高遷移率族蛋白B-1對結直腸癌放療敏感性的調控作用機制研究進展

陳安祺，原娜，趙威威，郝曉慧，王聰，宋曉，張志林

1 河北北方學院研究生學院，河北張家口075000；2 河北北方學院附屬第一醫院放射治療科

新輔助同步放化療與局部晚期結直腸癌（CRC）的治療密切相關，然而不同患者治療后的反應存在顯著差異。同步放化療對腫瘤細胞的殺傷作用與腫瘤免疫微環境（TME）密切相關，這造成了同期別不同患者的手術切除率及預后相差甚大［1］。放射治療可以引起腫瘤細胞的免疫原性細胞死亡（ICD）［2］。高遷移率族蛋白B-1（HMGB-1）是一種組蛋白色素結合蛋白，它的釋放是ICD 的主要特征之一。隨著HMGB-1釋放位置的不同而呈現不同的功能，因此其在放射治療中扮演中極其復雜的角色［3］。在細胞內，HMGB-1 具有穩定染色體結構，利于DNA 轉錄和修復，并且促進溶酶體降解和維持細胞內穩態來驅使細胞發生自噬［4］。在細胞外，一方面HMGB-1促進T細胞的募集及其促炎因子的產生加強放療的敏感性；另一方面，通過誘導抑制性免疫細胞導致抵抗放療的作用［5］。臨床研究發現，HMGB-1的升高與腫瘤的放射敏感性密切相關［6］。現就HMGB-1 對CRC 放療敏感性的調控作用機制研究進展情況綜述如下。

1 HMGB-1 通過介導細胞損傷調控CRC 放療敏感性

1.1 HMGB-1 參與CRC 放療相關的DNA 損傷 根據傳統的放射生物學所述，電離輻射誘導的DNA 損傷包括堿基和脫氧核糖的損傷以及DNA 鏈的單鏈（SSB）或雙鏈斷裂（DSBs）［7］。此外，輻射通過對人體組織特別是腫瘤細胞的有機分子進行電離，產生自由基而使靶細胞受損。然而輻射誘導的DNA 損傷水平低于其修復能力，就會降低細胞死亡的概率［8］。因此，在細胞膜保持完整性的情況下，細胞的DNA 修復能力是決定細胞在亞致死輻射下存活的關鍵因素，也是評定腫瘤放療敏感性的依據。

據報道，HMGB-1參與DNA損傷修復途徑包括：核苷酸切除修復（NER）、錯配修復（MMR）、堿基切除修復（BER）和雙鏈斷裂修復（DSBR）［9］。DNA 修復切除途徑中是最常用的是NER，當DNA 被輻射受損后，HMGB-1 與DNA 損傷部位特異性結合并誘導螺旋進一步彎曲，這種扭曲可以幫助NER 裝置更快的識別損傷，然后招募著色性干皮?。╔PA）、復制蛋白（RPA）、DNA 修復的關鍵因子XPC-RAD23B 以及染色質重塑因子，去除核小體并促進受損DNA 進入修復裝置，來開啟染色質重塑的DNA 修復。在染色體背景下的DNA 修復包括三個步驟：“接近損傷—修復損傷—恢復原始染色質結構”。有研究［9］發現，在用DNA 損傷劑處理的小鼠胚胎成纖維細胞中敲除HMGB-1 后細胞存活率降低，重要的是DNA 受損后可誘導HMGB-1 的表達升高。為了進一步支持HMGB-1 在識別NER 蛋白方面的作用，LANGE 等［10］發 現HMGB-1 促進了XPC-RAD23B 和XPA-RPA 在受損DNA底物上的相互作用，同時，HMGB-1也能夠與XPC-RAD23B 和XPA 結合。然而相反的報道［11］認為，HMGB-1可抑制順鉑誘導的DNA損傷的修復，被稱為“修復屏障”。盡管目前關于HMGB-1在NER相關的修復作用是矛盾的，但研究數據更加偏向HMGB-1是NER的輔助因子。

HMGB-1 還與MMR 和BER 的修復作用有關，YUAN 等證實HMGB-1 在識別異源雙鏈修復的初始損傷的基礎上，與MSH2 和MLH1 基因結合并發揮修復作用［12］。PRASAD 等［13］發現，HMGB-1 不僅可與BER 途徑中的中間體—脫氧核糖磷酸（dRP）裂解酶底物結合，而且可與APE、FEN-1 和polβ 結合，參與修復作用；進一步發現，HMGB-1對這種BER 中間體具有弱的5'dRP裂解酶活性，HMGB-1的dRP裂解酶活性比polβ低約600倍。

DSBR 的有兩個子途徑：包括非同源末端連接（NHEJ）和V（D）J 重組。HMGB-1 在V（D）J 重組和NHEJ 中也起著重要作用，即增強DNA 內外間的連接，并向DNA 斷裂末端募集DNA 依賴性蛋白激酶催化亞基（PKCs），甚至在缺乏互補性的情況下，HMGB-1 可以縮短DNA 雙鏈體到斷裂末端的距離，利于DNA修復［14］。HMGB-1還可以通過彎曲和環化線性DNA 鏈來提高DNA 的穩定性。然而，HMGB-1參與DSBR 修復還可能有助于癌細胞的放射抗性。SHRIVASTAVA 等發現，在各種尿路上皮腫瘤細胞中，HMGB-1 水平的增加與放射抗性有關［15］。此結果表明，HMGB-1可能通過其促進DSBR修復而發揮腫瘤耐受輻射的作用。

HMGB-1 不僅參與了四種主要的DNA 修復途徑，還參與了細胞周期的調節。HMGB-1 結合晚期糖基化終產物受體（RAGEs）或T樣受體群（TLRs）通路導致細胞活化，激活了細胞內信號通路磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K-Akt）和絲裂原活化蛋白激酶如MAPK、ERK1/2來調節腫瘤細胞的活化和增殖。PI3K/Akt 可以激活細胞周期蛋白D，從而導致細胞周期蛋白依賴性激酶的抑制劑p21 活性的下降，促進G1/S 期轉變，因此HMGB-1 在細胞周期的調節中發揮著重要作用。另外抑制HMGB-1的表達可誘導細胞周期停滯在G0/G1期而使癌細胞對放射線敏感，從而增強了細胞凋亡［16］。

因此，HMGB-1 有效地介導了癌細胞的DNA 損傷修復并影響其放射治療療效。

1.2 HMGB-1 參與CRC 放療相關的自噬 自噬是一種分解代謝途徑，通過回收受損細胞器和關鍵蛋白質的溶酶體降解產物而維持自身能量水平，即自噬有助于細胞免于死亡。有研究表明自噬可能影響CRC 中的放射介導的生物學效應。腫瘤細胞經輻射損傷后，其可通過自噬來抵抗這些損傷，以維持自身的穩定性。研究人員發現通過干擾自噬可以克服腫瘤細胞耐藥性并且增強腫瘤的放射敏感性。然而一旦出現過度自噬，細胞器和關鍵蛋白的降解將超過機體的代償量，就會導致細胞死亡。這個過程被稱為自噬性細胞死亡或II型程序性細胞死亡。實驗研究發現通過利用藥物或基因來增強輻射誘導的自噬會促進腫瘤細胞死亡，從而提高腫瘤細胞的放射敏感性［17］?？偟膩碚f，自噬顯著影響放射治療療效，并有助于放射敏感性的增加。

HMGB-1 是自噬的關鍵調節因子，具有保護細胞免受輻射毒性的作用，其原因一方面可能是細胞質中的HMGB-1 通過分子內二硫鍵（C23/45）與Beclin1 結合從而將Beclin1 從其與Bcl2 的復合物中釋放出來并誘導自噬。另一方面由于暴露于輻射的癌細胞顯示自噬體的積累，以及Beclin-1 和微管相關蛋白LC3-Ⅱ水平的顯著增加，從而導致自噬反應增強，其原因可能與LC3 Ⅱ點有關［18］。在一項乳腺癌研究中認為HMGB-1的下調可顯著抑制放射治療誘導的自噬，從而抑制乳腺癌放療敏感性［19］。總之，輻射暴露誘導HMGB-1的升高增強了腫瘤細胞的自噬，導致腫瘤細胞放射敏感性增強。

2 HMGB-1 通過介導腫瘤微環境調控CRC 放療敏感性

2.1 HMGB-1 參與CRC 放療的免疫識別 免疫系統和惡性腫瘤細胞的相互作用是癌癥發生發展的重要過程，一方面免疫系統可以通過多種免疫效應機制殺死和清除腫瘤細胞，另一方面，腫瘤細胞也可以通過各種免疫逃逸機制抵抗和逃避免疫系統對腫瘤細胞的殺傷或清除以利于自身的生長。輻射誘導的抗腫瘤免疫是由免疫激活信號和免疫抑制因子的相互作用產生的。腫瘤細胞被輻射損傷后，腫瘤抗原的釋放和損傷相關的分子模式（DAMPs）可將TME塑造成免疫刺激模式，從而誘導有效的抗腫瘤免疫反應。其中，放射治療誘導的DAMPs 包括鈣網蛋白，熱休克蛋白，5'-三磷酸腺苷和HMGB-1［20］。在免疫系統識別、活化和清除腫瘤細胞時，HMGB-1 的釋放可增加免疫細胞的識別和清除。然而在正常細胞的程序性死亡時，HMGB-1 與細胞殘余物緊密結合，因此組織中細胞外HMGB-1的升高可作為壞死的求救信號或壞死標志物。

輻射可誘導免疫抑制細胞的產生或數量的增加，包括腫瘤浸潤性T 細胞、骨髓源性免疫抑制細胞，M2 型巨噬細胞及轉化生長因子-β（TGF-β）和各種免疫檢查點分子如程序性死亡受體1（PD-1）、細胞程序性死亡-配體1、細胞毒性T 淋巴細胞相關蛋白4 等，可能會削弱放射治療誘導的抗腫瘤免疫反應。HMGB-1 的升高可通過誘導免疫耐受影響放射治療療效。

2.1.1 HMGB-1 通過促進樹突狀細胞（DC）的成熟影響放療的療效 DC是一種有效的抗原呈遞細胞，可識別腫瘤抗原并將其呈遞至特定的T細胞來介導輻射誘導的適應性免疫反應。未成熟的DC 在抗原刺激下分化為成熟細胞，同時上調其表面的CD40、CD80/CD86 和主要組織相容性復合體，從而協同T細胞發揮抗腫瘤的作用。然而，TME 中的免疫抑制因子可抑制DC 成熟。據報道，HMGB-1 介導DC 的激活，并以劑量依賴的方式上調CD80/CD86 的表達［21］。此外，DC 成熟后會誘導HMGB-1 的分泌，從而上調趨化因子受體CXCR4 和CCR7，募集腫瘤細胞。同時，HMGB-1 的升高可通過HMGB-1-RAGE途徑誘發DC 的募集。除了上述作用，HMGB-1 也可促進DC 產生各種細胞因子，如白介素-6（IL-6）、IL-12p70和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）參與免疫反應。KANEGASAKI 等研究［22］表明，輻射誘導的HMGB-1通過靶向CCL3，募集并活化DC 協助T 細胞殺傷腫瘤細胞。研究表明，HMGB-1 可通過刺激DC 成熟來增強放射治療介導的癌癥免疫反應的重要介質之一。

2.1.2 HMGB-1 通過促進T 淋巴細胞的募集影響放療的療效 放射治療的療效與腫瘤浸潤的效應性免疫細胞的數量和功能有關。HMGB-1 可直接介導效應性免疫T 細胞的免疫反應，這可能與T 細胞的α1β2 直接活化有關。在小鼠試驗中，HMGB-1 的阻斷可影響T 細胞的活化。HMGB-1 也可通過調控T 細胞表面的CXCL11 促進T 細胞的募集。重要的是，腫瘤細胞死亡前釋放的HMGB-1 不僅促進腫瘤抗原特異性T 細胞的活化，而且增加干擾素（IFN）-γ的表達，而IFN-γ 是驅動抗腫瘤免疫的關鍵因素［23］。這些研究均表明HMGB-1可能是通過誘導抗原特異性T細胞的免疫反應來增加放療的抗腫瘤作用。

2.1.3 HMGB-1 通過介導調節性T 細胞影響放療的療效 放射治療通過調控T 細胞免疫反應重塑TME，在此過程中，HMGB-1 有可能協助促進腫瘤免疫抑制細胞的形成，誘發免疫耐受和腫瘤免疫逃逸，進而影響放療介導的抗腫瘤免疫。其中，調節性T細胞（Tregs）的形成及分泌產物如IL-10，是導致腫瘤細胞抗輻射及免疫逃避的原因。HMGB-1 可以上調轉錄因子Foxp3 以增強Tregs 的分化，其也可通過介導胸腺基質淋巴生成素來激活Tregs［24］。另外，HMGB-1 結合Tregs 表面的RAGE 不僅直接增強Tregs 的促腫瘤作用，而且促進Tregs 細胞分泌IL-10，抑制CD8+T 細胞的抗腫瘤效應［25］。因此，HMGB-1 與Tregs 的相互作用有可能增加腫瘤細胞的免疫逃逸，導致放療療效的下降。

2.1.4 HMGB-1 通過調節巨噬細胞影響放療的療效 巨噬細胞在免疫調節中起著十分重要的作用。研究［26］表明，HMGB-1 的表達與腫瘤巨噬細胞浸潤呈正相關。腫瘤浸潤巨噬細胞（TAMs）是M2型巨噬細胞，其可通過IL-10 和TGF-β 參與T 細胞的抑制。有趣的是，在膀胱癌模型中，與單獨的放射治療相比，放療聯合HMGB-1 抑制劑甘草甜素顯著增加了抗腫瘤M1 型巨噬細胞的數量［27］。這表明HMGB-1抑制M1 型巨噬細胞對腫瘤細胞的控制。另外，腫瘤來源的HMGB-1 可有效的觸發單核細胞分化為PD-1+的TAMs，顯著增強IL-10 的表達，從而抑制CD8+T細胞增殖并促進食管癌的發展［28］。這些發現證實HMGB-1可以通過促進巨噬細胞的極化來抑制放射治療介導的免疫反應。

2.1.5 HMGB-1 通過MDSCs 介導的免疫抑制影響放療的療效 髓系來源的抑制細胞（MDSCs）代表不成熟髓系細胞的異質性群體，包括腫瘤進展和慢性炎癥過程中的粒細胞、DC 和巨噬細胞的前體［29］。MDSC 的彌漫性分布可能是驅動腫瘤轉移和抗輻射的一個因素。機制可能是HMGB-1 提高了MDSC 在缺氧和營養缺乏的腫瘤微環境中的生存能力。曾有研究發現，HMGB-1不是直接抑制T細胞和B細胞的增殖，而是誘導MDSC 的增殖來介導促腫瘤效應，HMGB-1 的阻斷，可顯著抑制MDSC 的增殖［30］。機制可能一方面與激活NF-κB 信號通路有關，另一方面與骨髓祖細胞的刺激及分化有關［7］。因此，HMGB-1 的分泌可通過MDSC 介導的免疫反應而達到抑制放射治療的作用。

2.2 HMGB-1 參與CRC 放療過程中炎癥因子的產生和釋放 腫瘤細胞具有免疫抑制作用，能抵抗炎癥細胞的浸潤。機體受到輻射后，多表現為慢性炎癥反應，以上皮細胞、內皮細胞和免疫細胞的浸潤為主。例如，經放射治療后，腫瘤細胞周圍可見多種促炎細胞因子如TNF、IL-1α 和IL-1β 等的產生，此時，HMGB-1 與免疫細胞表面的RAGEs 結合觸發RAGE/JNK/NF-κB 炎癥信號通路，促進和維持炎癥反應［31］。此外，其不僅可通過自分泌方式誘導單核細胞釋放TNF-α、IL-1α 等，而且可與DNA、脂多糖、IL-1β 和核小體形成復合物，促進炎癥的形成。HMGB-1 也可直接激活內皮細胞并上調粘附分子Mac-1，誘導中性粒細胞的募集、粘附和遷移。此外，HMGB-1 與自然殺傷細胞表面的Toll 樣受體2結合，進而啟動NF-κB、STAT3 和Smad3 信號通路而誘導抗腫瘤免疫反應［32］。HMGB-1 通過激活細胞因子加速了放射治療介導的腫瘤向“急性炎癥”組織的轉化，這對于適應性免疫反應的啟動至關重要。

2.3 HMGB-1 參與CRC 放射治療的腫瘤氧耗的形成 據文獻報道，高達60%的晚期實體瘤由于氧的供應和消耗之間的失衡而表現出缺氧區域。腫瘤缺氧是造成腫瘤侵襲、轉移及其對治療的抵抗的不良因素。缺氧誘導因子1（HIF-1）是缺氧條件下的產物，是細胞缺氧的表現，放射治療聯合HIF-1 抑制劑可顯著控制小鼠腫瘤細胞的生長［33］。還有研究［34］發現在CRC 細胞中，缺氧通過下調BTG3 來誘導放療抗性。腫瘤中心的低氧環境可誘導炎癥反應，釋放HMGB-1 和線粒體DNA（mtDNA）等。研究證實，腫瘤細胞在缺氧條件下，HMGB-1 的表達升高促進巨噬細胞的浸潤，并使其向M2 型極化，釋放IL-6 以增強缺氧誘導的腫瘤細胞轉移。同時HMGB-1 和mtDNA 的相互作用通過激活TLR9 來誘導腫瘤的生長，TLR-9 的激活觸發炎癥和腫瘤信號通路，進一步加速腫瘤的生長。因此，缺氧通過上調HMGB-1 來促進癌癥的侵襲和轉移，降低了CRC的放療敏感性。

綜上所述，HMGB-1 在CRC 放療中的作用及其機制比較復雜，在細胞內參與DNA 的修復途徑和細胞周期調節，甚至干擾細胞自噬直接作用于腫瘤細胞。在細胞外通過干擾免疫反應、炎癥因子的釋放以及腫瘤細胞的氧耗間接作用于TME，進而影響CRC 輻射敏感性，導致腫瘤細胞放射治療效果的差異。所以，HMGB-1 的升高與腫瘤的放療敏感性密切相關，可能是降低CRC 放療的療效一種存在機制。隨著研究內容的不斷深入，新的理論的創新，HMGB-1 與放療敏感性機制的研究將會得以完善，也會有助于開發有效且靶向的腫瘤放射增敏的作用，為改善腫瘤放射療效開辟新的途徑。