HMGB1与细胞自噬、凋亡关系的研究进展

梁运轩，覃月秋

（右江民族医学院附属医院，广西 百色）

0 引言

HMGB1作为晚期炎性介质及损伤相关模式分子，能促进释放早期炎症因子，不断触发和维持下游炎症反应，其主要受体有糖基化终产物受体（Receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）、Toll样受体（Toll-like receptors，TLR），最终激活核转录因子κB（NF-κB ）信号转导通路，进而上调各种炎症因子，而炎症所致细胞损伤或坏死情况下，细胞自噬和凋亡因子水平改变，是近年来研究热点。而HMGB1、细胞自噬及凋亡均与炎症损伤息息相关，下文就HMGB1与淋巴细胞自噬、凋亡关系作简要介绍。

1 HMGB1、细胞自噬、细胞凋亡概述

1.1 HMGB1

高迁移率族蛋白超家族，包含HMGB1、HMGB2和HMGB3三大成员，是细胞核内高度保守的非组蛋白，HMGB1是含量最多，也是该家族中目前研究最为深入的一个，目前认为与细胞自噬、细胞凋亡关系密切。HMGB1广泛分布于哺乳动物的细胞内，是由215个氨基酸残基组成的一条单链多肽，有不同的结构域三个，A盒和B盒是DNA结合区，是拥有大于80%同源性的80个氨基酸组成的串联结构域，二者之间通过24个氨基酸相接，负性C末端尾巴长度有30个氨基酸。B盒是HMGB1细胞因子活性结构域，前20个氨基酸组成负责诱导产生IL-6和TNF-α等细胞因子，是功能高度保守的结构域，起引起炎性反应作用，而A盒与之功能相反，具有拮抗HMGB1促炎反应作用[1-5]。负性C末端则与RAGE、TLR结合发挥效应。细胞内HMGB1是DNA结合结合蛋白，广泛存在于真核生物体内，与线性DNA结合保持其螺旋结构，调节基因调控及转录起重要作用[6]；此外，胞内HMGB1还通过开放染色质螺旋结构来影响染色质结构和组蛋白相互作用，起到稳定核小体、促进DNA折叠、复制、修复及增强转录等作用。HMGB1来源于细胞主动分泌及被动释放两种方式，通常由坏死的细胞被动释放，而非凋亡细胞，也可以由受到刺激的炎细胞（巨噬细胞或单核细胞）、中性粒细胞、组织细胞等经分子乙酰化将HMGB1由核转移到溶酶体，再经过腺苷三磷酸途径或溶血磷脂酰胆碱途径主动分泌到细胞外，均会导致炎症发生[7,8]。HMGB1在胞外可作为炎症介质，与免疫应答的监管、神经内分泌、无菌性血管炎症反应等过程密切相关[9]。

1.2 细胞凋亡

细胞凋亡又称为I型程序性细胞死亡，是细胞在一定生理或者病理条件下，通过一系列基因的激活、表达和调控，出现的生理性、主动性的死亡过程，对生命进程及机体稳态的维持有重要作用。细胞主动死亡后，由染色体或染色质固缩破裂后形成DNA碎片等细胞废物形成凋亡小体，并由吞噬细胞迅速吞噬清除凋亡小体，可避免细胞内容物向周围扩散形成炎症，因此凋亡并无细胞内容物外渗及炎症反应[10]。当存在缺氧、细胞内钙浓度超载等刺激时，细胞释放凋亡信号，主要通过死亡受体介导的途径、线粒体途径、内质网途径以及非caspase依赖性途径被触发[11,12]，进而启动细胞凋亡过程。（1）死亡受体介导的细胞凋亡：肿瘤坏死因子(TNF-α)受体超家族分布于死亡受体的细胞表面受体，与同源配体结合后启动凋亡，通过紧密结合的同源配体(TNF-α、T R AIL、Fas配体FasL/CD95L)来介导凋亡机制[13]。（2）线粒体损伤介导的凋亡：线粒体可往胞浆中分泌促凋亡因子的方式调节凋亡过程，如凋亡诱导因子、细胞色素C和Diablo-SMAC等。随后细胞色素C与凋亡蛋白激活因子1结合，再募集 Caspase9前体形成凋亡复合体，活化的Caspase9从凋亡小体上释放出来，最后启动Caspase( Caspase3和Caspase 7)效应[14]。（3）内质网途径介导的凋亡：当有钙离子稳态失衡、外在刺激等损害了内质网的生理功能，导致内质网腔内大量蓄积异常蛋白，从而导致内质网应激（ERS）[15]。葡萄糖调节蛋白-78(GRP78)是ERS反应中维持细胞内环境稳态标志分子，以无活性的酶原形式与蛋白激酶样内质网激酶(PERK)、肌醇需要酶1(IRE-1)、转录激活因子 6 (ATF6)稳定结合；当ERS反应时GRP78与感应蛋白解离，通过激活未折叠蛋白反应或内质网应激反应，减少新生蛋白的合成、促进未折叠蛋白折叠及增加未折叠蛋白的降解减轻内质网压力，如反应过强或持续存在，往往可导致凋亡的发生[16-18]。

1.3 细胞自噬

细胞自噬又称Ⅱ型程序性细胞死亡，是细胞在应激条件、运动刺激或营养缺乏时相对保守的防御调控机制，一方面参与抗原呈递以及炎症免疫反应，另一方面可清除胞质内受损的细胞器、错误折叠的蛋白质、脂类、回收代谢物质，有效降低活性氧 (reactive oxygen species，ROS)的伤害、修复DNA损伤的一种自救和调控方式，以自噬小体 (autophagosome)的方式消化分裂体，产生的氨基酸和葡萄糖等可被细胞再利用[19-22]。其自噬反应开始，其微管相关蛋白质1轻链3(，LC3-Ⅰ)转化成微管相关蛋白质2轻链3(LC3-Ⅱ)，所以目前LC3普遍认为是细胞自噬起始的重要标志物[23,24]。根据底物特异性、膜来源和向溶酶体传送的方式不同，可分为分子伴侣介导的自噬、微观自噬以及宏观自噬3种类型[25,26]。其中以宏观自噬为代表，通过膜内陷等方式形成自噬小体，与溶酶体融合形成自噬-溶酶体，最后降解，这是体内常见的自噬溶酶体途径[27,28]。目前细胞自噬的形成和调控主要是通过mTOR、Beclin-1、P53这三条多步骤途径来实现的。（1）mTOR信号通路：营养缺乏等条件时，促使酪氨酸激酶受体激活，逐级激活PI3K/Akt，最终mTOR激活抑制自噬，也可以通过激活LKB1/AMPK，抑制mTOR活性，诱导自噬发生[29]；（2）Beclin-1信号通路介导自噬：Beclin-1是重要抑癌基因，与ClassⅢ PI3K结合后形成Beclin 1-ClassⅢ PI3K-Vps15 复合体，能上调细胞自噬水平[30]；（3）P53信号通路：在细胞核内，通过激活AMPK- mTOR信号通路，抑制mTORC1，激发细胞自噬，也能通过激活DAPK1，促使Beclin-1磷酸化而促进细胞自噬，还能通过激活抗凋亡蛋白BCL-2家族，解除Beclin-1的抑制状态，从而上调细胞自噬水平，但细胞质p53可抑制自噬[31-33]。

2 HMGB1、细胞自噬、细胞凋亡相互关系

2.1 细胞自噬与细胞凋亡

凋亡与自噬均是程序性细胞死亡，自噬通过降解FAP-1来调节凋亡，核内p53可诱导自噬，间接因基因毒性压力往凋亡性死亡发展，也可直接诱导细胞凋亡，但细胞质p53可抑制自噬并促进凋亡[33,34]。凋亡首先形成凋亡小体，然后通过吞噬来清除和降解死亡的细胞，自噬通过自噬囊泡(自噬体和自噬溶酶体)累及并降解包裹物质。凋亡和自噬可通过溶酶体来源区分，凋亡过程需借用吞噬细胞的溶酶体，而自噬则使用来源于死亡细胞的内源性溶酶体。但细胞自噬是否是继发于细胞凋亡效应或属于直接程序性细胞死亡目前尚未清楚。死亡相关蛋白激酶家族(DAPK)是控制程序性细胞死亡的关键酶，其与DAPK相关蛋白激酶1(DRP-1)处于激酶活性时可促进细胞死亡[35]。DAPK1能激活细胞凋亡，也可影响细胞自噬性程序性细胞死亡[36]。有研究表明适度自噬能令靶细胞对外界应激做出反应，减少损伤，使其存活，同时清除受损的细胞器，利于维持细胞稳态[37]；也有研究表明，过度强化的自噬可促使细胞凋亡，造成细胞损伤[38]。使用紫杉醇处理卵巢浆液癌细胞时，适当上调Golph3水平可促进能细胞自噬，抑制细胞凋亡；下调Golph3水平抑制细胞自噬，促进细胞凋亡[39]。过强度上调自噬水平后能增加细胞凋亡，而下调抑制细胞自噬后则可逆转细胞凋亡[40]。

2.2 HMGB1与细胞自噬、凋亡

HMGB1及细胞自噬、凋亡均与炎症反应有关，HMGB1是晚期炎症的标志物，可促进早期炎症因子持续释放并维持炎症持续存在，导致细胞损伤或坏死而改变自噬及凋亡水平。目前认为RAGE为 HMGB1的主要受体，具有高亲和力，此外Toll样受体2(TLR2)及Toll样受体4(TLR4)亦参与了HMGB1的胞内信号转导，均能使NF-κB活化释放炎症因子。另有负性调控受体CD24、唾液酸结合性免疫球蛋白样凝集素与HMGB1偶联可以阻断NF-κB的活化，从而抑制由HMGB1-TLR4介导的炎性因子释放。有关鼠局灶性脑缺血再灌注损伤研究发现，HMGB1抑制剂有效抑制HMGB1释放后可减轻炎症、氧化应激及减轻凋亡[41]。吕聪等实验发现节氧糖剥后星型胶质细胞HMGB1释放后可通过NF-κB通路引起细胞的凋亡，当抑制HMGB1释放可减轻细胞凋亡[42]。在高糖诱导下的人脐静脉内皮细胞实验中，通过上调HMGB1，抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路，能促进自噬发生[43]。实验发现，沙眼衣原体质粒蛋白pORF5通过上调HMGB1诱导线粒体自噬并抑制细胞凋亡[44]。

3 结语

目前炎症治疗仍是临床难题，特别是重症胰腺炎、脓毒症等存在炎症介质失控导致病情进展时，HMGB1作为晚期炎症因子，可促进早期炎症因子级联式释放并维持炎症反应，导致细胞自噬及凋亡水平改变进一步加重损伤或导致坏死，病情进一步加重，如能阻断炎症反应或使用HMGB1拮抗剂阻断炎症从而改变细胞自噬、凋亡水平，将有可能改善预后及提高生存率。HMGB1促炎反应具体机制及对细胞自噬、凋亡调控的具体途径尚需进一步研究。