高迁移率族蛋白B1在胰腺疾病中的作用机制研究进展

赖珊玲，曾清芳

【提要】 高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一种细胞内普遍存在且具有高电泳迁移率特性的非组蛋白核蛋白。细胞内的HMGB1作为DNA伴侣蛋白，参与DNA的复制、重组、转录和修复等，对维持细胞生命活动至关重要。HMGB1一旦被释放到细胞外便可作为一种损伤相关分子模式介导炎症、免疫、肿瘤等反应。HMGB1是一种可在细胞内、外发挥双重作用的蛋白，近年来其在急性胰腺炎、胰腺癌的疾病过程中所发挥的作用逐渐被人们所认识。本文就HMGB1其在胰腺疾病中的双重作用进行系统综述，以为胰腺疾病的机制研究提供参考。

高迁移率族蛋白B1(high mobility group box1 protein，HMGB1)是存在于哺乳动物细胞内，由215个氨基酸组成的一种高度保守的非组蛋白的核蛋白，因其在聚丙烯酰胺凝胶电泳中具有高迁移率而得名[1]。生理情况下，HMGB1主要位于细胞核中，作为DNA分子伴侣参与DNA的复制、重组、转录、修复等，对维持细胞生命活动至关重要，如HMGB1基因敲除的小鼠因糖皮质激素受体下调、无法使用肝脏中的糖原而不能存活[2]。然而，当HMGB1释放到细胞外时，HMGB1则可作为一种损伤相关分子模式(danger associated molecular patterns，DAMPs)参与包括脓毒症、自身免疫性疾病、肿瘤、纤维化等多种疾病的发生、发展[3]。HMGB1这种兼具核内功能和细胞外细胞因子效应的蛋白，在胰腺疾病中的双重作用表现的尤为突出，本文就HMGB1在急性胰腺炎、胰腺癌中的双重作用作一综述。

1 HMGB1蛋白结构及受体

HMGB1是一种高度保守的蛋白，分子量约25 kDa，由两个带正电荷的DNA结合区域(Box-A和Box-B)以及一个带负电荷的C端酸性区域组成[4]。HMGB1有两个核定位点，一个位于A盒中(氨基酸28-44s)，一个位于B盒后(氨基酸179-185)[5]。生理情况下HMGB1主要通过核定位点与核载运蛋白结合而锚定在细胞核内，当核定位点发生乙酰化、磷酸化和甲基化等修饰改变，HMGB1与核结合能力改变，可以穿梭细胞核进入细胞质甚至细胞外[6]。

HMGB1能与RAGE、TLR2、TLR4、TLR9等多种受体相结合，介导细胞炎症、免疫、增殖、迁移、自噬、凋亡等。其中HMGB1与RAGE结合时，能够促进巨噬细胞NF-κB核移位以及TNF-α、NO等炎性因子产生；能够募集中性粒细胞，促进坏死后的无菌性炎症反应；能够促进肿瘤细胞的迁移和侵袭；还能够诱导肝星状细胞的活化[7]。死亡胰腺癌细胞释放的HMGB1与TLR2结合，能够促进胰腺肿瘤细胞的侵袭和迁移[8]。重组HMGB1靶向注射小鼠胰腺，能够通过TLR4/NF-κB信号通路介导胰腺损伤[9]。在由雨蛙素及脂多糖造模的急性胰腺炎小鼠模型中发现，HMGB1可与TLR9结合导致急性胰腺炎的同时也造成肠黏膜屏障受损[10]。此外，HMGB1还可与整联蛋白、CD24、N-甲基天冬氨酸受体等多种受体相结合[1]。

2 HMGB1释放机制

2.1 主动分泌

在组织损伤和氧化应激过程中，巨噬细胞、单核细胞和NK细胞等炎症细胞能够主动分泌HMGB1。外源性刺激如内毒素、细菌DNA、溶血磷脂酰胆碱等病原相关分子模式以及内源性刺激如TNF-α、IFN-α、IL-1等DAMPs诱导细胞发生炎症反应，在炎性刺激下，HMGB1发生乙酰化，乙酰化作用减弱了HMGB1与DNA的结合，促使HMGB1从细胞核中释放到细胞质，然后由分泌型溶酶体介导的胞吐作用释放至细胞外[11]。最近研究表明，IFNs/JAK/STAT1信号通路激活可以促进HMGB1的乙酰化和核穿梭[12]。

2.2 被动释放

细胞坏死通常由毒性损伤、创伤或严重应激等特殊情况引起，是一种细胞膜完整性遭到破坏、细胞内容物直接释放的一种细胞死亡方式。坏死细胞的部分内容物具有类细胞因子作用，能够与其他细胞的模式识别受体相结合，进而引起相应信号通路的激活，这些由坏死细胞所释放的物质即是DAMPs。而HMGB1是最具有代表性的DAMPs一种，由坏死细胞裂解直接释放的HMGB1是未经乙酰化的，这也是与主动分泌的HMGB1最大不同之处。在凋亡细胞内HMGB1维持较低的乙酰化水平，可与dsDNA紧密结合，限制其向细胞外的释放，因此，这种机制可造成细胞凋亡后临近组织无明显的炎症反应[11]。

HMGB1既可由免疫细胞主动分泌，也可由受损或死亡的细胞被动释放。主动分泌和被动释放都具有积极的生理意义。如在肝纤维化进程中，血清来源的HMGB1可通过促进内质网应激、自噬、RAGE介导的pMEK1/2/pERK1/2/pcJun信号通路等方式促进肝星状细胞的激活[3,7,13]。而在脓毒症中，血浆中HMGB1水平与小鼠的发生率、死亡率密切相关，而当中和小鼠血浆中HMGB1能明显提高LPS、肠穿孔等诱导的脓毒症模型的生存率[14]。

3 HMGB1在急性胰腺炎中的作用

由于HMGB1与炎症关系密切，近年来HMGB1在急性胰腺炎的研究中进展较多。急性胰腺炎是由多种病因引起的胰腺的急性炎症状态，临床上轻症患者胰腺炎仅出现胰腺水肿，病情较重者可发生全身炎症反应综合征以及多器官功能衰竭[15]。

L-精氨酸、蛙皮素、牛磺胆酸钠等是诱导动物急性胰腺炎模型的常用药物[16]。Kang R等[17]利用Cre/loxP技术特异性敲除小鼠胰腺HMGB1，发现L-精氨酸或蛙皮素诱导HMGB1-/-小鼠较对照组急性胰腺炎发病快、血清淀粉酶和乳酸脱氢酶升高、胰腺组织炎症明显以及死亡率增高，表明小鼠胰腺细胞内HMGB1缺失可导致急性胰腺炎的程度更加严重。这是因为HMGB1作为DNA的伴侣蛋白，在维持染色体结构、功能等方面发挥着重要作用，HMGB1的敲除使DNA的修复功能受损，核小体组蛋白H3、H4等DAMPs大量释放到细胞外，进而触发严重的自身免疫反应，而这些免疫反应进一步加了重胰腺损伤[17]。因而，细胞内的HMGB1通过抑制核小体的释放进而限制急性胰腺炎的进展。

与细胞内HMGB1在急性胰腺炎中的作用不同，细胞外的HMGB1发挥相反的作用。目前已有大量研究发现细胞外HMGB1是导致急性胰腺炎发生的重要环节。如临床研究发现，急性胰腺炎患者血清HMGB1水平升高，且与疾病严重程度呈正相关[18]；动物实验表明，L-精氨酸或牛磺胆酸钠诱导的重症急性胰腺炎模型血清中HMGB1水平较对照组明显升高[9]，而腹腔注射HMGB1中和抗体则能明显改善蛙皮素所致小鼠急性胰腺炎程度[19]，利用重组HMGB1胰腺靶向注射则能诱导小鼠急性胰腺炎症[9]；细胞实验表明，胰蛋白酶原激活肽能够诱导胰腺腺泡细胞表达和释放HMGB1[20]。而肝再生增强剂、吡咯烷二硫氨基甲酸酯、丙酮酸乙酯等通过抑制HMGB1的表达或释放改善蛙皮素腹腔注射或牛磺胆酸钠胰管逆行注射所致急性胰腺炎，此外，通过抑制TLR4、RAGE等HMGB1受体亦可减轻胰腺炎症反应[21]。可见，细胞外的HMGB1作为一种炎性介质，促进了急性胰腺炎的发生发展。因此，基于这些研究进展，有理由详细 HMGB1可能成为急性胰腺炎病情监测的标志物和炎症控制的干预靶点。

4 HMGB1在胰腺癌中的作用

目前已经发现HMGB1可参与到肝癌、肺癌、乳腺癌、结直肠癌、宫颈癌等多种肿瘤基因的转录调节[11]。HMGB1的过表达与肿瘤的多个特性相关，参与到与细胞无限增殖、血管生成、组织侵袭、迁移等多种生物学特征中。如Xiao等通过对208例肝细胞肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)临床样品分析，HMGB1基因在134例(64.4%)HCC患者中高表达，且HMGB1高表达与患者预后不良相关[22]。当使用siRNA干扰HMGB1的表达后，HCC的增殖、迁移、侵袭能力明显减弱，而HMGB1过表达明显增强HCC的增殖、迁移和侵袭能力。Chen R等[23]研究发现利用Cre/loxP技术敲除小鼠肝细胞中HMGB1能够阻断二乙基亚硝胺诱导的HCC，进一步证明了HMGB1在HCC发生发展过程中的关键作用。在肺癌组织中，HMGB1促进肺癌细胞侵袭、增强MMP2酶活性，HMGB1高表达与不良预后密切相关。类似的研究还有，HMGB1高表达增加了乳腺癌、结直肠癌、子宫颈癌等肿瘤的不良预后[24]。

胰腺癌是消化系统中的一种高度恶性肿瘤，病因及发病机制尚不明确。胰腺癌起病隐匿，早期诊断困难，发现时大多已进入晚期，且缺少有效的治疗方式，因而预后差，5年生存率<5%。在胰腺癌中，胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)占所有胰腺恶性肿瘤的90%以上，而原癌基因K-ras在驱动PDAC发生发展过程中起着重要作用[25]。与HMGB1在HCC等其他肿瘤中的作用恰恰相反，胰腺细胞内HMGB1通过抑制染色体不稳定性介导的核小体释放，显著抑制K-ras驱动的胰腺肿瘤发生。在胰腺中条件性敲除HMGB1基因，导致小鼠对K-ras驱动的癌前病变极为敏感。这因为HMGB1在胰腺中的丢失与DNA氧化损伤和染色体不稳定相关，染色体重排和端粒异常导致核小体的释放，细胞外核小体通过促进浸润的巨噬细胞/中性粒细胞分泌IL-6，显著增强胰腺病变中致癌信号K-ras的激活。也有研究发现，甘草酸可通过抑制HMGB1而抑制K-ras诱导的小鼠胰腺肿瘤的发生[26]。可见，细胞内的HMGB1是胰腺肿瘤的抑制因子，对PDAC的预后和治疗有重要意义。

然而细胞外的HMGB1在胰腺癌中却发挥着相反的作用。由于HMGB1及其复合物能够与TLR2、TLR4、TLR9、RAGE、CD24等多种受体相结合，引起相应信号通路变化[1]。其中HMGB1与TLR4受体结合激活MyD88分子，引起下游IKK的激活，进而导致IKB的降解和NF-κB的释放，释放的NF-κB通过入核促进IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α等多种炎性因子基因的表达，促进炎症反应和免疫应答，而这些炎性因子均与胰腺肿瘤发生密切相关[27]。同时，IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α等炎性因子能进一步激活巨噬细胞和树突状细胞释放HMGB1，形成恶性循环[27]。也有研究发现，HMGB1与RAGE受体相结合后，通过增强胰腺肿瘤细胞线粒体的功能介导ATP产生，促进肿瘤细胞迁移和增殖。HMGB1与细胞损伤后释放到细胞外的DNA形成的复合体与TLR9结合，也是促进胰腺肿瘤发生的一个机制[28]。此外，在血管内皮细胞增殖和新生血管形成方面HMGB1均已证实了其促进作用,更为重要的是，已经有临床研究证实了胰腺癌患者血清中高HMGB1与不良预后密切相关[24]。可见，HMGB1在胰腺癌的发生发展发挥着重要作用，抑制HMGB1表达可能对胰腺癌的预防具有一定价值，也可能成为疾病治疗中的重要靶点。在治疗研究方面，抑制细胞外的HMGB1可增加胰腺癌PANC1细胞对吉西他滨的化疗敏感性[29]。而直接针对HMGB1的药物开发也有希望取得进一步突破。

5 总结及展望

HMGB1是一种多功能蛋白，在细胞内、外发挥着不同的作用。此外，HMGB1相关受体亦在其中扮演着重要角色。因此，针对HMGB1在急性胰腺炎、胰腺癌疾病中的发生机制研究，未来可以从以下四个方面开发相关靶向治疗药物：一是抑制HMGB1的分泌和释放；二是改变其氧化还原状态；三是中和细胞外的 HMGB1；四是抑制其相关受体。需要注意的是，HMGB1仅仅是众多DAMPs中的一种，HMGB1大量分泌或释放的同时往往伴随着其他DAMPs的分泌或释放，而胰腺受累的同时通常也伴随着其他器官的受累。因此，在关注HMGB1的同时也应当注意到其他DAMPs的作用，关注损伤胰腺的同时也应关注其他受累器官。

总之，针对HMGB1的研究为我们提供了一个研究无菌性炎症反应的重要介质，今后仍需要更多的基础和临床研究进一步阐明HMGB1的在胰腺疾病中的致病机制以及相关药物的开发研究。