HMGB1與結腸癌的相關性及其致癌機制

章文佳(綜述)，夏　敏(審校)

(南京醫(yī)科大學附屬無錫市人民醫(yī)院消化內科，江蘇 無錫 214023)

HMGB1與結腸癌的相關性及其致癌機制

章文佳△(綜述)，夏敏※(審校)

(南京醫(yī)科大學附屬無錫市人民醫(yī)院消化內科，江蘇 無錫 214023)

摘要：高遷移率族蛋白1(HMGB1)是近年來腫瘤研究的熱點，HMGB1是非組蛋白染色體蛋白，在血管生成、抗原呈遞、細胞自噬等方面參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉移。HMGB1在結腸癌患者中高表達，血清HMGB1水平隨疾病進展而明顯增高，結腸癌伴肝轉移患者的原發(fā)灶和轉移灶均呈高表達，Dukes D期門靜脈中HMGB1水平高于Dukes C期。HMGB1在細胞內的表達部位與T淋巴細胞的浸潤相關，后者可影響患者的5年生存率。因此，HMGB1可作為評估結腸癌病情發(fā)展及預后的指標。

關鍵詞：結腸癌；高遷移率族蛋白B1；腫瘤

結腸癌是世界第三常見的惡性腫瘤[1]，在中國結腸癌位列腫瘤死亡的前五位[2]，發(fā)病率逐漸增加，發(fā)病年齡趨向年輕化，結腸癌預后及復發(fā)、轉移與疾病的分期密切相關。目前臨床上廣泛應用的篩查結直腸癌的手段主要包括糞便隱血試驗和血清腫瘤標志物檢測等，癌胚抗原是最常見的結腸癌血清標志物，然而該標志物的敏感性和特異性不高，約70%的結直腸癌患者被診斷時已屬于癌癥晚期[1]。研究顯示，高遷移率族蛋白1(high-motility group box 1，HMGB1)在結腸癌細胞和組織中高度表達，增強腫瘤的增殖、侵襲和轉移，促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，提示HMGB1有可能成為提示腫瘤發(fā)生、發(fā)展的生物標志物，并對早期診斷結腸癌有一定指導意義[1]?，F(xiàn)就HMGB1在結腸癌中的作用機制作一綜述。

1HMGB1的結構

HMGB1廣泛地分布于淋巴、腦、肝、肺、心、脾、腎等組織中，除在肝、腦組織中主要存在于細胞質外，在大多數(shù)組織中存在于細胞核。HMGB1蛋白由3個獨特的結構域組成。其中A-box位于N端，進化高度保守；C-tail在羧基末端，包含30個重復的天冬氨酸和谷氨酸殘基，可完成與其他蛋白質間的交互作用及調節(jié)HMGB1 與DNA 結合；B-box位于兩者之間。A-box 和B-box 均由3個A螺旋組成，并帶有強烈的正電荷，構成HMGB1的非特異性DNA 結合區(qū)。HMGB1 釋放至細胞外后，B-box是引起炎癥反應的功能結構域,而A-box 對B-box有一定的拮抗作用[3-6]。

2HMGB1的致癌機制

HMGB1是HMG的一種，通過非特異性結合至DNA雙螺旋窄溝，參與DNA結構和轉錄的控制[1,6]。HMGB1的核定位性和對DNA的親和力是通過磷酸化和乙?；瘉砜刂频腫7]。HMGB1調控眾多腫瘤基因的轉錄，例如E-選擇素、腫瘤壞死因子α、乳腺癌易患基因等，HMGB1的C-box末端是HMGB1與晚期糖基化終末產物受體的結合部位，影響腫瘤細胞的移位[1,8]。壞死的腫瘤細胞可釋放HMGB1到微環(huán)境中，導致炎癥及修復反應，促進腫瘤細胞的存活、增殖和擴散，在多種腫瘤組織中，HMGB1存在高表達，且與腫瘤的TNM分期相關，可成為腫瘤預后不良的獨立預測指標[1]。因此，HMGB1是腫瘤轉化、生長、侵襲的重要傳遞者。

2.1HMGB1與血管生成腫瘤生長和發(fā)展過程中的一個限速步驟是誘導血管生成。腫瘤細胞呈指數(shù)增長，預先存在的血管無法供給足夠的營養(yǎng)，隨之而來的慢性缺氧導致腫瘤壞死，釋放HMGB1[4]。缺氧和腫瘤細胞的繼發(fā)死亡是實體腫瘤中觸發(fā)血管生成最有力的信號。另外，巨噬細胞具有強大的促血管生成特性，缺氧吸引巨噬細胞，腫瘤可通過巨噬細胞的浸潤或者HMGB1的釋放，誘導血管生成[8]。

HMGB1不僅可以刺激炎性細胞，還可以激活血管內皮細胞的產生[4]。HMGB1通過結合晚期糖基化終末產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)刺激內皮細胞增殖，促進新生血管生成，阻斷HMGB1與RAGE結合可抑制腫瘤生長和轉移[8]。在受損組織中，細胞外HMGB1觸發(fā)ERK1/2的活化，誘導細胞的增殖、遷移、趨化和內皮細胞的芽生，刺激膜皺縮和受損內皮機械性修復，有利于血管生成[8]。Van Beijnum等[9]分析了腫瘤組織與正常組織內皮細胞的基因表達譜，發(fā)現(xiàn)HMGB1是在腫瘤血管內皮細胞特異性過表達的幾個基因之一，在雞胚絨毛尿囊膜分析中，HMGB1特異性抗體可抑制血管生成[8]。因此，HMGB1是一種促血管生成因子，通過誘導血管生成來促進腫瘤生長、進展。但其促血管生成的作用是否需要其他成分共同參與，目前還不清楚[6]。

2.2HMGB1與抗原呈遞如果腫瘤細胞通過交叉呈遞腫瘤抗原的方式，促進細胞毒性T淋巴細胞誘導成熟的樹突狀細胞(dendritic cell，DC)，那么瀕死的腫瘤細胞便可誘導有效的抗腫瘤反應。在瀕死細胞釋放腫瘤抗原中，HMGB1通過Toll樣受體4(Toll-like receptor，TLR4)活化DC起重要作用。HMGB1通過TLR4處理腫瘤抗原的交叉呈遞，DC的成熟和遷移主要由活化的RAGE參與[4]。已知腫瘤細胞具有抗原性，并可引起抗腫瘤免疫反應，尤其是放療導致細胞死亡，可實現(xiàn)腫瘤細胞從抗原性向免疫原性的轉化，進行局部放療后，導致原位腫瘤細胞死亡，通過免疫介導可引起遠離照射部位的損傷[8,10]。在小鼠模型中，細胞外HMGB1激活DC，并對弱免疫原性的淋巴瘤細胞進行免疫應答的誘導，促進細胞凋亡。因此，只要將適量的腫瘤抗原呈遞給DC，HMGB1便可急性釋放，促進有效的抗腫瘤免疫反應，該情況至少在乳腺癌患者中得到了證實[8,11]。

2.3HMGB1的氧化還原狀態(tài)代謝和應激活化多條信號轉導通路，通過釋放HMGB1來調控細胞死亡和存活，自噬、凋亡和壞死可促進HMGB1的釋放[5,12]。HMGB1觸發(fā)腫瘤細胞的自噬或凋亡，取決于其氧化還原狀態(tài)，還原型HMGB1結合RAGE，誘導細胞自噬，并增強結腸癌細胞對奧沙利鉑、美法侖、阿霉素、紫杉醇等化療藥物的耐藥性。而氧化型HMGB1增加化療藥物的細胞毒作用，并通過線粒體通路誘導凋亡[5,12]。因此，HMGB1的氧化還原狀態(tài)可影響腫瘤對抗癌治療的敏感性。

2.4HMGB1與細胞自噬細胞自噬是亞細胞膜進行動態(tài)形態(tài)學變化的過程，利用溶酶體降解細胞內蛋白、細胞器等亞細胞成分，這一過程參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，并決定腫瘤細胞對抗癌治療的反應性[5,13]。應激下HMGB1轉位至細胞質，與自噬調控因子Beclin 1相互作用，誘導細胞自噬[5]。研究發(fā)現(xiàn)，阻斷RAGE會減弱HMGB1誘導的細胞自噬，但阻斷TLR4對HMGB1誘導的自噬作用沒有影響，表明HMGB1誘導的細胞自噬需要RAGE的參與[5]。RAGE維持自體吞噬，限制細胞凋亡，促進腫瘤細胞的存活。Beclin 1在早期誘導自噬作用，抑制Beclin 1表達，并促進HMGB1的釋放，之后腫瘤細胞啟動自噬應答機制，誘導自噬作用，減少細胞凋亡[5]。雖然細胞自噬誘導癌細胞耐藥性的分子機制有許多分子共同參與，但抑制腫瘤細胞釋放HMGB1可導致自噬作用減弱，增強腫瘤細胞對化療藥物的耐藥性，對抗腫瘤的靶向治療具有指向意義。

3HMGB1與結腸癌

3.1HMGB1過度表達HMGB1蛋白在結腸癌患者中呈過度表達，Lee等[1]發(fā)現(xiàn)，無論是正常細胞還是腫瘤細胞，細胞核中均有HMGB1的表達，但腫瘤細胞中HMGB1的表達水平明顯高于正常細胞。腫瘤患者血清中的 HMGB1可能來源于3個不同的途徑：①腫瘤患者體內的免疫細胞如巨噬細胞、DC、自然殺傷細胞等被激活后，主動分泌 HMGB1；②壞死的腫瘤細胞釋放HMGB1，當機體組織受損時，細胞破裂，細核內的 HMGB1 由于濃度梯度擴散到細胞外；③可能是腫瘤細胞或者免疫細胞主動分泌HMGB1[14]。

3.2HMGB1與晚期結腸癌彭瑞濤等[15]和Galon等[16]發(fā)現(xiàn)ⅢB期結腸癌組織中CD45RO+T細胞的浸潤密度是影響患者生存的獨立危險因素，HMGB1核型表達者的5年生存率明顯高于核質共表達者。核質共表達HMGB1蛋白時淋巴細胞浸潤減少,患者長期生存率降低,而核型HMGB1表達者的CD45RO+細胞密度高于核質共表達者,提示結腸癌組織中HMGB1的表達部位與T淋巴細胞的浸潤相關，HMGB1在細胞內的表達部位可作為晚期結腸癌患者的預后標志之一[15]。

3.3HMGB1與結腸癌伴肝轉移肝轉移是評估結腸癌患者預后的一種關鍵疾病狀態(tài)，1/3的結腸癌患者死于肝轉移。HMGB1由結腸腫瘤分泌，并通過門靜脈血流輸送至肝臟，HMGB1可抑制庫普弗細胞以加快結腸癌肝轉移[17]。研究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)灶和轉移灶的HMGB1呈高濃度，Dukes D期門靜脈中HMGB1水平高于Dukes C期，而Dukes D期的庫普弗細胞少于Dukes C期，提示門靜脈HMGB1與其在原發(fā)腫瘤的水平明顯相關[17]。肝轉移癌中血清HMGB1水平隨疾病進展而明顯增高，提示HMGB1的大量分泌可導致遠處轉移。

放射栓塞治療是局部治療結腸癌肝轉移一種有效的方法。在一項前瞻性研究中，從49例廣泛肝轉移結直腸癌患者接受放射栓塞治療之前和之后的24 h、48 h取得血清樣本，放射栓塞治療后24 h，HMGB1血清水平已經增加，而且病情進展者的血清HMGB1水平均顯著地高于非進展者；在治療前和治療后24 h HMGB1表現(xiàn)為高水平者預后較差[18]。對HMGB1和炎性標志物、腫瘤標志物等進行多因素分析，發(fā)現(xiàn)HMGB1是一種獨立的預后參數(shù)，可對結直腸癌伴肝轉移患者進行療效和預后的評估[18-19]。

3.4HMGB1與腫瘤轉移、預后結腸癌過表達HMGB1與淋巴結轉移和遠處轉移相關,HMGB1高表達者預后較差。HMGB1高表達與腫瘤轉移、預后差相關，腫瘤細胞分泌的HMGB1可以通過結合細胞表面受體包括RAGE參與腫瘤轉移，HMGB1與其配體RAGE結合，激活p38、應激活化蛋白酶/c-Jun氨基末端激酶和p42/p44絲裂原活化蛋白激酶等信號通路，引起基質金屬蛋白酶2 和基質金屬蛋白酶9激活，降解細胞外基質，促進腫瘤浸潤、轉移；壞死的腫瘤細胞同樣能釋放HMGB1，通過結合RAGE提高腫瘤細胞的再生長和轉移能力[20-21]。HMGB1還可通過促進細胞遷移、調節(jié)細胞的黏附能力以及修飾胞外基質組分直接參與腫瘤細胞的轉移[4]。

4小結

HMGB1的生物學作用是多方面的，在血管生成、抗原呈遞、細胞自噬等方面參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉移,并在結直腸癌的演變中發(fā)揮重要作用， HMGB1可作為結直腸癌的一種新的血清標志物，并為抗腫瘤治療提供靶向治療目標。然而，HMGB1在結直腸癌的發(fā)生、發(fā)展中究竟如何發(fā)揮作用仍未十分明確，有待進一步研究，并為結直腸癌的治療提供新方向。

參考文獻

[1]Lee H,Song M,Shin N,etal.Diagnostic significance of serum HMGB1 in colorectal carcinomas[J].PloS One,2012,7(4):

e34318.

[2]陳萬青,張思維,曾紅梅,等.中國2010年惡性腫瘤發(fā)病與死亡[J].中國腫瘤,2014,23(1):1-10.

[3]Rauvala H，Rouhiainen A．Physiological and pathophysiological outcomes of the inter-actions of HMGB1 with cell surface rece-ptors[J].Biochim Biophys Acta,2010,1799(1/2):164-170.

[4]Sims GP,Rowe DC,Rietdijk ST,etal.HMGB1 and RAGE in inflammation and cancer[J].Annu Rev Immunol,2010,28:367-

388.

[5]Tang D,Loze MT,Zeh HJ,etal.The redox protein HMGB1 regulates cell death and survival in cancer treatment[J].Autophagy,2010,6(8):1181-1183.

[7]Lee H,Park M,Shin N,etal.High mobility group box-1 is phosphorylated by protein kinase C zeta and secreted in colon cancer cells[J].BBRC,2012,424(2):321-326.

[8]Campana L,Bosurgi L,Rovere-Querini P.HMGB1:a two-headed signal regulating tumor progression and immunity[J].Curr Opin Immunol,2008,20(5):518-523.

[9]Van Beijnum JR,Petersen K,Griffioen AW.Tumor endothelium is characterized by a matrix remodeling signature[J].Front Biosic (Scholed),2009,1:216-225.

[10]Boon T,Coulie PG,Van den Eynde BJ,etal.Human T cell responses against melanoma[J].Annu Rev Immunol,2006,24:175-208.

[11]Apetoh L,Ghiringhelli F,Tesniere A,etal.Toll-like receptor 4-dependent contribution of the immune system to anticancer chemotherapy and radiotherapy[J].Nat Med,2007,13(9):1050-1059.

[12]Tang D,Kang R,Zeh HJ,etal.HMGB1,oxidative stress,and disease[J].Antioxid Redox Signal,2011，14(7):1315,1335.

[13]Tang D,Kang R,Livesey KM,etal.Endogenous HMGB1 regulates autophagy[J].J Cell Biol,2010,190(5):881-892.

[14]張超雄.HMGB1在結腸癌免疫逃逸中的作用及其機制研究[D].上海：第二軍醫(yī)大學,2009.

[15]彭瑞清,李燕,丁婭，等.Ⅲ期結腸癌組織中高遷移率族蛋白1表達及其臨床意義[J].解軍醫(yī)學雜志,2011,36(3):281-286.

[16]Galon J,Costes A,Sanchez-Cabo F,etal.Type,density,and location of immune cells within human colorectal tumors predict clinical out come[J].Science,2006,313(5795):1960-1964.

[17]Ohmori H,Luo Y,Kuniyasu H.Non-histone nuclear factor HMGB1 as a therapeutic target in colorectal cancer[J].Expert Opin Ther Targets,2011,15(2):183-193.

[18]Fahmueller YN,Nagel D,Hoffmann RT,etal.Immunogenic cell death biomarkers HMGB1,RAGE,and DNAse indicate response to radioembolization therapy and prognosis in colorectal cancer patients[J].Int J Cancer,2013,132(10):2349-2358.

[19]Riaz A,Kulik L,Lewandowski RJ,etal.Radiologic-pathologic correlation of hepatocellular carcinoma treated with internal radiation using yttrium-90 microspheres[J].Hepatology,2009，49(4):1185-1193.

[20]Luo Y,Chihara Y,Fujimoto K,etal.High mobility group box 1 released from necrotic cells enhances regrowth and metastasis of cancer cells that have survived chemotherapy[J].Eur J Cancer,2013,49(3):741-751.

[21]肖建彪,陳龍華,陳斌.HMGB1 在多種人體惡性腫瘤組織,癌旁組織中的表達及意義[J].山東醫(yī)藥,2013,53(12):1-3.

The Correlation between HMGB1 and Colorectal Cancer and the Carciogenic Mechanism

ZHANGWen-jia,XIAMin. (DepartmentofGastroenterology,WuxiPeople′sHospitalofNanjingMedicalUniversity,Wuxi214023,China)

Abstract：High-motility group box-1(HMGB1) is the focus of recent cancer research. HMGB1 is a non-histone chromosomal protein,which plays a critical role in cancer development,progression,and metastasis by enhancement of tumor angiogenesis,presenting antigen,and autophagy. Higher HMGB1 concentrations are found in the patients with colon cancer. Serum HMGB1 levels are significantly increased along the disease progression.In patients of colon cancer with hepatocellular metastasis,HMGB1 is highly expressed in both the primary and metastasis foci,and the portal blood HMGB1 concentration is higher in Dukes D cases than in Dukes C cases. The expression position of HMGB1 is associated with lymphocyte infiltration,which may affect the 5-year survival rate.Therefore,HMGB1 can be used as an index to assess the progression and prognosis of colorectal cancer.

Key words:Colorectal Cancer; High-motility group box-1; Tumor

收稿日期：2014-06-23修回日期：2014-09-03編輯：樓立理

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.016

中圖分類號：R735.35

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)10-1771-03