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HDAC抑制剂的分类、作用机制及相关药物研发策略全解析

2025-09-16     来源:本站     点击次数:59

在当今肿瘤治疗与表观遗传研究领域, HDAC抑制剂(HDAC inhibitors, HDACi)正逐渐走入人们的视野。HDACi已成为多个癌种、神经退行性疾病乃至炎症类疾病潜在的治疗武器。那么,HDAC究竟是什么?HDAC抑制剂如何发挥作用?又有哪些经典代表药物?

一、HDAC
组蛋白去乙酰化酶 (HDAC)是参与表观遗传调控的一类酶,可去除组蛋白尾部的乙酰基,使DNA更紧密地缠绕在组蛋白上,从而抑制基因的转录,让某些基因保持沉默状态。其在细胞增殖、分化、凋亡等关键生物过程中发挥重要作用。
 
HDAC家族按结构和功能通常分为四类:
类别 成员 主要定位 特点
I类 HDAC1、2、3、8 核内 参与细胞周期调控
II类 HDAC4、5、6、7、9、10 核-质转移 与细胞运动、分化相关
III类 Sirtuins(SIRT1-7) 依赖NAD+ 功能广泛,与衰老、代谢密切相关
IV类 HDAC11 较少研究 结构和功能介于I类和II类之间


二、HDAC抑制剂
当HDAC异常高表达时,许多抑癌基因被“沉默”,为肿瘤细胞生长提供了便利。HDAC抑制剂通过阻断HDAC的活性,恢复基因的乙酰化水平,重新激活这些被压制的基因,参与调控了很多细胞因子和生物标志物。

代表性HDAC抑制剂:
药物名称 适应症 特点
伏立诺他(Vorinostat,SAHA) 皮肤T细胞淋巴瘤 首个FDA批准的HDAC抑制剂
帕比司他(Panobinostat) 多发性骨髓瘤 广谱HDAC抑制剂
罗米地辛(Romidepsin) 外周T细胞淋巴瘤 天然产物类
贝利司他(Belinostat) 稀有T细胞淋巴瘤 相对温和,毒性较低

这些药物主要针对I类和II类HDAC,已经在肿瘤临床治疗中展现出希望。
HDAC抑制剂虽然已经在部分血液肿瘤中获批上市,但在实体瘤治疗、耐药性、毒副反应控制等方面仍面临挑战。
未来的研发方向包括:
- 靶向选择性HDAC亚型的抑制剂,减少非特异性毒性;
- 联合免疫疗法、靶向药物,增强协同效应;
-探索新适应症,如阿尔茨海默症、自身免疫病等。

三、作用机制
HDAC抑制剂的抗肿瘤机制主要包括:
1. 促进肿瘤细胞凋亡:恢复抑癌基因如p21、BAX等表达,诱导细胞程序性死亡。
2. 抑制细胞增殖:调控细胞周期相关蛋白,阻止肿瘤细胞进入有丝分裂。
3. 诱导细胞分化:特别在白血病、淋巴瘤中,可促使异常细胞向成熟表型转化。
4. 调节免疫反应:增强肿瘤抗原表达,配合免疫检查点抑制剂提升疗效。
5. 抑制血管生成和侵袭能力:抑制VEGF等血管生成因子表达,减缓肿瘤扩散。
图:HDAC抑制剂作用机制

From:Wahi, Abhishek & Jain, Priti & Sinhari, Apurba & Jadhav, Hemant. (2023). Progress in discovery and development of natural inhibitors of histone deacetylases (HDACs) as anti-cancer agents. Naunyn-Schmiedeberg's archives of pharmacology. 397. 10.1007/s00210-023-02674-4.
 
四、HDAC抑制剂的研发策略
HDAC抑制剂的药物设计主要围绕其“经典三段式”结构进行优化:
1. 锌离子结合基团(Zinc Binding Group,ZBG):与HDAC活性位点中的Zn²⁺形成配位,核心抑制作用。
2. 连接链(Linker):连接ZBG和芳香环结构,长度与空间取向影响活性选择性。
3. 表面识别基团(Cap Group):与酶口袋外部形成疏水或氢键作用,提高选择性和药代性质。
 
五、HDAC抑制剂研发相关检测:
1、HDAC蛋白
以HDAC5为例(UA080413
通过FI测定检测到HDAC5活性。反应是在37℃下将HDAC5蛋白和底物孵育45分钟,随后在25℃下加入HDAC测定开发剂15分钟,最后用BMG读取RFU。
图:HDAC5活性检测数据

2、细胞因子&生物标志检测
(1)THUNDER TR-FRET方法

TNF-α是由HDAC抑制剂一致调控的细胞因子,可作为评估HDAC抑制剂对炎症反应影响的可靠生物标志物 ​​。使用均相免洗免疫检测技术,如TR-FRET,在大分子数据库中快速筛选潜在候选分子。
 
Human TNF-α 为例
THUNDER细胞因子检测是基于双抗体夹心法,标记荧光供体和受体的TNF-α抗体Eu-Ab1和FR-Ab2,分别与细胞上清中TNF-α结合,产生能量共振转移FRET(615nm),进而产生665nm荧光信号,荧光信号强度与TNF-α浓度成正比。全程仅需2h,免洗,可高通量。检测灵敏度高,上限宽。
 
Human TNF-α检测范围:20 – 30,000 pg/mL

图:Human TNF-α检测原理,流程及标曲
 
Human VEGF 的THUNDER细胞因子检测,与TNF-α抗体相比,也产生665nm荧光信号,荧光信号强度与TNF-α浓度成正比,但两个抗体需要分别孵育,全程需1.5h。
 
Human VEGF 检测范围:14–30,000pg/mL
 
图:Human VEGF 检测原理,流程及标曲

(2)OneStep ELISA细胞因子检测
OneStep ELISA开发标签抗体捕获技术,板底包被标签抗体,可高灵敏捕获双抗夹心复合物,搭配高特异性重组单抗,一步即可在溶液中形成抗体-分析物夹心复合物。可轻松准确定量蛋白。仅需1h,即可定量细胞因子。

图左:OneStep ELISA 检测原理及流程。图右:Human TNF-α标准曲线,检测范围:21.9 pg/mL – 1404.6 pg/mL

3、信号通路磷酸化蛋白检测
p-Akt、f NF-B也是由HDAC抑制剂一致调控的细胞因子,一些HDAC抑制剂会降低p-Akt和f NF-B水平。使用均相免洗免疫检测技术,如TR-FRET,在大分子数据库中快速筛选潜在候选分子。

(1)THUNDER TR-FRET 磷酸化蛋白检测
THUNDER TR-FRET时间分辨荧光共振能量转移,检测技术灵敏度高,特异性好,重复性好,操作简单,仅需1~4h。一种基于荧光共振能量转移(FRET,Fluorescence Resonance Energy Transfer)和时间分辨荧光(TRF, Time-Resolved Fluorescence)的技术,采用夹心法,检测胞内AKT磷酸化水平和总AKT水平。

图3. THUNDER磷酸化蛋白检测原理示意图

用IGF-1处理MCF7细胞(60000个细胞/孔)与IGF-1在室温下孵育10分钟。数据显示,不同酶标仪对信号的影响。用LY294002、Wortmannin和S961处理MCF7细胞(60000个/孔),在室温下孵育30分钟,然后用1µM胰岛素刺激细胞,在室温下孵育10分钟。数据显示,LY294002和Wortmannin可以抑制AKT蛋白S473位点的磷酸化,而S961则无抑制效果。

图. THUNDER Phospho-AKT (S473)验证数据

(2)WB方法检测
以Phospho-NF-κB为例

Phospho-NF-κB p65 (Ser536) 抗体采用1/1000稀释, HELA细胞100 ng/ml Calyculin A处理30分钟, TNF-α 20 ng/ml 处理5分钟,Goat Anti-rabbit IgG, (H+L), HRP 采用1/10000稀释,上样检测,数据展示如下。

图左:Hela细胞WB检测p-NFkB数据展示,图右:NIH3T3细胞WB检测p-NFkB数据展示

4、杀伤功能检测——GRANZYME B
HDAC抑制剂可以使Granzyme B增加。
THUNDER Biomarker检测是基于双抗体夹心法,标记荧光供体和受体的Granzyme B抗体Eu-Ab1和FR-Ab2,分别与细胞上清中Granzyme B 结合,产生能量共振转移FRET(615nm),进而产生665nm荧光信号,荧光信号强度与Granzyme B浓度成正比。全程仅需2h,免洗,可高通量。检测灵敏度高,上限宽。

图:THUNDER Granzyme B 检测原理流程及标曲

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产品名称 货号 规格
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HDAC9 Protein, Human UA080409 10μg
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抗 体
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CD4 mAb (S-R569) S0B1165 100μL
CD8α mAb (SDT-126-8) S0B2148 100μL
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Total IRAK4 KIT-IRAK4-500 500 points
WB、FACS信号通路 检测抗体
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Phospho-NF-κB p65 (Ser536) mAb S0B1035 100μL
Phospho-p44/42 MAPK (Erk1/2) (Thr202/Tyr204) mAb S0B0902 100μL
功能抗体
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Invivo anti-human PD-1 S0B1072 1mg
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