HMGB1與細胞自噬、凋亡關系的研究進展

梁運軒，覃月秋

（右江民族醫學院附屬醫院，廣西 百色）

0 引言

HMGB1作為晚期炎性介質及損傷相關模式分子，能促進釋放早期炎癥因子，不斷觸發和維持下游炎癥反應，其主要受體有糖基化終產物受體（Receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）、Toll樣受體（Toll-like receptors，TLR），最終激活核轉錄因子κB（NF-κB ）信號轉導通路，進而上調各種炎癥因子，而炎癥所致細胞損傷或壞死情況下，細胞自噬和凋亡因子水平改變，是近年來研究熱點。而HMGB1、細胞自噬及凋亡均與炎癥損傷息息相關，下文就HMGB1與淋巴細胞自噬、凋亡關系作簡要介紹。

1 HMGB1、細胞自噬、細胞凋亡概述

1.1 HMGB1

高遷移率族蛋白超家族，包含HMGB1、HMGB2和HMGB3三大成員，是細胞核內高度保守的非組蛋白，HMGB1是含量最多，也是該家族中目前研究最為深入的一個，目前認為與細胞自噬、細胞凋亡關系密切。HMGB1廣泛分布于哺乳動物的細胞內，是由215個氨基酸殘基組成的一條單鏈多肽，有不同的結構域三個，A盒和B盒是DNA結合區，是擁有大于80%同源性的80個氨基酸組成的串聯結構域，二者之間通過24個氨基酸相接，負性C末端尾巴長度有30個氨基酸。B盒是HMGB1細胞因子活性結構域，前20個氨基酸組成負責誘導產生IL-6和TNF-α等細胞因子，是功能高度保守的結構域，起引起炎性反應作用，而A盒與之功能相反，具有拮抗HMGB1促炎反應作用[1-5]。負性C末端則與RAGE、TLR結合發揮效應。細胞內HMGB1是DNA結合結合蛋白，廣泛存在于真核生物體內，與線性DNA結合保持其螺旋結構，調節基因調控及轉錄起重要作用[6]；此外，胞內HMGB1還通過開放染色質螺旋結構來影響染色質結構和組蛋白相互作用，起到穩定核小體、促進DNA折疊、復制、修復及增強轉錄等作用。HMGB1來源于細胞主動分泌及被動釋放兩種方式，通常由壞死的細胞被動釋放，而非凋亡細胞，也可以由受到刺激的炎細胞（巨噬細胞或單核細胞）、中性粒細胞、組織細胞等經分子乙酰化將HMGB1由核轉移到溶酶體，再經過腺苷三磷酸途徑或溶血磷脂酰膽堿途徑主動分泌到細胞外，均會導致炎癥發生[7,8]。HMGB1在胞外可作為炎癥介質，與免疫應答的監管、神經內分泌、無菌性血管炎癥反應等過程密切相關[9]。

1.2 細胞凋亡

細胞凋亡又稱為I型程序性細胞死亡，是細胞在一定生理或者病理條件下，通過一系列基因的激活、表達和調控，出現的生理性、主動性的死亡過程，對生命進程及機體穩態的維持有重要作用。細胞主動死亡后，由染色體或染色質固縮破裂后形成DNA碎片等細胞廢物形成凋亡小體，并由吞噬細胞迅速吞噬清除凋亡小體，可避免細胞內容物向周圍擴散形成炎癥，因此凋亡并無細胞內容物外滲及炎癥反應[10]。當存在缺氧、細胞內鈣濃度超載等刺激時，細胞釋放凋亡信號，主要通過死亡受體介導的途徑、線粒體途徑、內質網途徑以及非caspase依賴性途徑被觸發[11,12]，進而啟動細胞凋亡過程。（1）死亡受體介導的細胞凋亡：腫瘤壞死因子(TNF-α)受體超家族分布于死亡受體的細胞表面受體，與同源配體結合后啟動凋亡，通過緊密結合的同源配體(TNF-α、T R AIL、Fas配體FasL/CD95L)來介導凋亡機制[13]。（2）線粒體損傷介導的凋亡：線粒體可往胞漿中分泌促凋亡因子的方式調節凋亡過程，如凋亡誘導因子、細胞色素C和Diablo-SMAC等。隨后細胞色素C與凋亡蛋白激活因子1結合，再募集 Caspase9前體形成凋亡復合體，活化的Caspase9從凋亡小體上釋放出來，最后啟動Caspase( Caspase3和Caspase 7)效應[14]。（3）內質網途徑介導的凋亡：當有鈣離子穩態失衡、外在刺激等損害了內質網的生理功能，導致內質網腔內大量蓄積異常蛋白，從而導致內質網應激（ERS）[15]。葡萄糖調節蛋白-78(GRP78)是ERS反應中維持細胞內環境穩態標志分子，以無活性的酶原形式與蛋白激酶樣內質網激酶(PERK)、肌醇需要酶1(IRE-1)、轉錄激活因子 6 (ATF6)穩定結合；當ERS反應時GRP78與感應蛋白解離，通過激活未折疊蛋白反應或內質網應激反應，減少新生蛋白的合成、促進未折疊蛋白折疊及增加未折疊蛋白的降解減輕內質網壓力，如反應過強或持續存在，往往可導致凋亡的發生[16-18]。

1.3 細胞自噬

細胞自噬又稱Ⅱ型程序性細胞死亡，是細胞在應激條件、運動刺激或營養缺乏時相對保守的防御調控機制，一方面參與抗原呈遞以及炎癥免疫反應，另一方面可清除胞質內受損的細胞器、錯誤折疊的蛋白質、脂類、回收代謝物質，有效降低活性氧 (reactive oxygen species，ROS)的傷害、修復DNA損傷的一種自救和調控方式，以自噬小體 (autophagosome)的方式消化分裂體，產生的氨基酸和葡萄糖等可被細胞再利用[19-22]。其自噬反應開始，其微管相關蛋白質1輕鏈3(，LC3-Ⅰ)轉化成微管相關蛋白質2輕鏈3(LC3-Ⅱ)，所以目前LC3普遍認為是細胞自噬起始的重要標志物[23,24]。根據底物特異性、膜來源和向溶酶體傳送的方式不同，可分為分子伴侶介導的自噬、微觀自噬以及宏觀自噬3種類型[25,26]。其中以宏觀自噬為代表，通過膜內陷等方式形成自噬小體，與溶酶體融合形成自噬-溶酶體，最后降解，這是體內常見的自噬溶酶體途徑[27,28]。目前細胞自噬的形成和調控主要是通過mTOR、Beclin-1、P53這三條多步驟途徑來實現的。（1）mTOR信號通路：營養缺乏等條件時，促使酪氨酸激酶受體激活，逐級激活PI3K/Akt，最終mTOR激活抑制自噬，也可以通過激活LKB1/AMPK，抑制mTOR活性，誘導自噬發生[29]；（2）Beclin-1信號通路介導自噬：Beclin-1是重要抑癌基因，與ClassⅢ PI3K結合后形成Beclin 1-ClassⅢ PI3K-Vps15 復合體，能上調細胞自噬水平[30]；（3）P53信號通路：在細胞核內，通過激活AMPK- mTOR信號通路，抑制mTORC1，激發細胞自噬，也能通過激活DAPK1，促使Beclin-1磷酸化而促進細胞自噬，還能通過激活抗凋亡蛋白BCL-2家族，解除Beclin-1的抑制狀態，從而上調細胞自噬水平，但細胞質p53可抑制自噬[31-33]。

2 HMGB1、細胞自噬、細胞凋亡相互關系

2.1 細胞自噬與細胞凋亡

凋亡與自噬均是程序性細胞死亡，自噬通過降解FAP-1來調節凋亡，核內p53可誘導自噬，間接因基因毒性壓力往凋亡性死亡發展，也可直接誘導細胞凋亡，但細胞質p53可抑制自噬并促進凋亡[33,34]。凋亡首先形成凋亡小體，然后通過吞噬來清除和降解死亡的細胞，自噬通過自噬囊泡(自噬體和自噬溶酶體)累及并降解包裹物質。凋亡和自噬可通過溶酶體來源區分，凋亡過程需借用吞噬細胞的溶酶體，而自噬則使用來源于死亡細胞的內源性溶酶體。但細胞自噬是否是繼發于細胞凋亡效應或屬于直接程序性細胞死亡目前尚未清楚。死亡相關蛋白激酶家族(DAPK)是控制程序性細胞死亡的關鍵酶，其與DAPK相關蛋白激酶1(DRP-1)處于激酶活性時可促進細胞死亡[35]。DAPK1能激活細胞凋亡，也可影響細胞自噬性程序性細胞死亡[36]。有研究表明適度自噬能令靶細胞對外界應激做出反應，減少損傷，使其存活，同時清除受損的細胞器，利于維持細胞穩態[37]；也有研究表明，過度強化的自噬可促使細胞凋亡，造成細胞損傷[38]。使用紫杉醇處理卵巢漿液癌細胞時，適當上調Golph3水平可促進能細胞自噬，抑制細胞凋亡；下調Golph3水平抑制細胞自噬，促進細胞凋亡[39]。過強度上調自噬水平后能增加細胞凋亡，而下調抑制細胞自噬后則可逆轉細胞凋亡[40]。

2.2 HMGB1與細胞自噬、凋亡

HMGB1及細胞自噬、凋亡均與炎癥反應有關，HMGB1是晚期炎癥的標志物，可促進早期炎癥因子持續釋放并維持炎癥持續存在，導致細胞損傷或壞死而改變自噬及凋亡水平。目前認為RAGE為 HMGB1的主要受體，具有高親和力，此外Toll樣受體2(TLR2)及Toll樣受體4(TLR4)亦參與了HMGB1的胞內信號轉導，均能使NF-κB活化釋放炎癥因子。另有負性調控受體CD24、唾液酸結合性免疫球蛋白樣凝集素與HMGB1偶聯可以阻斷NF-κB的活化，從而抑制由HMGB1-TLR4介導的炎性因子釋放。有關鼠局灶性腦缺血再灌注損傷研究發現，HMGB1抑制劑有效抑制HMGB1釋放后可減輕炎癥、氧化應激及減輕凋亡[41]。呂聰等實驗發現節氧糖剝后星型膠質細胞HMGB1釋放后可通過NF-κB通路引起細胞的凋亡，當抑制HMGB1釋放可減輕細胞凋亡[42]。在高糖誘導下的人臍靜脈內皮細胞實驗中，通過上調HMGB1，抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路，能促進自噬發生[43]。實驗發現，沙眼衣原體質粒蛋白pORF5通過上調HMGB1誘導線粒體自噬并抑制細胞凋亡[44]。

3 結語

目前炎癥治療仍是臨床難題，特別是重癥胰腺炎、膿毒癥等存在炎癥介質失控導致病情進展時，HMGB1作為晚期炎癥因子，可促進早期炎癥因子級聯式釋放并維持炎癥反應，導致細胞自噬及凋亡水平改變進一步加重損傷或導致壞死，病情進一步加重，如能阻斷炎癥反應或使用HMGB1拮抗劑阻斷炎癥從而改變細胞自噬、凋亡水平，將有可能改善預后及提高生存率。HMGB1促炎反應具體機制及對細胞自噬、凋亡調控的具體途徑尚需進一步研究。