高迁移率族蛋白在抗肿瘤免疫中的研究进展

胡 萍(综述)，司同国，郭 志(审校)

(天津医科大学附属肿瘤医院介入科，天津市肿瘤防治重点实验室，天津300060)

高迁移率族蛋白(high mobility group protein，HMG)是一种含量丰富的几乎存在于所有真核细胞内的非组蛋白染色体结合蛋白，因蛋白质相对分子质量低(≤30×103)，富含电荷，在聚丙烯酰胺凝胶电泳中迁移率快而得名。根据分子质大小、序列相似性和基因结构特性，HMG可进一步分为HMGA、HMGB、HMGN 3个家族，而 HMGB家族又分为HMGB1、HMGB2和HMGB3，三者在氨基酸序列上有80%的一致性，其中HMGB1含量最丰富。HMGB1广泛分布于淋巴组织、脑、肝、肺、心、脾、肾等组织中。HMGB1根据其在细胞内定位不同而发挥不同的生物学作用，细胞核内作为染色质结合因子参与DNA转录调节，稳定核小体并调节多种基因的转录。同时，作为胞外信号分子的HMGB1参与炎性反应、细胞分化和迁移、肿瘤转移等。HMGB1可由坏死细胞、活化的炎性细胞释放，与高级糖基化终末产物受体(receptorforadvanced glycation end-products，RAGE)/Toll样受体(Toll like receptor，TLR)等高亲和力受体结合，作为负面信号分子参与肿瘤的发生、生长及转移。

1 HMGB1的结构、分泌

HMGB1由两个同源DNA结合区(A框和B框，各由75个氨基酸残基组成)和一个负电荷羧基末端组成［1］。研究发现，HMGB1 作为警报素分子，可由坏死细胞原位释放激活免疫系统，促进炎性反应。低浓度HMGB1与RAGE结合抑制多型核白细胞迁移，高浓度HMGB1通过 TLR-2/TLR-4以及RAGE作用产生白细胞介素(interleukin，IL)8对多型核白细胞产生化学趋化作用。HMGB1的A框可拮抗内源性蛋白，减少化学趋化作用，同时可以强效抑制高浓度HMGB1对多型核白细胞的迁移诱导。相反，HMGB1的B框则是其化学趋化作用的活性结构。

HMGB1可在炎症组织中调节多型核白细胞的募集，同时其A框可抑制慢性炎症时过多释放的HMGB1，对多型核白细胞的过度募集，减轻过度炎性反应对组织的损伤［2］。HMGB1可由活化的炎性细胞主动分泌以及损伤细胞被动释放到细胞外发挥细胞因子作用。多种细胞活化后可主动分泌HMGB1，如中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞(dendritic cell，DC)、肝细胞、神经胶质细胞等。几乎所有的有核细胞都可以被动释放HMGB1，作为免疫刺激信号并代表组织损伤程度，促进单核细胞的募集，处理细胞碎屑并保护组织，减轻外伤后的感染反应。从免疫学角度，HMGB1代表特征性的坏死标志或损伤相关分子模式。HMGB1不仅在细菌、病毒感染时激活先天免疫反应，同时参与癫痫、癌症、自身免疫性疾病、动脉粥样硬化等疾病的急慢性炎症。最近研究发现，胞外HMGB1在典型自身免疫性疾病系统性红斑狼疮中发挥重要作用。患者血清中 HMGB1和抗-HMGB1抗体水平与系统性红斑狼疮病情活动相关。凋亡细胞中HMGB1与核小体形成复合物，激活抗原呈递细胞，形成自身抗体并通过TLR-2途径抵抗双联DNA和组蛋白。另外，HMGB1参与DNA抗DNA免疫复合物的形成，与DC细胞和B细胞表面RAGE结合，通过TLR-9途径释放干扰素α，激活自体反应B 细胞，诱发自身免疫［3］。

2 HMGB1的受体信号途径

研究表明，HMGB1可与多种细胞表面分子结合，如肝素、蛋白多糖、多配体聚糖等。RAGE是目前已知的HMGB1唯一高亲和力受体，能与多种配体结合介导多种信号通道，如核因子κB、促分裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶通路、Jak/STAT。RAGE在正常细胞中低水平表达，细胞表面结合HMGB1可引起RAGE表达上调［4］。HMGB1与RAGE结合能促进内皮细胞/单核巨噬细胞的氧化应激，通过Rac/Cdc42途径重建细胞骨架，而通过Ras-促分裂原活化蛋白激酶途径和核因子κB移位介导炎性反应。最近发现HMGB1调节肿瘤细胞自噬和凋亡与其氧化还原状态相关。抗癌因子可增强细胞自噬、凋亡，促进HMGB1释放。外源性抑制HMGB1释放后肿瘤细胞大部分凋亡，同时发现自噬减少。在这一机制中，还原状态的HMGB1与RAGE结合通过Bcl-1依赖的自噬途径促进肿瘤细胞抵抗DNA交联剂、嵌合剂、微管断裂因子等的作用。相反，氧化状态的HMGB1增强这些因子的细胞毒作用，且通过caspase-9/caspase-3途径诱导细胞凋亡［4］。

作为病原模式识别受体的TLR亦参与HMGB1的信号转导，鼠巨噬细胞转染实验表明TLR-2/TLR-4阴性模型中HMGB1活化减少，在肝脏缺血坏死或再灌注损伤模型中，由HMGB1通过TLR-4信号介导。最近研究发现HMGB1与TLR-9结合作用于巨噬细胞、DCs以及B细胞，可加强TLR-9依赖的CpG-DNA免疫刺激效应［5］。因此，HMGB1与TLRs在先天免疫应答中发挥重要作用。

3 HMGB1与肿瘤的发生和进展

HMGB1在肿瘤中的作用非常复杂，无论胞质、核内或细胞外的HMGB1都与肿瘤的形成、发展、转移和对化疗药物的反应等有关。HMGB1与其配体RAGE在多数肿瘤细胞中高表达，如乳腺癌、结直肠癌、肝细胞癌、胰腺癌等，前列腺癌组织较正常组织高表达HMGB1 mRNA，转录因子p53、c-Myc等可调节HMGB1的表达［6］。研究发现，几乎所有头颈部鳞癌患者鳞状细胞癌组织中均表达HMGB1和RAGE，并且HMGB1和RAGE可促进鳞状细胞癌转移，这一作用呈HMGB1剂量依赖性［7］。另有研究分析69份喉鳞状细胞癌样本和15份邻近上皮组织样本，发现鳞状细胞癌患者高表达HMGB1和血管内皮生长因子，而且这两种标志物的表达与临床分期、转移、预后不佳密切相关［8］。在结肠癌患者的样本中，1/3的患者HMGB1基因呈过度表达，其中90．0%的患者HMGB1 蛋白过度表达［9］。Chung等［1］检测了227 份胃癌患者血清样本，发现血清HMGB1浓度随疾病进展升高。同时，HMGB1浓度与肿瘤浸润深度、淋巴结转移、肿瘤大小密切相关，而血清HMGB1浓度与患者年龄、性别、肿瘤细胞分化程度、淋巴、血管、神经侵犯等无明显相关性。HMGB1作为早期胃癌的诊断指标其灵敏度和特异度分别为71%和67%。在肝细胞癌中，HMGB1与肝癌的分期分级都密切相关，从肝炎、肝硬化到肝癌，血清中的HMGB1在相应病程内成阶梯式上升［10］。在非小细胞肺癌患者血清中，HMGB1水平是慢阻肺患者的2倍、正常人的10倍;TNM分期从Ⅰ期到Ⅳ期血清HMGB1水平逐渐升高，手术治疗切除非小细胞肺癌后，血清HMGB1水平显著降低［11］。在mRNA水平检测发现非小细胞肺癌患者肿瘤组织的HMGB1表达较正常组织降低［12］。

目前，HMGB1与肿瘤的作用机制仍不十分明确。HMGB1能激活多种信号途径，包括促分裂原活化蛋白激酶、谷丙转氨酶，与RAGE、TLR-2/TLR-4等表面受体结合参与肿瘤生长、炎性反应。最近胰腺癌细胞体外实验发现剔除或抑制HMGB1和RAGE可增加癌细胞凋亡、抑制其生长。同样的现象在肺癌和其他肿瘤类型中亦可观察到［13］。过表达的HMGB1促进细胞周期调节蛋白E2F和CyclinD/CyclinE表达，抑制抗凋亡蛋白p53，从而增加癌细胞存活减少凋亡。突变型Ras、Raf、p21可能通过HMGB1在旁路途径中影响肿瘤细胞的凋亡和存活［14］。结肠癌患者高浓度的HMGB1通过活化细胞凋亡抑制蛋白2抵抗肿瘤坏死因子α诱导的凋亡抵抗［9］。

4 HMGB1与抗肿瘤免疫

4．1 HMGB1与DC HMGB1作为一种晚期促炎因子，募集炎性细胞、修复组织及促进增殖，同时在免疫调节中发挥重要作用。有研究证实HMGB1可激活DCs，促进其功能性成熟以及对淋巴结炎性趋化因子的反应性，进而调节 T细胞的免疫功能。Liu等［15］在体外实验中发现HMGB1可诱导脾脏DC细胞分化为CD11clowCD45RBhighDCs，促进 Th1向 Th2漂移，增强T细胞免疫功能。同时，CD11chighCD45RBlowDCs的产物IL-12不能负反馈抑制HMGB1对T细胞的作用［16］。不同浓度的HMGB1对DCs活化有不同的调节作用，高浓度HMGB1对DCs活化起抑制作用。此外，有学者发现大剂量的HMGB1可诱导DCs凋亡，促进肿瘤免疫逃逸，与结肠癌淋巴结转移有关［17］。同时，有动物实验证实 HMGB1可诱导肝脏库普弗细胞的凋亡，促进结肠癌的肝转移［18］。因此，寻找有效途径增强肿瘤相关抗原的免疫原性将为抗肿瘤治疗提供新方法，DCs及其他肿瘤疫苗可高效地诱导循环中肿瘤特异性T细胞的增殖。

4．2 HMGB1促进肿瘤免疫抑制微环境的形成 肿瘤免疫微环境是指肿瘤细胞通过募集或诱导免疫抑制性细胞聚集在肿瘤的周围，形成一个免疫耐受状态，从而逃避机体的免疫清除。肿瘤免疫微环境中主要由调节性T细胞(Treg)、抑制性巨噬细胞、骨髓来源的抑制性细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞等组成。随着研究的深入，HMGB1在肿瘤免疫中的作用愈发受到重视。肿瘤细胞主动分泌以及细胞缺氧死亡可诱导HMGB1持续释放，促进肿瘤免疫抑制微环境的形成。代谢旺盛的肿瘤细胞和组织产生的大量代谢中间产物，以及因肿瘤组织快速生长所致肿瘤组织中心缺氧引发组织损伤和坏死而释放的大量组织细胞碎片和蛋白质等均可使组织局部堆积大量损伤相关模式分子。HMGB1是肿瘤坏死后释放的重要的大量损伤相关模式分子。HMGB1作为许多模式识别受体(RAGE、TLR2、TLR4)的内源性配体，激活或抑制肿瘤细胞、肿瘤组织基质细胞和浸润到肿瘤组织内的免疫细胞的相应模式识别受体，诱导肿瘤免疫耐受，从而抑制宿主产生抗肿瘤免疫［6］。HMGB1诱导肿瘤免疫耐受的机制主要是通过诱导肿瘤浸润细胞炎性因子的持续产生，形成一个慢性炎症状态，促进免疫抑制微环境的形成。肿瘤细胞释放的HMGB1可募集巨噬细胞、内皮细胞在肿瘤周围的聚集，同时促进炎性因子肿瘤坏死因子α、IL-1β和IL-6的释放，并维持肿瘤免疫抑制微环境的状态。此外，多项研究证明HMGB1可直接诱导和增强免疫抑制性细胞活性。Liu等［19］研究发现，肿瘤细胞衍生的HMGB1可抑制机体自身T细胞依赖的抗肿瘤免疫，同时增强肿瘤相关Foxp3+Treg产生IL-10抑制机体抗肿瘤免疫，促进肿瘤进展。相反地，Zhu等［20］发现HMGB1可显著地减少 Treg表达Foxp3、细胞毒性T淋巴细胞抗原4和分泌IL-10，调节其免疫抑制功能。TLR-4可能是HMGB1对Treg活性发挥负性作用的主要受体。Kusume等［17］发现结肠癌肿瘤释放的 HMGB1可通过抑制DCs促进肿瘤的淋巴结扩散。

5 结语

HMGB1作为核因子和分泌蛋白，在多种疾病中发挥重要作用。HMGB1在抗肿瘤免疫中的双向作用，与其胞外浓度变化密切相关。抗肿瘤治疗时，HMGB1的大量胞外释放可能是引导抗肿瘤免疫与肿瘤免疫耐受转化的关键。相信通过进一步的基础和临床研究阐明HMGB1的胞外作用机制及受体信号通路，以及如何激活宿主自身抗肿瘤免疫、增强免疫诱导效应，对于以后的抗肿瘤治疗将会产生很大帮助。随着分子生物学的进一步发展，HMGB1将成为肿瘤治疗的靶点，亦可作为一种预测肿瘤预后的指标。

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