HMGB1與細(xì)胞自噬、凋亡關(guān)系的研究進(jìn)展

梁運軒，覃月秋

（右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，廣西 百色）

0 引言

HMGB1作為晚期炎性介質(zhì)及損傷相關(guān)模式分子，能促進(jìn)釋放早期炎癥因子，不斷觸發(fā)和維持下游炎癥反應(yīng)，其主要受體有糖基化終產(chǎn)物受體（Receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）、Toll樣受體（Toll-like receptors，TLR），最終激活核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF-κB ）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而上調(diào)各種炎癥因子，而炎癥所致細(xì)胞損傷或壞死情況下，細(xì)胞自噬和凋亡因子水平改變，是近年來研究熱點。而HMGB1、細(xì)胞自噬及凋亡均與炎癥損傷息息相關(guān)，下文就HMGB1與淋巴細(xì)胞自噬、凋亡關(guān)系作簡要介紹。

1 HMGB1、細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡概述

1.1 HMGB1

高遷移率族蛋白超家族，包含HMGB1、HMGB2和HMGB3三大成員，是細(xì)胞核內(nèi)高度保守的非組蛋白，HMGB1是含量最多，也是該家族中目前研究最為深入的一個，目前認(rèn)為與細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡關(guān)系密切。HMGB1廣泛分布于哺乳動物的細(xì)胞內(nèi)，是由215個氨基酸殘基組成的一條單鏈多肽，有不同的結(jié)構(gòu)域三個，A盒和B盒是DNA結(jié)合區(qū)，是擁有大于80%同源性的80個氨基酸組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)域，二者之間通過24個氨基酸相接，負(fù)性C末端尾巴長度有30個氨基酸。B盒是HMGB1細(xì)胞因子活性結(jié)構(gòu)域，前20個氨基酸組成負(fù)責(zé)誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-6和TNF-α等細(xì)胞因子，是功能高度保守的結(jié)構(gòu)域，起引起炎性反應(yīng)作用，而A盒與之功能相反，具有拮抗HMGB1促炎反應(yīng)作用[1-5]。負(fù)性C末端則與RAGE、TLR結(jié)合發(fā)揮效應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)HMGB1是DNA結(jié)合結(jié)合蛋白，廣泛存在于真核生物體內(nèi)，與線性DNA結(jié)合保持其螺旋結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)基因調(diào)控及轉(zhuǎn)錄起重要作用[6]；此外，胞內(nèi)HMGB1還通過開放染色質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)來影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和組蛋白相互作用，起到穩(wěn)定核小體、促進(jìn)DNA折疊、復(fù)制、修復(fù)及增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄等作用。HMGB1來源于細(xì)胞主動分泌及被動釋放兩種方式，通常由壞死的細(xì)胞被動釋放，而非凋亡細(xì)胞，也可以由受到刺激的炎細(xì)胞（巨噬細(xì)胞或單核細(xì)胞）、中性粒細(xì)胞、組織細(xì)胞等經(jīng)分子乙?；瘜MGB1由核轉(zhuǎn)移到溶酶體，再經(jīng)過腺苷三磷酸途徑或溶血磷脂酰膽堿途徑主動分泌到細(xì)胞外，均會導(dǎo)致炎癥發(fā)生[7,8]。HMGB1在胞外可作為炎癥介質(zhì)，與免疫應(yīng)答的監(jiān)管、神經(jīng)內(nèi)分泌、無菌性血管炎癥反應(yīng)等過程密切相關(guān)[9]。

1.2 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡又稱為I型程序性細(xì)胞死亡，是細(xì)胞在一定生理或者病理條件下，通過一系列基因的激活、表達(dá)和調(diào)控，出現(xiàn)的生理性、主動性的死亡過程，對生命進(jìn)程及機(jī)體穩(wěn)態(tài)的維持有重要作用。細(xì)胞主動死亡后，由染色體或染色質(zhì)固縮破裂后形成DNA碎片等細(xì)胞廢物形成凋亡小體，并由吞噬細(xì)胞迅速吞噬清除凋亡小體，可避免細(xì)胞內(nèi)容物向周圍擴(kuò)散形成炎癥，因此凋亡并無細(xì)胞內(nèi)容物外滲及炎癥反應(yīng)[10]。當(dāng)存在缺氧、細(xì)胞內(nèi)鈣濃度超載等刺激時，細(xì)胞釋放凋亡信號，主要通過死亡受體介導(dǎo)的途徑、線粒體途徑、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑以及非caspase依賴性途徑被觸發(fā)[11,12]，進(jìn)而啟動細(xì)胞凋亡過程。（1）死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡：腫瘤壞死因子(TNF-α)受體超家族分布于死亡受體的細(xì)胞表面受體，與同源配體結(jié)合后啟動凋亡，通過緊密結(jié)合的同源配體(TNF-α、T R AIL、Fas配體FasL/CD95L)來介導(dǎo)凋亡機(jī)制[13]。（2）線粒體損傷介導(dǎo)的凋亡：線粒體可往胞漿中分泌促凋亡因子的方式調(diào)節(jié)凋亡過程，如凋亡誘導(dǎo)因子、細(xì)胞色素C和Diablo-SMAC等。隨后細(xì)胞色素C與凋亡蛋白激活因子1結(jié)合，再募集 Caspase9前體形成凋亡復(fù)合體，活化的Caspase9從凋亡小體上釋放出來，最后啟動Caspase( Caspase3和Caspase 7)效應(yīng)[14]。（3）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑介導(dǎo)的凋亡：當(dāng)有鈣離子穩(wěn)態(tài)失衡、外在刺激等損害了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的生理功能，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)大量蓄積異常蛋白，從而導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）[15]。葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白-78(GRP78)是ERS反應(yīng)中維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)標(biāo)志分子，以無活性的酶原形式與蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)、肌醇需要酶1(IRE-1)、轉(zhuǎn)錄激活因子 6 (ATF6)穩(wěn)定結(jié)合；當(dāng)ERS反應(yīng)時GRP78與感應(yīng)蛋白解離，通過激活未折疊蛋白反應(yīng)或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，減少新生蛋白的合成、促進(jìn)未折疊蛋白折疊及增加未折疊蛋白的降解減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力，如反應(yīng)過強(qiáng)或持續(xù)存在，往往可導(dǎo)致凋亡的發(fā)生[16-18]。

1.3 細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬又稱Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，是細(xì)胞在應(yīng)激條件、運動刺激或營養(yǎng)缺乏時相對保守的防御調(diào)控機(jī)制，一方面參與抗原呈遞以及炎癥免疫反應(yīng)，另一方面可清除胞質(zhì)內(nèi)受損的細(xì)胞器、錯誤折疊的蛋白質(zhì)、脂類、回收代謝物質(zhì)，有效降低活性氧 (reactive oxygen species，ROS)的傷害、修復(fù)DNA損傷的一種自救和調(diào)控方式，以自噬小體 (autophagosome)的方式消化分裂體，產(chǎn)生的氨基酸和葡萄糖等可被細(xì)胞再利用[19-22]。其自噬反應(yīng)開始，其微管相關(guān)蛋白質(zhì)1輕鏈3(，LC3-Ⅰ)轉(zhuǎn)化成微管相關(guān)蛋白質(zhì)2輕鏈3(LC3-Ⅱ)，所以目前LC3普遍認(rèn)為是細(xì)胞自噬起始的重要標(biāo)志物[23,24]。根據(jù)底物特異性、膜來源和向溶酶體傳送的方式不同，可分為分子伴侶介導(dǎo)的自噬、微觀自噬以及宏觀自噬3種類型[25,26]。其中以宏觀自噬為代表，通過膜內(nèi)陷等方式形成自噬小體，與溶酶體融合形成自噬-溶酶體，最后降解，這是體內(nèi)常見的自噬溶酶體途徑[27,28]。目前細(xì)胞自噬的形成和調(diào)控主要是通過mTOR、Beclin-1、P53這三條多步驟途徑來實現(xiàn)的。（1）mTOR信號通路：營養(yǎng)缺乏等條件時，促使酪氨酸激酶受體激活，逐級激活PI3K/Akt，最終mTOR激活抑制自噬，也可以通過激活LKB1/AMPK，抑制mTOR活性，誘導(dǎo)自噬發(fā)生[29]；（2）Beclin-1信號通路介導(dǎo)自噬：Beclin-1是重要抑癌基因，與ClassⅢ PI3K結(jié)合后形成Beclin 1-ClassⅢ PI3K-Vps15 復(fù)合體，能上調(diào)細(xì)胞自噬水平[30]；（3）P53信號通路：在細(xì)胞核內(nèi)，通過激活A(yù)MPK- mTOR信號通路，抑制mTORC1，激發(fā)細(xì)胞自噬，也能通過激活DAPK1，促使Beclin-1磷酸化而促進(jìn)細(xì)胞自噬，還能通過激活抗凋亡蛋白BCL-2家族，解除Beclin-1的抑制狀態(tài)，從而上調(diào)細(xì)胞自噬水平，但細(xì)胞質(zhì)p53可抑制自噬[31-33]。

2 HMGB1、細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡相互關(guān)系

2.1 細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡

凋亡與自噬均是程序性細(xì)胞死亡，自噬通過降解FAP-1來調(diào)節(jié)凋亡，核內(nèi)p53可誘導(dǎo)自噬，間接因基因毒性壓力往凋亡性死亡發(fā)展，也可直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，但細(xì)胞質(zhì)p53可抑制自噬并促進(jìn)凋亡[33,34]。凋亡首先形成凋亡小體，然后通過吞噬來清除和降解死亡的細(xì)胞，自噬通過自噬囊泡(自噬體和自噬溶酶體)累及并降解包裹物質(zhì)。凋亡和自噬可通過溶酶體來源區(qū)分，凋亡過程需借用吞噬細(xì)胞的溶酶體，而自噬則使用來源于死亡細(xì)胞的內(nèi)源性溶酶體。但細(xì)胞自噬是否是繼發(fā)于細(xì)胞凋亡效應(yīng)或?qū)儆谥苯映绦蛐约?xì)胞死亡目前尚未清楚。死亡相關(guān)蛋白激酶家族(DAPK)是控制程序性細(xì)胞死亡的關(guān)鍵酶，其與DAPK相關(guān)蛋白激酶1(DRP-1)處于激酶活性時可促進(jìn)細(xì)胞死亡[35]。DAPK1能激活細(xì)胞凋亡，也可影響細(xì)胞自噬性程序性細(xì)胞死亡[36]。有研究表明適度自噬能令靶細(xì)胞對外界應(yīng)激做出反應(yīng)，減少損傷，使其存活，同時清除受損的細(xì)胞器，利于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[37]；也有研究表明，過度強(qiáng)化的自噬可促使細(xì)胞凋亡，造成細(xì)胞損傷[38]。使用紫杉醇處理卵巢漿液癌細(xì)胞時，適當(dāng)上調(diào)Golph3水平可促進(jìn)能細(xì)胞自噬，抑制細(xì)胞凋亡；下調(diào)Golph3水平抑制細(xì)胞自噬，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[39]。過強(qiáng)度上調(diào)自噬水平后能增加細(xì)胞凋亡，而下調(diào)抑制細(xì)胞自噬后則可逆轉(zhuǎn)細(xì)胞凋亡[40]。

2.2 HMGB1與細(xì)胞自噬、凋亡

HMGB1及細(xì)胞自噬、凋亡均與炎癥反應(yīng)有關(guān)，HMGB1是晚期炎癥的標(biāo)志物，可促進(jìn)早期炎癥因子持續(xù)釋放并維持炎癥持續(xù)存在，導(dǎo)致細(xì)胞損傷或壞死而改變自噬及凋亡水平。目前認(rèn)為RAGE為 HMGB1的主要受體，具有高親和力，此外Toll樣受體2(TLR2)及Toll樣受體4(TLR4)亦參與了HMGB1的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，均能使NF-κB活化釋放炎癥因子。另有負(fù)性調(diào)控受體CD24、唾液酸結(jié)合性免疫球蛋白樣凝集素與HMGB1偶聯(lián)可以阻斷NF-κB的活化，從而抑制由HMGB1-TLR4介導(dǎo)的炎性因子釋放。有關(guān)鼠局灶性腦缺血再灌注損傷研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1抑制劑有效抑制HMGB1釋放后可減輕炎癥、氧化應(yīng)激及減輕凋亡[41]。呂聰?shù)葘嶒灠l(fā)現(xiàn)節(jié)氧糖剝后星型膠質(zhì)細(xì)胞HMGB1釋放后可通過NF-κB通路引起細(xì)胞的凋亡，當(dāng)抑制HMGB1釋放可減輕細(xì)胞凋亡[42]。在高糖誘導(dǎo)下的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞實驗中，通過上調(diào)HMGB1，抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路，能促進(jìn)自噬發(fā)生[43]。實驗發(fā)現(xiàn)，沙眼衣原體質(zhì)粒蛋白pORF5通過上調(diào)HMGB1誘導(dǎo)線粒體自噬并抑制細(xì)胞凋亡[44]。

3 結(jié)語

目前炎癥治療仍是臨床難題，特別是重癥胰腺炎、膿毒癥等存在炎癥介質(zhì)失控導(dǎo)致病情進(jìn)展時，HMGB1作為晚期炎癥因子，可促進(jìn)早期炎癥因子級聯(lián)式釋放并維持炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞自噬及凋亡水平改變進(jìn)一步加重?fù)p傷或?qū)е聣乃?，病情進(jìn)一步加重，如能阻斷炎癥反應(yīng)或使用HMGB1拮抗劑阻斷炎癥從而改變細(xì)胞自噬、凋亡水平，將有可能改善預(yù)后及提高生存率。HMGB1促炎反應(yīng)具體機(jī)制及對細(xì)胞自噬、凋亡調(diào)控的具體途徑尚需進(jìn)一步研究。