HMGB1調節(jié)自噬誘導腫瘤細胞化療耐藥的研究進展

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HMGB1調節(jié)自噬誘導腫瘤細胞化療耐藥的研究進展

田文嫻李芳岳銀艷周璐黃亞輝王靜

(鄭州大學第一附屬醫(yī)院 呼吸與危重癥二科1病區(qū)河南 鄭州450052)

【關鍵詞】HMGB1；自噬；誘導；化療；耐藥

高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)是一類核內非組蛋白，具有多種生物學功能。既往研究發(fā)現(xiàn)HMGB1在多種實體性腫瘤如腸癌[1-2]、胰腺癌[3]、乳腺癌[4]、膽囊癌[5]以及造血系統(tǒng)惡性腫瘤[6]中高表達，且與腫瘤的臨床分型及腫瘤細胞生長、侵襲、轉移密切相關[7-9]。近年來研究證實HMGB1與腫瘤細胞化療耐藥亦密切相關，主要通過自噬途徑誘導腫瘤細胞化療耐藥。

1HMGB1的結構特征與生物學效應

1.1HMGB1的結構特征高遷移率族蛋白是40多年前發(fā)現(xiàn)的一類典型核內非組蛋白，由215個氨基酸殘基組成，分子量約為25 kD，有HMGA、HMGB和HMGN 3個家族[10]。其中，HMGB家族包含有HMGB1、HMGB2和HMGB3等成員。HMGB1在進化過程中高度保守，嚙齒類動物與人僅C末端最后一個氨基酸不同。人HMGB1的基因位于13q12染色體上，具有典型的雙極結構。C端是由30個氨基酸殘基構成的酸性區(qū)域，帶負電荷。N端是由185個氨基酸殘基構成的堿性區(qū)域，帶正電荷。N端含有A盒和B盒，各由75個氨基酸構成，是與DNA結合的結構域。B盒是HMGB1的主要細胞因子活性區(qū)域，引起炎性反應，而A盒則可拮抗B盒的此作用。C末端參與調節(jié)HMGB1與DNA的相互作用，對A盒的親和力高于B盒，與A盒結合后能夠增其抗炎活性。C末端與B盒相連接的區(qū)域包含了一個高級糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)結合域，位于氨基酸150-183片段，是HMG蛋白家族的特征性序列，影響腫瘤細胞的移位以及p53基因的功能[11]。

1.2HMGB1的生物學效應位于細胞核內的HMGB1，作為結構蛋白，與DNA非特異性結合，親和力低，主要參與構建核小體，并維持其穩(wěn)定性。同時，HMGB1還可以調節(jié)類固醇激素受體、核因子-κB (nuclear factor κB，NF-κB)、p53等的轉錄活性。

位于細胞外的HMGB1，作為一種損傷相關分子模式 (damage-associated molecular pattern，DAMP) 分子，主要來源于巨噬細胞、單核細胞及所有暴露于促炎因子和細菌產(chǎn)物的細胞。IL-1、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等多種前炎癥因子均可誘導這類細胞分泌HMGB1。HMGB1不僅直接作為炎性細胞因子參與固有免疫應答和作為內源性危險信號分子啟動適應性免疫應答，而且可以與RAGE、Toll樣受體 (TLR-2、TLR-4、TLR-9)等多種受體結合[12]，誘發(fā)一系列生物學效應。其中，RAGE是屬于免疫球蛋白超家族的一種多配體跨膜受體，也是目前已知HMGB1的唯一高親和力受體[13]，在各種腫瘤細胞、內皮細胞、神經(jīng)細胞、單核巨噬細胞等均有表達。細胞表面的RAGE與釋放至細胞外的HMGBl結合，可使其表達上調[14]。HMGBl/RAGE復合物不僅使絲裂原活化蛋白激酶如p38激酶、SAPK/JNK、細胞外信號調節(jié)蛋白激酶(ERKl/2)磷酸化，也可激活細胞分裂周期蛋白42(Cdc42)鳥苷三磷酸酶激酶信號轉導和轉錄激活子(JAK/STAT)信號轉導通路，釋放多種炎性因子，以及與細胞表面的CXCLl2(stromal cell derived factor-1)結合促進CXCR4構象重排、炎性細胞轉移，介導多種急慢性炎癥性疾病[15-16]，也可激活MMP-2、MMP-9等，致使細胞外基質降解，從而在腫瘤細胞的侵襲和轉移中起促進作用[7-9]。

2自噬與腫瘤細胞化療耐藥

腫瘤細胞化療耐藥是一個復雜的、多因素的且不斷發(fā)展的問題，經(jīng)典的腫瘤細胞化療耐藥機制主要有：①膜糖蛋白(如P-糖蛋白、多藥耐藥相關蛋白以及乳腺癌多藥耐藥相關蛋白等)介導的藥物外排機制：胞內抗腫瘤藥物的有效濃度因藥泵蛋白的轉運作用而降低，以致不能殺死腫瘤細胞；②DNA修復異常：順鉑、5-氟尿嘧啶、阿霉素等抗腫瘤藥物均通過損傷DNA進而抑制細胞分裂或導致細胞死亡，腫瘤細胞DNA修復系統(tǒng)活性升高往往使腫瘤細胞對這些藥物產(chǎn)生耐藥；③凋亡通路異常：凋亡是目前化療藥物的終末途徑，但腫瘤細胞內源性或獲得性的凋亡相關蛋白異常表達或功能缺陷造成凋亡通路異常往往導致腫瘤耐藥。

自噬(autophagy)是細胞在營養(yǎng)缺乏或應激條件下的一種自救和質控方式，包括清除胞質內損的細胞器、入侵的病原體、錯誤折疊的蛋白質、脂類以及修復DNA損傷等過程。這些異常物質在自噬小體中被消化為葡萄糖和氨基酸等，然后被細胞再利用。目前普遍認為自噬是一種防御和應激調控機制，在細胞營養(yǎng)供應不足時，自噬作為促生存機制被激活[17]。近年來在結直腸癌[18]、食管癌[19]、胰腺癌[20]、前列腺癌[21]、白血病[22]等多種腫瘤細胞的實驗中發(fā)現(xiàn)其耐藥性隨著自噬活性的升高而增加，無論是通過基因敲除、沉默自噬相關蛋白如Beclin1等，還是給予自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-MA)，腫瘤細胞對化療藥物的敏感性均顯著增強。

3HMGB1通過自噬誘導腫瘤細胞化療耐藥

除了具有胞外炎癥細胞因子、核內轉錄因子等功能外，HMGBl還在細胞自噬的誘導和調控中發(fā)揮主要作用。在應激條件下，由核內轉位至胞質的HMGB1通過使細胞自噬相關蛋白Beclin1從Beclin1/Bcl-2復合物中釋放出來而誘導細胞自噬的發(fā)生[23-24]。近年的研究表明，HMGB1通過調節(jié)自噬與腫瘤細胞化療耐藥密切相關。張秋玉等[25]通過構建靶向HMGB1的shRNA載體穩(wěn)定轉染胃癌細胞BGC-823，觀察HMGB1基因沉默對化療藥物多柔比星誘導BGC-823細胞發(fā)生自噬和凋亡的影響，結果發(fā)現(xiàn)加入多柔比星，BGC-823細胞中HMGB1及自噬標志蛋白LC3-Ⅱ的表達增加，沉默HMGB1基因后多柔比星誘導的自噬標志蛋白LC3-Ⅱ表達下降，抗凋亡蛋白Mcl-1的降解增加及激活型caspase-3的表達水平增高，胃癌細胞自噬水平[(19.33±2.96)%、(71.67±3.38)%，P<0.01]下降，胃癌細胞凋亡增加[(46.12±3.15)%、(12.37±2.84)%，P<0.05]。同樣，Zhan等[26]發(fā)現(xiàn)長春新堿可促進胃癌細胞釋放HMGB1，抑制HMGB1的表達和釋放可顯著下調Mcl-1的表達及外源性HMGB1誘導的保護性自噬，促進其凋亡。Kang等[27]在胰腺癌細胞中發(fā)現(xiàn)，HMGB1主要與RAGE相結合，RAGE的過表達可顯著增加細胞自噬，抑制細胞凋亡，促進腫瘤生存，相反，下調RAGE的表達可減少細胞自噬，提高凋亡水平。

在人類血液腫瘤細胞中，Liu、Yang等[22，28]發(fā)現(xiàn)化療藥物[例如，長春新堿(VCR)、阿霉素(ADM)等]可以誘導人原髓細胞白血病細胞系HL-60和T細胞白血病細胞系Jurkat顯著釋放HMGBl，通過基因轉染技術沉默HMGBl基因的表達或給予HMGB1小分子抑制劑(如槲皮素)及HMGBl特異性中和抗體處理HL-60和Jurkat細胞減少HMGBl，白血病細胞對VCR、ADM等藥物敏感性增加；進一步通過RNA干擾降低Beclin1的表達或者通過自噬抑制劑(如巴佛洛霉素A1)干預自噬潮的形成，能夠逆轉HMGBl誘導的白血病化療耐藥性，說明HMGB1主要通過自噬誘導化療耐藥；并進一步驗證HMGB1可能通過活化P13KC3-MEK-ERK1/2信號途徑上調LC3-Ⅱ表達及增加p62的降解調節(jié)自噬。Kong等[29]在急性淋巴細胞白血病細胞中發(fā)現(xiàn)抑制自噬前體物質Ulk1Atg13-FIP200復合物形成或抑制HMGBl從細胞核移位至細胞質，均可以通過抑制自噬增加化療敏感性。相似的是，Huang等[30]在骨肉瘤細胞系MG-63，SaOS-2及U-2OS細胞中發(fā)現(xiàn)阿霉素、順鉑等化療藥物可導致HMGB1表達增加，但是HMGB1主要通過調節(jié)Beclin1-PI3K-Ⅲ復合物形成而非Ulk1Atg13-FIP200復合物誘導自噬導致骨肉瘤細胞對阿霉素等化療藥物耐藥。

除此之外，在人類肺部腫瘤中，Pan等[31]發(fā)現(xiàn)多西他賽(docetaxel，DTX)可以誘導人肺腺癌細胞(lung adenocarcinoma，LAD)發(fā)生自噬及促進HMGB1細胞質移位，而轉染LAD細胞系HMGB1 shRNA，沉默HMGB1基因表達后再給予DXT，結果與對照組比較，發(fā)現(xiàn)無論是DTX敏感SPC-A1、H1299細胞還是DTX耐藥SPC-A1及H1299細胞(SPC-A1/DXT及H1299/DXT)的凋亡率均增加，存活率均下降，LC3-Ⅱ表達均減少、p62蛋白表達均增加、HMGB1細胞質轉位受抑，其中DTX敏感SPC-A1、H1299細胞凋亡率分別提高(15.59±1.01)% 和(12.79±0.88)%，進一步研究發(fā)現(xiàn)HMGB1通過活化 MEK-ERK1/2而非mTORC1信號通路促進Beclin1-PI3K-Ⅲ復合物形成從而誘導LAD細胞DXT耐藥，這一實驗結果在動物實驗中亦得到進一步證實。

4小結與展望

作為一種核蛋白和多功能的炎癥因子，HMGB1在胞內及胞外均發(fā)揮著重要作用。雖然既往文獻報道HMGB1可以促進細胞凋亡[32]，但是目前多數(shù)研究認為HMGB1通過調節(jié)自噬在腫瘤細胞中發(fā)揮抗凋亡作用，與腫瘤細胞化療耐藥密切相關。凋亡細胞中氧化-還原改變或組蛋白的低乙酰水平可能是影響HMGB1生物學效應兩面性的原因[33]?？傊?，鑒于HMGB1與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的密切關系以及在耐藥機制中的關鍵作用，HMGB1成為抗腫瘤治療新的突破點，為腫瘤治療帶來新的希望。

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(收稿日期：2015-11-11)

【中圖分類號】R 563

doi:10.3969/j.issn.1004-437X.2016.02.030

通訊作者：王靜，E-mail：wangjing@zzu.edu.com。