HMGB1與動脈粥樣硬化相關(guān)疾病的研究進展

鐘 港，孫雨婷，王夢恬，袁婷婷，盧瑤瑤，馮瑞玲，梁景巖

(揚州大學(xué)醫(yī)學(xué)院 江蘇省中西醫(yī)結(jié)合老年病防治重點實驗室，江蘇 揚州 225001)

高遷移率族蛋白(high mobility group protein,HMG)是一類普遍存在的DNA結(jié)合因子，因在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的高遷移率而得名[1]。其中HMGB1被證明是一種在真核生物體內(nèi)廣泛表達的雙功能型蛋白質(zhì)。在細胞內(nèi)起核蛋白的作用，在胞外空間主要作為炎癥介質(zhì)，通過靶細胞的模式識別受體，如晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)，傳遞相關(guān)細胞信號，引起機體炎癥細胞因子的釋放來介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[2]。研究表明，在動脈粥樣硬化形成過程中，血管內(nèi)皮細胞、內(nèi)膜平滑肌細胞和巨噬細胞大量表達HMGB1，并一直伴隨著脂質(zhì)沉積到纖維斑塊形成等動脈粥樣硬化的病理過程[3]。除此之外，研究證實細胞外HMGB1能夠促進肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)模式大鼠的疾病進展，抑制HMGB1的活性，還可明顯提高大鼠的存活率[4]。并且相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)在其他動脈粥樣硬化相關(guān)疾病，如冠心病、缺血性腦卒中、高血壓患者的血清及其病變組織中HMGB1也顯著高表達，提示HMGB1可能在動脈粥樣硬化相關(guān)疾病進程中扮演重要角色。現(xiàn)對HMGB1在動脈粥樣硬化相關(guān)疾病的研究進展予以綜述。

1 HMGB1主要結(jié)構(gòu)和功能

HMGB1是影響人類許多細胞活動過程的一種非組蛋白核因子，由高度保守的位于N端的A box、C端的B box以及30個重復(fù)的天冬氨酸和谷氨酸構(gòu)成的酸性末端[5-6]三個部分組成。A box主要誘發(fā)炎癥反應(yīng)，并且與TLR-4親和力較高。He等[7]通過阻斷HMGB1與TLR-4的信號交流，發(fā)現(xiàn)可以限制HMGB1發(fā)揮其促炎功能，提示TLR-4在A box介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。白細胞介素(interleukin,IL)是炎癥反應(yīng)中的調(diào)節(jié)因子，研究表明A box通過抑制IL-1β介導(dǎo)的HMGB1釋放，能夠在腦損傷模式小鼠中逆轉(zhuǎn)腦水腫和神經(jīng)系統(tǒng)功能的惡化[8]，揭示A box在大腦炎癥反應(yīng)過程中的雙重效應(yīng)。B box主要產(chǎn)生抑制炎癥的作用，基本功能與A box相反。Bandala-Sanchez等[9]證實，糖蛋白52可結(jié)合B box，并與T細胞上的Siglec-10受體結(jié)合，抑制T細胞的部分免疫功能，提示B box也可能參與機體免疫抑制功能的產(chǎn)生。而酸性末端則主要負責(zé)調(diào)節(jié)HMGB1與DNA分子以及HMGB1與TLR-2受體的結(jié)合[10]。

HMGB1往往由壞死的細胞釋放，也可以由受到刺激的炎細胞如巨噬細胞或單核細胞等主動分泌。細胞內(nèi)的HMGB1經(jīng)分子乙酰化后，從細胞核轉(zhuǎn)移到溶酶體，再以胞外溶血磷脂酰膽堿或腺苷三磷酸為載體運輸?shù)郊毎鈁11]。Park等[12]通過降解細胞內(nèi)組蛋白去乙?；?，發(fā)現(xiàn)HMGB1在脂多糖活化的巨噬細胞中的乙?；玫酱龠M，表明組蛋白去乙?；?可能介入HMGB1分子乙酰化的過程并調(diào)控HMGB1的表達。

HMGB1在細胞核內(nèi)主要作為核蛋白，通過分子識別功能發(fā)揮調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄和穩(wěn)定DNA的功能。鼠類肉瘤病毒癌基因(KRAS)啟動子元件負責(zé)細胞大部分的轉(zhuǎn)錄過程，Amato等[13]發(fā)現(xiàn)，HMGB1可以結(jié)合并穩(wěn)定KRAS啟動子元件的G四鏈體，而且抑制HMGB1能夠增加KRAS的表達，提示HMGB1可能經(jīng)G四鏈體調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。此外，F(xiàn)unayama等[14]證實細胞核內(nèi)過表達HMGB1可以通過抑制DNA的損傷，阻止心力衰竭模式小鼠的心肌肥厚和心力衰竭的發(fā)展，這也體現(xiàn)了HMGB1在心力衰竭過程中的兩面性。

而HMGB1在胞外可作為炎癥介質(zhì)，與神經(jīng)內(nèi)分泌、免疫應(yīng)答的監(jiān)管、血管的無菌性炎癥反應(yīng)等過程密切相關(guān)[15]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，胞外HMGB1還可能通過單核細胞趨化蛋白1誘導(dǎo)細胞自噬引起內(nèi)皮細胞缺血再灌注損傷，并通過炎癥小體增加血管平滑肌細胞IL-1β表達量，進而促進動脈粥樣硬化的產(chǎn)生和發(fā)展[16-17]。

2 HMGB1主要受體和相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

RAGE和TLRs是HMGB1信號傳遞的主要受體。普遍認為，HMGB1通過RAGE和TLRs之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，可以在組織損傷區(qū)募集炎癥細胞介導(dǎo)炎癥反應(yīng)并通過上調(diào)血管黏附分子等細胞因子的表達促進血管損傷。

RAGE在單核細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞、動脈粥樣硬化斑塊中活化的內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞以及許多腫瘤細胞中表達水平較高。細胞外HMGB1可能主要通過RAGE介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進入溶酶體內(nèi)，之后與其他胞外促炎分子結(jié)合，破壞溶酶體膜的穩(wěn)定性，再經(jīng)激活細胞分裂周期蛋白/Rho鳥苷三磷酸酶通路和促分裂原活化的蛋白激酶/核因子κB途徑引起溶酶體滲漏，最終促進活性氧類的生成和細胞黏附因子等炎癥因子的分泌[18]。在干細胞的分化和血管內(nèi)皮細胞增殖過程中，RAGE也扮演重要角色。經(jīng)RAGE引發(fā)的溶酶體發(fā)生滲漏后，細胞內(nèi)迅速生成的活性氧類具有強大的氧化作用，能夠解除HMGB1對多能血管干細胞向平滑肌細胞分化的抑制作用，促進血管平滑肌細胞的增生[19]。同時HMGB1還通過與RAGE相互作用，誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細胞向血管內(nèi)皮細胞的遷移和分化[20]。Zhou等[21]研究發(fā)現(xiàn)，放射線輻射可以促進HMGB1和RAGE的表達，激活促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶2和基質(zhì)金屬蛋白9表達并降低緊密連接蛋白中胞質(zhì)附屬蛋白1的表達，進而損傷血管內(nèi)皮細胞屏障，這也提示RAGE信號通路引起的血管損傷可能是多方面的。在某些情況下，可溶性RAGE還能夠競爭性降低RAGE配體的結(jié)合，從而降低體內(nèi)動脈粥樣硬化的發(fā)生率[22]，表明RAGE不同的存在狀態(tài)也可能具有不同的生理功能。

HMGB1在與TLRs有關(guān)的信號傳遞過程中，可能主要通過TLR-2和TLR-4經(jīng)Ras相關(guān)C3肉毒桿菌毒素底物-1/磷脂酰肌醇-3-羥激酶/細胞分裂周期蛋白42通路和Toll-IL-1受體域接頭蛋白/IL-1受體相關(guān)激酶/髓樣分化因子88依賴的核因子κB激活通路傳遞HMGB1信號，刺激骨髓和漿細胞樣樹突狀細胞等分泌IL-6、IL-12、腫瘤壞死因子等細胞因子[23]。因此，HMGB1與RAGE以及TLRs之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是HMGB1誘導(dǎo)血管炎癥反應(yīng)的重要環(huán)節(jié)。

3 HMGB1與動脈粥樣硬化相關(guān)疾病

3.1HMGB1與PAH PAH是臨床常見的疾病之一，以內(nèi)皮功能障礙、成纖維細胞和平滑肌細胞的活化、血管壁內(nèi)皮細胞間的相互作用以及循環(huán)內(nèi)皮祖細胞參與的肺血管重構(gòu)為主要特征[24]，其中動脈粥樣硬化是PAH的重要誘因。同時有關(guān)動物實驗證實HMGB1可能通過激活TLR-4和RAGE信號通路參與肺動脈血管平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞的功能障礙以及實驗性PAH的發(fā)生[25]。研究證實，在PAH病理過程中，HMGB1刺激蛋白激酶p38、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶、c-Jun氨基端激酶的磷酸化以及下游轉(zhuǎn)錄激活蛋白1中c-Fos和c-Jun的活化[26]，促進肺動脈平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞的增殖，引發(fā)肺血管的重構(gòu)。此外Li等[27]也發(fā)現(xiàn)在肺動脈血管平滑肌細胞中，HMGB1可能主要通過激活轉(zhuǎn)化生長因子-β1、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2和p38促分裂原活化的蛋白激酶途徑，增加肺動脈細胞外基質(zhì)沉積，促進細胞缺氧，最終導(dǎo)致PAH。HMGB1還調(diào)節(jié)內(nèi)皮祖細胞，觸發(fā)其歸巢，并通過RAGE激活細胞凋亡的方式活躍真核翻譯起始因子2α通路，引起內(nèi)皮祖細胞的凋亡。同時血小板經(jīng)凝血酶活化并分泌HMGB1，激活中性粒細胞，并通過P選擇素刺激中性粒細胞產(chǎn)生能夠氧化胞外HMGB1、可溶或相關(guān)的血小板膜或血小板源微粒的活性氧類，從而顯著提高胞外HMGB1激活血液中白細胞的能力，進一步加強PAH血管內(nèi)皮細胞的損傷以及白細胞等細胞的浸潤[28-29]。此外，Bauer等[30]證實HMGB1還可通過TLR-4和干擾素3產(chǎn)生抑制肺動脈內(nèi)皮細胞遷移的作用，影響肺臟動脈血管的再生。上述因素的相互疊加，誘導(dǎo)了動脈粥樣硬化的出現(xiàn)，增加了PAH的發(fā)生風(fēng)險。

體外實驗表明，甲氧芐啶可下調(diào)HMGB1的表達水平，抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖[31]；甘草酸能夠抑制HMGB1的表達，延緩PAH的進展[32]。兩者均能明顯減輕肺臟重構(gòu)，改善肺臟功能，具有很大的臨床應(yīng)用前景。

3.2HMGB1與冠心病 冠心病患者血清中HMGB1水平普遍升高，其中以急性心肌梗死患者升高程度最高，并且升高程度與10年內(nèi)發(fā)生冠心病的風(fēng)險呈正相關(guān)[33]。Yao等[34]通過檢測冠心病患者血清中HMGB1、高敏C反應(yīng)蛋白、心肌肌鈣蛋白I的水平發(fā)現(xiàn)三者的變化趨勢具有很大的一致性。此外，Huang等[35]認為血清HMGB1水平還可作為冠心病患者多環(huán)芳烴的生物標(biāo)志物，評估血管重塑程度。相關(guān)實驗也證實HMGB1參與冠狀動脈粥樣斑塊的形成，并且在單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、血管平滑肌細胞等驅(qū)動斑塊重塑過程的細胞中高表達[36]。這些研究均明確了HMGB1與心肌損傷以及冠心病之間的緊密聯(lián)系。

HMGB1可能通過引起巨噬細胞極化、血小板活化和血管平滑肌的遷移等過程介導(dǎo)冠心病的形成和發(fā)展。Karuppagounder等[37]利用快速老化模型小鼠,發(fā)現(xiàn)HMGB1可通過TLR-2/TLR-4信號級聯(lián)誘導(dǎo)模型小鼠心臟中經(jīng)典活化的M1型巨噬細胞極化、擴大炎癥反應(yīng)、促進心臟組織損傷，尤其是與TLR-2的相互作用，還可明顯抑制成纖維細胞自噬，導(dǎo)致心臟的纖維化[38]。血小板作為冠心病產(chǎn)生的核心要素，在由凝血酶激活后，與HMGB1結(jié)合并且上調(diào)血小板表面RAGE的表達，激發(fā)血小板的聚集黏附，促進冠狀動脈血栓的形成[39]。同時HMGB1還能夠通過提高RAGE在心外膜脂肪組織中的表達，減少脂聯(lián)素、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4和乙二醛酶1表達，增加TLR-4和髓樣分化因子88的表達，進而增加心外膜脂肪組織厚度以及脂質(zhì)的沉積[40]。聚腺苷二磷酸核糖聚合酶是細胞凋亡核心成員半胱天冬酶的切割底物，Li等[41]研究發(fā)現(xiàn)多腺苷二磷酸核糖聚合酶1可與HMGB1結(jié)合，加速HMGB1從細胞核到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運，最終引起心肌細胞肥大，這也提示心臟重塑過程也伴有心肌細胞核內(nèi)因素的參與。

此外，HMGB1還通過TLR-4依賴的磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號通路誘導(dǎo)血管平滑肌細胞遷移，參與血管損傷后新生血管內(nèi)膜的形成[42]。He等[43]經(jīng)過動物實驗也發(fā)現(xiàn)，通過局部心內(nèi)注射HMGB1可誘導(dǎo)冠狀動脈結(jié)扎大鼠的心肌細胞再生，同時降低心肌膠原蛋白的含量，減弱心肌重塑，改善心肌細胞的功能。這也體現(xiàn)了HMGB1在冠心病中的兩面性。

3.3HMGB1與缺血性腦卒中 腦卒中的主要原因是動脈粥樣硬化，Le等[44]發(fā)現(xiàn)卒中患者循環(huán)血液中HMGB1水平越高病情越嚴重。研究也證實細胞外HMGB1參與卒中后損傷、血腦屏障破壞、外周免疫抑制等缺血性腦卒中的過程[45]。除此之外，相關(guān)研究也同時表明HMGB1還具有內(nèi)皮激活、神經(jīng)突生長增強、神經(jīng)元存活等有益作用[46]，并證實這種雙相生物學(xué)特性與其半胱氨酸殘基的氧化還原修飾密切相關(guān)[47]。HMGB1在缺血性腦卒中疾病中，主要可能通過與血小板、巨噬細胞、少突膠質(zhì)細胞中TLRs和RAGE的相互作用，誘導(dǎo)IL和基質(zhì)金屬蛋白酶的表達，引發(fā)動脈粥樣硬化，促進神經(jīng)細胞的炎癥以及腦部動脈血管中血栓的形成。

另外，壞死的腦細胞還可以釋放過氧化物酶家族蛋白，激活TLR-2和TLR-4，刺激巨噬細胞中致炎因子如IL-23的表達，繼而促進神經(jīng)細胞死亡。IL-23還可進一步激活巨噬細胞刺激γδT細胞釋放IL-17，加重血管栓塞和腦缺血的程度[48-49]。

腦缺血后的炎癥反應(yīng)也可以激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，發(fā)揮細胞外HMGB1的保護作用[50]。缺血腦組織中瀕死的少突膠質(zhì)細胞釋放HMGB1，經(jīng)TLR-2受體，在缺血條件下還能夠?qū)ι偻荒z質(zhì)細胞和髓鞘產(chǎn)生自分泌營養(yǎng)作用[51]，促進缺血區(qū)神經(jīng)細胞存活。miR-381作為細胞增殖分化以及凋亡的調(diào)控因子，可以下調(diào)HMGB1的表達，減少肌肉組織的炎癥和巨噬細胞的浸潤[52]，有數(shù)據(jù)表明，miR-381還能夠通過HMGB1產(chǎn)生抑制神經(jīng)性疼痛發(fā)生的作用[53]。所以，HMGB1和miR-381在缺血性腦卒中的有益一面對下一步的疾病研究有重要意義。

Hu等[54]發(fā)現(xiàn)，在2型糖尿病大鼠中注射骨髓基質(zhì)細胞可顯著降低HMGB1和RAGE的表達，減少血腦屏障滲漏，改善卒中后功能預(yù)后。重組人可溶性溶栓調(diào)節(jié)素通過HMGB1抑制機制改善大腦中動脈閉塞小鼠模型梗死面積和運動協(xié)調(diào)性等腦缺血損傷，且無出血并發(fā)癥，提出了新的治療可能性[55]。迷走神經(jīng)刺激術(shù)可抑制缺血誘導(dǎo)的免疫激活，并減輕大鼠組織損傷和功能缺損的程度，對腦卒中動物模型具有一定的保護作用[56]。因此，注射骨髓基質(zhì)細胞、重組人可溶性溶栓調(diào)節(jié)素以及迷走神經(jīng)刺激術(shù)也可能作為未來臨床治療缺血性腦卒中的新方法。

3.4HMGB1和高血壓 研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ能夠增強巨噬細胞中HMGB1的乙?；歪尫?，并正反饋加強血管緊張素Ⅱ的上調(diào)[57]，促進血壓的升高，提示高血壓發(fā)生的其他可能機制。Masson等[58]研究發(fā)現(xiàn)，抑制HMGB1-TLR-4信號通路可以明顯減輕血管誘導(dǎo)效應(yīng)以及核因子κB和活性氧類介導(dǎo)腎上皮細胞的炎癥。因而，HMGB1-TLR-4信號通路有可能作為高血壓伴腎功能障礙研究的其他思路。

4 小 結(jié)

大量研究表明，HMGB1與動脈粥樣硬化相關(guān)疾病密切相關(guān)。HMGB1與相關(guān)受體的相互作用，激活特定的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，通過誘發(fā)血管的炎癥反應(yīng)，介導(dǎo)動脈的粥樣硬化，參與PAH、冠心病、缺血性腦卒中等動脈粥樣硬化相關(guān)疾病的產(chǎn)生和進展過程。然而除上述主要的作用外，HMGB1還能改善冠心病中的心肌細胞的損傷，并可以促進缺血性腦卒中病程中的神經(jīng)細胞存活，但上述作用具體的產(chǎn)生機制尚不十分明確。因而HMGB1在動脈粥樣硬化形成過程中詳細的信號傳遞、細胞遷移、脂質(zhì)沉積以及在某些情況下雙重的生物學(xué)效應(yīng)，將是未來探索研究的重點。