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HMGB1調(diào)節(jié)自噬誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞化療耐藥的研究進(jìn)展

田文嫻李芳岳銀艷周璐黃亞輝王靜

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 呼吸與危重癥二科1病區(qū)河南 鄭州450052)

【關(guān)鍵詞】HMGB1；自噬；誘導(dǎo)；化療；耐藥

高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)是一類核內(nèi)非組蛋白，具有多種生物學(xué)功能。既往研究發(fā)現(xiàn)HMGB1在多種實(shí)體性腫瘤如腸癌[1-2]、胰腺癌[3]、乳腺癌[4]、膽囊癌[5]以及造血系統(tǒng)惡性腫瘤[6]中高表達(dá)，且與腫瘤的臨床分型及腫瘤細(xì)胞生長、侵襲、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[7-9]。近年來研究證實(shí)HMGB1與腫瘤細(xì)胞化療耐藥亦密切相關(guān)，主要通過自噬途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞化療耐藥。

1HMGB1的結(jié)構(gòu)特征與生物學(xué)效應(yīng)

1.1HMGB1的結(jié)構(gòu)特征高遷移率族蛋白是40多年前發(fā)現(xiàn)的一類典型核內(nèi)非組蛋白，由215個(gè)氨基酸殘基組成，分子量約為25 kD，有HMGA、HMGB和HMGN 3個(gè)家族[10]。其中，HMGB家族包含有HMGB1、HMGB2和HMGB3等成員。HMGB1在進(jìn)化過程中高度保守，嚙齒類動(dòng)物與人僅C末端最后一個(gè)氨基酸不同。人HMGB1的基因位于13q12染色體上，具有典型的雙極結(jié)構(gòu)。C端是由30個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的酸性區(qū)域，帶負(fù)電荷。N端是由185個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的堿性區(qū)域，帶正電荷。N端含有A盒和B盒，各由75個(gè)氨基酸構(gòu)成，是與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。B盒是HMGB1的主要細(xì)胞因子活性區(qū)域，引起炎性反應(yīng)，而A盒則可拮抗B盒的此作用。C末端參與調(diào)節(jié)HMGB1與DNA的相互作用，對(duì)A盒的親和力高于B盒，與A盒結(jié)合后能夠增其抗炎活性。C末端與B盒相連接的區(qū)域包含了一個(gè)高級(jí)糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)結(jié)合域，位于氨基酸150-183片段，是HMG蛋白家族的特征性序列，影響腫瘤細(xì)胞的移位以及p53基因的功能[11]。

1.2HMGB1的生物學(xué)效應(yīng)位于細(xì)胞核內(nèi)的HMGB1，作為結(jié)構(gòu)蛋白，與DNA非特異性結(jié)合，親和力低，主要參與構(gòu)建核小體，并維持其穩(wěn)定性。同時(shí)，HMGB1還可以調(diào)節(jié)類固醇激素受體、核因子-κB (nuclear factor κB，NF-κB)、p53等的轉(zhuǎn)錄活性。

位于細(xì)胞外的HMGB1，作為一種損傷相關(guān)分子模式 (damage-associated molecular pattern，DAMP) 分子，主要來源于巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞及所有暴露于促炎因子和細(xì)菌產(chǎn)物的細(xì)胞。IL-1、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等多種前炎癥因子均可誘導(dǎo)這類細(xì)胞分泌HMGB1。HMGB1不僅直接作為炎性細(xì)胞因子參與固有免疫應(yīng)答和作為內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)分子啟動(dòng)適應(yīng)性免疫應(yīng)答，而且可以與RAGE、Toll樣受體 (TLR-2、TLR-4、TLR-9)等多種受體結(jié)合[12]，誘發(fā)一系列生物學(xué)效應(yīng)。其中，RAGE是屬于免疫球蛋白超家族的一種多配體跨膜受體，也是目前已知HMGB1的唯一高親和力受體[13]，在各種腫瘤細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等均有表達(dá)。細(xì)胞表面的RAGE與釋放至細(xì)胞外的HMGBl結(jié)合，可使其表達(dá)上調(diào)[14]。HMGBl/RAGE復(fù)合物不僅使絲裂原活化蛋白激酶如p38激酶、SAPK/JNK、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERKl/2)磷酸化，也可激活細(xì)胞分裂周期蛋白42(Cdc42)鳥苷三磷酸酶激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子(JAK/STAT)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，釋放多種炎性因子，以及與細(xì)胞表面的CXCLl2(stromal cell derived factor-1)結(jié)合促進(jìn)CXCR4構(gòu)象重排、炎性細(xì)胞轉(zhuǎn)移，介導(dǎo)多種急慢性炎癥性疾病[15-16]，也可激活MMP-2、MMP-9等，致使細(xì)胞外基質(zhì)降解，從而在腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移中起促進(jìn)作用[7-9]。

2自噬與腫瘤細(xì)胞化療耐藥

腫瘤細(xì)胞化療耐藥是一個(gè)復(fù)雜的、多因素的且不斷發(fā)展的問題，經(jīng)典的腫瘤細(xì)胞化療耐藥機(jī)制主要有：①膜糖蛋白(如P-糖蛋白、多藥耐藥相關(guān)蛋白以及乳腺癌多藥耐藥相關(guān)蛋白等)介導(dǎo)的藥物外排機(jī)制：胞內(nèi)抗腫瘤藥物的有效濃度因藥泵蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)作用而降低，以致不能殺死腫瘤細(xì)胞；②DNA修復(fù)異常：順鉑、5-氟尿嘧啶、阿霉素等抗腫瘤藥物均通過損傷DNA進(jìn)而抑制細(xì)胞分裂或?qū)е录?xì)胞死亡，腫瘤細(xì)胞DNA修復(fù)系統(tǒng)活性升高往往使腫瘤細(xì)胞對(duì)這些藥物產(chǎn)生耐藥；③凋亡通路異常：凋亡是目前化療藥物的終末途徑，但腫瘤細(xì)胞內(nèi)源性或獲得性的凋亡相關(guān)蛋白異常表達(dá)或功能缺陷造成凋亡通路異常往往導(dǎo)致腫瘤耐藥。

自噬(autophagy)是細(xì)胞在營養(yǎng)缺乏或應(yīng)激條件下的一種自救和質(zhì)控方式，包括清除胞質(zhì)內(nèi)損的細(xì)胞器、入侵的病原體、錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)、脂類以及修復(fù)DNA損傷等過程。這些異常物質(zhì)在自噬小體中被消化為葡萄糖和氨基酸等，然后被細(xì)胞再利用。目前普遍認(rèn)為自噬是一種防御和應(yīng)激調(diào)控機(jī)制，在細(xì)胞營養(yǎng)供應(yīng)不足時(shí)，自噬作為促生存機(jī)制被激活[17]。近年來在結(jié)直腸癌[18]、食管癌[19]、胰腺癌[20]、前列腺癌[21]、白血病[22]等多種腫瘤細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其耐藥性隨著自噬活性的升高而增加，無論是通過基因敲除、沉默自噬相關(guān)蛋白如Beclin1等，還是給予自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-MA)，腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性均顯著增強(qiáng)。

3HMGB1通過自噬誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞化療耐藥

除了具有胞外炎癥細(xì)胞因子、核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子等功能外，HMGBl還在細(xì)胞自噬的誘導(dǎo)和調(diào)控中發(fā)揮主要作用。在應(yīng)激條件下，由核內(nèi)轉(zhuǎn)位至胞質(zhì)的HMGB1通過使細(xì)胞自噬相關(guān)蛋白Beclin1從Beclin1/Bcl-2復(fù)合物中釋放出來而誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的發(fā)生[23-24]。近年的研究表明，HMGB1通過調(diào)節(jié)自噬與腫瘤細(xì)胞化療耐藥密切相關(guān)。張秋玉等[25]通過構(gòu)建靶向HMGB1的shRNA載體穩(wěn)定轉(zhuǎn)染胃癌細(xì)胞BGC-823，觀察HMGB1基因沉默對(duì)化療藥物多柔比星誘導(dǎo)BGC-823細(xì)胞發(fā)生自噬和凋亡的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入多柔比星，BGC-823細(xì)胞中HMGB1及自噬標(biāo)志蛋白LC3-Ⅱ的表達(dá)增加，沉默HMGB1基因后多柔比星誘導(dǎo)的自噬標(biāo)志蛋白LC3-Ⅱ表達(dá)下降，抗凋亡蛋白Mcl-1的降解增加及激活型caspase-3的表達(dá)水平增高，胃癌細(xì)胞自噬水平[(19.33±2.96)%、(71.67±3.38)%，P<0.01]下降，胃癌細(xì)胞凋亡增加[(46.12±3.15)%、(12.37±2.84)%，P<0.05]。同樣，Zhan等[26]發(fā)現(xiàn)長春新堿可促進(jìn)胃癌細(xì)胞釋放HMGB1，抑制HMGB1的表達(dá)和釋放可顯著下調(diào)Mcl-1的表達(dá)及外源性HMGB1誘導(dǎo)的保護(hù)性自噬，促進(jìn)其凋亡。Kang等[27]在胰腺癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，HMGB1主要與RAGE相結(jié)合，RAGE的過表達(dá)可顯著增加細(xì)胞自噬，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)腫瘤生存，相反，下調(diào)RAGE的表達(dá)可減少細(xì)胞自噬，提高凋亡水平。

在人類血液腫瘤細(xì)胞中，Liu、Yang等[22，28]發(fā)現(xiàn)化療藥物[例如，長春新堿(VCR)、阿霉素(ADM)等]可以誘導(dǎo)人原髓細(xì)胞白血病細(xì)胞系HL-60和T細(xì)胞白血病細(xì)胞系Jurkat顯著釋放HMGBl，通過基因轉(zhuǎn)染技術(shù)沉默HMGBl基因的表達(dá)或給予HMGB1小分子抑制劑(如槲皮素)及HMGBl特異性中和抗體處理HL-60和Jurkat細(xì)胞減少HMGBl，白血病細(xì)胞對(duì)VCR、ADM等藥物敏感性增加；進(jìn)一步通過RNA干擾降低Beclin1的表達(dá)或者通過自噬抑制劑(如巴佛洛霉素A1)干預(yù)自噬潮的形成，能夠逆轉(zhuǎn)HMGBl誘導(dǎo)的白血病化療耐藥性，說明HMGB1主要通過自噬誘導(dǎo)化療耐藥；并進(jìn)一步驗(yàn)證HMGB1可能通過活化P13KC3-MEK-ERK1/2信號(hào)途徑上調(diào)LC3-Ⅱ表達(dá)及增加p62的降解調(diào)節(jié)自噬。Kong等[29]在急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)抑制自噬前體物質(zhì)Ulk1Atg13-FIP200復(fù)合物形成或抑制HMGBl從細(xì)胞核移位至細(xì)胞質(zhì)，均可以通過抑制自噬增加化療敏感性。相似的是，Huang等[30]在骨肉瘤細(xì)胞系MG-63，SaOS-2及U-2OS細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)阿霉素、順鉑等化療藥物可導(dǎo)致HMGB1表達(dá)增加，但是HMGB1主要通過調(diào)節(jié)Beclin1-PI3K-Ⅲ復(fù)合物形成而非Ulk1Atg13-FIP200復(fù)合物誘導(dǎo)自噬導(dǎo)致骨肉瘤細(xì)胞對(duì)阿霉素等化療藥物耐藥。

除此之外，在人類肺部腫瘤中，Pan等[31]發(fā)現(xiàn)多西他賽(docetaxel，DTX)可以誘導(dǎo)人肺腺癌細(xì)胞(lung adenocarcinoma，LAD)發(fā)生自噬及促進(jìn)HMGB1細(xì)胞質(zhì)移位，而轉(zhuǎn)染LAD細(xì)胞系HMGB1 shRNA，沉默HMGB1基因表達(dá)后再給予DXT，結(jié)果與對(duì)照組比較，發(fā)現(xiàn)無論是DTX敏感SPC-A1、H1299細(xì)胞還是DTX耐藥SPC-A1及H1299細(xì)胞(SPC-A1/DXT及H1299/DXT)的凋亡率均增加，存活率均下降，LC3-Ⅱ表達(dá)均減少、p62蛋白表達(dá)均增加、HMGB1細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位受抑，其中DTX敏感SPC-A1、H1299細(xì)胞凋亡率分別提高(15.59±1.01)% 和(12.79±0.88)%，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)HMGB1通過活化 MEK-ERK1/2而非mTORC1信號(hào)通路促進(jìn)Beclin1-PI3K-Ⅲ復(fù)合物形成從而誘導(dǎo)LAD細(xì)胞DXT耐藥，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中亦得到進(jìn)一步證實(shí)。

4小結(jié)與展望

作為一種核蛋白和多功能的炎癥因子，HMGB1在胞內(nèi)及胞外均發(fā)揮著重要作用。雖然既往文獻(xiàn)報(bào)道HMGB1可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡[32]，但是目前多數(shù)研究認(rèn)為HMGB1通過調(diào)節(jié)自噬在腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮抗凋亡作用，與腫瘤細(xì)胞化療耐藥密切相關(guān)。凋亡細(xì)胞中氧化-還原改變或組蛋白的低乙酰水平可能是影響HMGB1生物學(xué)效應(yīng)兩面性的原因[33]?？傊?，鑒于HMGB1與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的密切關(guān)系以及在耐藥機(jī)制中的關(guān)鍵作用，HMGB1成為抗腫瘤治療新的突破點(diǎn)，為腫瘤治療帶來新的希望。

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(收稿日期：2015-11-11)

【中圖分類號(hào)】R 563

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

通訊作者：王靜，E-mail：wangjing@zzu.edu.com。