高遷移率族蛋白在抗腫瘤免疫中的研究進展

胡 萍(綜述)，司同國，郭 志(審校)

(天津醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院介入科，天津市腫瘤防治重點實驗室，天津300060)

高遷移率族蛋白(high mobility group protein，HMG)是一種含量豐富的幾乎存在于所有真核細胞內(nèi)的非組蛋白染色體結(jié)合蛋白，因蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量低(≤30×103)，富含電荷，在聚丙烯酰胺凝膠電泳中遷移率快而得名。根據(jù)分子質(zhì)大小、序列相似性和基因結(jié)構(gòu)特性，HMG可進一步分為HMGA、HMGB、HMGN 3個家族，而 HMGB家族又分為HMGB1、HMGB2和HMGB3，三者在氨基酸序列上有80%的一致性，其中HMGB1含量最豐富。HMGB1廣泛分布于淋巴組織、腦、肝、肺、心、脾、腎等組織中。HMGB1根據(jù)其在細胞內(nèi)定位不同而發(fā)揮不同的生物學作用，細胞核內(nèi)作為染色質(zhì)結(jié)合因子參與DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，穩(wěn)定核小體并調(diào)節(jié)多種基因的轉(zhuǎn)錄。同時，作為胞外信號分子的HMGB1參與炎性反應、細胞分化和遷移、腫瘤轉(zhuǎn)移等。HMGB1可由壞死細胞、活化的炎性細胞釋放，與高級糖基化終末產(chǎn)物受體(receptorforadvanced glycation end-products，RAGE)/Toll樣受體(Toll like receptor，TLR)等高親和力受體結(jié)合，作為負面信號分子參與腫瘤的發(fā)生、生長及轉(zhuǎn)移。

1 HMGB1的結(jié)構(gòu)、分泌

HMGB1由兩個同源DNA結(jié)合區(qū)(A框和B框，各由75個氨基酸殘基組成)和一個負電荷羧基末端組成［1］。研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1 作為警報素分子，可由壞死細胞原位釋放激活免疫系統(tǒng)，促進炎性反應。低濃度HMGB1與RAGE結(jié)合抑制多型核白細胞遷移，高濃度HMGB1通過 TLR-2/TLR-4以及RAGE作用產(chǎn)生白細胞介素(interleukin，IL)8對多型核白細胞產(chǎn)生化學趨化作用。HMGB1的A框可拮抗內(nèi)源性蛋白，減少化學趨化作用，同時可以強效抑制高濃度HMGB1對多型核白細胞的遷移誘導。相反，HMGB1的B框則是其化學趨化作用的活性結(jié)構(gòu)。

HMGB1可在炎癥組織中調(diào)節(jié)多型核白細胞的募集，同時其A框可抑制慢性炎癥時過多釋放的HMGB1，對多型核白細胞的過度募集，減輕過度炎性反應對組織的損傷［2］。HMGB1可由活化的炎性細胞主動分泌以及損傷細胞被動釋放到細胞外發(fā)揮細胞因子作用。多種細胞活化后可主動分泌HMGB1，如中性粒細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞(dendritic cell，DC)、肝細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞等。幾乎所有的有核細胞都可以被動釋放HMGB1，作為免疫刺激信號并代表組織損傷程度，促進單核細胞的募集，處理細胞碎屑并保護組織，減輕外傷后的感染反應。從免疫學角度，HMGB1代表特征性的壞死標志或損傷相關(guān)分子模式。HMGB1不僅在細菌、病毒感染時激活先天免疫反應，同時參與癲癇、癌癥、自身免疫性疾病、動脈粥樣硬化等疾病的急慢性炎癥。最近研究發(fā)現(xiàn)，胞外HMGB1在典型自身免疫性疾病系統(tǒng)性紅斑狼瘡中發(fā)揮重要作用。患者血清中 HMGB1和抗-HMGB1抗體水平與系統(tǒng)性紅斑狼瘡病情活動相關(guān)。凋亡細胞中HMGB1與核小體形成復合物，激活抗原呈遞細胞，形成自身抗體并通過TLR-2途徑抵抗雙聯(lián)DNA和組蛋白。另外，HMGB1參與DNA抗DNA免疫復合物的形成，與DC細胞和B細胞表面RAGE結(jié)合，通過TLR-9途徑釋放干擾素α，激活自體反應B 細胞，誘發(fā)自身免疫［3］。

2 HMGB1的受體信號途徑

研究表明，HMGB1可與多種細胞表面分子結(jié)合，如肝素、蛋白多糖、多配體聚糖等。RAGE是目前已知的HMGB1唯一高親和力受體，能與多種配體結(jié)合介導多種信號通道，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在正常細胞中低水平表達，細胞表面結(jié)合HMGB1可引起RAGE表達上調(diào)［4］。HMGB1與RAGE結(jié)合能促進內(nèi)皮細胞/單核巨噬細胞的氧化應激，通過Rac/Cdc42途徑重建細胞骨架，而通過Ras-促分裂原活化蛋白激酶途徑和核因子κB移位介導炎性反應。最近發(fā)現(xiàn)HMGB1調(diào)節(jié)腫瘤細胞自噬和凋亡與其氧化還原狀態(tài)相關(guān)。抗癌因子可增強細胞自噬、凋亡，促進HMGB1釋放。外源性抑制HMGB1釋放后腫瘤細胞大部分凋亡，同時發(fā)現(xiàn)自噬減少。在這一機制中，還原狀態(tài)的HMGB1與RAGE結(jié)合通過Bcl-1依賴的自噬途徑促進腫瘤細胞抵抗DNA交聯(lián)劑、嵌合劑、微管斷裂因子等的作用。相反，氧化狀態(tài)的HMGB1增強這些因子的細胞毒作用，且通過caspase-9/caspase-3途徑誘導細胞凋亡［4］。

作為病原模式識別受體的TLR亦參與HMGB1的信號轉(zhuǎn)導，鼠巨噬細胞轉(zhuǎn)染實驗表明TLR-2/TLR-4陰性模型中HMGB1活化減少，在肝臟缺血壞死或再灌注損傷模型中，由HMGB1通過TLR-4信號介導。最近研究發(fā)現(xiàn)HMGB1與TLR-9結(jié)合作用于巨噬細胞、DCs以及B細胞，可加強TLR-9依賴的CpG-DNA免疫刺激效應［5］。因此，HMGB1與TLRs在先天免疫應答中發(fā)揮重要作用。

3 HMGB1與腫瘤的發(fā)生和進展

HMGB1在腫瘤中的作用非常復雜，無論胞質(zhì)、核內(nèi)或細胞外的HMGB1都與腫瘤的形成、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和對化療藥物的反應等有關(guān)。HMGB1與其配體RAGE在多數(shù)腫瘤細胞中高表達，如乳腺癌、結(jié)直腸癌、肝細胞癌、胰腺癌等，前列腺癌組織較正常組織高表達HMGB1 mRNA，轉(zhuǎn)錄因子p53、c-Myc等可調(diào)節(jié)HMGB1的表達［6］。研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有頭頸部鱗癌患者鱗狀細胞癌組織中均表達HMGB1和RAGE，并且HMGB1和RAGE可促進鱗狀細胞癌轉(zhuǎn)移，這一作用呈HMGB1劑量依賴性［7］。另有研究分析69份喉鱗狀細胞癌樣本和15份鄰近上皮組織樣本，發(fā)現(xiàn)鱗狀細胞癌患者高表達HMGB1和血管內(nèi)皮生長因子，而且這兩種標志物的表達與臨床分期、轉(zhuǎn)移、預后不佳密切相關(guān)［8］。在結(jié)腸癌患者的樣本中，1/3的患者HMGB1基因呈過度表達，其中90．0%的患者HMGB1 蛋白過度表達［9］。Chung等［1］檢測了227 份胃癌患者血清樣本，發(fā)現(xiàn)血清HMGB1濃度隨疾病進展升高。同時，HMGB1濃度與腫瘤浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤大小密切相關(guān)，而血清HMGB1濃度與患者年齡、性別、腫瘤細胞分化程度、淋巴、血管、神經(jīng)侵犯等無明顯相關(guān)性。HMGB1作為早期胃癌的診斷指標其靈敏度和特異度分別為71%和67%。在肝細胞癌中，HMGB1與肝癌的分期分級都密切相關(guān)，從肝炎、肝硬化到肝癌，血清中的HMGB1在相應病程內(nèi)成階梯式上升［10］。在非小細胞肺癌患者血清中，HMGB1水平是慢阻肺患者的2倍、正常人的10倍;TNM分期從Ⅰ期到Ⅳ期血清HMGB1水平逐漸升高，手術(shù)治療切除非小細胞肺癌后，血清HMGB1水平顯著降低［11］。在mRNA水平檢測發(fā)現(xiàn)非小細胞肺癌患者腫瘤組織的HMGB1表達較正常組織降低［12］。

目前，HMGB1與腫瘤的作用機制仍不十分明確。HMGB1能激活多種信號途徑，包括促分裂原活化蛋白激酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶，與RAGE、TLR-2/TLR-4等表面受體結(jié)合參與腫瘤生長、炎性反應。最近胰腺癌細胞體外實驗發(fā)現(xiàn)剔除或抑制HMGB1和RAGE可增加癌細胞凋亡、抑制其生長。同樣的現(xiàn)象在肺癌和其他腫瘤類型中亦可觀察到［13］。過表達的HMGB1促進細胞周期調(diào)節(jié)蛋白E2F和CyclinD/CyclinE表達，抑制抗凋亡蛋白p53，從而增加癌細胞存活減少凋亡。突變型Ras、Raf、p21可能通過HMGB1在旁路途徑中影響腫瘤細胞的凋亡和存活［14］。結(jié)腸癌患者高濃度的HMGB1通過活化細胞凋亡抑制蛋白2抵抗腫瘤壞死因子α誘導的凋亡抵抗［9］。

4 HMGB1與抗腫瘤免疫

4．1 HMGB1與DC HMGB1作為一種晚期促炎因子，募集炎性細胞、修復組織及促進增殖，同時在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。有研究證實HMGB1可激活DCs，促進其功能性成熟以及對淋巴結(jié)炎性趨化因子的反應性，進而調(diào)節(jié) T細胞的免疫功能。Liu等［15］在體外實驗中發(fā)現(xiàn)HMGB1可誘導脾臟DC細胞分化為CD11clowCD45RBhighDCs，促進 Th1向 Th2漂移，增強T細胞免疫功能。同時，CD11chighCD45RBlowDCs的產(chǎn)物IL-12不能負反饋抑制HMGB1對T細胞的作用［16］。不同濃度的HMGB1對DCs活化有不同的調(diào)節(jié)作用，高濃度HMGB1對DCs活化起抑制作用。此外，有學者發(fā)現(xiàn)大劑量的HMGB1可誘導DCs凋亡，促進腫瘤免疫逃逸，與結(jié)腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)［17］。同時，有動物實驗證實 HMGB1可誘導肝臟庫普弗細胞的凋亡，促進結(jié)腸癌的肝轉(zhuǎn)移［18］。因此，尋找有效途徑增強腫瘤相關(guān)抗原的免疫原性將為抗腫瘤治療提供新方法，DCs及其他腫瘤疫苗可高效地誘導循環(huán)中腫瘤特異性T細胞的增殖。

4．2 HMGB1促進腫瘤免疫抑制微環(huán)境的形成 腫瘤免疫微環(huán)境是指腫瘤細胞通過募集或誘導免疫抑制性細胞聚集在腫瘤的周圍，形成一個免疫耐受狀態(tài)，從而逃避機體的免疫清除。腫瘤免疫微環(huán)境中主要由調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)、抑制性巨噬細胞、骨髓來源的抑制性細胞、成纖維細胞和血管內(nèi)皮細胞等組成。隨著研究的深入，HMGB1在腫瘤免疫中的作用愈發(fā)受到重視。腫瘤細胞主動分泌以及細胞缺氧死亡可誘導HMGB1持續(xù)釋放，促進腫瘤免疫抑制微環(huán)境的形成。代謝旺盛的腫瘤細胞和組織產(chǎn)生的大量代謝中間產(chǎn)物，以及因腫瘤組織快速生長所致腫瘤組織中心缺氧引發(fā)組織損傷和壞死而釋放的大量組織細胞碎片和蛋白質(zhì)等均可使組織局部堆積大量損傷相關(guān)模式分子。HMGB1是腫瘤壞死后釋放的重要的大量損傷相關(guān)模式分子。HMGB1作為許多模式識別受體(RAGE、TLR2、TLR4)的內(nèi)源性配體，激活或抑制腫瘤細胞、腫瘤組織基質(zhì)細胞和浸潤到腫瘤組織內(nèi)的免疫細胞的相應模式識別受體，誘導腫瘤免疫耐受，從而抑制宿主產(chǎn)生抗腫瘤免疫［6］。HMGB1誘導腫瘤免疫耐受的機制主要是通過誘導腫瘤浸潤細胞炎性因子的持續(xù)產(chǎn)生，形成一個慢性炎癥狀態(tài)，促進免疫抑制微環(huán)境的形成。腫瘤細胞釋放的HMGB1可募集巨噬細胞、內(nèi)皮細胞在腫瘤周圍的聚集，同時促進炎性因子腫瘤壞死因子α、IL-1β和IL-6的釋放，并維持腫瘤免疫抑制微環(huán)境的狀態(tài)。此外，多項研究證明HMGB1可直接誘導和增強免疫抑制性細胞活性。Liu等［19］研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞衍生的HMGB1可抑制機體自身T細胞依賴的抗腫瘤免疫，同時增強腫瘤相關(guān)Foxp3+Treg產(chǎn)生IL-10抑制機體抗腫瘤免疫，促進腫瘤進展。相反地，Zhu等［20］發(fā)現(xiàn)HMGB1可顯著地減少 Treg表達Foxp3、細胞毒性T淋巴細胞抗原4和分泌IL-10，調(diào)節(jié)其免疫抑制功能。TLR-4可能是HMGB1對Treg活性發(fā)揮負性作用的主要受體。Kusume等［17］發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌腫瘤釋放的 HMGB1可通過抑制DCs促進腫瘤的淋巴結(jié)擴散。

5 結(jié)語

HMGB1作為核因子和分泌蛋白，在多種疾病中發(fā)揮重要作用。HMGB1在抗腫瘤免疫中的雙向作用，與其胞外濃度變化密切相關(guān)?？鼓[瘤治療時，HMGB1的大量胞外釋放可能是引導抗腫瘤免疫與腫瘤免疫耐受轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。相信通過進一步的基礎和臨床研究闡明HMGB1的胞外作用機制及受體信號通路，以及如何激活宿主自身抗腫瘤免疫、增強免疫誘導效應，對于以后的抗腫瘤治療將會產(chǎn)生很大幫助。隨著分子生物學的進一步發(fā)展，HMGB1將成為腫瘤治療的靶點，亦可作為一種預測腫瘤預后的指標。

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