HMGB1與惡性腫瘤之間的相關(guān)性研究進展

劉 嘉 綜述，吳小松 審校

(重慶市急救醫(yī)療中心耳鼻咽喉科 400014)

惡性腫瘤是人們談之色變的一種惡性疾病，每年因其死亡的人數(shù)也在逐漸增加，聯(lián)合國癌癥研究機構(gòu)指出到2030年因癌癥死亡的人數(shù)將達到1 300萬左右[1]，腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個多因子參與，復雜的多步驟過程，受到多種因素影響，但其死亡的主要原因是惡性腫瘤的復發(fā)和轉(zhuǎn)移造成臨近器官組織和全身各系統(tǒng)的變化。因此，如果能夠阻止腫瘤的復發(fā)和轉(zhuǎn)移過程將會給全人類帶來不可估量的價值，近些年的研究表明高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein， HMGB1)參與了多種惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過程，本文就近些年國內(nèi)外對于HMGB1與惡性腫瘤之前的研究進展作一綜述。

1 HMGB1的結(jié)構(gòu)

HMGB1于1973年首次在牛胸腺細胞中發(fā)現(xiàn)，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)中遷移速度快而得名。高遷移率族(HMG)蛋白包括3個家族，HMGA、HMGB、HMGN[2-3]，而HMGB家族又包括HMGB1、HMGB2、HMGB3，HMGB1屬于其中含量最豐富的一種蛋白，它由215個氨基酸構(gòu)成，相對分子質(zhì)量在30 000左右，此序列高度保守，定位于染色體13q12上，包含5個外顯子和4個內(nèi)含子。HMGB1由3個結(jié)構(gòu)域組成(A-box、B-box、C端)，N端主要是賴氨酸殘基，包含A-box和B-box，B-box與炎性反應有關(guān)，是導致炎性反應的主要結(jié)構(gòu)域，而A-box能夠競爭性的抑制B-box的作用[4]。C端主要含有谷氨酸和天冬氨酸，其作用在于調(diào)節(jié)HMGB1和DNA之間的結(jié)合。

2 HMGB1的功能特點及分泌形式

HMGB1分布廣泛，在肝、心、脾、肺、腎及淋巴組織都有發(fā)現(xiàn)，除肝、腦組織主要存在于細胞外,在大多數(shù)組織HMGB1存在于細胞核內(nèi)[5]。細胞核內(nèi)的HMGB1主要功能是與DNA結(jié)合后，參與基因的重組、復制、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等生命活動，并穩(wěn)定核小體，所以有部分學者也把它叫做“DNA伴侶”。細胞外的HMGB1具有多種生物學效應，主要的作用是參與炎性反應。近年來的許多研究表明HMGB1還參與了如休克、創(chuàng)傷、免疫性疾病、惡性腫瘤等疾病的發(fā)病過程[6]。

細胞外的HMGB1主要由兩種形式分泌產(chǎn)生，一種是主動分泌，一種是被動釋放。主動分泌HMGB1的一些細胞包括單核細胞、巨噬細胞等在受到諸如內(nèi)毒素、腫瘤壞死因子及應激反應等的一些刺激作用下分泌其到細胞外[7]，還有如樹突狀細胞、NK細胞也能主動分泌HMGB1。而HMGB1的被動釋放主要是細胞死亡或者在受到損傷后，但是在凋亡細胞中卻存在爭議，早期的研究顯示在凋亡過程中HMGB1不能被乙?；?，因此阻止了其釋放到細胞外，然而也有研究表明在一些凋亡細胞中HMGB1也可以釋放到細胞外[8]。

3 HMGB1的信號通路

HMGB1能夠與許多細胞表面分子結(jié)合發(fā)揮其生物學效應。在與HMGB1結(jié)合的受體中最主要的兩種是晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end-products,RAGE)和Toll樣受體(toll-like family of receptors，TLRs)。

RAGE是一種免疫球蛋白，是已經(jīng)證明了的目前已知的HMGB1惟一高親和力受體，存在于多種細胞組織中[9]。HMGB1和RAGE結(jié)合后主要是通過兩條途徑來完成其生物學效應，一條途徑是通過激活細胞分裂周期蛋白42(cell division cycle protein 42，Cdc42)和家族鳥苷三磷酸酶(Rho family of small GTPases,Rho GTPases)進而調(diào)節(jié)細胞骨架重建、細胞遷移和神經(jīng)軸突生長等[10]；另一條途徑是通過激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)進而激活p38、p42、p44、C-Jun氨基末端激酶(JNK)及核因子κB(NF-κB)等，導致炎性反應[11-12]。

Toll樣受體是一Ⅰ型跨膜蛋白，主要表達在免疫細胞，在一些上皮細胞和成纖維細胞也有表達。其中與HMGB1關(guān)系最為密切的是TLR2和TLR4，TLR2和TLR4可以與HMGB1結(jié)合后激活NF-κB進而引起炎性反應[13-14]。

4 HMGB1和腫瘤

腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子過程至今仍未完全闡明，通過已有的研究顯示，癌基因的激活和抑癌基因的失活、細胞外基質(zhì)遭到破壞降解、腫瘤細胞浸潤轉(zhuǎn)移、新生血管形成等這些都和腫瘤發(fā)展的過程相關(guān)聯(lián)。腫瘤的發(fā)生發(fā)展與HMGB1有著千絲萬縷的聯(lián)系。

在正常生命體中，細胞的個數(shù)是保持相對穩(wěn)定的，有增殖的細胞，也存在著凋亡的細胞，而在腫瘤細胞中這樣的平衡就會被打破。VOLP等[15]通過實驗觀察到HMGB1能夠通過抑制凋亡蛋白C-IAP2的增加，從而抑制了半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspases)，而caspases又是促凋亡發(fā)生的酶類，因此導致的細胞的凋亡受抑制。

腫瘤細胞的生長復制過程中需要大量的營養(yǎng)，因此需要構(gòu)建自己的血管系統(tǒng)，在此過程中多種細胞因子誘導新生血管形成，其中VEGF就是最為重要的一種，研究顯示HMGB1能夠使VEGF的表達上調(diào)，而且可以使得細胞產(chǎn)生更多的細胞因子誘導新生血管形成[16]。

在腫瘤的浸潤轉(zhuǎn)移中HMGB1也起著重要的作用。研究顯示，HMGB1與RAGE結(jié)合后，激活MAPK等信號通路，從而激活金屬蛋白酶類，導致細胞外基質(zhì)的降解，因此可以促進腫瘤的浸潤轉(zhuǎn)移，如果阻斷HMGB1與RAGE的相互結(jié)合就可以抑制這些信號通路的作用，從而抑制了腫瘤細胞的浸潤和轉(zhuǎn)移[16]。

目前的研究證明，在大多數(shù)腫瘤的臨床研究中都發(fā)現(xiàn)了HMGB1存在著過度表達。肖建彪等[17]通過免疫組織化學染色檢測了48例癌組織和48例癌旁組織，結(jié)果 HMGB1在惡性腫瘤組織中陽性率為89.6%、癌旁組織陽性率為77.1%、癌組織強陽性率為54.1%、癌旁組織強陽性率為6.5%,得出結(jié)論HMGB1在多種惡性腫瘤組織中呈強陽性表達,其可能是鑒別正常組織與癌組織潛在的生物學標志物。

4.1HMGB1和呼吸系統(tǒng)腫瘤 徐圣葆等[18]采用免疫組織化學染色檢測了肺癌組織中HMGB1和血管內(nèi)皮生長因子C(VEGF-C)的表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非小細胞肺癌組織HMGB1和VEGF-C陽性率明顯高于癌旁組織，HMGB1在肺鱗癌組織中陽性表達率要明顯低于腺癌組織，而其癌旁組織陽性表達率卻高于肺腺癌癌旁組織，有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的非小細胞肺癌組織中HMGB1和VEGF-C陽性率明顯高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的組織，且VEGF-C的表達和HMGB1表達呈現(xiàn)正相關(guān)，認為HMGB1和VEGF-C的表達與肺癌組織病理類型和淋巴轉(zhuǎn)移相關(guān)，可作為肺癌轉(zhuǎn)移、治療和預后判斷的指標。郝靜靜等[19]研究了65例肺癌組織及其癌旁組織中HMGB1和MMP-9的表達，結(jié)果顯示二者在肺癌組織中的表達率要高于癌旁組織，但是與徐圣葆等研究中不同的是他們的研究顯示HMGB1在肺鱗癌組織中的陽性表達率要高于腺癌組織，且其癌旁組織的陽性表達率也要高于肺腺癌的癌旁組織。以上研究表明HMGB1與肺癌密切相關(guān)，但是也存在爭議，其具體機制有待進一步考證。

4.2HMGB1與消化系統(tǒng)腫瘤 HMGB1在胃癌組織中的水平與巨噬細胞的浸潤程度相關(guān)，能夠調(diào)節(jié)腫瘤組織中的微環(huán)境[20]。宋舟等[21]研究結(jié)果顯示HMGB1在大腸癌中呈強陽性，在癌旁組織中僅有微弱表達，正常大腸組織中無表達，HMGB1陽性率與癌分化程度無關(guān)，與腫瘤的大小、浸潤、淋巴及血道轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。HMGB1在肝癌組織中表達明顯增高，與腫瘤大小、門靜脈侵犯相關(guān)，肝癌組織中異常表達增高的HMGB1、VEGF與肝癌微血管生成過程相關(guān)，HMGB1可能成為阻斷肝癌血管生成的有效靶點[22]。

4.3HMGB1與泌尿生殖系統(tǒng) WANG等[23]通過免疫組織化學染色和PCR法對膀胱癌組織進行檢測，發(fā)現(xiàn)HMGB1在膀胱癌組織過度表達，認為HMGB1是膀胱癌進展的關(guān)鍵因素之一，并可能作為潛在的診斷和治療靶點。鄭紅芳等[24]采用免疫組織化學染色、PCR檢測67例腎透明細胞癌患者癌組織、癌旁組織中HMGB1、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP9)的表達，結(jié)果腎癌組織中HMGB1、MMP9表達高于癌旁腎組織，腎癌腫瘤TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移度、腫瘤直徑與HMGB1、MMP9表達相關(guān),而不同性別、年齡間HMGB1、MMP9的表達差異無統(tǒng)計學意義，HMGB1、MMP9低表達腎癌患者的生存期要高于中、高表達患者,HMGB1、MMP9的表達水平與預后呈負相關(guān)，HMGB1、MMP9、腫瘤TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移度是影響腎癌患者預后的獨立危險因素，得出結(jié)論HMGB1、MMP9可能在腎癌的浸潤、轉(zhuǎn)移機制中起著非常重要的作用,聯(lián)合檢測腎癌組織中HMGB1和MMP9的表達水平可能有助于評估腎癌的生物學特征和患者預后。

4.4HMGB1與乳腺癌 HMGB1在乳腺癌細胞中呈現(xiàn)高表達，其過度表達與腫瘤的分期和轉(zhuǎn)移相關(guān)，HMGB1能夠增加乳腺癌細胞對放射線的敏感性[25]。

4.5HMGB1與喉癌 在喉癌中有HMGB1過度表達的報道，LIU等[26]檢測HMGB1、VEGF在喉鱗狀細胞癌(LSCC)組織中的表達，發(fā)現(xiàn)LSCC組織中HMGB1與VEGF蛋白的表達與臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及預后密切相關(guān)，該兩基因在LSCC組織中表達上調(diào),提示該兩基因可能在喉癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

5 展 望

目前HMGB1作為腫瘤相關(guān)因子在多種腫瘤細胞中被發(fā)現(xiàn)和證實，且和腫瘤的分期和轉(zhuǎn)移相關(guān)，說明其參與了腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移過程，試驗表明如果阻止其表達能夠達到抑制腫瘤細胞的生長和侵襲作用，HMGB1在腫瘤相關(guān)研究中正逐漸引起學者們的重視。但是對HMGB1的分子機制的研究尚處于初步階段，某些環(huán)節(jié)還不是特別清楚，因此，還需要大量的動物模型和臨床試驗來進一步研究其具體機制。隨著對HMGB1的不斷認識和完善，相信其在抗腫瘤治療中能夠發(fā)揮重要的作用，為人類對腫瘤的診斷、治療和預后帶來新的福音。