高遷移率族蛋白B1在心臟移植物血管病中的作用研究進(jìn)展

張 鵬 張松林

(三峽大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院[宜昌市中心人民醫(yī)院] 胸心外科， 湖北 宜昌 443003)

心臟移植是終末期心衰的有效治療手段，心臟移植物血管病(cardiac allograft vasculopathy，CAV)是心臟移植術(shù)后死亡的主要原因[1]。CAV是免疫和非免疫因素介導(dǎo)的動(dòng)脈內(nèi)膜彌漫性圓周樣增厚病變[2]，包括炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)、平滑肌細(xì)胞的增殖遷移及纖維化病變，最終可導(dǎo)致動(dòng)脈管腔閉塞、移植物功能喪失[3]。盡管免疫抑制劑的功效不斷完善，CAV的發(fā)生率仍未顯著下降[1]，目前主要針對(duì)可變的免疫和非免疫因素進(jìn)行靶點(diǎn)治療[4]。高遷移率族(high mobility group，HMG)蛋白是一種高度保守的核蛋白，廣泛分布于哺乳動(dòng)物細(xì)胞，在促進(jìn)晚期炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。其蛋白家族有三個(gè)超家族分子，每個(gè)超家族分子都含有一個(gè)特定功能結(jié)構(gòu)域：HMGA包括HMGA1、2；HMGB包括同源功能蛋白HMGB1、2、3和4；HMGN包括HMGN1、2、3和4等。其中HMGB1是一種非組蛋白核蛋白，包括2個(gè)富含賴氨酸的DNA結(jié)合域，A盒和B盒，以及一個(gè)特殊C端酸性尾部，主要由天冬氨酸和谷氨酸殘基組成[5]。HMGB1作為核小體的組成部分，生理狀態(tài)下具有維持核小體穩(wěn)定、DNA的錯(cuò)配與修復(fù)、調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄等功能[6]；病理狀態(tài)下在免疫和炎癥調(diào)節(jié)、細(xì)胞的遷移和分化中具有重要作用[7-8]。本文將對(duì)HMGB1在CAV發(fā)生發(fā)展中的作用進(jìn)行綜述，以期為延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間提供潛在治療靶點(diǎn)。

1 HMGB1的誘導(dǎo)因素

1.1 高血糖

大鼠胸主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)在高糖誘導(dǎo)下，HMGB1表達(dá)水平顯著增加，同時(shí)核因子κB p65轉(zhuǎn)位增加，腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)水平也相應(yīng)增高，從而導(dǎo)致VSMCs增殖和遷移增加 。既往研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1是microRNA-24的靶基因，VSMCs中過(guò)表達(dá)miR-24可顯著拮抗HMGB1的表達(dá)，抑制高糖誘導(dǎo)下VSMCs的增殖和遷移[9]。此外，在冠心病患者中，HMGB1與TNF-α、IL-6的水平呈正相關(guān)，且HMGB1是非糖尿病冠心病患者的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一，血清HMGB1水平與2型糖尿病患者的冠脈病變嚴(yán)重程度密切相關(guān)[10]。

1.2 高血壓

在離體人主動(dòng)脈VSMCs中，血管緊張素Ⅱ可誘導(dǎo)HMGB1 mRNA和蛋白高表達(dá)，而血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(angiotensin receptor blocker，ARB)氯沙坦則抑制了其誘導(dǎo)效應(yīng)；在臨床研究中，與健康對(duì)照組相比，高血壓患者血漿中的HMGB1水平明顯提高，且HMGB1血漿水平與患者收縮壓和舒張壓水平呈顯著正相關(guān)[11]。在大鼠肺動(dòng)脈高壓模型中，肺組織內(nèi)血管上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和招募的炎癥細(xì)胞均發(fā)現(xiàn)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移的HMGB1，且HMGB1抑制劑甘草甜素能減輕肺動(dòng)脈高壓，減少肺血管重塑和右心室肥厚[12]。以上研究表明，HMGB1參與了高血壓的血管病理重塑過(guò)程。

1.3 高血脂

高脂飲食可誘導(dǎo)載脂蛋白E敲除小鼠動(dòng)脈血管壁損傷，且動(dòng)脈損傷部位HMGB1表達(dá)豐富；與誘導(dǎo)組相比，抗HMGB1中和抗體處理組血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)表達(dá)減少，巨噬細(xì)胞聚集和平滑肌細(xì)胞增殖受抑，動(dòng)脈局部損傷程度減輕[13]。相同誘導(dǎo)模型中，小鼠血清HMGB1 mRNA和蛋白表達(dá)增加，而在HMGB1抑制劑甘草甜素作用下， IL-10和IL-2表達(dá)增加，IL-17A和IL-6水平降低，動(dòng)脈管壁損傷面積減小[14]。

1.4 低氧與缺血

離體大鼠胸主動(dòng)脈VSMCs給予低氧處理，培養(yǎng)液上清中HMGB1水平隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，鈣拮抗劑尼莫地平可減少低氧誘導(dǎo)的VSMCs中HMGB1分泌[15]。在小鼠氣管異位移植中，移植物在4 h冷缺血處理后，HMGB1從胞核轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)中，說(shuō)明缺血可誘導(dǎo)細(xì)胞損傷并伴隨HMGB1被動(dòng)釋放[16]。另有異丙腎上腺素誘導(dǎo)的小鼠心肌缺血模型中，HMGB1在缺血心肌組織中顯著增加，且HMGB1可通過(guò)與TLR4(toll-like receptor 4，TLR4)受體結(jié)合進(jìn)一步介導(dǎo)心肌缺血性損傷[17]。

2 HMGB1與缺血再灌注損傷

2.1 心肌損傷

實(shí)質(zhì)器官移植會(huì)發(fā)生缺血再灌注損傷(ischemic reperfusion injury，IRI)，HMGB1作為促炎因子，在IRI中發(fā)揮重要作用[18]。在大鼠冠狀動(dòng)脈左前降支(left anterior descending coronary artery，LAD) 結(jié)扎30 min，再灌注180 min的IRI模型中，血漿肌酸激酶同工酶和肌鈣蛋白(cTnI)濃度升高，光鏡下大鼠心肌細(xì)胞變性、形態(tài)結(jié)構(gòu)紊亂，間質(zhì)中大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，血漿HMGB1、IL-6和TNF-α濃度均升高，經(jīng)HMGB1特異性抗體處理后，IRI炎癥反應(yīng)減輕，心肌組織損傷得到改善[19]。

2.2 細(xì)胞凋亡

Ding等[20]研究發(fā)現(xiàn)，阻斷小鼠左前降支30 min，繼而再灌注6 h后，心肌中HMGB1蛋白和TNF-α mRNA的表達(dá)量明顯增加，并伴隨心肌細(xì)胞凋亡及梗死灶形成；而在TLR4基因突變的小鼠組中，HMGB1和TNF-α的表達(dá)量均降低，細(xì)胞凋亡指數(shù)和組織梗死面積也明顯減少。上述結(jié)果表明HMGB1-TLR4軸在心肌缺血再灌注誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡中具有重要作用。

2.3 MicroRNA調(diào)控

Yao等[21]采用同基因小鼠心臟頸部異位移植，繼而冷藏8 h，再灌注24 h建立了小鼠心肌IRI模型，發(fā)現(xiàn)移植物組織中miR-26a表達(dá)明顯減少，HMGB1表達(dá)明顯增加；過(guò)表達(dá)miR-26a后，HMGB1表達(dá)明顯下降，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及細(xì)胞凋亡減少，且重組HMGB1處理后可逆轉(zhuǎn)miR-26a的效應(yīng)，說(shuō)明miR-26a依賴于HMGB1途徑緩解心肌IRI。此外，心肌細(xì)胞在缺氧/復(fù)氧處理后，miR-142-3p和miR-25減少，并伴隨細(xì)胞凋亡和纖維化；上調(diào)miR-142-3p或miR-25均可逆轉(zhuǎn)細(xì)胞凋亡，其作用靶點(diǎn)為HMGB1[22-23]。Xie等[24]同樣發(fā)現(xiàn)，miR-451可通過(guò)負(fù)向調(diào)控HMGB1，拮抗心肌細(xì)胞凋亡。由此可見，miR-142-3p、miR-25和miR-451皆通過(guò)靶向抑制HMGB1而拮抗心肌缺氧/復(fù)氧損傷。

3 HMGB1與急性/慢性排斥反應(yīng)

3.1 TLRs和 RAGE受體

HMGB1的受體Toll樣受體(toll-like receptors, TLRs)和晚期糖基化終末產(chǎn)物在炎癥/應(yīng)激反應(yīng)及移植排斥中具有重要作用[8, 25]。在研究TLR2 和TLR4及其適配器蛋白髓樣分化分子(myeloid differentiation factor, MyD)和β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域的小鼠腎移植排斥反應(yīng)中，TLR內(nèi)源性配體(包括HMGB1)在移植后42天表達(dá)均增加；而在TLR2、TLR4、TLR2/4、MyD88或TRIF基因缺乏的小鼠中，移植物的血管排斥、病理?yè)p傷均明顯改善；在TLR2/4和MyD88缺乏的腎小管間質(zhì)中CD4+T細(xì)胞數(shù)量明顯減少，腎小球中CD8+T細(xì)胞在TRIF組減少更顯著；而巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(dendritic cell, DC)在所有基因缺乏組中均明顯減少；且TLR缺乏可明顯改善移植物纖維化水平，降低肌成纖維細(xì)胞陽(yáng)性數(shù)量和膠原蛋白Ⅰ/Ⅲ的表達(dá)[26]。在大鼠小腸移植和小鼠肺移植模型中，RAGE基因缺失可明顯減輕移植物炎癥反應(yīng)，緩解排斥損傷和改善移植物功能[27-28]。以上說(shuō)明HMGB1介導(dǎo)的TLRs和 RAGE信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可明顯促進(jìn)移植排斥反應(yīng)。

3.2 樹突狀細(xì)胞

DC作為抗原提呈細(xì)胞在移植排斥中可被激活。主要組織相容性復(fù)合體MHC-Ⅱ不匹配的小鼠心臟腹腔移植模型可成功誘導(dǎo)移植物慢性排斥反應(yīng)。HMGB1抗體處理后，可減輕新生內(nèi)膜增厚和纖維化。HMGB1拮抗劑可減弱DC、CD80+、CD86+和MHC-Ⅱ+DCs的數(shù)量比例，抑制DC細(xì)胞的成熟。重組HMGB1可誘導(dǎo)小鼠骨髓源DC細(xì)胞(bone marrow dendritic cells，BMDCs)擴(kuò)增及CD11c+細(xì)胞數(shù)量增高，并能促進(jìn)CD4+T細(xì)胞、IL-17和干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)含量增加，說(shuō)明HMGB1可獨(dú)立誘導(dǎo)DC細(xì)胞成熟，成熟的DC可驅(qū)使供體反應(yīng)性Th17和Th1細(xì)胞應(yīng)答，從而在慢性排斥中發(fā)揮作用[29]。黃亞非[30]在小鼠心臟腹部移植模型中發(fā)現(xiàn)，術(shù)后第7天HMGB1、TNF-α和IFN-γ表達(dá)顯著上升； HMGB1特異性拮抗劑GST-A box可明顯抑制炎癥因子表達(dá)，下調(diào)脾臟DC表達(dá)CD80；在體外培養(yǎng)的BMDCs中，脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)可刺激DC細(xì)胞中HMGB1的胞漿轉(zhuǎn)位，促進(jìn)同種異基因T細(xì)胞增殖；GST-A box可通過(guò)抑制DC細(xì)胞成熟和T細(xì)胞增殖，延長(zhǎng)移植心臟的存活時(shí)間。上述結(jié)果表明，HMGB1可誘導(dǎo)DC細(xì)胞成熟，介導(dǎo)移植物的免疫排斥反應(yīng)。

3.3 T細(xì)胞亞群

小鼠心臟移植后第3天，脾臟中CD4+和CD8+T細(xì)胞高應(yīng)答，并伴隨心肌組織中IL-17和IL-6同時(shí)升高。移植后1～7天，CD4+和CD8+T細(xì)胞中持續(xù)釋放IFN-γ，并伴隨HMGB1高表達(dá)，誘導(dǎo)心臟移植早期(第3天)中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)和晚期(第7天)單核細(xì)胞的增加。阻斷HMGB1可抑制Th17應(yīng)答，降低IL-6、IL-17水平，減少中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，明顯延長(zhǎng)移植物的存活時(shí)間[31]。上述研究表明，HMGB1誘導(dǎo)了產(chǎn)IL-17同種異體反應(yīng)性T細(xì)胞介導(dǎo)的早期急性排斥反應(yīng)，而產(chǎn)IFN-γ同種異體反應(yīng)性Th1細(xì)胞則在Th17反應(yīng)減弱后引起了移植物損傷。另有研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1可誘導(dǎo)DC細(xì)胞分泌IL-23和IL-1β，并促進(jìn)γδT細(xì)胞產(chǎn)生IL-17；阻斷HMGB1可減少IL-23和IL-1β基因轉(zhuǎn)錄，抑制γδT細(xì)胞產(chǎn)生IL-17；γδT細(xì)胞缺失可降低血清IL-17水平，延長(zhǎng)移植物的存活時(shí)間[32]。以上表明，HMGB1可通過(guò)誘導(dǎo)DC分泌IL-23和IL-1β，并刺激γδT細(xì)胞應(yīng)答，參與移植物早期急性排斥反應(yīng)。

3.4 B細(xì)胞

在大鼠/小鼠心臟異種移植中，HMGB1可從供體心肌細(xì)胞和受體來(lái)源的炎癥細(xì)胞中釋放?？笻MGB1抗體處理的第6天，移植心臟中的HMGB1、TLR4和RAGE受體表達(dá)量均明顯降低，心肌細(xì)胞凋亡減少。在延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間過(guò)程中，CD20+B細(xì)胞浸潤(rùn)受到抑制，且大鼠血漿和組織中IgG和IgM抗體水平均明顯下降，CD19+B細(xì)胞的MHC-Ⅱ在移植第6天表達(dá)也減少[33]。這表明在異種排斥反應(yīng)中，下調(diào)HMGB1可抑制B細(xì)胞應(yīng)答，延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間。

4 HMGB1與VSMCs

4.1 VSMCs的激活

離體大鼠胸主動(dòng)脈VSMCs中，血管緊張素Ⅱ可誘導(dǎo)HMGB1釋放，并伴隨VSMCs增殖和遷移增加。在HMGB1抑制劑甘草甜素作用下，VSMCs增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)變明顯受抑，且阻斷HMGB1可明顯減少血管新生內(nèi)膜面積[34]。其機(jī)制可能與下調(diào)HMGB1拮抗Notch信號(hào)通路活化有關(guān)[34]。因此，HMGB1參與VSMCs的激活和血管新生內(nèi)膜的形成。

4.2 VSMCs的遷移

HMGB1可呈劑量依賴性促進(jìn)VSMCs遷移。楊簡(jiǎn)等[35]研究表明，HMGB1在100 ng/mL時(shí)VSMCs遷移效率最大，且能促進(jìn)磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K)的活性和蛋白激酶B(Akt)的磷酸化；TLR4小干擾RNA和PI3K抑制劑處理后，VSMCs遷移顯著受抑，Akt磷酸化水平下降。此研究表明，HMGB1介導(dǎo)的VSMCs遷移可能與TLR4/PI3K/Akt信號(hào)通路激活相關(guān)。冠心病患者血清HMGB1水平與IL-6呈正相關(guān)。Lee等[36]研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1誘導(dǎo)IL-6分泌和VSMCs遷移依賴于絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase，MAPK)P38、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK1/2)的活化。

4.3 VSMCs的表型轉(zhuǎn)變

IFN-γ可誘導(dǎo)VSMCs中HMGB1從胞核向胞質(zhì)轉(zhuǎn)移，沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(sirtuin1，SIRT1)可負(fù)向調(diào)控HMGB1在VSMCs胞質(zhì)中的表達(dá)，拮抗IFN-γ誘導(dǎo)的VSMCs從收縮型向合成型轉(zhuǎn)變[37]。

5 總結(jié)

目前并無(wú)特效藥物能治療CAV，在應(yīng)用免疫抑制劑的基礎(chǔ)上(其本身副作用也是CAV的發(fā)展因素)，高血壓、高血糖和高血脂作為基礎(chǔ)危險(xiǎn)因素同樣參與了HMGB1介導(dǎo)的血管損傷。HMGB1作為損傷相關(guān)分子模式的一員可從壞死/損傷的細(xì)胞中被動(dòng)釋放，也可在激活的免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、DCs和NK細(xì)胞中主動(dòng)釋放，對(duì)IRI和急性/慢性移植排斥反應(yīng)均有促進(jìn)作用。CAV中VSMCs激活在促進(jìn)血管新生內(nèi)膜形成和血管閉塞中起重要作用，阻斷HMGB1可抑制VSMCs遷移和細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變，緩解急性/慢性移植排斥反應(yīng)，從而延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間?？梢奌MGB1在不同信號(hào)途徑下參與了CAV病理?yè)p傷過(guò)程，HMGB1阻斷可延緩CAV進(jìn)展，但卻不能完全抑制CAV的發(fā)生發(fā)展，說(shuō)明CAV是由多因素介導(dǎo)的，而HMGB1在其中發(fā)揮重要作用，可為CAV提供一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。