高遷移率族蛋白1在抑郁癥發(fā)病機(jī)制中的作用及臨床應(yīng)用進(jìn)展

徐張揚(yáng),潘子筠,唐佳玲綜述,蘇文君審校

0 引 言

抑郁癥是一類常見的心境障礙,其主要臨床表現(xiàn)為持久而顯著的情緒低落、興趣缺乏、意志減退等,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致自殺[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道,抑郁癥是當(dāng)今世界首要致殘?jiān)?是構(gòu)成全球疾病負(fù)擔(dān)的主要因素。流行病學(xué)資料表明,目前全球抑郁癥患者約2.8億,我國人群的抑郁癥終生患病率約為3.4%,并且呈現(xiàn)持續(xù)攀升態(tài)勢[2]。然而,抑郁癥的發(fā)病機(jī)制仍未明確,診療現(xiàn)狀不容樂觀,約有2/3患者在首次接受經(jīng)典抗抑郁藥治療后無法獲得臨床緩解。近來研究表明,神經(jīng)炎癥可能在抑郁癥的病理生理機(jī)制中發(fā)揮重要作用,多種炎癥因子被證實(shí)與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展及診療預(yù)后密切相關(guān)[3-4]。高遷移率族蛋白1(high mobility group box-1,HMGB1)是一種非組蛋白染色體結(jié)合蛋白,已被報(bào)道在多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的神經(jīng)免疫機(jī)制中發(fā)揮重要作用[5-7],提示其可能參與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展。本文就HMGB1在抑郁癥炎性發(fā)病機(jī)制及臨床診療應(yīng)用研究中的進(jìn)展作一綜述。

1 HMGB1

1.1 HMGB1的結(jié)構(gòu)與功能1973年,Goodwin等[8]首次在牛胸腺中發(fā)現(xiàn)了高遷移率族蛋白(high mobility group,HMG)。2001年,Bustin[9]根據(jù)其功能將HMG家族分為三類:HMGA、HMGB和HMGN。其中,HMGB進(jìn)一步分為HMGB1、HMGB2和HMGB3。HMGB1序列高度保守,幾乎存在于所有真核細(xì)胞的細(xì)胞核中。人HMGB1是一種含有215個(gè)氨基酸殘基的非組蛋白的核蛋白,其結(jié)構(gòu)主要由三部分組成:兩個(gè)帶正電荷的DNA結(jié)構(gòu)域,分別為A區(qū)(9-79)和B區(qū)(95-163),以及一個(gè)酸性C末端(186-215)[10]。其中,A區(qū)和B區(qū)由三個(gè)α螺旋和兩個(gè)呈“L”形環(huán)組成,B區(qū)主要發(fā)揮促炎作用,而A區(qū)可以競爭性拮抗HMGB1與受體結(jié)合,起到抑制炎癥因子釋放的作用[11];此外當(dāng)A區(qū)與酸性C末端融合時(shí),抑炎作用得到增強(qiáng)。

HMGB1分子包含三個(gè)半胱氨酸殘基C23、C45、C106,均為轉(zhuǎn)錄后修飾位點(diǎn),這三個(gè)位點(diǎn)不同的氧化還原狀態(tài)在炎癥的激活中發(fā)揮不同的作用[12]。具體如下:①當(dāng)三個(gè)位點(diǎn)完全還原時(shí),即胞內(nèi)完全還原型的HMGB1(fully reduced high mobility group box 1,fr-HMGB1),可與CXC趨化因子配體12(CXC chemokine ligand 12,CXCL12)形成復(fù)合物后,再與CXC趨化因子受體4(CXC chemokine receptor 4,CXCR4)結(jié)合,促進(jìn)免疫細(xì)胞遷移[13];②當(dāng)C23和C45之間的二硫鍵部分還原時(shí),即為二硫鍵型HMGB1(disulfide high mobility group box 1, ds-HMGB1),可與Toll樣受體4(Toll like receptor 4,TLR4)結(jié)合觸發(fā)炎癥反應(yīng)[14];③一般認(rèn)為,完全氧化的HMGB1不具有趨化因子或細(xì)胞因子活性,是HMGB1的失活狀態(tài)[15]。

1.2 HMGB1的分泌一般而言,正常生理狀態(tài)下,HMGB1作為分子伴侶在細(xì)胞核內(nèi)對基因組的穩(wěn)定和正常的重組、修復(fù)、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄起到重要作用。病理狀態(tài)下,HMGB1則出胞發(fā)揮促炎作用。其分泌途徑主要有主動分泌和被動分泌兩種。當(dāng)固有免疫細(xì)胞受到應(yīng)激因素刺激時(shí),可激活賴氨酸殘基經(jīng)酪氨酸激酶/轉(zhuǎn)錄活化蛋白1(janus tyrosine kinase/Signal transducer and activator of transcription 1,JAK/STAT1)通路,從而乙?；疕MGB1上NLS的賴氨酸殘基,進(jìn)而使得HMGB1通過分泌性溶酶體、微粒和外泌體等胞吐作用分泌出胞,同時(shí)也阻止HMGB1重新進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),此過程大約歷時(shí)8 h[16]。相較于歷時(shí)較長的主動釋放過程,被動釋放則相對較快,當(dāng)細(xì)胞發(fā)生壞死、凋亡、程序性死亡時(shí),細(xì)胞內(nèi)質(zhì)膜和細(xì)胞膜破裂,從而使得HMGB1被動釋放出胞。通過上述主動和被動途徑分泌到胞外的HMGB1,作為損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)的重要成分,可進(jìn)一步結(jié)合Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)或晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor of advanced glycation endproducts,RAGE),產(chǎn)生炎癥反應(yīng)的級聯(lián)放大效應(yīng),引起更多炎癥因子和炎性介質(zhì)的釋放[16]。

2 HMGB1參與抑郁癥的病理生理機(jī)制

抑郁癥的經(jīng)典發(fā)病機(jī)制假說主要包括單胺神經(jīng)遞質(zhì)紊亂、素質(zhì)-應(yīng)激模型、下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)軸功能紊亂、神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏等,但基于這些假說的相應(yīng)療法目前仍然無法取得滿意療效。此后有研究報(bào)道,接受干擾素-α(Interferon-α,IFN-α)治療的肝病患者常伴心情沮喪、意志減退、疲倦感強(qiáng)等類似抑郁癥的臨床表現(xiàn)[17]。該現(xiàn)象引發(fā)學(xué)者關(guān)注,繼而提出抑郁癥發(fā)病的“細(xì)胞因子假說”,認(rèn)為中樞及外周炎性細(xì)胞因子紊亂與抑郁癥的病理生理機(jī)制密切相關(guān)[18-20]。前文已述,當(dāng)機(jī)體細(xì)胞受到應(yīng)激刺激或死亡時(shí),將以主動或被動的方式釋放HMGB1,進(jìn)而引發(fā)炎癥反應(yīng),介導(dǎo)相關(guān)疾病的發(fā)生。有研究報(bào)道,無論是在LPS誘導(dǎo)的急性應(yīng)激致抑郁模型還是在CUMS構(gòu)建的慢性應(yīng)激致抑郁模型中,小鼠海馬組織中HMGB1從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的易位增加,細(xì)胞外HMGB1表達(dá)增多[21]。此外,在小鼠側(cè)腦室注射ds-HMGB1和fr-HMGB1可誘導(dǎo)抑郁樣行為,而HMGB1的天然抑制劑甘草酸可緩解實(shí)驗(yàn)鼠的抑郁樣行為[22]。依據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果,本文總結(jié)了HMGB1介導(dǎo)抑郁癥的三種可能的作用機(jī)制,見圖1。

圖1 HMGB1參與抑郁癥的病理生理機(jī)制假說圖Figure 1 Schematic representation of the main pathophysiological mechanisms of HMGB1 involvement in depression

2.1 HMGB1-TLR在抑郁癥發(fā)病中的作用Toll樣受體是先天性免疫系統(tǒng)的模式識別受體,主要結(jié)構(gòu)為富含亮氨酸的重復(fù)序列(leucine rich repeat,LRR)組成的N-末端胞外配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域、單個(gè)跨膜片段和C-末端Toll/白細(xì)胞介素-1受體(Toll/Interleukin-1 receptor,TIR)同源結(jié)構(gòu)域[23]。當(dāng)胞外LRR結(jié)構(gòu)域識別到病原體相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs)或DAMPs時(shí),胞內(nèi)TIR結(jié)構(gòu)域通過與銜接蛋白,主要為髓樣分化應(yīng)答蛋白88、含TIR結(jié)構(gòu)域的銜接誘導(dǎo)干擾素β相互作用,激活下游信號通路,產(chǎn)生白細(xì)胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)等炎性細(xì)胞因子[24]。大量研究表明TLR在抑郁癥的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用[25]。臨床研究發(fā)現(xiàn),相較于健康人群,抑郁癥患者血液中TLR表達(dá)上升[26-27],尤其是TLR3和TLR4;在接受抗抑郁治療后,TLR表達(dá)有所下調(diào)的同時(shí)抑郁癥狀顯示得到改善[28]。另有研究報(bào)道,LPS和CUMS致抑郁動物模型中,HMGB1/TLR4/NF-κB信號通路相關(guān)分子均明顯上調(diào),進(jìn)而促進(jìn)下游相關(guān)炎性介質(zhì)釋放,與抑郁樣行為的產(chǎn)生相關(guān)[29-30]。Xu等[31]發(fā)現(xiàn),牛蒡甙可通過抑制HMGB1/TLR4/NF-κB通路緩解CUMS誘發(fā)的抑郁樣行為,體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)其降低了小膠質(zhì)細(xì)胞中HMGB1和TNF-α的含量。

2.2 HMGB1-RAGE途徑在抑郁癥發(fā)病中的作用RAGE是晚期糖基化終產(chǎn)物的一種特征性細(xì)胞表面受體,屬于免疫球蛋白超家族中的一員。RAGE的配體眾多,功能廣泛,活化后可引起細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng),調(diào)節(jié)蛋白激酶和核因子活性,促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等疾病發(fā)生。Franklin等[32]發(fā)現(xiàn),在CUMS誘發(fā)的小鼠抑郁模型中,海馬區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞中HMGB1 和RAGE的信使核糖核酸(messenger ribonucleic acid,mRNA)表達(dá)上調(diào);流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果顯示RAGE蛋白在海馬區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞表面表達(dá)增加,且TLR4受體表達(dá)無明顯變化。此外,在Rage基因敲除小鼠中,注射HMGB1無法產(chǎn)生抑郁樣行為。Xie[33]等報(bào)道,在CUMS誘導(dǎo)的慢性抑郁動物模型中,HMGB1、RAGE、NF-κB表達(dá)均明顯上調(diào),且磷酸二酯酶4抑制劑能夠有效緩解HMGB1/RAGE介導(dǎo)的抑郁樣行為。

2.3 色氨酸-犬尿氨酸代謝(tryptophan-kynurenine,TPR-KYN)途徑早在1973年,Lapin等[34]首次報(bào)道了TPR-KYN途徑在抑郁癥病理生理機(jī)制中的作用。之后也有相關(guān)臨床研究報(bào)道,抑郁癥患者中的犬尿氨酸/色氨酸(KYN/TPR)比例升高[35]。目前,研究人員認(rèn)為犬尿氨酸途徑功能障礙是抑郁癥發(fā)展中的關(guān)鍵過程,其中吲哚胺-2,3-雙加氧酶(indoleamine-2,3-dioxygenase,IDO)的激活起到了重要作用[36]。色氨酸在IDO或色氨酸-2,3-雙加氧酶(tryptophan-2,3-dioxygenase,TDO)的作用下生成犬尿氨酸,隨后通過兩條代謝分支在相關(guān)酶的作用下生成喹啉酸(quinolinic acid,QUIN)。QUIN作為N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid,NMDA)受體的激動劑,能夠直接刺激突觸末梢釋放谷氨酸,同時(shí)抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞對突觸間隙谷氨酸的再攝取,從而產(chǎn)生神經(jīng)毒性[37]。在CUMS誘發(fā)的抑郁模型中,應(yīng)激模型小鼠海馬小膠質(zhì)細(xì)胞中HMGB1去乙酰化作用增加,HMGB1和sirtuin 1(SIRT1)發(fā)生解離,進(jìn)而導(dǎo)致HMGB1出核量增加,從而干擾KP代謝通路,下游犬尿氨酸單加氧酶(kynurenine-3-monooxygenase,KMO)和犬尿氨酸酶(kynureninase,KYNU)的表達(dá)也有所增加[38]。此外,經(jīng)由丙酮酸乙酯(ethylpyruvate,EP)處理后,HMGB1的釋放受到抑制,小鼠抑郁樣行為有所改善,且KP通路相關(guān)酶活化減少[39]。

3 HMGB1是抑郁癥的潛在診療靶點(diǎn)

目前,抑郁癥的臨床治療以藥物治療、物理治療和心理行為治療等為主。對于輕度抑郁障礙的患者,依靠心理行為治療能夠緩解抑郁癥狀。然而,在中重度抑郁障礙患者中,藥物治療與物理治療仍是目前無法替代的主要手段[40-41]。

如前所述,以HMGB1為核心的無菌性炎癥反應(yīng)參與抑郁癥的病理生理過程,因此靶向HMGB1的拮抗劑可作為抑郁癥抗炎藥物的研究方向之一。Hisaoka等[42]發(fā)現(xiàn)抗HMGB1單克隆抗體能夠減少小鼠海馬小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,并且緩解由慢性疼痛導(dǎo)致的抑郁樣行為。Lian等[43]發(fā)現(xiàn)GZA可改善由中樞直接注射ds-HMGB1引起的抑郁樣行為,同時(shí)降低TNF-α等炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。Wang等[39]發(fā)現(xiàn)EP和GZA可通過阻斷HMGB1的活性與釋放,從而下調(diào)IDO、KMO和KYNU的表達(dá),最終改善HMGB1介導(dǎo)的小鼠抑郁樣行為。筆者所在的課題組開展了GZA抗抑郁效果的臨床試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在隨機(jī)對照臨床試驗(yàn)中對抑郁癥患者進(jìn)行炎癥篩查、分型并聯(lián)用GZA等廣譜抗炎藥物,可在一定程度上提升經(jīng)典抗抑郁藥的治療效果[44]。

臨床實(shí)踐中,抑郁障礙往往和其他疾病共同發(fā)生或者伴隨發(fā)生,作為一種關(guān)鍵的炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物,HMGB1在抑郁癥或與其他疾病共病的患前預(yù)測中起到重要的提示作用。無論是否接受過藥物干預(yù),重度抑郁癥(major depression disorder,MDD)患者血清中HMGB1的含量均較健康人群顯著升高,ROC曲線下面積(area under curve,AUC)的分析結(jié)果提示:HMGB1可作為有效的MDD診斷生物標(biāo)志物,且其含量與抑郁癥狀的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[45]。Sharafkhah等[46]發(fā)現(xiàn),多發(fā)性硬化癥患者的抑郁水平和血清HMGB1含量呈正相關(guān),提示血清HMGB1含量能夠有效預(yù)測多發(fā)性硬化癥和抑郁癥的共病率。Shan等[47]研究發(fā)現(xiàn)急性缺血性卒中后患者循環(huán)HMGB1水平可預(yù)測卒中后3個(gè)月的抑郁發(fā)生。

4 結(jié)語與展望

綜上所述,當(dāng)機(jī)體遭遇應(yīng)激刺激后,小膠質(zhì)細(xì)胞處于激活態(tài),通過JAK/STAT1通路上調(diào)STRT1促進(jìn)HMGB1乙酰化出核,后者主要通過主動分泌方式經(jīng)由神經(jīng)免疫細(xì)胞釋放。此時(shí),HMGB1作為DAMP,一方面通過PRRs(RAGE,TLR4,CXCR4)反作用于神經(jīng)免疫細(xì)胞或神經(jīng)元內(nèi)相關(guān)信號分子(ERK,MAPK,MyD88),進(jìn)而激活NF-kB信號通路,產(chǎn)生更多的炎性因子(TNF-a,IL-1b,IL-6),形成體內(nèi)慢性炎癥狀態(tài)。另一方面,HMGB1可以通過干擾KP上游代謝通路,增強(qiáng)IDO的活性,使得Trp傾向于轉(zhuǎn)化為KYN、中樞5-HT含量不足,從而誘發(fā)抑郁樣行為。此外,HMGB1還通過增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞中KMO、3-HAO等KP下游代謝酶活性,造成小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)KYN代謝途徑失衡使得具有神經(jīng)毒性的QUIN增加,導(dǎo)致抑郁癥的發(fā)生。

然而,上述通路仍有一些上下游環(huán)節(jié)尚未明確。例如,應(yīng)激刺激是通過何種機(jī)制誘發(fā)HMGB1出核并發(fā)揮生物學(xué)功能的,以及HMGB1的氧化還原狀態(tài)是如何受應(yīng)激刺激調(diào)控的。與此同時(shí),在針對HMGB1進(jìn)行抗抑郁治療方面,盡管有部分天然化合物和祖國醫(yī)藥的研究報(bào)道,但高等級臨床證據(jù)匱乏,鮮有的臨床試驗(yàn)還存在樣本量不夠大、隨訪時(shí)間較短、未獲得多中心驗(yàn)證等不足。未來,除應(yīng)用現(xiàn)有的HMGB1抑制劑,或許還可從HMGB1單克隆抗體、HMGB1受體拮抗劑,以及研發(fā)可調(diào)節(jié)HMGB1氧化還原狀態(tài)及出核出胞的小分子藥物等方面著手,探索靶向HMGB1進(jìn)行抗抑郁治療的“最優(yōu)解”?？傊?HMGB1在抑郁癥發(fā)生發(fā)展的病理生理機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用,對完善和改進(jìn)當(dāng)前臨床診療方案具有重要意義,值得相關(guān)學(xué)者進(jìn)一步研究和關(guān)注。