HMGB1调控细胞自噬及凋亡及其在胰腺相关疾病中的研究

杨复锵 梁华益 潘路娟 刘东菊 覃月秋

右江民族医学院附属医院消化内科，广西百色 533000

HMGB1是一种在真核生物中普遍存在的、与脱氧核糖核酸（DNA）结合的非组蛋白。HMGB1主要存在于细胞核中，由细胞主动分泌或被动释放后，参与炎症、免疫、自噬和凋亡等病理生理过程。其中HMGB1介导细胞自噬与凋亡在疾病发生发展中的作用成为近年研究的热点。近年研究发现，HMGB1通过介导细胞自噬与凋亡影响糖尿病[1]、急性胰腺炎[2]、胰腺癌[3-4]等胰腺相关疾病的进展及预后。本文简要综述了HMGB1的生物学特征、HMGB1对细胞自噬、凋亡的调控及其在胰腺相关疾病中的作用。

1 HMGB1概述

高迁移率族（high mobility group，HMG）蛋白于30年前被发现并因其在蛋白印迹电泳中具有高迁移率而得名[5]。HMGB1属于HMGB家族，是HMGB家族中表达最丰富的一种，拥有2个带正电荷的DNA结合域（A盒和B盒）和1个由大量的天冬氨酸和谷氨酸残基组成的酸性C末端[6]。HMGB1诱发炎性反应依赖于B盒；A盒拮抗B盒的促炎效应且可以与Beclin 1结合增强自噬[7]；而C末端可促进A盒、B盒与DNA相互作用。

HMGB1的生物学作用与其定位、氧化还原状态及受体密切相关。根据HMGB1的三个保守半胱氨酸残基（23位、45位和106位）的不同氧化还原状态，可将其划分为三个亚型：全巯基HMGB1（23位、45位和106位半胱氨酸的巯基均处于还原状态）、二硫化HMGB1（23位与45位半胱氨酸之间形成二硫键，106位半胱氨酸仍处于还原状态）和氧化型HMGB1（23位、45位和106位半胱氨酸的巯基均被氧化成磺基）。在细胞核中，HMGB1发挥作用依赖于全巯基HMGB1，作为DNA伴侣参与维持基因组稳定性。胞核的HMGB1可通过诱导热休克蛋白家族B1的表达引起自噬[6]。HMGB1可借助核孔穿梭在细胞核和胞浆之间。HMGB1发生磷酸化、乙酰化和甲基化等修饰可促使其从胞核向胞质富集[8]。在细胞质中，二硫化HMGB1与B细胞淋巴瘤/白血病2（Bcl-2）竞争结合Beclin 1，从而引发自噬和抑制凋亡[9-10]。胞外HMGB1主要是通过晚期糖基化终产物受体（RAGE）、Toll样受体4（TLR4）和CXC基序趋化因子受体4（CXCR4）相互作用而发挥生物学效应[11]。全巯基HMGB1可以与CXC型趋化因子配体12（CXCL12）形成复合物并与CXCR4受体结合，促进趋化因子释放并募集白细胞[11]。全巯基HMGB1与RAGE受体相互作用可以引发细胞自噬[11]。二硫化HMGB1通过TLR4发出信号，引发促炎细胞因子的释放从而诱导炎症[11]。而氧化型HMGB1则无致炎作用，通过激活TLR4受体促进细胞凋亡[12]。

2 HMGB1对细胞自噬、凋亡的调控作用

细胞自噬是溶酶体降解胞内多余、受损成分的过程。通常所说的自噬泛指巨型自噬，其形成受许多分子的调节。激活RAGE[13]、Beclin 1[2]和c-Jun氨基末端激酶（JNK）[14]等分子可引起自噬增强，而蛋白激酶B（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路的活化则抑制自噬[1]。细胞凋亡是一种ATP依赖、酶介导、基因控制的生理过程，有利于及时终止异常细胞的生命活动，维持机体的稳态。激活不同的分子及信号通路可调控细胞凋亡过程。TLR4[15]和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）[16]的活化常引起凋亡增加；而JNK/胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）[16]和PI3K/Akt/GSK-3β信号通路[17]的激活则可抑制细胞凋亡。HMGB1可通过激活上述分子信号通路调控细胞自噬和凋亡。

2.1 HMGB1引起细胞自噬和细胞凋亡，共同促进细胞死亡

HMGB1与细胞自噬和细胞凋亡密切相关。有研究发现阿霉素通过促进HMGB1表达使心肌细胞自噬和凋亡增加导致心脏损伤[18]。Wang等[14]发现HMGB1可能通过激活JNK来解除Bcl-2对Bax和Beclin 1抑制作用，从而引起自噬和凋亡增加，促进肝缺血再灌注损伤的发生与发展。Jin等[1]证实了HMGB1通过抑制Akt/mTOR信号通路增强自噬，从而引起细胞凋亡增加，最终导致糖尿病的恶化。

2.2 HMGB1引起细胞凋亡并抑制自噬，促进细胞死亡

Shi等[17]研究表明，小胶质细胞分泌的HMGB1可维持其持续产生氧化应激和炎症反应，从而引起3-磷酸肌醇激酶（PI3K）/Akt/糖原2合成酶激酶-3β（GSK-3β）信号通路的失活导致海马神经元凋亡。为了进一步探明HMGB1引起海马神经元凋亡的原因，Guo等[15]用siRNA沉默海马神经元HMGB1后发现，HMGB1和TLR4蛋白表达显著降低，逆转神经元凋亡并增强自噬，认为HMGB1可能通过TLR4引起细胞凋亡并抑制自噬。然而HMGB1如何促使细胞凋亡并抑制细胞自噬的具体机制尚未清楚。

2.3 HMGB1引起细胞自噬并抑制细胞凋亡，促进细胞存活

HMGB1对细胞自噬与凋亡的调控有利于细胞的生存。相关文献报道HMGB1与Beclin1结合形成复合物，增强自噬进而减弱细胞凋亡，这为接受化疗的肿瘤细胞提供保护作用[19]。其他研究者发现HMGB1可通过激活RAGE[13]或促使JNK磷酸化[20]引起肿瘤细胞自噬增加和凋亡减少。Jeon等[21]证实了HMGB1在瘢痕中高表达并通过增强自噬、抑制凋亡而促进瘢痕的形成；HMGB1使成纤维细胞ERK1/2、AKT和NF-κB等信号分子表达增加，而给予甘草甜素抑制HMGB1表达后则出现相反的结果且自噬降低、凋亡增加，提示ERK1/2、Akt和NF-κB等信号分子也可能参与HMGB1对自噬与凋亡的调控。自噬与凋亡的交互作用受许多分子的调节，研究认为HMGB1对自噬和凋亡的调控作用因其氧化还原状态不同而异[10]，但具体作用机制尚不明确，有待于未来进一步的实验研究。

3 HMGB1介导细胞自噬和凋亡在胰腺相关疾病中的作用

3.1 糖尿病

最近的研究表明胰岛细胞损伤与HMGB1异常表达有关。Chung等[22]在实验中发现用英夫拉色烯抑制胞质HMGB1的水平可促进细胞凋亡，抑制自噬，降低细胞在应激条件下的存活率，进而导致细胞功能障碍而引发糖尿病。Wang等[23]则发现胰岛细胞释放的HMGB1可激活p38 MAPK信号分子引起细胞半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3）依赖性细胞凋亡，从而引发糖尿病。此外，也有研究报道了基因沉默HMGB1可引发Akt/mTOR信号通路的活化和自噬的抑制，引起凋亡减少，减轻足细胞的损伤进而延缓糖尿病所引起的肾小球功能的恶化[1]。目前关于HMGB1在糖尿病中对自噬和凋亡的调控研究尚少，进一步研究其作用机制将可能为糖尿病的临床诊治提供新思路。

3.2 急性胰腺炎

已有研究表明在急性胰腺炎中，胰腺细胞凋亡增加可能与HMGB1表达增加密切相关[24]。Zhao等[25]在雨蛙素诱导的重症急性胰腺炎（SAP）细胞模型中观察到胰腺细胞凋亡率增加时，HMGB1和NF-κBp65被显著激活，给予地塞米松抑制凋亡时，HMGB1和NF-κBp65的活性均被显著抑制，提示在SAP中，可能是HMGB1通过激活NF-κB介导胰腺细胞凋亡的发生。另有研究显示HMGB1通过促进自噬参与急性胰腺炎的发生发展：Yu等[2]在牛磺胆酸钠诱导的SAP大鼠中发现，HMGB1最初是在细胞核中表达增加以启动自噬，随后进入细胞质并与Beclin 1结合以增强自噬，最后HMGB1被释放到胞外可作为炎症因子引起全身性损害，导致重症急性胰腺炎大鼠不断恶化。然而在急性胰腺炎中，胞外HMGB1如何维持自噬详细机制尚不清楚。

3.3 胰腺癌

Xie等[26]观察到化疗后的胰腺癌患者机体中除自噬减少和凋亡增加外，细胞外HMGB1表达也增加，认为HMGB1可能与胰腺癌细胞自噬和凋亡调控密切相关。Xiong等[3]在实验中观察到对化学药物有耐受性的胰腺癌细胞高表达HMGB1，进一步研究发现miR-410-3p可在胰腺癌中通过靶向HMGB1的3'非编码区（3'-UTR）来抑制HMGB1诱导的自噬，进而增强化学药物对癌细胞的有效性。而Liu等[4]则发现过表达miR-218引起HMGB1表达水平降低，进而引起胰腺癌细胞凋亡增加并提高对吉西他滨的敏感性。这表明利用miRNA靶向抑制HMGB1进而减弱自噬或者促进凋亡可能成为治疗胰腺癌的新思路。

4 结论

HMGB1是一种对氧化还原剂敏感的多功能分子，不同氧化还原形式的HMGB1与各种分子相互作用可介导炎症、自噬、凋亡、免疫耐受，从而引起机体的生理和病理改变。近些年的研究发现HMGB1可以通过调控细胞自噬或细胞凋亡而参与胰腺损伤、炎症、肿瘤的发生发展过程。因此，靶向调节HMGB1来调控细胞自噬与凋亡将可能影响到疾病的转归。目前HMGB1在胰腺疾病中调控自噬凋亡的具体机制尚未明确，还有待于未来进一步研究以期为胰腺疾病诊治提供新靶点和策略。