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      高遷移率族蛋白B1與自身免疫疾病的研究進(jìn)展

      2023-11-01 15:38:40張春澤蘇娟
      關(guān)鍵詞:肌炎滑膜軟骨

      張春澤 蘇娟

      【摘 要】 高遷移率族蛋白B1(HMGB1)是一種真核細(xì)胞中高度表達(dá)的非組蛋白核蛋白。細(xì)胞核中HMGB1具有調(diào)控DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄、核小體組裝、基因穩(wěn)定性及細(xì)胞分化成熟的作用。而細(xì)胞外HMGB1可與不同受體結(jié)合激活各級信號通路,促進(jìn)免疫細(xì)胞成熟、活化以及細(xì)胞因子的產(chǎn)生進(jìn)而參與多種免疫反應(yīng)。HMGB1作為一種多功能蛋白,在不同的刺激下發(fā)揮不同的生物學(xué)作用,與許多疾病的發(fā)生有關(guān),尤其在免疫與炎癥疾病發(fā)展過程中表現(xiàn)尤為突出。目前,HMGB1作為炎癥因子備受關(guān)注,但其發(fā)病機制尚未明確。就HMGB1的結(jié)構(gòu)與功能、信號通路及其與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、狼瘡性腎炎、肌炎、骨關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化等自身免疫疾病中相關(guān)研究進(jìn)展做簡要綜述,希望能為將來治療自身免疫疾病提供新的干預(yù)靶標(biāo)。

      【關(guān)鍵詞】 高遷移率族蛋白B1;類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎;狼瘡性腎炎;肌炎;骨關(guān)節(jié)炎;多發(fā)性硬化;研究進(jìn)展;綜述

      高遷移率族蛋白(high mobility group protein,HMG)廣泛存在于真核細(xì)胞中,于1973年首次在牛胸腺中被提取出來,因其在聚乙烯酰胺凝膠電泳中的高遷移率而得名。HMG可分為HMGA、HMGB、HMGN 3個家族,而HMGB家族由3個成員組成,分別為HMGB1、HMGB2及HMGB3,其中HMGB1是含量最為豐富的HMG。HMGB1作為一種存在于真核細(xì)胞中的多功能蛋白,能受體內(nèi)及外界的刺激釋放至胞外,胞外HMGB1能夠與多種細(xì)胞表面受體相結(jié)合激活下游信號通路介導(dǎo)的免疫與炎癥反應(yīng)。目前許多研究表明,HMGB1與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)、狼瘡性腎炎(lupus nephritis,LN)、肌炎、骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)、多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)等自身免疫疾病的發(fā)病機制密切相關(guān)。

      1 HMGB1概述

      1.1 HMGB1結(jié)構(gòu)與功能 HMGB1是一種真核細(xì)胞中高度表達(dá)的非組蛋白核蛋白,被認(rèn)為是誘導(dǎo)組織損傷的炎癥介質(zhì)。在HMGB家族中HMGB1被認(rèn)為是唯一可以釋放至細(xì)胞外的結(jié)構(gòu)蛋白,能夠參與先天性免疫[1]。HMGB1存在于細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中,主要由215個氨基酸殘基構(gòu)成,編碼基因位于染色體13q12上,由2個DNA結(jié)合位點(A-box及B-box)以及1個具有負(fù)電荷的C-tail(又稱酸性尾端,acidic tail)構(gòu)成。A-box與B-box相似,大約都由80個氨基酸構(gòu)成,兩者都能夠與DNA結(jié)合形成HMGB1-DNA復(fù)合物,不過B-box是HMGB1中介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的主要部分,而A-box具有潛在拮抗B-box的功能,能夠降低HMGB1誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞釋放的炎癥因子水平[2]。此外,C-tail由30個天冬氨酸和谷氨酸殘基高度重復(fù)序列組成,其可調(diào)節(jié)A-box和B-box與DNA的結(jié)合力[3],從而增強或減弱HMGB1介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。在細(xì)胞核中,HMGB1作為一種DNA結(jié)合蛋白,具有調(diào)控DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄、核小體組裝、基因穩(wěn)定性及細(xì)胞分化成熟的作用;而在細(xì)胞外,HMGB1作為一種炎癥因子能夠與多種受體結(jié)合從而激活各級信號通路,執(zhí)行多種生物學(xué)功能[4]。

      HMGB1作為一種損傷相關(guān)分子模式,主要通過細(xì)胞主動分泌或壞死細(xì)胞被動釋放參與機體的免疫炎癥與損傷。鐵死亡是最近發(fā)現(xiàn)的一種以鐵過載和脂質(zhì)過氧化為特征并依賴自噬作用的細(xì)胞壞死形式。自噬通過介導(dǎo)組蛋白去乙酰化酶的抑制促進(jìn)HMGB1乙?;?,導(dǎo)致HMGB1在鐵死亡中大量釋放,同時HMGB1也能作為正調(diào)節(jié)因子促進(jìn)鐵死亡[5-6]。HMGB1的中和抗體以及晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)減弱了鐵死亡誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng),表明靶向HMGB1的釋放可以限制鐵死亡期間的炎癥[5]。綜上,HMGB1的抑制可能對機體免疫炎癥損傷以及鐵死亡相關(guān)疾病具有一些潛在的治療作用。

      1.2 HMGB1的細(xì)胞外受體及其信號通路 現(xiàn)廣泛研究的HMGB1細(xì)胞外受體主要為兩種,即RAGE和Toll樣受體(TLRs)[7]。

      RAGE是免疫球蛋白家族中的一員,本質(zhì)上是一種Ⅰ型跨膜蛋白,能夠與多種配體相結(jié)合從而維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[8]。單核細(xì)胞、神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞表面均有RAGE的表達(dá)[9]。細(xì)胞外HMGB1與RAGE結(jié)合后主要激活兩種途徑,一種為激活細(xì)胞分裂周期因子42/Ras相關(guān)的C3肉毒素底物1(CDC42/Rac1)通路,另一種為激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路,兩者最終都能夠?qū)е潞宿D(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)轉(zhuǎn)錄活性增強,進(jìn)而誘導(dǎo)下游多種細(xì)胞炎癥因子的表達(dá)[10]。

      TLRs是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白,主要由胞膜外區(qū)、跨膜區(qū)和胞漿區(qū)3個部分構(gòu)成,其中TLRs的核心是胞漿區(qū),與下游炎癥級聯(lián)信號相關(guān)[11]。TLRs在各種免疫細(xì)胞如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞,以及非免疫細(xì)胞如成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞等表達(dá)[12]。細(xì)胞外HMGB1與TLR2、TLR4相互作用可通過激活髓樣分化蛋白88(MyD88)、白細(xì)胞介素受體相關(guān)激酶、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子、CDC42/Rac1、磷脂酰肌醇3-激酶、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶、p38MAPK等活化NF-κB信號通路,進(jìn)而誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎因子并招募中性粒細(xì)胞的聚集[13]。

      HMGB1與細(xì)胞外受體結(jié)合除了能夠介導(dǎo)機體免疫炎癥反應(yīng)外,還能誘導(dǎo)滑膜血管的生成及骨質(zhì)破壞、加重心肌纖維化以及腎損傷、介導(dǎo)骨骼肌的炎癥、促進(jìn)軟骨細(xì)胞的分解和凋亡,以及引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥與損傷等過程。

      2 HMGB1與自身免疫疾病

      2.1 HMGB1與RA RA是一種全身性炎性疾病,其主要病理特征包括滑膜炎、病理性血管生成和骨質(zhì)破壞。RA患者外周血、滑膜以及滑液中存在高表達(dá)的HMGB1,其可能與RA發(fā)病相關(guān)[14-15]。有研究表明,HMGB1可能通過下調(diào)成纖維樣滑膜細(xì)胞中酸性β-葡萄糖苷酶1的表達(dá)參與RA發(fā)病,甲氨蝶呤可抑制RA滑膜組織中HMGB1的表達(dá)進(jìn)而阻止RA進(jìn)展[16-17]。還有研究者認(rèn)為,HMGB1也能夠通過TLR4/NF-κB信號通路誘導(dǎo)成纖維樣滑膜細(xì)胞中缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)的表達(dá)及刺激血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的生成,最終導(dǎo)致RA滑膜血管的生成;而西洛他唑能夠抑制HMGB1激活NF-κB通路使HIF-1α和VEGF的表達(dá)降低,以及提高SIRT1的活性增加HIF-1α的去乙酰化并阻斷VEGF的表達(dá),進(jìn)而抑制滑膜血管生成[18-19]。RA骨質(zhì)破壞與破骨細(xì)胞的過度形成和再吸收有關(guān)。NISHIOKU等[20]發(fā)現(xiàn),富馬酸二甲酯能降低破骨細(xì)胞中活化T細(xì)胞核因子1的表達(dá)、抑制ERK和p38 MAPK的磷酸化以及HMGB1的細(xì)胞外釋放,進(jìn)而減少破骨細(xì)胞的生成和分化,這間接說明HMGB1是RA繼發(fā)骨質(zhì)破壞的影響因素之一。此外,一項動物實驗研究表明,天然生物活性化合物雷公藤紅素可通過抑制HMGB1-TLR2信號通路減少腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素(IL)-6、IL-1β等炎癥細(xì)胞因子的釋放及膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ的表達(dá),進(jìn)而減弱心肌細(xì)胞凋亡與纖維化[21],這表明下調(diào)HMGB1的表達(dá)可能在RA中發(fā)揮保護(hù)心臟作用。

      2.2 HMGB1與LN 系統(tǒng)性紅斑狼瘡是以多系統(tǒng)受累為主要特點的自身免疫性結(jié)締組織病,其中近50%的患者合并腎臟受損,經(jīng)過復(fù)雜病理過程后最終發(fā)展成為硬化性腎小球腎炎和腎功能衰竭,這是LN患者死亡的主要原因。大量研究證實,LN患者的血清、尿液及腎組織均有HMGB1的高表達(dá),其中尿液中HMGB1+微粒是LN的標(biāo)志[22-23]。

      LN患者中性粒細(xì)胞中存在高水平的HMGB1,這可能與疾病活動性有一定的關(guān)聯(lián)[24]。YU等[25]提出,細(xì)胞外HMGB1通過激活LN中的TLR4/MyD88/NF-κB/p65通路上調(diào)血管細(xì)胞黏附分子-1的表達(dá)和增加一氧化氮水平,加重腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn),細(xì)胞外HMGB1還能夠通過TLR2或TLR4介導(dǎo)的內(nèi)吞作用途徑顯著增加活化淋巴細(xì)胞來源DNA的累積,并誘導(dǎo)LN巨噬細(xì)胞活化和釋放促炎因子[26]。在MRL/lpr小鼠中,F(xiàn)ENG等[27]發(fā)現(xiàn),腎小球中TLR2的表達(dá)上調(diào),HMGB1與TLR2結(jié)合激活MyD88/NF-κB通路促進(jìn)腎小球系膜基質(zhì)沉積,促進(jìn)腎小球硬化。還有一些研究表明,在LN中HMGB1通過磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號通路可以促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞的增殖,而TLR2抗體能夠阻斷HMGB1依賴性叉頭框蛋白O1通路的激活,進(jìn)而抑制腎小球系膜細(xì)胞的增殖,從而延緩LN的發(fā)展[28-29]。鑒于以上學(xué)者的研究,提示HMGB1與LN有密切的聯(lián)系,可能在腎臟的多種方面致病。此外,JI等[30]研究表明,丙酮酸乙酯靶向HMGB1可改善LN的臨床癥狀,并延長MRL/lpr小鼠的生存期,同時逆轉(zhuǎn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的衰老表型,從而推測HMGB1可能是本病治療的靶點。

      2.3 HMGB1與肌炎 肌炎是一組以骨骼肌受累為主要特征的獲得性自身免疫性疾病。早期肌炎患者中,肌纖維、浸潤的單核細(xì)胞以及血管內(nèi)皮細(xì)胞中已經(jīng)明確證實HMGB1的過度表達(dá),說明HMGB1可能參與了本病的發(fā)生[31]。HMGB1可能與TLRs相互作用引起患者骨骼肌的炎癥,同時這種蛋白質(zhì)可能與肌肉組織中T淋巴細(xì)胞的存活有關(guān)[32]。

      實驗性自身免疫性肌炎(experimental autoimmune myositis,EAM)小鼠肌肉組織中HMGB1、TLR4、主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ(MHC-Ⅰ)的表達(dá)明顯高于對照組,而抗TLR4抗體、抗HMGB1抗體可顯著下調(diào)MHC-Ⅰ、TNF-α和IL-6的表達(dá),間接說明HMGB1-TLR4信號通路可能通過調(diào)節(jié)MHC-Ⅰ等促炎細(xì)胞因子的表達(dá)影響肌肉炎癥[33]。包涵體肌炎患者肌肉活檢中HMGB1和RAGE的表達(dá)上調(diào),通過免疫組織化學(xué)發(fā)現(xiàn)它們與β-淀粉樣蛋白和神經(jīng)絲/tau蛋白共同定位并大量積聚在肌纖維內(nèi),HMGB1阻斷劑A-box能夠減少肌細(xì)胞中β-淀粉樣蛋白的積累與細(xì)胞死亡[34]。此外,還有研究者用miRNA-381模擬物轉(zhuǎn)染EAM小鼠可發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞的遷移與浸潤減少,此影響可能與HMGB1的下調(diào)密切相關(guān)[35],推測miRNA-381能夠下調(diào)HMGB1的表達(dá)減少炎癥浸潤。鑒于以上,可以看出HMGB1可能與肌炎的發(fā)病密不可分。此外,肌炎易合并間質(zhì)性肺?。╥nterstitial lung disease,ILD)。SHU等[36]研究發(fā)現(xiàn),HMGB1的表達(dá)是肌炎合并ILD生存的預(yù)后指標(biāo),并且與其不良的臨床結(jié)果相關(guān)。

      2.4 HMGB1與OA OA是一種以關(guān)節(jié)軟骨變性、骨贅形成以及軟骨成骨為特征的增生性關(guān)節(jié)疾病。早期研究表明,HMGB1在OA的軟骨中表達(dá),其可能參與了OA軟骨破壞的發(fā)病機制[37]。HMGB1可能通過調(diào)節(jié)雌激素磺基轉(zhuǎn)移酶和Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2使得軟骨細(xì)胞功能障礙,以及激活糖原合酶激酶-3β/β-連環(huán)蛋白促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡和基質(zhì)降解基因的表達(dá),最終導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)OA的軟骨破壞與變性[38]。NLRP1和NLRP3炎癥小體還能夠介導(dǎo)膝關(guān)節(jié)OA成纖維樣滑膜細(xì)胞的焦亡并促進(jìn)HMGB1的分泌,加重OA周圍炎癥反應(yīng)[39]。綜上,HMGB1可能與OA發(fā)病相關(guān)。WANG等[40]研究發(fā)現(xiàn),miRNA-140-5p能夠通過調(diào)節(jié)HMGB1抑制IL-1β的表達(dá)減少OA軟骨細(xì)胞的增殖、凋亡和炎癥,進(jìn)而達(dá)到緩解OA癥狀的目的。還有其他學(xué)者表明,高壓氧治療可以通過上調(diào)OA軟骨細(xì)胞中miRNA-107的表達(dá)抑制HMGB1-RAGE信號通路的激活,使得HMGB1表達(dá)水平降低從而減輕炎癥[41]。此外,一項新的研究發(fā)現(xiàn),HMGB1還能通過激活ERK和應(yīng)激活化蛋白激酶上調(diào)VEGF和HIF-1α的表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)滑膜新生血管的形成促進(jìn)顳下頜關(guān)節(jié)OA[42]。

      2.5 HMGB1與MS MS是一種獲得性中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病,HMGB1已被證明在MS發(fā)病機制中產(chǎn)生重要的影響。實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)是目前公認(rèn)研究MS的動物模型。研究人員發(fā)現(xiàn),EAE小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞可表達(dá)HMGB1,它通過TLR4或RAGE增加腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞間黏附分子-1和血管細(xì)胞黏附分子-1以及促進(jìn)致病性T細(xì)胞的浸潤,可能在MS的發(fā)病中起重要作用[43]。UZAWA等[44]研究表明,重組血栓調(diào)節(jié)蛋白能夠下調(diào)外周循環(huán)中的炎癥介質(zhì)并阻止HMGB1從中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞核中釋放,從而抑制EAE小鼠的相關(guān)炎癥,這也間接說明HMGB1與MS的發(fā)病相關(guān)。最近一項研究發(fā)現(xiàn),苦參堿能夠減輕EAE小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性脫髓鞘和抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的活化,并且這些作用的潛在機制可能與苦參堿對巨噬細(xì)胞中HMGB1/TLR4/NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的直接抑制作用有關(guān)[45]。相反,XIAO等[46]通過EAE小鼠研究表明,HMGB1-RAGE能夠促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放Sonic Hedgehog,促進(jìn)血腦屏障的完整性以及髓鞘再生,因此,HMGB1可能也在MS過程中起到保護(hù)作用。HMGB1未來可能作為MS治療的新靶點,但目前對于HMGB1在MS的作用機制尚未完全明確,仍需要更多實驗研究支持。

      3 小結(jié)與展望

      HMGB1作為一種多功能炎性蛋白,在介導(dǎo)自身免疫炎癥與損傷過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。目前,包括抗體和抑制劑在內(nèi)的HMGB1靶向藥物仍處于等待臨床開發(fā)的階段。因自身免疫疾病的發(fā)病機制較復(fù)雜,且尚未完全明確,未來應(yīng)進(jìn)一步深入研究HMGB1的結(jié)構(gòu)與免疫功能,并希望能夠制定一系列新的阻斷其活性的方法及策略,為將來治療自身免疫疾病提供新的干預(yù)靶標(biāo)。

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      收稿日期:2023-04-15;修回日期:2023-05-20

      作者單位:1.青海大學(xué),青海 西寧 810016;2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院,青海 西寧 810001

      通信作者:蘇娟 青海省西寧市城西區(qū)同仁路29號,sujuanqh2022@163.com

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