高遷移率族蛋白B1在多發(fā)性硬化中的作用機制研究進(jìn)展

封佑琪，陳 珊，汪鴻浩，頓玲露，周哲屹

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧 530200；2.柳州市中醫(yī)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣西 柳州 545002；3.南方醫(yī)科大學(xué)附屬南方醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東 廣州 510515)

多發(fā)性硬化(Multiple sclerosis,MS)是一種自身免疫介導(dǎo)的慢性炎癥性疾病。以髓鞘脫失、神經(jīng)元和軸突變性、膠質(zhì)細(xì)胞增生以及免疫細(xì)胞浸潤為病理特征。MS患者數(shù)量已呈逐年增長的趨勢，在廣泛的相關(guān)研究中，已有一些研究集中在高遷移率族蛋白B1(High mobility group protein B1,HMGB1)與MS發(fā)病機制的關(guān)系，但其潛在的發(fā)病機制至今尚未完全明確。目前認(rèn)為其發(fā)生和發(fā)展階段都是針對于髓鞘抗原的自身免疫反應(yīng)，此外，遺傳易感性和環(huán)境誘因被認(rèn)為是該疾病的始發(fā)因素[1]。在疾病的初期，免疫細(xì)胞浸潤中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，浸潤的免疫細(xì)胞導(dǎo)致脫髓鞘、少膠質(zhì)細(xì)胞釋放、星形膠質(zhì)細(xì)胞增多以及神經(jīng)元和軸突變性[2]。有報告表明，MS的發(fā)病可能與HMGB1密切相關(guān)，這有望為治療MS提供一個新靶點。本研究旨在闡明HMGB1對MS的作用及相關(guān)機制，以期對MS在未來診療研究中提供新的目標(biāo)分子，為改善疾病提供一個誘人的臨床機會并在實驗研究中提供新的依據(jù)和策略。

1 HMGB1的結(jié)構(gòu)

高遷移率族(High mobility group,HMG)蛋白根據(jù)其特質(zhì)和特性分成了三大類家族，即高遷移率族蛋白A(HMGA),高遷移率族蛋白B(HMGB)和高遷移率族蛋白C(HMGC)。其中HMGB家族存在著4名成員，HMGB1屬于HMGB家族中的一員。它表達(dá)著214個氨基酸，由DNA結(jié)合區(qū)A box和B box和高度保守的帶負(fù)電荷的C末端尾部組成，包含30個連續(xù)的谷氨酸和天冬氨酸，HMGB1是核內(nèi)廣泛存在的蛋白，也是目前為止含量最豐富的HMG類蛋白[3-4]。HMGB1的細(xì)胞因子刺激活性取決于半胱氨酸的氧化狀態(tài)，半胱氨酸位于HMGB1的B box DNA結(jié)合域，B box重現(xiàn)了全長HMGB1的細(xì)胞外細(xì)胞因子活性，并能有效地促進(jìn)炎癥因子釋放，因此該區(qū)域?qū)Υ碳ぜ?xì)胞因子釋放和炎癥至關(guān)重要[5]。通常情況下，HMGB1與DNA的小凹槽結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和重組，參與修復(fù)受損的DNA[6]。HMGB1作為炎癥時期的關(guān)鍵調(diào)控因子，可以驅(qū)動促炎反應(yīng)，也可以靶向先天免疫信號，介導(dǎo)自身免疫和無菌損傷的機制可能與其特殊結(jié)構(gòu)息息相關(guān)[7-8]。

2 HMGB1的來源及信號傳導(dǎo)通路

HMGB1的釋放需要兩個關(guān)鍵步驟：一是將核HMGB1轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，將產(chǎn)生位于兩個核定位位點的關(guān)鍵賴氨酸殘基的乙?；?。HMGB1的這種分子修飾阻止了HMGB1在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核之間的持續(xù)雙向穿梭，并導(dǎo)致了高乙?；腍MGB1在細(xì)胞質(zhì)中的積累。二是逐步誘導(dǎo)程序性、前炎性細(xì)胞死亡(下垂)，使細(xì)胞質(zhì)HMGB1進(jìn)入細(xì)胞外空間或通過分泌溶酶體的胞吐將HMGB1運送到細(xì)胞外[3]。HMGB1可來自活化的免疫細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞的分泌而游離之外，還可來自壞死細(xì)胞的被動游離。免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞等)在炎癥或損傷時期被激活后會釋放出HMGB1，同時一些促炎細(xì)胞因子[如白介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)]活化后，HMGB1也均能被其釋放[9]。實驗報告表明，在樹突狀細(xì)胞、肝細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元等多種細(xì)胞類型中也均檢測到了HMGB1的活性分泌[10]。因此HMGB1的釋放不僅來源于免疫細(xì)胞、促炎細(xì)胞因子、神經(jīng)元，也可來自小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞。

HMGB1作為一種強大的炎癥介質(zhì)，它的跨膜信號通路可能主要通過激活Toll樣受體(Toll-like recepotor，TLRs)和晚期糖基化終產(chǎn)物受體(Receptor for advanced glycation end products，RAGE)介導(dǎo)參與體內(nèi)重要炎性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而啟動炎癥反應(yīng)[11-12]。 當(dāng)MS發(fā)生時，HMGB1得以被活化后的免疫細(xì)胞釋放。HMGB1被釋放后會與其主要受體(TLR4、TLR2、RAGE)結(jié)合，從而激活各種蛋白激酶，活化核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)途徑等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[13-15]。巨噬細(xì)胞和神經(jīng)元早期釋放HMGB1及其與RAGE或TLRs的相互作用已被證明有助于脊髓損傷急性期的促炎癥級聯(lián)反應(yīng)[16]。

3 HMGB1對MS的作用機制

在許多研究報告中均證實了MS的發(fā)病機制有著HMGB1的參與，其中包括HMGB1誘導(dǎo)炎癥因子的釋放介導(dǎo)MS；HMGB1與自噬因子結(jié)合參與自噬調(diào)節(jié)從而參與MS；HMGB1作用免疫細(xì)胞從而影響MS；HMGB1與膠質(zhì)細(xì)胞二者相互影響從而促進(jìn)MS進(jìn)展等。下面將從HMGB1調(diào)節(jié)炎癥因子、自噬因子、免疫細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞四個方面在MS發(fā)病方面的影響進(jìn)行分述：

3.1 炎癥因子 HMGB1在核內(nèi)基因及相關(guān)下游靶基因的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程中發(fā)揮著重要作用[17]。其從核內(nèi)穿梭到細(xì)胞質(zhì)分泌到胞外環(huán)境中，HMGB1將獲得一種新的身份，即作為強大炎癥介質(zhì)存在。在感染、炎癥的刺激下，增殖活化的免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞等)不僅釋放出自身抗原，并能促使胞內(nèi)釋放HMGB1、RAGE等到胞外，其生物學(xué)作用從而得到表達(dá)[10]。HMGB1可作為免疫刺激信號與免疫細(xì)胞結(jié)合誘導(dǎo)TNF-α、IL-6、IL-17、IL-8等促炎細(xì)胞因子高濃度分泌，進(jìn)而上調(diào)粘附分子和E-選擇素的表達(dá)[18-21]。此外，IL-6、IL-17在調(diào)節(jié)MS的免疫反應(yīng)的病理機制中扮演著十分重要的角色。其被誘導(dǎo)分泌后會促使輔助T細(xì)胞1、輔助T細(xì)胞17的分化，繼而作用于腦內(nèi)皮細(xì)胞穿過血腦屏障，不僅破壞了血腦屏障的緊密連接，也觸發(fā)可溶性介質(zhì)的產(chǎn)生，并啟動其他炎癥細(xì)胞的募集，從而浸潤中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成神經(jīng)損傷，加重腦損害[22-23]。實驗研究表明，MS發(fā)生時，IL-17、IL-6分泌會增加。同時HMGB1的釋放與IL-17、IL-6的分泌水平存在著協(xié)同上升趨勢[24]。在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)模型中使用抗HMGB1單抗治療研究中也證實了這一點,使用抗HMGB1單抗后，小鼠脊髓的細(xì)胞浸潤和脫髓鞘得到減少，并降低了炎癥指數(shù)，而參與MS發(fā)病的IL-6、IL-17也相應(yīng)的減少，這再一次對HMGB1 及 IL-17、IL-6介導(dǎo)免疫損傷反應(yīng)過程參與 MS發(fā)病機制提供了有力證據(jù)[25]。其可能的機制是HMGB1與TRLs受體結(jié)合，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活后分泌IL-17、IL-6等炎癥因子，從而致使免疫反應(yīng)的發(fā)生以及產(chǎn)生炎性損傷，導(dǎo)致了脫髓鞘，引起MS的病理改變[13-15]。同時IL-17、IL-6等細(xì)胞因子被激活后也會負(fù)反饋作用于膠質(zhì)細(xì)胞等，致其活化破裂，再次誘導(dǎo)釋放出更多的HMGB1，從而產(chǎn)生級聯(lián)放大生物效應(yīng)，加重炎性損傷[24]。

3.2 自噬因子 HMGB1蛋白移位到細(xì)胞質(zhì)可以與自噬因子(Beclin1)結(jié)合并增強細(xì)胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma 2，Bcl-2)的磷酸化，從而致使Beclin1與Bcl-2進(jìn)入脫離狀態(tài)[26-27]。Beclin1的釋放是自噬激活的先決條件[28]。HMGB1可進(jìn)一步促進(jìn)Beclin1與Ⅲ型磷酸肌醇3激酶的結(jié)合，促進(jìn)離體膜的成核過程，從而啟動自噬。此前研究證實，細(xì)胞自噬可致使MS病理的發(fā)生，HMGB1細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位是自噬的關(guān)鍵因素，在EAE中Beclin-1的表達(dá)和Bcl-2的磷酸化水平與對照組存在明顯差異[29]。因此認(rèn)為HMGB1很有可能通過細(xì)胞自噬調(diào)節(jié)從而參與了MS的發(fā)病[30]。

3.3 免疫細(xì)胞 在MS疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中，T細(xì)胞和B細(xì)胞發(fā)揮著主導(dǎo)作用。RAGE與HMGB1高親和力結(jié)合，結(jié)合后會大量浸入到炎性組織中，且主要存在于T細(xì)胞中。HMGB1可能通過與RAGE或TLRs受體結(jié)合促進(jìn)T細(xì)胞的活化和增殖，來調(diào)控免疫功能。有研究報告顯示，通過阻斷HMGB1的表達(dá)和釋放后，進(jìn)一步阻斷了中樞T細(xì)胞的浸潤，同時阻斷系統(tǒng)CD4+T細(xì)胞對髓鞘表位的反應(yīng)，減少中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘脫失和炎癥反應(yīng)，減少CD3+T淋巴細(xì)胞浸潤，從而改善MS病理[31]。HMGB1以三種異構(gòu)體存在，即完全復(fù)原的HMGB1、二硫鍵HMGB1和磺?；鵋MGB1[32]。二硫鍵HMGB1是當(dāng)中唯一具備細(xì)胞因子誘導(dǎo)活性的化合物。HMGB1的使用和隨后的生物活性需取決于B細(xì)胞中半胱氨酸的氧化狀態(tài)。在對HMGB1進(jìn)行的一項薈萃分析研究中發(fā)現(xiàn)，MS患者脊髓液中外周血單個核細(xì)胞中HMGB1及其受體的mRNA高表達(dá)，這可能是炎性脫髓鞘和神經(jīng)元壞死參與了MS的病理過程，從而誘導(dǎo)HMGB1的分泌和釋放，同時MS患者腦脊液和外周血單個核細(xì)胞中HMGB1的濃度升高也可能增加MS的發(fā)病風(fēng)險[30]。

3.4 膠質(zhì)細(xì)胞 EAE特點是通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細(xì)胞的炎性激活增加，在疾病的所有階段促成EAE的病理[33]。在實驗中可用于解剖疾病分期，研究星形膠質(zhì)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)免疫性疾病的過程和機制，完美地復(fù)制了MS的病理生理學(xué)[34]。EAE被建立探究的這種自身免疫性疾病由CD4+T細(xì)胞所驅(qū)動，表現(xiàn)為CD4+T 和單核細(xì)胞的血管周圍炎癥以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)中逐漸發(fā)生的原發(fā)性軸突脫髓鞘。有數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)EAE的動物腦組織表現(xiàn)單個核細(xì)胞浸潤、出血、血管充血、斑塊，并伴有神經(jīng)元變性時，使用少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白所誘導(dǎo)的EAE在所有疾病階段(發(fā)病前、發(fā)病后、峰期和緩解期)表現(xiàn)出血清HMGB1濃度升高，并逐漸降低腦脊液水平。HMGB1介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活被證實在髓鞘脫失和神經(jīng)細(xì)胞死亡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。從關(guān)于MS/EAE的已有報告來看，在EAE和MS的活動性病變中，HMGB1在小膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中高表達(dá)。最近有報告稱，在EAE中血清HMGB1上升，無論在發(fā)病前，還是發(fā)病后，任何抗HMGB1抗體給藥中都能改善癥狀。同時，HMGB1從缺血腦組織釋放的增加及其與激活的小膠質(zhì)細(xì)胞上RAGE的相互作用已被證明介導(dǎo)了壞死性腦損傷[35]。免疫介導(dǎo)和神經(jīng)退行性過程都有助于解釋MS相關(guān)的異質(zhì)性病理和臨床結(jié)果。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖促進(jìn)了MS的進(jìn)展。星形膠質(zhì)細(xì)胞作為先天免疫系統(tǒng)的參與者，作為細(xì)胞毒性因子的來源，通過形成膠質(zhì)瘢痕阻止重新髓鞘形成和軸突再生，并導(dǎo)致軸突線粒體功能障礙。在脫髓鞘的病灶中小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活和增殖被證明明顯存在，由此可看出，通過延緩EAE進(jìn)展，可減少炎癥和脫髓鞘，阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，并抑制HMGB1的釋放。

4 小 結(jié)

HMGB1在完善MS治療的策略中具有重要意義，將來很有可能作為一個新興的抗MS治療靶點。目前發(fā)現(xiàn)，MS發(fā)生時，HMGB1濃度升高；HMGB1發(fā)生變化時，相應(yīng)的也會影響MS。HMGB1在阻斷驅(qū)動MS自身免疫的炎性環(huán)路中起著很關(guān)鍵的作用。HMGB1與MS之間的相互作用是確切的，但是MS中HMGB1的確切來源和靶細(xì)胞以及HMGB1在MS發(fā)病機制中的具體作用仍在闡明中，這都需要更多的、更直接的研究數(shù)據(jù)證明。HMGB1作為一個潛在的生物標(biāo)志物、值得探索的MS候選靶點，這無疑給防治MS提供了一個新的方向和機會。