高遷移族率蛋白B1活化肝星狀細(xì)胞在肝纖維化中的作用

田小星 孫 航

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬二院病毒性肝炎所，重慶 400010)

肝星狀細(xì)胞(HSCs)是導(dǎo)致肝纖維化的主要效應(yīng)細(xì)胞，HSCs的活化啟動(dòng)、增殖、合成細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)是肝纖維化發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)〔1〕。HSCs激活和增殖受到多種細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控。在眾多的細(xì)胞因子中，高遷移族率蛋白(HMG)B1在胞外作為損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)成員之一具有強(qiáng)大的致炎細(xì)胞因子活性〔2〕。一方面，HMGB1作為晚期炎癥介質(zhì)成為慢性炎癥持續(xù)存在維持HSCs持久化激活的基礎(chǔ)；另一方面，細(xì)胞外的HMGB1通過(guò)多種信號(hào)通路，放大炎癥效應(yīng)造成炎癥反應(yīng)失控遷延〔3，4〕，參與肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展。本文對(duì)HMGB1通過(guò)HSCs引起肝纖維化的研究進(jìn)行綜述。

1 HMGB1理化及生物學(xué)性質(zhì)

HMGB1屬于HMG家族成員之一，是一類核蛋白，約30 kD，因其分子質(zhì)量小，在聚丙烯酰胺凝膠電泳時(shí)速度快而得名。HMGB1廣泛分布于淋巴組織、腦、肝、肺、心、脾、腎等組織細(xì)胞中，在肝、腦組織中主要存在于胞質(zhì)，而在大多數(shù)組織中存在于胞核，進(jìn)化上高度保守。人類HMGB1基因位于13q12染色體上，包括4個(gè)內(nèi)含子及5個(gè)外顯子，基因序列中包含TATA盒啟動(dòng)子及數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)。人HMGB1含有215個(gè)氨基酸，含有2個(gè)功能同源的L型結(jié)構(gòu)域，即A box(9～85氨基酸)、B box(88～162氨基酸)及一個(gè)高酸性的重復(fù)C末端(186～215氨基酸)構(gòu)成。其中B box是HMGB1誘導(dǎo)細(xì)胞因子產(chǎn)生的部分，活性區(qū)位于前20個(gè)氨基酸殘基，而A box對(duì)B box有一定的拮抗作用。HMGB1在細(xì)胞內(nèi)外功能各異，胞內(nèi)作為“DNA伴侶”，參與了穩(wěn)定染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞分化成熟、DNA修復(fù)及重組、類固醇激素調(diào)控及基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控等重大生命活動(dòng)。HMGB1還出現(xiàn)在胞質(zhì)，作為細(xì)胞因子樣分子行駛功能。HMGB1除由激活的巨噬細(xì)胞、成熟的樹(shù)突細(xì)胞組(mDC)及自然殺傷(NK)細(xì)胞主動(dòng)分泌外，還可由壞死細(xì)胞被動(dòng)釋放至細(xì)胞外，招募炎癥細(xì)胞，促使產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-6等，激活內(nèi)皮細(xì)胞，在啟動(dòng)、促進(jìn)炎癥反應(yīng)中起著重要作用〔5〕。壞死細(xì)胞由于HMGB1與染色體解離游離釋放到細(xì)胞外，但在程序性細(xì)胞死亡即凋亡過(guò)程中，染色體不發(fā)生乙?；琀MGB1不與染色體分離，從而HMGB1不釋放到細(xì)胞外。早期研究認(rèn)為HMGB1缺少信號(hào)肽，不能像傳統(tǒng)的細(xì)胞因子通過(guò)高爾基體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而是以一種非典型的囊泡方式釋放，但目前研究表明，HMGB1通過(guò)經(jīng)典型蛋白激酶C途徑發(fā)生磷酸化以鈣依賴機(jī)制分泌到胞外〔6〕。

2 HSCs與肝纖維化

HSCs是一種肝臟的非實(shí)質(zhì)細(xì)胞，占肝細(xì)胞總量的5%～10%，主要分布于Disse間隙內(nèi)，其正常生理功能與脂肪存儲(chǔ)及維生素A代謝有關(guān)，增殖活性和合成膠原能力低，不表達(dá)α-平滑肌動(dòng)蛋白(α-SMA)。持續(xù)的炎癥反應(yīng)通過(guò)激活機(jī)體固有免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致細(xì)胞免疫反應(yīng)異常，引起機(jī)體持續(xù)釋放大量炎性細(xì)胞因子〔TNF-α、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β、IL-6、IL-1、血小板衍生生長(zhǎng)因子(PDGF)等〕，一方面造成肝細(xì)胞持續(xù)性損傷，損傷的肝細(xì)胞進(jìn)一步釋放炎癥性細(xì)胞因子和可溶性介質(zhì)；另一方面激活各種致纖維化通路〔TGF-131、人結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)、有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)等〕活化HSCs，活化的HSCs增殖，轉(zhuǎn)變?yōu)楸磉_(dá)α-SMA的肌成纖維細(xì)胞(MBF)，大量合成Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原、金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMP)，使ECM合成增多，降解減少，最終導(dǎo)致ECM積聚而發(fā)生肝纖維化乃至肝硬化〔7〕。因此，HSCs的激活、增殖并大量產(chǎn)生ECM是肝纖維化發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，而HSCs激活過(guò)程包括早期啟動(dòng)激活和后期的“持久化”激活，并且激活的“持久化”是維持HSCs處于激活狀態(tài)并增殖、持續(xù)產(chǎn)生ECM引起肝纖維化和肝硬化的必要條件。

3 HMGB1介導(dǎo)持續(xù)炎癥反應(yīng)維持HSCs持久激活

細(xì)胞因子在HSCs的激活、增殖和產(chǎn)生ECM中起著十分關(guān)鍵的作用，其中HMGB1作為晚期炎癥介質(zhì)，因其出現(xiàn)晚、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，具有維持和放大炎癥反應(yīng)的作用，成為肝纖維化中HSCs激活“持久化”的基礎(chǔ)，并與膿毒癥、關(guān)節(jié)炎、肝炎等發(fā)病關(guān)系密切。在受試小鼠腹腔注射LPS后8 h，可檢出血清HMGB1于16～32 h到達(dá)并維持峰值濃度〔8〕，此時(shí)TNF峰已過(guò)，表明HMGB1作為晚期炎癥介質(zhì)參與炎癥反應(yīng)并且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，成為“持久化”的基礎(chǔ)。采集外周血單核細(xì)胞，用重組HMGB1(rHMGB1)刺激，可顯著釋放TNF、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、分子印跡聚合物(MIP)-1α、MIP-1β；且HMGB1與LPS相比，HMGB1誘導(dǎo)TNF合成具有延遲及雙向性，即HMGB1刺激后，TNF釋放在3 h出現(xiàn)一高峰后，又在8～10 h出現(xiàn)另一更高峰，而單獨(dú)予LPS刺激TNF釋放僅在1 h產(chǎn)生高峰；予小鼠亞致死量rHMGB1于6 h內(nèi)可引起血清中TNF-α的釋放。表明HMGB1刺激可促進(jìn)炎細(xì)胞活化及促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和分泌〔9，10〕，維持放大炎癥反應(yīng)，持續(xù)活化HSCs；同時(shí)HMGB1可通過(guò)上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞表面細(xì)胞間黏附分子(ICAM)-1和血管細(xì)胞黏附分子(VCAM)-1的表達(dá)，增加黏附作用并刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放TNF-α、IL-8和MCP-1增強(qiáng)局部炎癥環(huán)境，持續(xù)活化HSCs。HMGB1還通過(guò)與其他促炎因子正反饋效應(yīng)在炎癥后期對(duì)炎癥反應(yīng)起維持作用，激活T淋巴細(xì)胞通過(guò)死亡配體和受體相互結(jié)合誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡，淋巴細(xì)胞進(jìn)一步激活巨噬細(xì)胞，導(dǎo)致多種炎癥細(xì)胞因子釋放，產(chǎn)生細(xì)胞死亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，介導(dǎo)肝損傷〔11〕，使得炎癥反應(yīng)持續(xù)并活化HSCs。此外，Mouri等〔12〕研究報(bào)道，胞內(nèi)HMGB1協(xié)同單核-巨噬細(xì)胞所特有的Ets轉(zhuǎn)錄因子家族成員之-PU.1，反式作用于人類IL-1β基因的啟動(dòng)子，在胞內(nèi)通過(guò)活化IL-1β轉(zhuǎn)錄放大炎癥反應(yīng)，持續(xù)活化HSCs。

4 HMGB1活化HSCs的可能分子機(jī)制

HMGB1可能是肝纖維化中HSCs持續(xù)活化的關(guān)鍵細(xì)胞因子，但其活化HSCs的機(jī)制尚未闡明。細(xì)胞外HMGB1通過(guò)與相應(yīng)的細(xì)胞膜受體如晚期糖基化受體(RAGE )和Toll樣受體(TLRs)結(jié)合，由胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。HSCs表面可表達(dá)TLR2、TLR4，有學(xué)者報(bào)道慢性肝炎患者中HMGB1 mRNA 水平顯著高于正常人〔13〕，韓紅莉等〔14〕研究顯示肝纖維化模型中HMGB1在纖維間隔區(qū)域，變性壞死區(qū)及炎細(xì)胞聚集區(qū)有陽(yáng)性表達(dá)，提示HMGB1是肝纖維化發(fā)生發(fā)展的直接或間接關(guān)鍵因子。因此推測(cè)HMGB1與HSCs表面的TLR2、TLR4結(jié)合后，激活細(xì)胞內(nèi)的NF-κB和MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路，活化HSCs的主要途徑為以下2條：①NF-κB信號(hào)通路：HMGB1與HSCs表面的TLR2、TLR4受體結(jié)合，可激活MyD88-IRAKs-TRAF6-NF-κB 這一信號(hào)通路，最終使得磷酸化；②MAPK信號(hào)通路：HMGB1與HSCs表面的TLR2、 TLR4受體結(jié)合，可以激活MAPK家族中三種重要的信號(hào)通路亞類，p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)、胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2(ERK1/2)、c-Jun氨基末端激酶(JNKs)〔15〕。MAPK信號(hào)通路的激活，最終導(dǎo)致激活蛋白(AP)-1活化。NF-κB和AP-1活化后轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)控纖維化相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，從而活化HSCs，促進(jìn)HSCs增殖，合成大量的ECM，并使基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)合成減少，TIMP-1、TIMP-2合成增加，導(dǎo)致ECM降解下降，最終導(dǎo)致ECM積聚而發(fā)生肝纖維化乃至肝硬化〔16，17〕。此外，TGF-β是肝纖維化中重要的細(xì)胞因子之一，在肝纖維化中的主要作用是促進(jìn)ECM的合成及降解，也有間接促進(jìn)HSCs的增殖作用，TGF-β還抑制MMPs及TIMPs等的生成使ECM降解減少。同時(shí)TGF-β構(gòu)成活化HSCs的自分泌循環(huán)。HMGB1與TRL4結(jié)合后，促進(jìn)HSCs增殖并自分泌TGF-β，分泌的TGF-β又可上調(diào)HMGB1表達(dá)，形成HMGB1與HSCs自分泌TGF-β相互作用，加重肝纖維化發(fā)生發(fā)展〔18〕。

5 總結(jié)與展望

長(zhǎng)期以來(lái)，肝纖維化被認(rèn)為是慢性炎癥的結(jié)果，眾多細(xì)胞因子形成了一個(gè)促纖維化的微環(huán)境，促進(jìn)一系列基因的轉(zhuǎn)錄，使HSCs激活并持續(xù)活化，導(dǎo)致ECM在組織器官生成和大量沉積導(dǎo)致肝纖維化發(fā)生發(fā)展乃至成為肝硬化。眾多細(xì)胞因子中，HMGB1在細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)中具有核心作用，一方面作為早期啟動(dòng)因子從壞死細(xì)胞中被動(dòng)釋放，還可作為晚期炎癥介質(zhì)從巨噬細(xì)胞主動(dòng)釋放維持慢性炎癥反應(yīng)持續(xù)活化HSCs；另一方面細(xì)胞外的HMGB1與其配體晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)和Toll樣受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，活化NF-κB和MAPK通路，進(jìn)一步促進(jìn)各種炎性細(xì)胞因子的釋放，放大炎癥效應(yīng)；而被誘生的炎性細(xì)胞因子反過(guò)來(lái)又促進(jìn)HMGB1產(chǎn)生與釋放，形成正反饋協(xié)同效應(yīng)，造成炎癥反應(yīng)失控遷延，持續(xù)活化HSCs，促進(jìn)肝纖維化發(fā)生發(fā)展。

由于HMGB1具有炎性介質(zhì)和致炎細(xì)胞因子的特殊動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，拮抗HMGB1在治療膿毒癥、重癥急性胰腺炎等急慢性炎性疾病中成為熱點(diǎn)〔19，20〕，但尚無(wú)報(bào)道其用于抗肝纖維化治療。探討HMGB1引起HSCs持續(xù)活化逐漸受到重視，有望成為抗纖維化治療的靶點(diǎn)。但HMGB1不同受體及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的區(qū)別及其相關(guān)機(jī)制，HMGB1拮抗劑的安全性及實(shí)用性有待進(jìn)一步探索。

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