HMGB1与妊娠相关疾病的研究进展

杨光琼,邓丹,祁文瑾

高迁移率组合蛋白1(high mobility combination protein 1,HMGB1)驱动的促炎反应对妊娠早期维持和分娩均有促进作用,HMGB1在这两个阶段的严格调控至关重要。HMGB1的增加与妊娠病理相关,在妊娠早期,HMGB1与胚胎的发育、着床和子宫蜕膜化相关,高水平的HMGB1会导致妊娠失败。母体循环和妊娠组织中HMGB1增加会导致慢性炎症,增加早产、妊娠期高血压疾病、妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)等发生风险。本文就HMGB1和几种妊娠疾病之间的关系做一综述。

1 HMGB1概述

HMGB1是一种非组蛋白核蛋白,属于高迁移率(HMG)蛋白组。作为HMGB家族中最丰富的成员,它包含两个DNA结合序列(一个A盒子和B盒子)和一个包含谷氨酸和天冬氨酸残基的酸性尾巴。HMGB1具有磷酸化、乙酰化、氧化、甲基化、ADP核糖基化和糖基化等多种翻译后修饰方式。HMGB1通常定位于细胞核,也可以分泌到细胞外。研究认为,位于核定位信号(NLS)NLS1和NLS2内赖氨酸残基的高乙酰化导致其胞质积累,随后被坏死或损伤的细胞释放[1]。当HMGB1位于细胞核中时,参与了错配修复、非同源端连接、V(D)J重组和碱基切除修复。一旦细胞外的HMGB1通过与各种受体的相互作用来触发和维持炎症反应,就会导致几种促炎细胞因子的下游释放和白细胞的募集。因此,HMGB1已成为许多不同组织中炎症的关键驱动因素,并在各种感染、自身免疫和炎症相关疾病的发生发展中起重要作用。

当HMGB1被损伤或死亡的细胞释放时,它被归类为损伤相关分子模式(DAMP)分子。DAMP与致病相关分子模式相似,它们通过相似的受体相互作用引起炎症等反应[2]。但与病原体相关分子模式不同的是其具有内源性。HMGB1可以通过在体外与抗原提呈细胞(APCs)相互作用来激活免疫系统。HMGB1诱导的途径与目前已知的LPS-TLR4途径具有相似性,该途径通过细胞因子产生系统性促炎反应,这使得HMGB1成为炎症驱动信号通路中的主要潜在靶点。HMGB1发挥的促炎反应受到特定组织类型上HMGB1受体的特定时间和剂量的影响。HMGB1参与炎症功能障碍和免疫反应,能在以下几种病理疾病中发挥靶点作用,包括感染性疾病、缺血、免疫疾病、神经退行性疾病、代谢疾病和肿瘤。

HMGB1是一种内源性炎症介质,与妊娠期许多疾病的进展和发病机制有关。炎症是妊娠建立关键机制的核心。妊娠早期是由促炎反应驱动的,HMGB1被证明是胚胎发育和植入的关键调控因子[3-4]。然而,HMGB1如何调控这种炎症的确切机制仍不清楚。有研究认为,HMGB1通过介导子宫蜕膜细胞增殖和分化,在子宫蜕膜化中发挥重要作用。早期HMGB1介导的炎症反应对妊娠成功至关重要,但子宫腔内和胎盘内HMGB1水平过量,也会导致妊娠丢失[5-7]。这表明HMGB1有一个最佳水平来维持早期阶段。

同样地,相对于妊娠的开始,分娩发动也被普遍认为由促炎反应引发。在足月妊娠组织中检测到HMGB1表达增加[8-11],因此,适当的炎症反应在正常妊娠中具有重要作用,但如果炎症平衡被破坏,会造成不良妊娠结局,导致妊娠并发症,包括早产、胎膜早破和感染引发的炎症[12-13],GDM,胎儿宫内生长受限,妊娠期高血压疾病等。

2 HMGB1与妊娠相关疾病的关系

2.1 HMGB1与早期胚胎着床

妊娠的早期阶段,包括胚胎着床、发育和子宫蜕膜化,均需要促炎信号参与。HMGB1表达的增加来自子宫内膜和子宫内的免疫细胞,是着床和蜕膜化部位的局部炎症因子,这可能影响胚胎发育。在胚胎发育过程中,胚胎HMGB1表达增加,通过调控细胞数量来促进着床前胚胎的发育,从而促进受精卵向囊胚的发育过渡[3,14]。此外,HMGB1表达的增加可通过引起正常胚胎植入来促进妊娠。当然,除了适当的炎症反应外,妊娠的成功还归因于孕激素信号传导。子宫内膜基质细胞的增殖和分化能促进子宫蜕膜化,对妊娠的建立和维持至关重要。如果HMGB1在子宫中的表达被沉默,子宫内膜基质细胞中孕激素受体减少就会导致子宫低生育能力,这认为是与持续的促炎信号传导和胚胎植入失败有关。蜕膜细胞内HMGB1表达的增加也可以通过上调骨形态发生蛋白2(Bmp2)和基质细胞分化标志物环磷酸腺苷(cAMP)的基因表达来诱导子宫基质细胞的增殖和分化。综上所述,HMGB1不仅能通过调节增殖细胞数量作为胚胎成功发育的重要中介,而且可通过招募免疫细胞,促进基质细胞增殖和分化,使胚胎植入和子宫蜕膜化。

2.2 HMGB1与复发性流产

虽然充分的炎症反应对胚胎的植入和初始发育很重要,但持续或慢性炎症可能导致不良的生殖结果,包括妊娠失败。在反复妊娠丢失(RPL)和不明原因复发性流产(URSA)患者的绒毛膜绒毛中检测到HMGB1和蛋白表达增加。绒毛是妊娠期间母体和胎儿血液之间的关键界面,因此在妊娠早期起着重要作用。研究认为,URSA患者的HMGB1母亲血浆浓度升高,可激活RAGE、TLR2或TLR4受体,导致NF-κB的激活,进一步促进炎症反应[7]。且发现阿司匹林作为抗炎药物可降低HMGB1的水平[7],因此早孕期开始服用小剂量阿司匹林对减少复发性流产的发生有一定帮助,但阿司匹林和HMGB1之间的关系尚不明确。

2.3 HMGB1与妊娠期糖尿病

HMGB1可在GDM和抗磷脂综合征(APS)孕妇血液循环中测量。妊娠晚期,存在胰岛素抵抗的糖尿病患者血清中HMGB1水平升高,但与正常患者相比,GDM患者分娩时的血浆或血清HMGB1水平差异均无统计学意义[15]。而GDM患者胎膜是唯一显示HMGB1蛋白表达增加的组织[16-17]。因此,GDM患者血液循环中HMGB1水平升高,可能与分娩无关。这有可能是因为HMGB1在不同孕周存在表达量差异,推测HMGB1不是GDM患者的关键炎症驱动因素。在APS患者血清中可检测到HMGB1、RAGE和TNF-a水平升高。有研究表明,抗b2-糖蛋白I(B2-GPI)抗体在APS的治疗中可能是导致HMGB1释放增加的原因[18-19],HMGB1的促炎作用与APS的严重程度有关。

2.4 HMGB1与子痫前期

胎盘的疾病通常是由炎症驱动的,对母儿不利,经常导致早产儿风险增加。因此,了解HMGB1如何造成慢性炎症和胎盘功能障碍很有必要。例如,在胎儿运动减少(RFM)患者的胎盘绒毛组织和母体循环中,发现了HMGB1的表达增加。此外,前置胎盘患者血管内皮细胞和滋养细胞中HMGB1和血管内皮生长因子(VEGF)蛋白表达增加[20],这表明HMGB1可以使VEGF增加,导致该疾病的严重程度增加,出生时出血风险增大。在胎盘细胞被外源性配体作用时,HMGB1的水平升高,进一步说明了HMGB1可能在该组织中起关键作用。事实上,HMGB1通过滋养层细胞中TLR4依赖的机制增加了促炎细胞因子IL-6和IL-8的分泌,从而导致胎盘炎症。综上所述,HMGB1可能是某些胎盘病理的驱动因素和潜在生物标志物。

子痫前期(PE)是最常见的潜在危及生命的胎盘疾病之一,有证据表明HMGB1在PE中具有作为促炎介质的作用。这一证据来自其在PE胎盘组织和相关细胞、血清的水平增加。在胎盘中,HMGB1已被证明通过激活PE胎盘滋养层细胞中的TLR4来增加IL-8的分泌刺激炎症,因此,胎盘内HMGB1的表达可能有助于判断PE的严重程度,它与TLR4和IL-8共定位,在合胞滋养层、滋养层和蜕膜中表达增加[21-22]。同时,与血压正常的孕妇相比,PE胎盘中炎症小体(NLRP3)、半胱天冬酶1(caspase-1)、IL-1β、TNF-α、HMGB1显著增加[23]。滋养层缺氧导致PE患者内皮细胞功能障碍[22],因此,滋养细胞暴露于缺氧条件下,增加了HMGB1、mRNA和分泌蛋白的水平[24],并通过促炎反应途径诱导TLR4和cavolin的内皮细胞通透性。研究发现,抗炎和抗凋亡分子去乙酰化酶sirtuin1(SIRT1)在PE胎盘中下调[25]。总之,HMGB1增加了许多促炎信号分子的基因表达和分泌,与PE的严重程度相关[26]。

多项研究也评估了母体循环中HMGB1水平升高与PE的关系,显示PE患者血浆[27-29]和血清[30-31]中HMGB1水平均升高,且炎症介质钙保护素、HMGB1和TLR4血清浓度水平也较高。但也有研究表示HMGB1血清水平在PE组与对照组的表达差异无统计学意义,可能是由于小样本量或同时增加了可溶性受体(sRAGE),可以竞争绑定RAGE受体与HMGB1[32-33]。尽管如此,在大量研究基础上,认为血浆和血清中HMGB1的循环水平有可能作为非侵入性的生物标志物来检测PE的发生[34]。

其他与PE相关的并发症:肥胖和高代谢综合征。母亲肥胖增加了不良妊娠结局的发生风险,比如GDM和妊娠期高血压疾病。HMGB1可能是孕妇肥胖的潜在生物标志物。脂肪组织分泌促炎细胞因子,HMGB1被归类为脂肪因子,促进慢性炎症状态,从而导致与肥胖相关的健康问题。PE或妊娠期高血压疾病患者的血清及脂肪细胞显示,RAGE激活后HMGB1水平升高,IL-6和C-C基序趋化因子配体2(CCL2)的mRNA表达增加[35]。高糖代谢综合征增加了PE的风险,导致胎盘功能障碍。事实上,经过葡萄糖处理的人类早期滋养细胞中HMGB1的分泌增加,可通过激活TLR4增加IL-8水平。此外,代谢综合征患者血清HMGB1水平高于单独PE患者,两组HMGB1水平均高于正常患者。这些数据表明,葡萄糖水平的升高会促进HMGB1的分泌,从而加剧PE的进展。因此,有高糖代谢综合征和肥胖的患者由于HMGB1水平的增加,其发生PE的风险增加,这可能导致慢性促炎反应,并增加相关妊娠并发症的严重程度[36]。

2.5 HMGB1与分娩启动

炎症是分娩机制的核心。已知感染介导的和基于无菌的细胞刺激会增加妊娠组织中HMGB1的表达,这可能引发早产和驱动分娩,但也会增加早产并发症和/或婴儿死亡的风险[37]。分娩由正常过程发生的炎症反应介导,生物信息学数据支持这一观点,因为分娩组织被认为有HMGB1和其他与HMGB1信号相关的基因的上调,这表明其在分娩事件中起作用。与剖宫产手术相比,自然阴道分娩中的氧化应激更高,这也可能导致脐带血中HMGB1水平的增加。触发早产所需的炎症信号被认为由胎儿引起,因为在早产儿和足月病例中,羊水和脐带血中HMGB1水平升高。但也有研究认为,HMGB1水平在分娩方式上差异无统计学意义[38]。

2.6 HMGB1与早产综合征

早产包括自发性早产和未足月胎膜早破(PPROM),早产可由包括子宫颈、子宫和胎膜在内的几种组织的失调而发生。这表明HMGB1可能在宫颈成熟过程中发挥作用。因为在早产儿母亲的宫颈中检测到HMGB1基因表达的增加[37]。早产也可因脐带血清中抗炎分子维生素D水平的降低而发生,其通过增加胎盘中的促炎分子如HMGB1引发炎症。研究表明,在妊娠小鼠羊膜内注入高浓度HMGB1和IL-6可促进早产[39],羊膜内注射HMGB1导致婴儿出生第1周内死亡发生率增加。因此,羊水中HMGB1水平的增加是分娩的强诱导因素,并增加了早产并发症的风险[40]。PPROM是发生早产的一个关键病因,被认为是由炎症引起的妊娠并发症导致胎膜损伤。HMGB1基因在PPROM患者羊水中表达水平升高[41],在母体血清中HMGB1水平的循环水平也升高。虽然胎膜破裂的机制尚未完全了解,但HMGB1表达水平的升高可能会增加PPROM的风险,对胎膜弱化起一定作用[2]。

最近一项研究检测到HMGB1基因和蛋白在整个妊娠期的人类胎膜中表达显示在形态改变区(ZAM),进一步支持了HMGB1可能是胎膜破裂(PROM)和PPROM中胎膜弱化发生的重要因素这一观点。已知各种形式的细胞应激会增加HMGB1的水平,如香烟烟雾提取物、应激源LPS和氧化应激都能增加胎膜中HMGB1的表达。此外,香烟烟雾提取物与羊膜上皮细胞共培养,与对照组相比,可以特异性地增加外泌体细胞质中HMGB1的细胞质表达,这表明香烟烟雾提取物是一种导致炎症的促炎刺激物[12]。此外,与足月自然分娩患者相比,经历过自然早产的女性的绒毛膜羊膜提取物中含有更高浓度的HMGB1[42]。羊膜内感染也与羊水中HMGB1的增加有关,与自发性早产和无羊膜内感染的完整细胞膜相比,其HMGB1水平更高,这是由于胎膜受损导致组织学绒毛膜炎。在组织学诊断的绒毛膜羊膜炎患者中,也检测到血清中HMGB1的循环水平升高。数据表明,由于感染介导的刺激导致HMGB1表达增加,促进了早产进展。通过动物模型对早产病理进行了描述,感染引发的早产增加了胎儿小鼠器官中HMGB1的细胞质表达,组织损伤部位HMGB1和RAGE的表达也增加。最新一项动物实验表明,在绵羊模型中,感染介导的羊膜内炎症可诱导羊绒毛膜中HMGB1的增加。综上所述,HMGB1可能通过损害胎膜和其他胎儿组织加剧早产引发的感染,在早产综合征的发生发展中具有重要的促炎作用。

3 HMGB1作为产科相关疾病潜在治疗靶点

由于HMGB1在整个妊娠过程中发挥作用,它被认为是炎症的关键内源性驱动因素。这种作用可能使其成为控制妊娠期炎症疾病严重程度的理想生物标志物和/或治疗靶点。抑制HMGB1已经成为其他疾病治疗的靶点,如系统性红斑狼疮、慢性肾病、动脉粥样硬化、类风湿性关节炎和脓毒症。但这种策略尚未在产科使用。在正常生理水平下,HMGB1作为一种核蛋白,在细胞核内具有多种DNA介导的功能,这些功能对DNA复制、修复和转录非常重要。但HMGB1作为一种促炎因子,其水平与妊娠病理的表现相关,它可以作为一种潜在的生物标志物来表示各种疾病的严重程度。为减少对生长中胎儿的损害,HMGB1最有效和侵入性最小的测量方法是来自母体循环。目前研究证实HMGB1可用作母体血清中绒毛膜羊膜炎、抗磷脂抗体综合征、胎盘炎症和妊娠期高血压疾病的生物标志物。此外,HMGB1也可能是识别和监测妊娠相关疾病严重程度的有效生物标志物,如GDM和复发性流产。使用HMGB1作为生物标志物的成功与否可能取决于疾病状态,以便无论何时进行测量,在母体血清中都可检测到高水平。根据本文综述的研究,HMGB1被描述为许多妊娠病理中炎症的驱动因素,然而目前尚不清楚HMGB1与多个不良妊娠事件的因果关系,尚需更多的研究证实HMGB1的特异性作用。有学者通过动物模型或细胞实验设计来影响妊娠期HMGB1的表达。一些研究发现可使用治疗妊娠相关的病理抑制剂包括甘草酸(GA)[24]和丹参酮钠IIA[43]来干预子痫前期;阿司匹林作为抗炎药物可以降低复发性流产患者血浆中HMGB1的水平。尽管HMGB1正在被开发为其他疾病的治疗靶点,但这些策略尚未被用于具有强烈炎症特征的妊娠疾病上。因此,如何评估这些抑制剂对HMGB1介导的炎症的疗效,以及它们在妊娠背景下治疗疾病的潜力是非常有前景的研究方向。

4 总结

HMGB1的功能是多方面的,不仅有促进许多细胞的核功能,还作为促炎信号在妊娠期间起着关键作用。如前所述,HMGB1促进了妊娠早期正常的胚胎发育、子宫蜕膜化和分娩驱动,是炎症反应的重要驱动因子。然而,HMGB1的严格调控对于妊娠极其重要,失调可能导致慢性炎症,从而导致许多妊娠相关疾病的发生发展,往往会使早产和/或婴儿死亡率的风险增加。通过研究,母体循环中可以系统地检测到HMGB1,因此HMGB1可以作为监测这些疾病严重程度的理想生物标志物。此外,鉴于HMGB1在整个妊娠期驱动炎症的关键作用,可提供一个完美的治疗靶点,通过抑制剂减轻炎症的严重程度。这还需要在临床上开展前瞻性研究,增加样本量,进一步说明HMGB1与妊娠相关疾病严重程度的关系。

利益冲突作者均声明不存在任何利益冲突。