高遷移率族蛋白B1在胰腺疾病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

賴珊玲，曾清芳

【提要】 高遷移率族蛋白B1(HMGB1)是一種細(xì)胞內(nèi)普遍存在且具有高電泳遷移率特性的非組蛋白核蛋白。細(xì)胞內(nèi)的HMGB1作為DNA伴侶蛋白，參與DNA的復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄和修復(fù)等，對(duì)維持細(xì)胞生命活動(dòng)至關(guān)重要。HMGB1一旦被釋放到細(xì)胞外便可作為一種損傷相關(guān)分子模式介導(dǎo)炎癥、免疫、腫瘤等反應(yīng)。HMGB1是一種可在細(xì)胞內(nèi)、外發(fā)揮雙重作用的蛋白，近年來(lái)其在急性胰腺炎、胰腺癌的疾病過(guò)程中所發(fā)揮的作用逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。本文就HMGB1其在胰腺疾病中的雙重作用進(jìn)行系統(tǒng)綜述，以為胰腺疾病的機(jī)制研究提供參考。

高遷移率族蛋白B1(high mobility group box1 protein，HMGB1)是存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，由215個(gè)氨基酸組成的一種高度保守的非組蛋白的核蛋白，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳中具有高遷移率而得名[1]。生理情況下，HMGB1主要位于細(xì)胞核中，作為DNA分子伴侶參與DNA的復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)等，對(duì)維持細(xì)胞生命活動(dòng)至關(guān)重要，如HMGB1基因敲除的小鼠因糖皮質(zhì)激素受體下調(diào)、無(wú)法使用肝臟中的糖原而不能存活[2]。然而，當(dāng)HMGB1釋放到細(xì)胞外時(shí)，HMGB1則可作為一種損傷相關(guān)分子模式(danger associated molecular patterns，DAMPs)參與包括膿毒癥、自身免疫性疾病、腫瘤、纖維化等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展[3]。HMGB1這種兼具核內(nèi)功能和細(xì)胞外細(xì)胞因子效應(yīng)的蛋白，在胰腺疾病中的雙重作用表現(xiàn)的尤為突出，本文就HMGB1在急性胰腺炎、胰腺癌中的雙重作用作一綜述。

1 HMGB1蛋白結(jié)構(gòu)及受體

HMGB1是一種高度保守的蛋白，分子量約25 kDa，由兩個(gè)帶正電荷的DNA結(jié)合區(qū)域(Box-A和Box-B)以及一個(gè)帶負(fù)電荷的C端酸性區(qū)域組成[4]。HMGB1有兩個(gè)核定位點(diǎn)，一個(gè)位于A盒中(氨基酸28-44s)，一個(gè)位于B盒后(氨基酸179-185)[5]。生理情況下HMGB1主要通過(guò)核定位點(diǎn)與核載運(yùn)蛋白結(jié)合而錨定在細(xì)胞核內(nèi)，當(dāng)核定位點(diǎn)發(fā)生乙?；?、磷酸化和甲基化等修飾改變，HMGB1與核結(jié)合能力改變，可以穿梭細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)甚至細(xì)胞外[6]。

HMGB1能與RAGE、TLR2、TLR4、TLR9等多種受體相結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞炎癥、免疫、增殖、遷移、自噬、凋亡等。其中HMGB1與RAGE結(jié)合時(shí)，能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞NF-κB核移位以及TNF-α、NO等炎性因子產(chǎn)生；能夠募集中性粒細(xì)胞，促進(jìn)壞死后的無(wú)菌性炎癥反應(yīng)；能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲；還能夠誘導(dǎo)肝星狀細(xì)胞的活化[7]。死亡胰腺癌細(xì)胞釋放的HMGB1與TLR2結(jié)合，能夠促進(jìn)胰腺腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移[8]。重組HMGB1靶向注射小鼠胰腺，能夠通過(guò)TLR4/NF-κB信號(hào)通路介導(dǎo)胰腺損傷[9]。在由雨蛙素及脂多糖造模的急性胰腺炎小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，HMGB1可與TLR9結(jié)合導(dǎo)致急性胰腺炎的同時(shí)也造成腸黏膜屏障受損[10]。此外，HMGB1還可與整聯(lián)蛋白、CD24、N-甲基天冬氨酸受體等多種受體相結(jié)合[1]。

2 HMGB1釋放機(jī)制

2.1 主動(dòng)分泌

在組織損傷和氧化應(yīng)激過(guò)程中，巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和NK細(xì)胞等炎癥細(xì)胞能夠主動(dòng)分泌HMGB1。外源性刺激如內(nèi)毒素、細(xì)菌DNA、溶血磷脂酰膽堿等病原相關(guān)分子模式以及內(nèi)源性刺激如TNF-α、IFN-α、IL-1等DAMPs誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng)，在炎性刺激下，HMGB1發(fā)生乙?；?，乙?；饔脺p弱了HMGB1與DNA的結(jié)合，促使HMGB1從細(xì)胞核中釋放到細(xì)胞質(zhì)，然后由分泌型溶酶體介導(dǎo)的胞吐作用釋放至細(xì)胞外[11]。最近研究表明，IFNs/JAK/STAT1信號(hào)通路激活可以促進(jìn)HMGB1的乙?；秃舜┧骩12]。

2.2 被動(dòng)釋放

細(xì)胞壞死通常由毒性損傷、創(chuàng)傷或嚴(yán)重應(yīng)激等特殊情況引起，是一種細(xì)胞膜完整性遭到破壞、細(xì)胞內(nèi)容物直接釋放的一種細(xì)胞死亡方式。壞死細(xì)胞的部分內(nèi)容物具有類細(xì)胞因子作用，能夠與其他細(xì)胞的模式識(shí)別受體相結(jié)合，進(jìn)而引起相應(yīng)信號(hào)通路的激活，這些由壞死細(xì)胞所釋放的物質(zhì)即是DAMPs。而HMGB1是最具有代表性的DAMPs一種，由壞死細(xì)胞裂解直接釋放的HMGB1是未經(jīng)乙?；?，這也是與主動(dòng)分泌的HMGB1最大不同之處。在凋亡細(xì)胞內(nèi)HMGB1維持較低的乙?；剑膳cdsDNA緊密結(jié)合，限制其向細(xì)胞外的釋放，因此，這種機(jī)制可造成細(xì)胞凋亡后臨近組織無(wú)明顯的炎癥反應(yīng)[11]。

HMGB1既可由免疫細(xì)胞主動(dòng)分泌，也可由受損或死亡的細(xì)胞被動(dòng)釋放。主動(dòng)分泌和被動(dòng)釋放都具有積極的生理意義。如在肝纖維化進(jìn)程中，血清來(lái)源的HMGB1可通過(guò)促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、自噬、RAGE介導(dǎo)的pMEK1/2/pERK1/2/pcJun信號(hào)通路等方式促進(jìn)肝星狀細(xì)胞的激活[3,7,13]。而在膿毒癥中，血漿中HMGB1水平與小鼠的發(fā)生率、死亡率密切相關(guān)，而當(dāng)中和小鼠血漿中HMGB1能明顯提高LPS、腸穿孔等誘導(dǎo)的膿毒癥模型的生存率[14]。

3 HMGB1在急性胰腺炎中的作用

由于HMGB1與炎癥關(guān)系密切，近年來(lái)HMGB1在急性胰腺炎的研究中進(jìn)展較多。急性胰腺炎是由多種病因引起的胰腺的急性炎癥狀態(tài)，臨床上輕癥患者胰腺炎僅出現(xiàn)胰腺水腫，病情較重者可發(fā)生全身炎癥反應(yīng)綜合征以及多器官功能衰竭[15]。

L-精氨酸、蛙皮素、?；悄懰徕c等是誘導(dǎo)動(dòng)物急性胰腺炎模型的常用藥物[16]。Kang R等[17]利用Cre/loxP技術(shù)特異性敲除小鼠胰腺HMGB1，發(fā)現(xiàn)L-精氨酸或蛙皮素誘導(dǎo)HMGB1-/-小鼠較對(duì)照組急性胰腺炎發(fā)病快、血清淀粉酶和乳酸脫氫酶升高、胰腺組織炎癥明顯以及死亡率增高，表明小鼠胰腺細(xì)胞內(nèi)HMGB1缺失可導(dǎo)致急性胰腺炎的程度更加嚴(yán)重。這是因?yàn)镠MGB1作為DNA的伴侶蛋白，在維持染色體結(jié)構(gòu)、功能等方面發(fā)揮著重要作用，HMGB1的敲除使DNA的修復(fù)功能受損，核小體組蛋白H3、H4等DAMPs大量釋放到細(xì)胞外，進(jìn)而觸發(fā)嚴(yán)重的自身免疫反應(yīng)，而這些免疫反應(yīng)進(jìn)一步加了重胰腺損傷[17]。因而，細(xì)胞內(nèi)的HMGB1通過(guò)抑制核小體的釋放進(jìn)而限制急性胰腺炎的進(jìn)展。

與細(xì)胞內(nèi)HMGB1在急性胰腺炎中的作用不同，細(xì)胞外的HMGB1發(fā)揮相反的作用。目前已有大量研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外HMGB1是導(dǎo)致急性胰腺炎發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。如臨床研究發(fā)現(xiàn)，急性胰腺炎患者血清HMGB1水平升高，且與疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[18]；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，L-精氨酸或?；悄懰徕c誘導(dǎo)的重癥急性胰腺炎模型血清中HMGB1水平較對(duì)照組明顯升高[9]，而腹腔注射HMGB1中和抗體則能明顯改善蛙皮素所致小鼠急性胰腺炎程度[19]，利用重組HMGB1胰腺靶向注射則能誘導(dǎo)小鼠急性胰腺炎癥[9]；細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，胰蛋白酶原激活肽能夠誘導(dǎo)胰腺腺泡細(xì)胞表達(dá)和釋放HMGB1[20]。而肝再生增強(qiáng)劑、吡咯烷二硫氨基甲酸酯、丙酮酸乙酯等通過(guò)抑制HMGB1的表達(dá)或釋放改善蛙皮素腹腔注射或?；悄懰徕c胰管逆行注射所致急性胰腺炎，此外，通過(guò)抑制TLR4、RAGE等HMGB1受體亦可減輕胰腺炎癥反應(yīng)[21]。可見(jiàn)，細(xì)胞外的HMGB1作為一種炎性介質(zhì)，促進(jìn)了急性胰腺炎的發(fā)生發(fā)展。因此，基于這些研究進(jìn)展，有理由詳細(xì) HMGB1可能成為急性胰腺炎病情監(jiān)測(cè)的標(biāo)志物和炎癥控制的干預(yù)靶點(diǎn)。

4 HMGB1在胰腺癌中的作用

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)HMGB1可參與到肝癌、肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、宮頸癌等多種腫瘤基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[11]。HMGB1的過(guò)表達(dá)與腫瘤的多個(gè)特性相關(guān)，參與到與細(xì)胞無(wú)限增殖、血管生成、組織侵襲、遷移等多種生物學(xué)特征中。如Xiao等通過(guò)對(duì)208例肝細(xì)胞肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)臨床樣品分析，HMGB1基因在134例(64.4%)HCC患者中高表達(dá)，且HMGB1高表達(dá)與患者預(yù)后不良相關(guān)[22]。當(dāng)使用siRNA干擾HMGB1的表達(dá)后，HCC的增殖、遷移、侵襲能力明顯減弱，而HMGB1過(guò)表達(dá)明顯增強(qiáng)HCC的增殖、遷移和侵襲能力。Chen R等[23]研究發(fā)現(xiàn)利用Cre/loxP技術(shù)敲除小鼠肝細(xì)胞中HMGB1能夠阻斷二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的HCC，進(jìn)一步證明了HMGB1在HCC發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵作用。在肺癌組織中，HMGB1促進(jìn)肺癌細(xì)胞侵襲、增強(qiáng)MMP2酶活性，HMGB1高表達(dá)與不良預(yù)后密切相關(guān)。類似的研究還有，HMGB1高表達(dá)增加了乳腺癌、結(jié)直腸癌、子宮頸癌等腫瘤的不良預(yù)后[24]。

胰腺癌是消化系統(tǒng)中的一種高度惡性腫瘤，病因及發(fā)病機(jī)制尚不明確。胰腺癌起病隱匿，早期診斷困難，發(fā)現(xiàn)時(shí)大多已進(jìn)入晚期，且缺少有效的治療方式，因而預(yù)后差，5年生存率<5%。在胰腺癌中，胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)占所有胰腺惡性腫瘤的90%以上，而原癌基因K-ras在驅(qū)動(dòng)PDAC發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起著重要作用[25]。與HMGB1在HCC等其他腫瘤中的作用恰恰相反，胰腺細(xì)胞內(nèi)HMGB1通過(guò)抑制染色體不穩(wěn)定性介導(dǎo)的核小體釋放，顯著抑制K-ras驅(qū)動(dòng)的胰腺腫瘤發(fā)生。在胰腺中條件性敲除HMGB1基因，導(dǎo)致小鼠對(duì)K-ras驅(qū)動(dòng)的癌前病變極為敏感。這因?yàn)镠MGB1在胰腺中的丟失與DNA氧化損傷和染色體不穩(wěn)定相關(guān)，染色體重排和端粒異常導(dǎo)致核小體的釋放，細(xì)胞外核小體通過(guò)促進(jìn)浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞/中性粒細(xì)胞分泌IL-6，顯著增強(qiáng)胰腺病變中致癌信號(hào)K-ras的激活。也有研究發(fā)現(xiàn)，甘草酸可通過(guò)抑制HMGB1而抑制K-ras誘導(dǎo)的小鼠胰腺腫瘤的發(fā)生[26]?？梢?jiàn)，細(xì)胞內(nèi)的HMGB1是胰腺腫瘤的抑制因子，對(duì)PDAC的預(yù)后和治療有重要意義。

然而細(xì)胞外的HMGB1在胰腺癌中卻發(fā)揮著相反的作用。由于HMGB1及其復(fù)合物能夠與TLR2、TLR4、TLR9、RAGE、CD24等多種受體相結(jié)合，引起相應(yīng)信號(hào)通路變化[1]。其中HMGB1與TLR4受體結(jié)合激活MyD88分子，引起下游IKK的激活，進(jìn)而導(dǎo)致IKB的降解和NF-κB的釋放，釋放的NF-κB通過(guò)入核促進(jìn)IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α等多種炎性因子基因的表達(dá)，促進(jìn)炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答，而這些炎性因子均與胰腺腫瘤發(fā)生密切相關(guān)[27]。同時(shí)，IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α等炎性因子能進(jìn)一步激活巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞釋放HMGB1，形成惡性循環(huán)[27]。也有研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1與RAGE受體相結(jié)合后，通過(guò)增強(qiáng)胰腺腫瘤細(xì)胞線粒體的功能介導(dǎo)ATP產(chǎn)生，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移和增殖。HMGB1與細(xì)胞損傷后釋放到細(xì)胞外的DNA形成的復(fù)合體與TLR9結(jié)合，也是促進(jìn)胰腺腫瘤發(fā)生的一個(gè)機(jī)制[28]。此外，在血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和新生血管形成方面HMGB1均已證實(shí)了其促進(jìn)作用,更為重要的是，已經(jīng)有臨床研究證實(shí)了胰腺癌患者血清中高HMGB1與不良預(yù)后密切相關(guān)[24]。可見(jiàn)，HMGB1在胰腺癌的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮著重要作用，抑制HMGB1表達(dá)可能對(duì)胰腺癌的預(yù)防具有一定價(jià)值，也可能成為疾病治療中的重要靶點(diǎn)。在治療研究方面，抑制細(xì)胞外的HMGB1可增加胰腺癌PANC1細(xì)胞對(duì)吉西他濱的化療敏感性[29]。而直接針對(duì)HMGB1的藥物開(kāi)發(fā)也有希望取得進(jìn)一步突破。

5 總結(jié)及展望

HMGB1是一種多功能蛋白，在細(xì)胞內(nèi)、外發(fā)揮著不同的作用。此外，HMGB1相關(guān)受體亦在其中扮演著重要角色。因此，針對(duì)HMGB1在急性胰腺炎、胰腺癌疾病中的發(fā)生機(jī)制研究，未來(lái)可以從以下四個(gè)方面開(kāi)發(fā)相關(guān)靶向治療藥物：一是抑制HMGB1的分泌和釋放；二是改變其氧化還原狀態(tài)；三是中和細(xì)胞外的 HMGB1；四是抑制其相關(guān)受體。需要注意的是，HMGB1僅僅是眾多DAMPs中的一種，HMGB1大量分泌或釋放的同時(shí)往往伴隨著其他DAMPs的分泌或釋放，而胰腺受累的同時(shí)通常也伴隨著其他器官的受累。因此，在關(guān)注HMGB1的同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意到其他DAMPs的作用，關(guān)注損傷胰腺的同時(shí)也應(yīng)關(guān)注其他受累器官。

總之，針對(duì)HMGB1的研究為我們提供了一個(gè)研究無(wú)菌性炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì)，今后仍需要更多的基礎(chǔ)和臨床研究進(jìn)一步闡明HMGB1的在胰腺疾病中的致病機(jī)制以及相關(guān)藥物的開(kāi)發(fā)研究。