表达而促进血管发生。缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）-1αN 末端和氧依赖性降解结构域乙酰化可通过促进 HIF-1α降解抑制 HIF-1 活性，而 HDAC4 能使 HIF-1αN 末端赖氨酸残基去乙酰化，通过稳定 HIF-1α来实现 HIF-1 的促血管发生作用。

2.5 Sirt1 与血管发生

在血管发生过程中，Sirt1 在脉管系统高度表达调控血管内皮细胞活性，Sirt1 功能缺失会导致血管发育和血管重塑相关基因下调，从而抑制内皮细胞芽生性血管发生和分支性形态发生。Sirt1 能通过去乙酰化 FoxO1 抑制 FoxO1 的转录活性，保护内皮细胞免受应激诱导的衰老，维持内皮细胞稳态；而 MiR-34a 和 MiR-217 可抑制 Sirt1 对 FoxO1 的去乙酰化诱导内皮祖细胞衰老，抑制内皮祖细胞介导的血管发生。此外，Sirt1 还能保护内皮祖细胞免受亚甲基四氢叶酸还原酶缺陷诱导的衰老，增加循环中的内皮祖细胞数量并促进内皮祖细胞分化。

Sirt1 是内皮细胞 Notch 信号通路的内在负性调控因子，能去乙酰化 Notch1 细胞内结构域（Notch1intracellular domain， NICD），启动泛素介导的蛋白酶体，降低 NICD 的稳定性；缺乏 Sirt1 活性的内皮细胞对 Notch 信号通路敏感，导致损害样生长、发芽伸长以及 DLIA 刺激后 Notch 靶基因表达增强，从而增加非芽生性茎样细胞表型。Sirt1 能与 HIF-1α结合并去乙酰化 HIF-1αC 末端的第 674 位赖氨酸残基，阻止 p300 的募集，抑制 HIF-1α的转录和活性，从而抑制 HIF-1 靶基因 VEGF 等的促血管发生作用。

3 HDAC 与卒中后血管发生

3.1 HIF-1

HIF-1 是卒中后血管发生的核心调控因子，能上调关键促血管发生因子，如 VEGF 及其受体、bFGF 及其受体和诱导型一氧化氮合酶（induciblenitric oxide synthase，iNOS）的基因表达，进而促进卒中后血管发生。研究显示，HDAC 抑制剂（HDACinhibitor，HDACi）能通过显著下调 HIF-1α及其相关基因的表达抑制血管形成。例如，丁酸钠能乙酰化 HIF-1α的赖氨酸残基，促进 HIF-1α降解，降低其蛋白水平和稳定性，从而抑制 HIF 诱导的血管发生。HDAC6 通过去乙酰化分子伴侣热休克蛋白 90 降低 HIF-1α的稳定性并抑制其功能。Sirt1 能与 HIF-1α结合并去乙酰化 HIF-1αC 末端的第 674 位赖氨酸残基，阻止 p300 的募集而抑制 HIF-1α的转录和活性，从而抑制 HIF-1 靶基因的促血管发生作用。因此我们推测，卒中后可能存在“HDAC-HIF”这一信号通路，在缺血缺氧情况下诱导缺血区血管发生。

3.2 VEGF

VEGF 直接作用于内皮细胞参与血管发生，是血管发生过程中最重要的血管生长因子。研究表明，VEGF 在脑缺血 6h 时表达上调，48 h 时缺血区出现新生血管。另一项研究显示，缺血后 1d 和 3d 时脑组织内，特别是梗死周围区 VEGF 表达上调，VEGF 受体 1 主要表达于神经元、神经胶质细胞和内皮细胞，而 VEGF 受体 2 主要表达于神经胶质细胞。缺血性卒中细胞模型和动物模型实验显示，HDACi 能作用于卒中的多个病理生理学环节，显著减轻神经元损伤和改善神经功能。这种神经保护作用可能与 HDACi 解除 HDAC7 和 HDAC5 对 MEF2 的抑制，激活 VEGF 信号通路下游的 MT1-MMP、MMP-10、RCAN2 和 Nur77 等促进内皮细胞迁移、管腔形成、微血管芽生和维持血管完整的基因表达有关。然而，研究显示，短暂性大脑中动脉闭塞小鼠 HDAC5 和 HDAC7 表达并未上调。因此卒中后 HDACi 的神经保护作用机制有待进一步研究。

3.3 Notch 信号通路

研究表明，缺氧可提高内皮细胞和内皮祖细胞 Notch 信号通路活性，上调 Notch 配体 Delta 样配体 4 表达，同时还上调损伤部位 VEGF 等生长因子表达，诱导内皮细胞形成新的血管组织。卒中后产生的氧自由基会在消耗还原剂的同时产生大量 NAD⁺，而 Sirt1 是 NAD⁺ 依赖性 HDAC，因此它可能通过 Notch 信号通路调控卒中后的血管发生。

4 HDAC 与卒中后神经功能恢复

研究显示，HDACi 可促进神经发生并显现出神经保护作用，如丁酸钠能协同维生素 B6 促进齿状回神经元增殖，并可促进脑缺血后室管膜下区、海马齿状回、纹状体和额叶的神经发生以及神经细胞黏附分子、巢蛋白、胶质纤维酸性蛋白和脑源性神经生长因子的分泌，促进脑缺血后神经发生。脑缺血后，HDACi 可上调星形胶质细胞谷氨酸转运体表达，减轻兴奋性谷氨酸毒性，促进轴突功能恢复和保存脑白质的细胞结构。HDACi 丙戊酸能促进卒中后脑白质修复和神经发生，促进神经功能恢复。研究还显示，小鼠短暂性脑缺血早期，HDAC3 和 HDAC11 表达显著上调。HDAC3 具有神经毒性，其过度表达可引起小鼠神经元死亡，而抑制其表达则能对抗低钾诱导的神经元死亡；HDAC11 能抑制白细胞介素 -10 表达，启动和加重卒中诱导的炎症反应，进而加重神经元损伤。

5 问题与展望

卒中后血管发生与患者临床转归密切相关，因此促进脑缺血后血管发生对于卒中治疗具有重要意义和广阔的应用前景。目前的研究表明，HDAC 参与调控血管发生并在血管发生过程中起重要作用，而 HDACi 可促进神经发生且显现出神经保护作用。因此，通过调控 HDAC 调控卒中后脑组织血管发生和神经修复有望成为缺血性卒中的治疗新策略。但是，目前对于 HDAC 调控卒中后血管发生的机制尚不完全清楚，其各个家族成员调控血管发生和神经发生的机制也各不相同，因此进一步阐明卒中后各种 HDAC 的调控机制将有助于加深对卒中病理生理学机制的理解和认识。通过干预 HDAC 调控血管发生有可能成为一种改善卒中的治疗策略。

编辑： 雨声