「研究」组蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）的生物活化机制

组蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）是HDAC家族中一个独特的成员，主要靶向细胞质内的非组蛋白底物，如α-微管蛋白、接触蛋白和热休克蛋白90，调节肿瘤细胞的增殖、转移、侵袭和有丝分裂。这篇文章描述了一系列2-(二氟甲基)-1,3,4-噁二唑（DFMOs）作为选择性非羟肟酸HDAC6抑制剂的鉴定和表征。通过比较HDAC6的构效关系和对HDAC6的催化机理进行量子力学计算，发现强效噁二唑是HDAC6的亲电底物，并提出了HDAC6的生物活化机制。噁二唑固有的亲电性使它们易于在水溶液中降解，并且不能排除产生潜在毒性产物的可能性，从而限制了慢性疾病的发展。此外，噁二唑具有较高的口服生物利用度和较低的体内清除率，是研究HDAC6在大鼠和小鼠体内和体外作用的良好工具。

近年来，肺上皮在慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘和特发性肺纤维化（IPF）等呼吸系统疾病中的作用获得了极大的关注。这些疾病的特征是肺组织的重塑和破坏，导致慢性炎症、易感感染和小呼吸道功能丧失。上皮完整性的改变被认为是损伤的早期指标，组蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）被认为在上皮和内皮细胞的破坏和重塑中起关键作用。香烟烟雾和肿瘤坏死因子α（TNFα）刺激后，HDAC6活性增加。HDAC6脱乙酰化广泛的底物，包括α-微管蛋白，并调节纤毛拆卸和上皮到间质转化，以及粘附连接和氧化应激的标志物。HDAC6抑制剂ACY-1083（1，表1）在几种体外上皮损伤模型中显示出保护作用，其中处理过的细胞培养物显示出损伤和细胞因子的产生减少，并维持上皮结构和功能。HDAC6是一种锌依赖性金属酶，属于11种哺乳动物氨基水解酶的一组，根据它们的相似性和细胞定位分为四类。类I包含HDAC1-3和8，类IIa由HDAC异构体4,5,7和9组成，类IIb有两个成员，HDAC6和10，类IV有一个成员，HDAC11。HDAC的催化位点通过将捕获的水分子转化为亲核氢氧化物来使底物脱乙酰，水解底物上的末端乙酰基，从而释放乙酸。不同的HDAC异构体具有不同的首选底物。与其他同工异构体不同，HDAC6主要定位于胞质，主要使胞质蛋白如乙酰化的α-微管蛋白、皮质蛋白和热休克蛋白90（Hsp90）而不是核组蛋白脱乙酰。此外，由于HDAC6具有两个同源的催化结构域，即催化结构域1（CD1）和催化结构域2（CD2），因此与其他HDACs相比，HDAC6在结构上是独特的。

CD2被认为是参与胞质蛋白与α-微管蛋白去乙酰化的主要结构域。CD1的作用仍不清楚。催化活性可能需要这两个结构域，CD1的一个可能功能是作为微管结合结构域。HDAC6在同工异构体中也是独一无二的，因为它含有一个C端泛素-结合域。据报道，它的结构域参与多泛素化错误折叠蛋白向动力蛋白马达的募集，以运输到聚合体。在开发用于治疗呼吸系统疾病的HDAC6抑制剂时，预计需要对其他HDAC，特别是I类（HDAC1-3和8）具有选择性，以避免安全问题的风险。

文献中已经描述了几种小分子HDAC6抑制剂，其中大多数是羟肟酸（HAs），配合催化锌离子。锌螯合弹头的结合在许多HDAC6抑制剂的结合亲和力中起主要作用。目前尚未有HDAC6选择性抑制剂被批准作为药物。然而，目前有几种抑制剂正在肿瘤、神经系统和自身免疫性疾病的临床试验中进行测试。这些化合物的化学结构仅被披露，两种结构相似的HAs, ricolinostat和citarinostat，报道对HDAC6的选择性约为HDAC1-3的10-15倍。

在早期临床试验中，含HA的HDAC6抑制剂面临的挑战之一是与其他HDAC相比，其选择性较差，导致毒性，但含HA的化合物还存在其他问题，可能使其不适合慢性治疗。对于HA，啮齿动物的主要消除途径和人类的重要消除途径是II期葡萄糖醛酸化。因此，透明质酸的特性往往导致不利的体内药代动力学（PK）谱，清除率快，半衰期短，这可能导致次优药物暴露。此外，含HA的化合物的主要代谢物是相应的羧酸，这极有可能形成不稳定的葡萄糖醛酸，从而导致药物性肝损伤（DL）。一些HA已被证明具有诱变性，可能是通过一种涉及Lossen重排的机制，导致高活性异氰酸酯。寻找选择性和非毒性HDAC6抑制剂用于肿瘤以外适应症的慢性治疗，促使人们越来越多地寻找具有替代非HA锌结合基团（ZBGs）的抑制剂。

在本文中，阿斯利康公司描述了一系列2-(二氟甲基)-1,3,4-噁二唑（DFMOs）作为选择性非HA HDAC6抑制剂的鉴定和表征，具有高口服生物利用度和低体内清除率，作为研究HDAC6在大鼠和小鼠体内和体外作用的合适工具。他们证明了DFMOs被HDAC6以类似底物的方式降解，这与最近发表的观察结果一致。使用密度功能理论（DFT）计算研究了HDAC6催化乙酰赖氨酸脱乙酰化的机理和HDAC6中1,3,4-噁二唑的生物活性结合模式，并提出HDAC6激活亲电DFMO的头部，导致开环和双齿阴离子锌螯合结合模式，随后脱乙酰化形成肼，协调晶体结构中催化Zn(II)。研究还表明，尽管DFMOs在缓冲溶液中具有稳定性，但在高pH和低pH下容易水解和降解，这意味着不能排除形成有毒降解产物的可能性。