HMGB1调节自噬诱导肿瘤细胞化疗耐药的研究进展



HMGB1调节自噬诱导肿瘤细胞化疗耐药的研究进展

田文娴李芳岳银艳周璐黄亚辉王静

(郑州大学第一附属医院 呼吸与危重症二科1病区河南 郑州450052)

【关键词】HMGB1；自噬；诱导；化疗；耐药

高迁移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)是一类核内非组蛋白，具有多种生物学功能。既往研究发现HMGB1在多种实体性肿瘤如肠癌[1-2]、胰腺癌[3]、乳腺癌[4]、胆囊癌[5]以及造血系统恶性肿瘤[6]中高表达，且与肿瘤的临床分型及肿瘤细胞生长、侵袭、转移密切相关[7-9]。近年来研究证实HMGB1与肿瘤细胞化疗耐药亦密切相关，主要通过自噬途径诱导肿瘤细胞化疗耐药。

1HMGB1的结构特征与生物学效应

1.1HMGB1的结构特征高迁移率族蛋白是40多年前发现的一类典型核内非组蛋白，由215个氨基酸残基组成，分子量约为25 kD，有HMGA、HMGB和HMGN 3个家族[10]。其中，HMGB家族包含有HMGB1、HMGB2和HMGB3等成员。HMGB1在进化过程中高度保守，啮齿类动物与人仅C末端最后一个氨基酸不同。人HMGB1的基因位于13q12染色体上，具有典型的双极结构。C端是由30个氨基酸残基构成的酸性区域，带负电荷。N端是由185个氨基酸残基构成的碱性区域，带正电荷。N端含有A盒和B盒，各由75个氨基酸构成，是与DNA结合的结构域。B盒是HMGB1的主要细胞因子活性区域，引起炎性反应，而A盒则可拮抗B盒的此作用。C末端参与调节HMGB1与DNA的相互作用，对A盒的亲和力高于B盒，与A盒结合后能够增其抗炎活性。C末端与B盒相连接的区域包含了一个高级糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)结合域，位于氨基酸150-183片段，是HMG蛋白家族的特征性序列，影响肿瘤细胞的移位以及p53基因的功能[11]。

1.2HMGB1的生物学效应位于细胞核内的HMGB1，作为结构蛋白，与DNA非特异性结合，亲和力低，主要参与构建核小体，并维持其稳定性。同时，HMGB1还可以调节类固醇激素受体、核因子-κB (nuclear factor κB，NF-κB)、p53等的转录活性。

位于细胞外的HMGB1，作为一种损伤相关分子模式 (damage-associated molecular pattern，DAMP) 分子，主要来源于巨噬细胞、单核细胞及所有暴露于促炎因子和细菌产物的细胞。IL-1、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等多种前炎症因子均可诱导这类细胞分泌HMGB1。HMGB1不仅直接作为炎性细胞因子参与固有免疫应答和作为内源性危险信号分子启动适应性免疫应答，而且可以与RAGE、Toll样受体 (TLR-2、TLR-4、TLR-9)等多种受体结合[12]，诱发一系列生物学效应。其中，RAGE是属于免疫球蛋白超家族的一种多配体跨膜受体，也是目前已知HMGB1的唯一高亲和力受体[13]，在各种肿瘤细胞、内皮细胞、神经细胞、单核巨噬细胞等均有表达。细胞表面的RAGE与释放至细胞外的HMGBl结合，可使其表达上调[14]。HMGBl/RAGE复合物不仅使丝裂原活化蛋白激酶如p38激酶、SAPK/JNK、细胞外信号调节蛋白激酶(ERKl/2)磷酸化，也可激活细胞分裂周期蛋白42(Cdc42)鸟苷三磷酸酶激酶信号转导和转录激活子(JAK/STAT)信号转导通路，释放多种炎性因子，以及与细胞表面的CXCLl2(stromal cell derived factor-1)结合促进CXCR4构象重排、炎性细胞转移，介导多种急慢性炎症性疾病[15-16]，也可激活MMP-2、MMP-9等，致使细胞外基质降解，从而在肿瘤细胞的侵袭和转移中起促进作用[7-9]。

2自噬与肿瘤细胞化疗耐药

肿瘤细胞化疗耐药是一个复杂的、多因素的且不断发展的问题，经典的肿瘤细胞化疗耐药机制主要有：①膜糖蛋白(如P-糖蛋白、多药耐药相关蛋白以及乳腺癌多药耐药相关蛋白等)介导的药物外排机制：胞内抗肿瘤药物的有效浓度因药泵蛋白的转运作用而降低，以致不能杀死肿瘤细胞；②DNA修复异常：顺铂、5-氟尿嘧啶、阿霉素等抗肿瘤药物均通过损伤DNA进而抑制细胞分裂或导致细胞死亡，肿瘤细胞DNA修复系统活性升高往往使肿瘤细胞对这些药物产生耐药；③凋亡通路异常：凋亡是目前化疗药物的终末途径，但肿瘤细胞内源性或获得性的凋亡相关蛋白异常表达或功能缺陷造成凋亡通路异常往往导致肿瘤耐药。

自噬(autophagy)是细胞在营养缺乏或应激条件下的一种自救和质控方式，包括清除胞质内损的细胞器、入侵的病原体、错误折叠的蛋白质、脂类以及修复DNA损伤等过程。这些异常物质在自噬小体中被消化为葡萄糖和氨基酸等，然后被细胞再利用。目前普遍认为自噬是一种防御和应激调控机制，在细胞营养供应不足时，自噬作为促生存机制被激活[17]。近年来在结直肠癌[18]、食管癌[19]、胰腺癌[20]、前列腺癌[21]、白血病[22]等多种肿瘤细胞的实验中发现其耐药性随着自噬活性的升高而增加，无论是通过基因敲除、沉默自噬相关蛋白如Beclin1等，还是给予自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)，肿瘤细胞对化疗药物的敏感性均显著增强。

3HMGB1通过自噬诱导肿瘤细胞化疗耐药

除了具有胞外炎症细胞因子、核内转录因子等功能外，HMGBl还在细胞自噬的诱导和调控中发挥主要作用。在应激条件下，由核内转位至胞质的HMGB1通过使细胞自噬相关蛋白Beclin1从Beclin1/Bcl-2复合物中释放出来而诱导细胞自噬的发生[23-24]。近年的研究表明，HMGB1通过调节自噬与肿瘤细胞化疗耐药密切相关。张秋玉等[25]通过构建靶向HMGB1的shRNA载体稳定转染胃癌细胞BGC-823，观察HMGB1基因沉默对化疗药物多柔比星诱导BGC-823细胞发生自噬和凋亡的影响，结果发现加入多柔比星，BGC-823细胞中HMGB1及自噬标志蛋白LC3-Ⅱ的表达增加，沉默HMGB1基因后多柔比星诱导的自噬标志蛋白LC3-Ⅱ表达下降，抗凋亡蛋白Mcl-1的降解增加及激活型caspase-3的表达水平增高，胃癌细胞自噬水平[(19.33±2.96)%、(71.67±3.38)%，P<0.01]下降，胃癌细胞凋亡增加[(46.12±3.15)%、(12.37±2.84)%，P<0.05]。同样，Zhan等[26]发现长春新碱可促进胃癌细胞释放HMGB1，抑制HMGB1的表达和释放可显著下调Mcl-1的表达及外源性HMGB1诱导的保护性自噬，促进其凋亡。Kang等[27]在胰腺癌细胞中发现，HMGB1主要与RAGE相结合，RAGE的过表达可显著增加细胞自噬，抑制细胞凋亡，促进肿瘤生存，相反，下调RAGE的表达可减少细胞自噬，提高凋亡水平。

在人类血液肿瘤细胞中，Liu、Yang等[22，28]发现化疗药物[例如，长春新碱(VCR)、阿霉素(ADM)等]可以诱导人原髓细胞白血病细胞系HL-60和T细胞白血病细胞系Jurkat显著释放HMGBl，通过基因转染技术沉默HMGBl基因的表达或给予HMGB1小分子抑制剂(如槲皮素)及HMGBl特异性中和抗体处理HL-60和Jurkat细胞减少HMGBl，白血病细胞对VCR、ADM等药物敏感性增加；进一步通过RNA干扰降低Beclin1的表达或者通过自噬抑制剂(如巴佛洛霉素A1)干预自噬潮的形成，能够逆转HMGBl诱导的白血病化疗耐药性，说明HMGB1主要通过自噬诱导化疗耐药；并进一步验证HMGB1可能通过活化P13KC3-MEK-ERK1/2信号途径上调LC3-Ⅱ表达及增加p62的降解调节自噬。Kong等[29]在急性淋巴细胞白血病细胞中发现抑制自噬前体物质Ulk1Atg13-FIP200复合物形成或抑制HMGBl从细胞核移位至细胞质，均可以通过抑制自噬增加化疗敏感性。相似的是，Huang等[30]在骨肉瘤细胞系MG-63，SaOS-2及U-2OS细胞中发现阿霉素、顺铂等化疗药物可导致HMGB1表达增加，但是HMGB1主要通过调节Beclin1-PI3K-Ⅲ复合物形成而非Ulk1Atg13-FIP200复合物诱导自噬导致骨肉瘤细胞对阿霉素等化疗药物耐药。

除此之外，在人类肺部肿瘤中，Pan等[31]发现多西他赛(docetaxel，DTX)可以诱导人肺腺癌细胞(lung adenocarcinoma，LAD)发生自噬及促进HMGB1细胞质移位，而转染LAD细胞系HMGB1 shRNA，沉默HMGB1基因表达后再给予DXT，结果与对照组比较，发现无论是DTX敏感SPC-A1、H1299细胞还是DTX耐药SPC-A1及H1299细胞(SPC-A1/DXT及H1299/DXT)的凋亡率均增加，存活率均下降，LC3-Ⅱ表达均减少、p62蛋白表达均增加、HMGB1细胞质转位受抑，其中DTX敏感SPC-A1、H1299细胞凋亡率分别提高(15.59±1.01)% 和(12.79±0.88)%，进一步研究发现HMGB1通过活化 MEK-ERK1/2而非mTORC1信号通路促进Beclin1-PI3K-Ⅲ复合物形成从而诱导LAD细胞DXT耐药，这一实验结果在动物实验中亦得到进一步证实。

4小结与展望

作为一种核蛋白和多功能的炎症因子，HMGB1在胞内及胞外均发挥着重要作用。虽然既往文献报道HMGB1可以促进细胞凋亡[32]，但是目前多数研究认为HMGB1通过调节自噬在肿瘤细胞中发挥抗凋亡作用，与肿瘤细胞化疗耐药密切相关。凋亡细胞中氧化-还原改变或组蛋白的低乙酰水平可能是影响HMGB1生物学效应两面性的原因[33]。总之，鉴于HMGB1与肿瘤发生、发展的密切关系以及在耐药机制中的关键作用，HMGB1成为抗肿瘤治疗新的突破点，为肿瘤治疗带来新的希望。

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(收稿日期：2015-11-11)

【中图分类号】R 563

doi:10.3969/j.issn.1004-437X.2016.02.030

通讯作者：王静，E-mail：wangjing@zzu.edu.com。