HMGB1/TLR4 信號(hào)通路-細(xì)胞凋亡在腦缺血再灌注損傷中的作用及研究進(jìn)展#

蔡樂 李想 王勇,

（1.廣西腫瘤免疫與微環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；2.桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541004）

腦卒中已成為威脅全世界人類健康的首位病因，其中80%是由于供應(yīng)大腦血流突然減少或中斷導(dǎo)致的缺血性腦卒中。腦卒中及其并發(fā)癥不僅降低了卒中患者的生活質(zhì)量，同時(shí)也給家庭和社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。及時(shí)恢復(fù)血流灌注一定程度上可以減輕缺血后腦組織損傷，但也會(huì)造成更為嚴(yán)重的腦組織結(jié)構(gòu)功能受損，導(dǎo)致腦缺血再灌注損傷[2]。研究發(fā)現(xiàn)凋亡是缺血性腦卒中神經(jīng)細(xì)胞損傷的主要形式之一，與炎癥、氧化應(yīng)激、自噬等多種發(fā)病機(jī)制共同促進(jìn)了腦缺血再灌注損傷[3,4]。

近年來研究表明，HMGB1/TLR4 信號(hào)通路與調(diào)節(jié)細(xì)胞炎癥、凋亡、自噬等密切相關(guān)，是細(xì)胞重要的存活通路之一[5,6]。HMGB1/TLR4 信號(hào)通路的激活可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，參與了腦缺血再灌注損傷的病理生理過程?；诮鼛啄甑难芯?，本文就HMGB1/TLR4 信號(hào)通路與腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡研究方面綜述如下。

1 HMGB1/TLR4 信號(hào)通路

HMGB1 因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的高遷移能力而得名，是真核細(xì)胞內(nèi)僅次于組蛋白外含量最為豐富的高遷移率族蛋白。分布于細(xì)胞核內(nèi)的HMGB1 可作為一種DNA 結(jié)合蛋白，通過參與DNA 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)等過程以維持核小體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；分泌至胞外的HMGB1 可作為一種重要的損傷相關(guān)分子模式（Damage associated molecular patterns，DAMPs）與糖基化終末產(chǎn)物受體（RAGE）、Toll 樣受體（TLRs）相互作用，參與調(diào)控多種炎癥性疾病及腫瘤生長(zhǎng)、遷移等病理生理過程，與動(dòng)脈粥樣硬化形成、腦卒中發(fā)生、糖尿病等疾病密切相關(guān)[7,8]。

TLR4 是位于人9 號(hào)染色體上，同源于果蠅Toll 蛋白的I 型跨膜受體蛋白。TLR4 與其他Toll樣受體同源分子一樣，包括能識(shí)別各種外源性病原體相關(guān)分子或毒素、富含亮氨酸重復(fù)序列的胞外區(qū)；富含半胱氨酸螺旋結(jié)構(gòu)的跨膜區(qū)和與人的白介素-1 受體（Interleukin-1-receptors，IL-IR）高度同源的胞內(nèi)區(qū)（TIR 結(jié)構(gòu)域）三部分[9]。

TLR4 是HMGB1 識(shí)別的下游主要靶蛋白之一。當(dāng)識(shí)別分子與配體結(jié)合后，TLR4 同源或異源二聚體激活細(xì)胞內(nèi)TIR 結(jié)構(gòu)域，TIR 結(jié)構(gòu)域招募髓樣分化因子88（Myeloid differentiation factor 88，MyD88）或含有TIR 結(jié)構(gòu)域的配體蛋白誘導(dǎo)β 干擾素產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄因子等其他銜接蛋白激活MyD88依賴性和非MyD88 依賴性主要信號(hào)通路，這些信號(hào)通路激活下游核轉(zhuǎn)錄因子（Nuclear factor kappa-B，NF-κb）和干擾素調(diào)節(jié)因子（Interferon regulation factor，IRF），隨后誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子和干擾素（interferon,IFN）的產(chǎn)生，參與調(diào)控細(xì)胞免疫炎癥、生長(zhǎng)、存活等重要生物過程[10,11]。在最近一些研究中，發(fā)現(xiàn)TLR4 和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（Phosphatidylinositol 3 kinase/ protein kinase B，PI3K/Akt）信號(hào)通路也存在著相互調(diào)節(jié)。

2 腦缺血再灌注與細(xì)胞凋亡

1972 年John Kerr 等人在《英國癌癥雜志》上發(fā)表的開創(chuàng)性文章—《APOPTOSIS:a basic biological phenomenon with wide-ranging implication in tissue kinetics》中首次引出“凋亡”一詞，指出細(xì)胞凋亡是不同于急性損傷導(dǎo)致細(xì)胞壞死的一種“程序性細(xì)胞死亡”[12]。細(xì)胞凋亡是一系列復(fù)雜、精準(zhǔn)的依賴含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（Cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）的分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)過程，包括外源性途徑（死亡受體介導(dǎo)）和內(nèi)源性途徑（線粒體途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑）[13]。研究發(fā)現(xiàn)外源性途徑和內(nèi)源性途徑并非獨(dú)立存在，兩者通過B 細(xì)胞淋巴瘤-2 基因（B-cell lymphoma-2，BCL-2）家族存在著交叉聯(lián)系，并能通過激活Caspase-3 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

凋亡的異常與人類多種疾病相關(guān)[14]。大腦是機(jī)體對(duì)缺氧反應(yīng)最為敏感的器官，在大腦缺血發(fā)作后的幾分鐘，由于能量和氧氣供應(yīng)的突然減少，缺血核心出現(xiàn)不可逆的損傷導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞壞死，數(shù)天或數(shù)小時(shí)后引發(fā)缺血半暗帶出現(xiàn)細(xì)胞凋亡，因此，凋亡參與了腦缺血再灌注損傷的重要病理生理過程[15,16]。通過檢測(cè)大鼠大腦中動(dòng)脈阻塞/再灌注損傷(Middle cerebral artery occlusion/reperfusion，MCAO/R)模型中皮質(zhì)區(qū)凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)凋亡參與了腦缺血再灌注損傷的重要病理生理過程[17]。

3 HMGB1/TLR4 信號(hào)通路與腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡

3.1 HMGB1/TLR4 信號(hào)通路激活加劇腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡

HMGB1 廣泛表達(dá)于神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞中，HMGB1 從壞死神經(jīng)細(xì)胞主動(dòng)或被動(dòng)釋放到胞外，參與炎癥級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，引起血管痙攣、血腦屏障破壞和神經(jīng)細(xì)胞凋亡[18]。研究發(fā)現(xiàn)在缺血性腦卒中患者的血清中HMGB1 水平顯著高于對(duì)照組[19]。Dan-Dan Liu[20]等研究發(fā)現(xiàn)用原代皮層神經(jīng)元構(gòu)建體外氧糖剝奪/ 復(fù) 氧（Oxygen and glucose deprivation/reoxygenation，OGD/R）模型，上清液中HMGB1的濃度呈時(shí)間依賴性升高，并在24 小時(shí)達(dá)高峰，HMGB1 迅速升高，并作為促炎細(xì)胞因子，誘導(dǎo)神經(jīng)元炎癥及凋亡，加重腦損傷。Bolanle M Famakin[21]等研究發(fā)現(xiàn)TLR4 的表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)不僅發(fā)生在急性局灶性腦缺血半影內(nèi)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中，而且也發(fā)生在慢性局灶性腦缺血中，用重組HMGB1 蛋白體外刺激培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞可導(dǎo)致TLR4 和下游介質(zhì)表達(dá)增加，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。邱燕英[22]等研究發(fā)現(xiàn)在腦缺血再灌注體內(nèi)、體外模型中TLR4 表達(dá)都明顯上調(diào)，通過直接作用于TLR4 的表達(dá)或抑制TLR4 介導(dǎo)的有關(guān)信號(hào)通路，具有神經(jīng)保護(hù)作用。因此，HMGB1/TLR4 信號(hào)通路與腦缺血再灌注后神經(jīng)細(xì)胞凋亡關(guān)系密切，激活HMGB1/TLR4 信號(hào)通路可能會(huì)加劇腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡。

HMGB1 廣泛表達(dá)于神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞中，HMGB1 從壞死神經(jīng)細(xì)胞主動(dòng)或被動(dòng)釋放到胞外，參與炎癥級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，引起血管痙攣、血腦屏障破壞和神經(jīng)細(xì)胞凋亡[18]。研究發(fā)現(xiàn)在缺血性腦卒中患者的血清中HMGB1 水平顯著高于對(duì)照組[19]。Dan-Dan Liu[20]等研究發(fā)現(xiàn)用原代皮層神經(jīng)元構(gòu)建體外氧糖剝奪/復(fù)氧（Oxygen and glucose deprivation/reoxygenation，OGD/R）模型，上清液中HMGB1 的濃度呈時(shí)間依賴性升高，并在24 小時(shí)達(dá)高峰，HMGB1 迅速升高，并作為促炎細(xì)胞因子，誘導(dǎo)神經(jīng)元炎癥及凋亡，加重腦損傷。Bolanle M Famakin[21]等研究發(fā)現(xiàn)TLR4 的表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)不僅發(fā)生在急性局灶性腦缺血半影內(nèi)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中，而且也發(fā)生在慢性局灶性腦缺血中，用重組HMGB1 蛋白體外刺激培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞可導(dǎo)致TLR4 和下游介質(zhì)表達(dá)增加，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。邱燕英[22]等研究發(fā)現(xiàn)在腦缺血再灌注體內(nèi)、體外模型中TLR4 表達(dá)都明顯上調(diào)，通過直接作用于TLR4 的表達(dá)或抑制TLR4 介導(dǎo)的有關(guān)信號(hào)通路，具有神經(jīng)保護(hù)作用。因此，HMGB1/TLR4 信號(hào)通路與腦缺血再灌注后神經(jīng)細(xì)胞凋亡關(guān)系密切，激活HMGB1/TLR4 信號(hào)通路可能會(huì)加劇腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡。

在其他組織缺血再灌注損傷中，Chuan-Bao Chen[23]等研究發(fā)現(xiàn)在小鼠腎缺血再灌注損傷中激活HMGB1/TLR4 信號(hào)通路可以刺激炎癥和免疫反應(yīng)，進(jìn)一步加重腎臟損傷。

3.2 抑制HMGB1/TLR4 信號(hào)通路可減輕腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡

一些研究發(fā)現(xiàn)使用相關(guān)的拮抗劑或藥物抑制HMGB1/TLR4 信號(hào)通路，可以減輕腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。田青[24]等研究發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷可能通過抑制HMGB1/TLR4/NF-κB通路減輕老年大鼠神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和炎癥反應(yīng),從而減輕急性腦出血損傷。Weijie Xie[25]等研究發(fā)現(xiàn)中草藥三七葉皂甙可以降低MCAO/R 模型大鼠海馬和皮質(zhì)區(qū)HMGB1 水平、減少促炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，通過抑制絲裂原活化蛋白激酶(Mitogenactivated protein kinase，MAPK)和核轉(zhuǎn)錄因子(NFκB)信號(hào)通路的激活，從而抑制神經(jīng)炎癥和減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，減輕腦缺血再灌注損傷。Gu Gong[26]等研究發(fā)現(xiàn)中草藥甘草甜素通過拮抗HMGB1 細(xì)胞因子活性抑制炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和凋亡損傷對(duì)大鼠腦缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用。在HMGB1/TLR4 信號(hào)調(diào)節(jié)阻塞性睡眠呼吸暫停（Obstructive sleep apnea syndrome,OSA）合并2型糖尿?。―iabetes mellitus type 2，T2DM）模型中，HMGB1 siRNA 可顯著降低海馬神經(jīng)元的HMGB1 和TLR4 蛋白的表達(dá)，逆轉(zhuǎn)神經(jīng)元凋亡[27]。同樣在其他缺血再灌注組織中，金蓮錦[28]等研究發(fā)現(xiàn)右美托咪定通過抑制HMGB1/TLR4 信號(hào)通路減輕大鼠心肌缺血再灌注損傷；Shilong Zhang[29]等研究發(fā)現(xiàn)桃葉珊瑚甙通過抑制HMGB1/TLR4/NF-κB 信號(hào)通路、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡減輕肝臟缺血再灌注損傷。因此，通過抑制HMGB1/TLR4 信號(hào)通路的激活可能減輕腦缺血再灌注細(xì)胞凋亡。

4 小結(jié)

HMGB1、Toll 樣受體因其介導(dǎo)炎癥反應(yīng)受到廣泛關(guān)注，以往HMGB1/TLR4 信號(hào)通路常作為一種炎癥信號(hào)參與調(diào)節(jié)各種急慢性炎癥疾病。然而，目前有關(guān)于HMGB1/TLR4 信號(hào)通路與誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡在腦缺血再灌注損傷中的實(shí)驗(yàn)研究仍比較少。因此，HMGB1/TLR4 與腦缺血再灌注損傷的關(guān)系，特別是誘導(dǎo)腦缺血再灌注損傷后神經(jīng)細(xì)胞凋亡有望作為一個(gè)新研究方向，成為治療缺血性腦卒中的重要靶點(diǎn)。