HMGB1與妊娠相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

楊光瓊,鄧丹,祁文瑾

高遷移率組合蛋白1(high mobility combination protein 1,HMGB1)驅(qū)動的促炎反應(yīng)對妊娠早期維持和分娩均有促進(jìn)作用,HMGB1在這兩個階段的嚴(yán)格調(diào)控至關(guān)重要。HMGB1的增加與妊娠病理相關(guān),在妊娠早期,HMGB1與胚胎的發(fā)育、著床和子宮蛻膜化相關(guān),高水平的HMGB1會導(dǎo)致妊娠失敗。母體循環(huán)和妊娠組織中HMGB1增加會導(dǎo)致慢性炎癥,增加早產(chǎn)、妊娠期高血壓疾病、妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)等發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。本文就HMGB1和幾種妊娠疾病之間的關(guān)系做一綜述。

1 HMGB1概述

HMGB1是一種非組蛋白核蛋白,屬于高遷移率(HMG)蛋白組。作為HMGB家族中最豐富的成員,它包含兩個DNA結(jié)合序列(一個A盒子和B盒子)和一個包含谷氨酸和天冬氨酸殘基的酸性尾巴。HMGB1具有磷酸化、乙酰化、氧化、甲基化、ADP核糖基化和糖基化等多種翻譯后修飾方式。HMGB1通常定位于細(xì)胞核,也可以分泌到細(xì)胞外。研究認(rèn)為,位于核定位信號(NLS)NLS1和NLS2內(nèi)賴氨酸殘基的高乙?；瘜?dǎo)致其胞質(zhì)積累,隨后被壞死或損傷的細(xì)胞釋放[1]。當(dāng)HMGB1位于細(xì)胞核中時,參與了錯配修復(fù)、非同源端連接、V(D)J重組和堿基切除修復(fù)。一旦細(xì)胞外的HMGB1通過與各種受體的相互作用來觸發(fā)和維持炎癥反應(yīng),就會導(dǎo)致幾種促炎細(xì)胞因子的下游釋放和白細(xì)胞的募集。因此,HMGB1已成為許多不同組織中炎癥的關(guān)鍵驅(qū)動因素,并在各種感染、自身免疫和炎癥相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

當(dāng)HMGB1被損傷或死亡的細(xì)胞釋放時,它被歸類為損傷相關(guān)分子模式(DAMP)分子。DAMP與致病相關(guān)分子模式相似,它們通過相似的受體相互作用引起炎癥等反應(yīng)[2]。但與病原體相關(guān)分子模式不同的是其具有內(nèi)源性。HMGB1可以通過在體外與抗原提呈細(xì)胞(APCs)相互作用來激活免疫系統(tǒng)。HMGB1誘導(dǎo)的途徑與目前已知的LPS-TLR4途徑具有相似性,該途徑通過細(xì)胞因子產(chǎn)生系統(tǒng)性促炎反應(yīng),這使得HMGB1成為炎癥驅(qū)動信號通路中的主要潛在靶點(diǎn)。HMGB1發(fā)揮的促炎反應(yīng)受到特定組織類型上HMGB1受體的特定時間和劑量的影響。HMGB1參與炎癥功能障礙和免疫反應(yīng),能在以下幾種病理疾病中發(fā)揮靶點(diǎn)作用,包括感染性疾病、缺血、免疫疾病、神經(jīng)退行性疾病、代謝疾病和腫瘤。

HMGB1是一種內(nèi)源性炎癥介質(zhì),與妊娠期許多疾病的進(jìn)展和發(fā)病機(jī)制有關(guān)。炎癥是妊娠建立關(guān)鍵機(jī)制的核心。妊娠早期是由促炎反應(yīng)驅(qū)動的,HMGB1被證明是胚胎發(fā)育和植入的關(guān)鍵調(diào)控因子[3-4]。然而,HMGB1如何調(diào)控這種炎癥的確切機(jī)制仍不清楚。有研究認(rèn)為,HMGB1通過介導(dǎo)子宮蛻膜細(xì)胞增殖和分化,在子宮蛻膜化中發(fā)揮重要作用。早期HMGB1介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)對妊娠成功至關(guān)重要,但子宮腔內(nèi)和胎盤內(nèi)HMGB1水平過量,也會導(dǎo)致妊娠丟失[5-7]。這表明HMGB1有一個最佳水平來維持早期階段。

同樣地,相對于妊娠的開始,分娩發(fā)動也被普遍認(rèn)為由促炎反應(yīng)引發(fā)。在足月妊娠組織中檢測到HMGB1表達(dá)增加[8-11],因此,適當(dāng)?shù)难装Y反應(yīng)在正常妊娠中具有重要作用,但如果炎癥平衡被破壞,會造成不良妊娠結(jié)局,導(dǎo)致妊娠并發(fā)癥,包括早產(chǎn)、胎膜早破和感染引發(fā)的炎癥[12-13],GDM,胎兒宮內(nèi)生長受限,妊娠期高血壓疾病等。

2 HMGB1與妊娠相關(guān)疾病的關(guān)系

2.1 HMGB1與早期胚胎著床

妊娠的早期階段,包括胚胎著床、發(fā)育和子宮蛻膜化,均需要促炎信號參與。HMGB1表達(dá)的增加來自子宮內(nèi)膜和子宮內(nèi)的免疫細(xì)胞,是著床和蛻膜化部位的局部炎癥因子,這可能影響胚胎發(fā)育。在胚胎發(fā)育過程中,胚胎HMGB1表達(dá)增加,通過調(diào)控細(xì)胞數(shù)量來促進(jìn)著床前胚胎的發(fā)育,從而促進(jìn)受精卵向囊胚的發(fā)育過渡[3,14]。此外,HMGB1表達(dá)的增加可通過引起正常胚胎植入來促進(jìn)妊娠。當(dāng)然,除了適當(dāng)?shù)难装Y反應(yīng)外,妊娠的成功還歸因于孕激素信號傳導(dǎo)。子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化能促進(jìn)子宮蛻膜化,對妊娠的建立和維持至關(guān)重要。如果HMGB1在子宮中的表達(dá)被沉默,子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中孕激素受體減少就會導(dǎo)致子宮低生育能力,這認(rèn)為是與持續(xù)的促炎信號傳導(dǎo)和胚胎植入失敗有關(guān)。蛻膜細(xì)胞內(nèi)HMGB1表達(dá)的增加也可以通過上調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(Bmp2)和基質(zhì)細(xì)胞分化標(biāo)志物環(huán)磷酸腺苷(cAMP)的基因表達(dá)來誘導(dǎo)子宮基質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化。綜上所述,HMGB1不僅能通過調(diào)節(jié)增殖細(xì)胞數(shù)量作為胚胎成功發(fā)育的重要中介,而且可通過招募免疫細(xì)胞,促進(jìn)基質(zhì)細(xì)胞增殖和分化,使胚胎植入和子宮蛻膜化。

2.2 HMGB1與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)

雖然充分的炎癥反應(yīng)對胚胎的植入和初始發(fā)育很重要,但持續(xù)或慢性炎癥可能導(dǎo)致不良的生殖結(jié)果,包括妊娠失敗。在反復(fù)妊娠丟失(RPL)和不明原因復(fù)發(fā)性流產(chǎn)(URSA)患者的絨毛膜絨毛中檢測到HMGB1和蛋白表達(dá)增加。絨毛是妊娠期間母體和胎兒血液之間的關(guān)鍵界面,因此在妊娠早期起著重要作用。研究認(rèn)為,URSA患者的HMGB1母親血漿濃度升高,可激活RAGE、TLR2或TLR4受體,導(dǎo)致NF-κB的激活,進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)[7]。且發(fā)現(xiàn)阿司匹林作為抗炎藥物可降低HMGB1的水平[7],因此早孕期開始服用小劑量阿司匹林對減少復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的發(fā)生有一定幫助,但阿司匹林和HMGB1之間的關(guān)系尚不明確。

2.3 HMGB1與妊娠期糖尿病

HMGB1可在GDM和抗磷脂綜合征(APS)孕婦血液循環(huán)中測量。妊娠晚期,存在胰島素抵抗的糖尿病患者血清中HMGB1水平升高,但與正?；颊呦啾?GDM患者分娩時的血漿或血清HMGB1水平差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[15]。而GDM患者胎膜是唯一顯示HMGB1蛋白表達(dá)增加的組織[16-17]。因此,GDM患者血液循環(huán)中HMGB1水平升高,可能與分娩無關(guān)。這有可能是因?yàn)镠MGB1在不同孕周存在表達(dá)量差異,推測HMGB1不是GDM患者的關(guān)鍵炎癥驅(qū)動因素。在APS患者血清中可檢測到HMGB1、RAGE和TNF-a水平升高。有研究表明,抗b2-糖蛋白I(B2-GPI)抗體在APS的治療中可能是導(dǎo)致HMGB1釋放增加的原因[18-19],HMGB1的促炎作用與APS的嚴(yán)重程度有關(guān)。

2.4 HMGB1與子癇前期

胎盤的疾病通常是由炎癥驅(qū)動的,對母兒不利,經(jīng)常導(dǎo)致早產(chǎn)兒風(fēng)險(xiǎn)增加。因此,了解HMGB1如何造成慢性炎癥和胎盤功能障礙很有必要。例如,在胎兒運(yùn)動減少(RFM)患者的胎盤絨毛組織和母體循環(huán)中,發(fā)現(xiàn)了HMGB1的表達(dá)增加。此外,前置胎盤患者血管內(nèi)皮細(xì)胞和滋養(yǎng)細(xì)胞中HMGB1和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)蛋白表達(dá)增加[20],這表明HMGB1可以使VEGF增加,導(dǎo)致該疾病的嚴(yán)重程度增加,出生時出血風(fēng)險(xiǎn)增大。在胎盤細(xì)胞被外源性配體作用時,HMGB1的水平升高,進(jìn)一步說明了HMGB1可能在該組織中起關(guān)鍵作用。事實(shí)上,HMGB1通過滋養(yǎng)層細(xì)胞中TLR4依賴的機(jī)制增加了促炎細(xì)胞因子IL-6和IL-8的分泌,從而導(dǎo)致胎盤炎癥。綜上所述,HMGB1可能是某些胎盤病理的驅(qū)動因素和潛在生物標(biāo)志物。

子癇前期(PE)是最常見的潛在危及生命的胎盤疾病之一,有證據(jù)表明HMGB1在PE中具有作為促炎介質(zhì)的作用。這一證據(jù)來自其在PE胎盤組織和相關(guān)細(xì)胞、血清的水平增加。在胎盤中,HMGB1已被證明通過激活PE胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞中的TLR4來增加IL-8的分泌刺激炎癥,因此,胎盤內(nèi)HMGB1的表達(dá)可能有助于判斷PE的嚴(yán)重程度,它與TLR4和IL-8共定位,在合胞滋養(yǎng)層、滋養(yǎng)層和蛻膜中表達(dá)增加[21-22]。同時,與血壓正常的孕婦相比,PE胎盤中炎癥小體(NLRP3)、半胱天冬酶1(caspase-1)、IL-1β、TNF-α、HMGB1顯著增加[23]。滋養(yǎng)層缺氧導(dǎo)致PE患者內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[22],因此,滋養(yǎng)細(xì)胞暴露于缺氧條件下,增加了HMGB1、mRNA和分泌蛋白的水平[24],并通過促炎反應(yīng)途徑誘導(dǎo)TLR4和cavolin的內(nèi)皮細(xì)胞通透性。研究發(fā)現(xiàn),抗炎和抗凋亡分子去乙?；竤irtuin1(SIRT1)在PE胎盤中下調(diào)[25]。總之,HMGB1增加了許多促炎信號分子的基因表達(dá)和分泌,與PE的嚴(yán)重程度相關(guān)[26]。

多項(xiàng)研究也評估了母體循環(huán)中HMGB1水平升高與PE的關(guān)系,顯示PE患者血漿[27-29]和血清[30-31]中HMGB1水平均升高,且炎癥介質(zhì)鈣保護(hù)素、HMGB1和TLR4血清濃度水平也較高。但也有研究表示HMGB1血清水平在PE組與對照組的表達(dá)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,可能是由于小樣本量或同時增加了可溶性受體(sRAGE),可以競爭綁定RAGE受體與HMGB1[32-33]。盡管如此,在大量研究基礎(chǔ)上,認(rèn)為血漿和血清中HMGB1的循環(huán)水平有可能作為非侵入性的生物標(biāo)志物來檢測PE的發(fā)生[34]。

其他與PE相關(guān)的并發(fā)癥:肥胖和高代謝綜合征。母親肥胖增加了不良妊娠結(jié)局的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),比如GDM和妊娠期高血壓疾病。HMGB1可能是孕婦肥胖的潛在生物標(biāo)志物。脂肪組織分泌促炎細(xì)胞因子,HMGB1被歸類為脂肪因子,促進(jìn)慢性炎癥狀態(tài),從而導(dǎo)致與肥胖相關(guān)的健康問題。PE或妊娠期高血壓疾病患者的血清及脂肪細(xì)胞顯示,RAGE激活后HMGB1水平升高,IL-6和C-C基序趨化因子配體2(CCL2)的mRNA表達(dá)增加[35]。高糖代謝綜合征增加了PE的風(fēng)險(xiǎn),導(dǎo)致胎盤功能障礙。事實(shí)上,經(jīng)過葡萄糖處理的人類早期滋養(yǎng)細(xì)胞中HMGB1的分泌增加,可通過激活TLR4增加IL-8水平。此外,代謝綜合征患者血清HMGB1水平高于單獨(dú)PE患者,兩組HMGB1水平均高于正常患者。這些數(shù)據(jù)表明,葡萄糖水平的升高會促進(jìn)HMGB1的分泌,從而加劇PE的進(jìn)展。因此,有高糖代謝綜合征和肥胖的患者由于HMGB1水平的增加,其發(fā)生PE的風(fēng)險(xiǎn)增加,這可能導(dǎo)致慢性促炎反應(yīng),并增加相關(guān)妊娠并發(fā)癥的嚴(yán)重程度[36]。

2.5 HMGB1與分娩啟動

炎癥是分娩機(jī)制的核心。已知感染介導(dǎo)的和基于無菌的細(xì)胞刺激會增加妊娠組織中HMGB1的表達(dá),這可能引發(fā)早產(chǎn)和驅(qū)動分娩,但也會增加早產(chǎn)并發(fā)癥和/或嬰兒死亡的風(fēng)險(xiǎn)[37]。分娩由正常過程發(fā)生的炎癥反應(yīng)介導(dǎo),生物信息學(xué)數(shù)據(jù)支持這一觀點(diǎn),因?yàn)榉置浣M織被認(rèn)為有HMGB1和其他與HMGB1信號相關(guān)的基因的上調(diào),這表明其在分娩事件中起作用。與剖宮產(chǎn)手術(shù)相比,自然陰道分娩中的氧化應(yīng)激更高,這也可能導(dǎo)致臍帶血中HMGB1水平的增加。觸發(fā)早產(chǎn)所需的炎癥信號被認(rèn)為由胎兒引起,因?yàn)樵谠绠a(chǎn)兒和足月病例中,羊水和臍帶血中HMGB1水平升高。但也有研究認(rèn)為,HMGB1水平在分娩方式上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[38]。

2.6 HMGB1與早產(chǎn)綜合征

早產(chǎn)包括自發(fā)性早產(chǎn)和未足月胎膜早破(PPROM),早產(chǎn)可由包括子宮頸、子宮和胎膜在內(nèi)的幾種組織的失調(diào)而發(fā)生。這表明HMGB1可能在宮頸成熟過程中發(fā)揮作用。因?yàn)樵谠绠a(chǎn)兒母親的宮頸中檢測到HMGB1基因表達(dá)的增加[37]。早產(chǎn)也可因臍帶血清中抗炎分子維生素D水平的降低而發(fā)生,其通過增加胎盤中的促炎分子如HMGB1引發(fā)炎癥。研究表明,在妊娠小鼠羊膜內(nèi)注入高濃度HMGB1和IL-6可促進(jìn)早產(chǎn)[39],羊膜內(nèi)注射HMGB1導(dǎo)致嬰兒出生第1周內(nèi)死亡發(fā)生率增加。因此,羊水中HMGB1水平的增加是分娩的強(qiáng)誘導(dǎo)因素,并增加了早產(chǎn)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)[40]。PPROM是發(fā)生早產(chǎn)的一個關(guān)鍵病因,被認(rèn)為是由炎癥引起的妊娠并發(fā)癥導(dǎo)致胎膜損傷。HMGB1基因在PPROM患者羊水中表達(dá)水平升高[41],在母體血清中HMGB1水平的循環(huán)水平也升高。雖然胎膜破裂的機(jī)制尚未完全了解,但HMGB1表達(dá)水平的升高可能會增加PPROM的風(fēng)險(xiǎn),對胎膜弱化起一定作用[2]。

最近一項(xiàng)研究檢測到HMGB1基因和蛋白在整個妊娠期的人類胎膜中表達(dá)顯示在形態(tài)改變區(qū)(ZAM),進(jìn)一步支持了HMGB1可能是胎膜破裂(PROM)和PPROM中胎膜弱化發(fā)生的重要因素這一觀點(diǎn)。已知各種形式的細(xì)胞應(yīng)激會增加HMGB1的水平,如香煙煙霧提取物、應(yīng)激源LPS和氧化應(yīng)激都能增加胎膜中HMGB1的表達(dá)。此外,香煙煙霧提取物與羊膜上皮細(xì)胞共培養(yǎng),與對照組相比,可以特異性地增加外泌體細(xì)胞質(zhì)中HMGB1的細(xì)胞質(zhì)表達(dá),這表明香煙煙霧提取物是一種導(dǎo)致炎癥的促炎刺激物[12]。此外,與足月自然分娩患者相比,經(jīng)歷過自然早產(chǎn)的女性的絨毛膜羊膜提取物中含有更高濃度的HMGB1[42]。羊膜內(nèi)感染也與羊水中HMGB1的增加有關(guān),與自發(fā)性早產(chǎn)和無羊膜內(nèi)感染的完整細(xì)胞膜相比,其HMGB1水平更高,這是由于胎膜受損導(dǎo)致組織學(xué)絨毛膜炎。在組織學(xué)診斷的絨毛膜羊膜炎患者中,也檢測到血清中HMGB1的循環(huán)水平升高。數(shù)據(jù)表明,由于感染介導(dǎo)的刺激導(dǎo)致HMGB1表達(dá)增加,促進(jìn)了早產(chǎn)進(jìn)展。通過動物模型對早產(chǎn)病理進(jìn)行了描述,感染引發(fā)的早產(chǎn)增加了胎兒小鼠器官中HMGB1的細(xì)胞質(zhì)表達(dá),組織損傷部位HMGB1和RAGE的表達(dá)也增加。最新一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)表明,在綿羊模型中,感染介導(dǎo)的羊膜內(nèi)炎癥可誘導(dǎo)羊絨毛膜中HMGB1的增加。綜上所述,HMGB1可能通過損害胎膜和其他胎兒組織加劇早產(chǎn)引發(fā)的感染,在早產(chǎn)綜合征的發(fā)生發(fā)展中具有重要的促炎作用。

3 HMGB1作為產(chǎn)科相關(guān)疾病潛在治療靶點(diǎn)

由于HMGB1在整個妊娠過程中發(fā)揮作用,它被認(rèn)為是炎癥的關(guān)鍵內(nèi)源性驅(qū)動因素。這種作用可能使其成為控制妊娠期炎癥疾病嚴(yán)重程度的理想生物標(biāo)志物和/或治療靶點(diǎn)。抑制HMGB1已經(jīng)成為其他疾病治療的靶點(diǎn),如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、慢性腎病、動脈粥樣硬化、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和膿毒癥。但這種策略尚未在產(chǎn)科使用。在正常生理水平下,HMGB1作為一種核蛋白,在細(xì)胞核內(nèi)具有多種DNA介導(dǎo)的功能,這些功能對DNA復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)錄非常重要。但HMGB1作為一種促炎因子,其水平與妊娠病理的表現(xiàn)相關(guān),它可以作為一種潛在的生物標(biāo)志物來表示各種疾病的嚴(yán)重程度。為減少對生長中胎兒的損害,HMGB1最有效和侵入性最小的測量方法是來自母體循環(huán)。目前研究證實(shí)HMGB1可用作母體血清中絨毛膜羊膜炎、抗磷脂抗體綜合征、胎盤炎癥和妊娠期高血壓疾病的生物標(biāo)志物。此外,HMGB1也可能是識別和監(jiān)測妊娠相關(guān)疾病嚴(yán)重程度的有效生物標(biāo)志物,如GDM和復(fù)發(fā)性流產(chǎn)。使用HMGB1作為生物標(biāo)志物的成功與否可能取決于疾病狀態(tài),以便無論何時進(jìn)行測量,在母體血清中都可檢測到高水平。根據(jù)本文綜述的研究,HMGB1被描述為許多妊娠病理中炎癥的驅(qū)動因素,然而目前尚不清楚HMGB1與多個不良妊娠事件的因果關(guān)系,尚需更多的研究證實(shí)HMGB1的特異性作用。有學(xué)者通過動物模型或細(xì)胞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來影響妊娠期HMGB1的表達(dá)。一些研究發(fā)現(xiàn)可使用治療妊娠相關(guān)的病理抑制劑包括甘草酸(GA)[24]和丹參酮鈉IIA[43]來干預(yù)子癇前期;阿司匹林作為抗炎藥物可以降低復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者血漿中HMGB1的水平。盡管HMGB1正在被開發(fā)為其他疾病的治療靶點(diǎn),但這些策略尚未被用于具有強(qiáng)烈炎癥特征的妊娠疾病上。因此,如何評估這些抑制劑對HMGB1介導(dǎo)的炎癥的療效,以及它們在妊娠背景下治療疾病的潛力是非常有前景的研究方向。

4 總結(jié)

HMGB1的功能是多方面的,不僅有促進(jìn)許多細(xì)胞的核功能,還作為促炎信號在妊娠期間起著關(guān)鍵作用。如前所述,HMGB1促進(jìn)了妊娠早期正常的胚胎發(fā)育、子宮蛻膜化和分娩驅(qū)動,是炎癥反應(yīng)的重要驅(qū)動因子。然而,HMGB1的嚴(yán)格調(diào)控對于妊娠極其重要,失調(diào)可能導(dǎo)致慢性炎癥,從而導(dǎo)致許多妊娠相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展,往往會使早產(chǎn)和/或嬰兒死亡率的風(fēng)險(xiǎn)增加。通過研究,母體循環(huán)中可以系統(tǒng)地檢測到HMGB1,因此HMGB1可以作為監(jiān)測這些疾病嚴(yán)重程度的理想生物標(biāo)志物。此外,鑒于HMGB1在整個妊娠期驅(qū)動炎癥的關(guān)鍵作用,可提供一個完美的治療靶點(diǎn),通過抑制劑減輕炎癥的嚴(yán)重程度。這還需要在臨床上開展前瞻性研究,增加樣本量,進(jìn)一步說明HMGB1與妊娠相關(guān)疾病嚴(yán)重程度的關(guān)系。

利益沖突作者均聲明不存在任何利益沖突。