HMGB1在肝脏炎症微环境及肝细胞癌发生发展中的作用

杨超，孙航，吴传新

·综 述·

HMGB1在肝脏炎症微环境及肝细胞癌发生发展中的作用

杨超，孙航，吴传新

高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一种具有多种功能的核相关蛋白，在肝脏肿瘤的发生发展中作用巨大，尤其是在其中的一个重要环节即炎症微环境中发挥着重要作用。在肝细胞癌中，HMGB1作为一种重要的炎症介质通过一系列信号通路促进肿瘤进展，同时在肿瘤自身的炎症微环境中，HMGB1也通过相关信号分子促进炎症微环境本身的发生，并进一步引起肝细胞癌的发生发展。HMGB1在炎症微环境中促进肿瘤发生发展的机制是肿瘤诊断、治疗研究中的热点。本文就目前HMGB1在肝脏炎症微环境中的作用及其在肝细胞癌发生、发展及治疗中的作用作一综述。

HMGB蛋白质类；炎症；肿瘤；癌，肝细胞

高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)是1973年从小牛胸腺中提取的一种能在聚丙烯酰胺凝胶中快速电泳移动的蛋白，也因此而得名。HMGB1作为细胞内因子，是一种高度保守的染色体相关蛋白，在细胞外参与多种病理过程[1]。经过多年研究，目前已证实HMGB1在多种炎症及肿瘤病理过程中起关键的调控作用[2-3]，但其在肝脏炎症和肝脏肿瘤相关研究中的作用有待进一步揭示。

1 肝细胞癌与肿瘤微环境

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)作为世界范围内第三致死率的恶性肿瘤[4]，其主要致死原因为肿瘤进展后出现浸润、转移等。过去诸多研究除针对HCC的发生原因采取病因治疗外，还针对肿瘤进展限制其浸润与转移[5]。在肿瘤的进展中，国外学者总结了肿瘤的十大显著特性[6]，目前有证据显示HMGB1失调参与了肿瘤发生发展中的各项特征性病理改变。

肿瘤微环境暂无确切定义，目前公认的定义系指肿瘤形成之前和形成之后肿瘤细胞及其周边的系统环境。在大部分肿瘤的炎症微环境中均有免疫细胞及其调控因子的广泛表达[7]。研究证实，纤维母细胞、肌成纤维细胞、血管内皮细胞等作为细胞外基质与血管产生协同作用，共同维持肿瘤的炎症微环境[8]。新近研究也显示，除上述作用外，肿瘤细胞与其周边的炎症微环境形成一个密切的交互网络从而为肿瘤细胞的转化、生长、增殖、扩散和迁徙浸润等多种肿瘤病理进展提供可能[9]。HCC患者的主要发病原因为长期慢性肝脏炎性病变引起相关致癌基因和抑癌基因的平衡失控从而导致肿瘤发生，同时炎症也进一步导致HCC的进展及扩散。因此，研究和阐明肿瘤炎症微环境在肿瘤形成及浸润转移中的作用非常重要。

2 HMGB1与炎症

HMGB1作为一种重要的促炎因子及趋化因子，在炎症反应中的主要作用是通过与Toll样受体(toll-like receptors，TLRs)及晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end-products，RAGE)特异性结合进而引起下游相关产物的表达。HMGB1触发炎症反应主要通过直接与TLR4结合以及形成内源性或外源性复合物而启动炎症瀑布效应[10-11]。HMGB1所在位置及其具体存在形式决定其生理功能。正常情况下，HMGB1在细胞内的主要作用是维持染色体结构的稳定性；而在免疫细胞激活时，HMGB1则通过囊泡途径且依赖caspase-1途径的发生激活而呈现外源性分泌[12]。在其他细胞中HMGB1则作为一种细胞自身损伤的重要标志因子产生或释放。

在感染性或无菌性炎症中，免疫系统的应答激活主要是通过病原体相关分子模式(pathogenassociated molecular pattern，PAMP)或损伤相关分子模式(damage-associated molecular patter，DAMP)进行的，且依赖于PAMP、DAMP相关受体的表达及激活而达到启动炎症相关应答的目的。PAMP及DAMP产物主要包括促炎因子诸如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)、干扰素γ(interferon-gamma，IFN-γ)、白细胞介素1β (interleukin-1β，IL-1β)，白细胞介素6(IL-6)等[13]。依赖TNF的HMGB1诱导是通过单向内毒素损伤而触发的，而释放则是通过HMGB1与TNF的双相调节实现。HMGB1在炎症反应中最主要的细胞外受体是TLR4[14]，而后通过调节核转录因子κB(translocation of nuclear factor kappa B，NF-κB)入核进而激活干扰素调节因子3(interferon regulatory factor 3，IRF3)和活化蛋白1(activator protein 1，AP-1)来促进炎症发生。

虽然HMGB1是作为一种晚期炎症介质而被认知，但它也同时存在于炎症反应早期的无菌性损伤中，从免疫细胞的活化到HMGB1的产生和释放，一般需经过8～12h，其主要作用方式是免疫细胞在HMGB1的正反馈作用下发生自身调节而产生基质细胞衍生因子[15-16]。HMGB1特异性结合的Toll样受体TLR2和TLR9在HMGB1介导的炎症反应中的作用尚缺乏完整清晰的认识；而HMGB1的另一重要受体RAGE在炎症反应中的作用主要是调节趋化因子的生成和激活，调节细胞生长分化及促进自身表达的上调[17]。虽然HMGB1具有强大的促炎作用，但也有研究显示，在某些情况下HMGB1可与植物凝集素通过唾液酸免疫球蛋白样结合而抑制NF-κB的核转录，该作用与其在促炎信号通路中的作用完全相反[18]。

在肝脏中，HMGB1通过TLR4和钙调节通道调节炎症反应。在肝脏的缺血及非缺血损伤中，由HMGB1诱导的TNF-α及IL-6的上调可促使炎症反应的级联扩大化，而细胞损伤引起的凋亡、坏死及巨噬细胞系统激活而产生的HMGB1则会进一步扩大下游的炎症反应[19]。

3 炎症微环境与肝细胞癌(HCC)

超过90%的HCC病例与肝脏慢性炎症相关，引起肝脏慢性炎症的疾病主要有乙型病毒性肝炎(hepatitis B virus，HBV)，丙型病毒性肝炎(hepatitis C virus，HCV)，血色素沉着病，酒精性或非酒精性肝脂肪变性等[20]。最近在大鼠模型中进行的相关实验证实，在肝脏慢性炎症与HCC之间的关系中，多信号通路参与的炎症通路发挥了巨大作用，参与这些炎症通路的因子主要包括NF-κB、丝裂原活化蛋白激酶(stress-responsive mitogen-activated protein kinase，MAPK)、转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)等。重要的是，这些关键的炎症因子并不是单独发挥作用的，他们之间还存在高度复杂的调控通路并彼此影响从而达到对炎症及相关肝脏细胞生理作用的关键性调控。

NF-κB家族的5种转录因子共享一个氮端，在胞质内与IκB蛋白通过共价键结合达到稳态，IκB激酶复合物的激活使其与IκB蛋白分离而顺利进入细胞核内，激发核内相关细胞因子的编码，激活的细胞因子进而产生细胞趋化、抗凋亡等一系列作用[21-22]。NF-κB同时也是一种caspase-8的强烈诱导因子，后者能有效抑制细胞凋亡相关受体的活化进而抑制细胞凋亡。NF-κB的活化可依赖脂多糖(LPS)及抗炎因子TNF-α、IL-1等多种物质完成，其受体通路涉及TLR、IL及TNF相关受体。肝脏受到病毒或其他感染发生炎症时，上述炎症相关因子表达且释放入周围肝细胞或组织中，与各自相关受体结合后再激活受体相关因子2(TNF receptor-associated factor，TRAF2)和TRAF6激活蛋白激酶1(TAK1)，TAK1使IKK和MKK4/7磷酸化进而分别使NF-κB和JNK进一步激活，形成正反馈循环通路[23]。TRAF2还负责调节K63相关物质的泛素化水平，其产物主要负责调解信号通路中蛋白与蛋白间的连接，而作为降解上述泛素化反应的关键酶，肿瘤抑制因子(cylindromatosis，CYLD)对上述蛋白间的去泛素化可抑制NF-κB信号通路，但CYLD在核内的转录产生却又受NF-κB的调控，所以两者形成负反馈循环，维持NF-κB的动态平衡。

NF-κB能对细胞的增殖、抗凋亡产生作用，JNK信号通路与增殖凋亡等也有相关。大多数情况下，NF-κB与JNK信号通路的作用相反，但二者诱发通路的关键作用因子均为TAK1。二者间的反向调节作用主要通过NF-κB依赖的编码基因Gadd45b活化后抑制MKK4/7对JNK的磷酸化，从而抑制JNK信号通路[24]。另一方面，在炎症微环境中，慢性炎症的发生使组织内积聚大量氧自由基(reactive oxygen species，ROS)，而氧自由基的积聚可使NF-κB诱导过氧化物歧化酶2(superoxide dismutase，SOD2)的产生，SOD2抑制ROS积聚的同时也诱发慢性JNK信号通路活化，进而抑制JNK磷酸化[25-26]。

近年来通过对基因敲除小鼠的实验发现，在自发性慢性肝炎小鼠模型中，NF-κB具有促进肿瘤形成的作用，而通过不可降解的IκB突变体能够抑制NF-κB相关通路，从而可抑制肿瘤的形成并可促进具有癌前病变特征的肝细胞的凋亡[27]。在同样的动物模型中也可通过抗炎药物及抗TNF药物实现肿瘤的抑制。具有强烈反差的是，在由肝细胞损伤引发的肝脏炎症中，NF-κB表现为炎症反应抑制，肝细胞损伤时大量ROS释放，引起肝脏自身Kupffer细胞活化，而Kupffer细胞的过表达则是HCC发生的重要因素[28]。

在炎症及其相关的HCC中，存在多种相互关联的信号通路，而NF-κB作为重要的炎症及肿瘤相关因子在其中占有重要地位。该因子不仅形成了炎症微环境与肿瘤的正反馈、负反馈、自体循环等各种信号通路的桥梁[29]，甚至在炎症细胞与肝细胞的相互影响中也发挥着关键作用。而前文已述，作为炎症反应中重要的调控因子，HMGB1与NF-κB的互相作用也与HCC存在极大关联。

4 HMGB1与HCC

HMGB1具有促进肿瘤生长、浸润及抗凋亡等一系列病理作用。有研究表明，HMGB1在HCC的发生发展中除了通过TLR4受体通路激活NF-κB进而促进肿瘤的增殖外，还与肿瘤的能量产生相关，主要表现在通过与RAGE受体通路轴发生作用影响细胞内ATP的产生[30]。用外源性抗体或基因敲除技术去除肿瘤细胞表面RAGE表达后，无论HMGB1存在与否，肿瘤细胞内ATP的生成均明显降低，而与ATP产生密切相关的线粒体的活性及呼吸作用也不同程度出现抑制[31]。在不同HCC细胞系中，HMGB1的表达要明显高于正常肝脏细胞系，应用EP阻断HMGB1及其受体通路后发现HCC的增殖能力及细胞周期明显受到抑制，相关细胞周期蛋白及信号通路关键因子的表达也出现明显抑制[32-33]。有学者进一步研究发现，HMGB1-RAGE信号轴在HCC的发展中可明显上调NF-κB中p50、p65的表达；应用干扰RNA技术干扰HMGB1及RAGE的表达可明显下调NF-κB中p50、p65的表达[34]，证明在HCC的发生发展中，HMGB1与炎症相关重要标志NF-κB的联系颇为密切，且参与了HCC的诸多环节。同时，也有部分研究开展了针对HMGB1的肿瘤相关治疗，发现HMGB1可以作为HCC治疗预后评估的一项重要指标[35]。目前针对HMGB1对HCC浸润转移及生血管等方面作用的研究还处于初步阶段，其具体信号通路及相关通路间的相互影响尚未完全明确，有待进一步研究。

综上所述，HMGB1作为近年来肿瘤及炎症相关研究的热点，已取得了许多有意义的成果，在HCC甚至肿瘤的研究中发挥了越来越重要的作用，从HCC中炎症微环境的形成到癌前病变，再到最后形成肿瘤，HMGB1始终穿插其中发挥了重要的作用。针对HMGB1在HCC及相关炎症微环境中的作用的研究不仅能进一步揭示炎症与肿瘤的关系，为HCC的研究提供可靠的理论研究支持，甚至可能为今后诊断、治疗HCC及相关疾病提供可能。

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Roles of HMGB1 in inflammatory microenvironment of liver and occurrence and development of hepatocellular carcinoma

YANG Chao1, SUN Hang2, WU Chuan-xin1*1Department of Hepatobiliary Surgery, the Second Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing 400010, China
2Key Laboratory of Molecular Biology for Infectious Diseases, Ministry of Education, Liver Diseases Research and Treatment Center, Chongqing 400010, China

*Corresponding author, E-mail: sunhang-wu@21cn.com

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (81171543)

As a type of nuclear-related protein with various functions, high mobility group protein B1 (HMGB1) plays an important role in the development of liver tumors, particularly in the inflammatory microenvironment. In hepatocellular carcinoma, HMGB1 is an important inflammatory mediator that can promote the development of a series of signaling pathways. Meanwhile, in the inflammatory microenvironment of the tumor itself, HMGB1 can promote inflammation through related signaling molecules, and further cause the development of hepatocellular carcinoma. The mechanism of HMGB1 causing tumor development in the inflammatory microenvironment is a topic of interest for the diagnosis and treatment of tumors. This paper aims to summarize the current roles of HMGB1 in the inflammatory microenvironment of the liver and in the development and treatment of hepatocellular carcinoma.

high mobility group proteins; inflammation; neoplasms; carcinoma, hepatocellular

R735.7

A

0577-7402(2015)02-0159-04

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.02.15

2014-10-29；

2014-12-22)

(责任编辑：熊晓然)

国家自然科学基金(81171543)

杨超，硕士研究生。主要从事肝胆外科肿瘤相关研究

400010 重庆 重庆医科大学附属第二医院肝胆外科(杨超、吴传新)；400010 重庆 重庆医科大学附属第二医院重庆医科大学病毒性肝炎研究所(孙航)

吴传新，E-mail：sunhang-wu@21cn.com