HMGB1與妊娠相關疾病的研究進展

楊光瓊,鄧丹,祁文瑾

高遷移率組合蛋白1(high mobility combination protein 1,HMGB1)驅動的促炎反應對妊娠早期維持和分娩均有促進作用,HMGB1在這兩個階段的嚴格調控至關重要。HMGB1的增加與妊娠病理相關,在妊娠早期,HMGB1與胚胎的發育、著床和子宮蛻膜化相關,高水平的HMGB1會導致妊娠失敗。母體循環和妊娠組織中HMGB1增加會導致慢性炎癥,增加早產、妊娠期高血壓疾病、妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)等發生風險。本文就HMGB1和幾種妊娠疾病之間的關系做一綜述。

1 HMGB1概述

HMGB1是一種非組蛋白核蛋白,屬于高遷移率(HMG)蛋白組。作為HMGB家族中最豐富的成員,它包含兩個DNA結合序列(一個A盒子和B盒子)和一個包含谷氨酸和天冬氨酸殘基的酸性尾巴。HMGB1具有磷酸化、乙?；?、氧化、甲基化、ADP核糖基化和糖基化等多種翻譯后修飾方式。HMGB1通常定位于細胞核,也可以分泌到細胞外。研究認為,位于核定位信號(NLS)NLS1和NLS2內賴氨酸殘基的高乙?；瘜е缕浒|積累,隨后被壞死或損傷的細胞釋放[1]。當HMGB1位于細胞核中時,參與了錯配修復、非同源端連接、V(D)J重組和堿基切除修復。一旦細胞外的HMGB1通過與各種受體的相互作用來觸發和維持炎癥反應,就會導致幾種促炎細胞因子的下游釋放和白細胞的募集。因此,HMGB1已成為許多不同組織中炎癥的關鍵驅動因素,并在各種感染、自身免疫和炎癥相關疾病的發生發展中起重要作用。

當HMGB1被損傷或死亡的細胞釋放時,它被歸類為損傷相關分子模式(DAMP)分子。DAMP與致病相關分子模式相似,它們通過相似的受體相互作用引起炎癥等反應[2]。但與病原體相關分子模式不同的是其具有內源性。HMGB1可以通過在體外與抗原提呈細胞(APCs)相互作用來激活免疫系統。HMGB1誘導的途徑與目前已知的LPS-TLR4途徑具有相似性,該途徑通過細胞因子產生系統性促炎反應,這使得HMGB1成為炎癥驅動信號通路中的主要潛在靶點。HMGB1發揮的促炎反應受到特定組織類型上HMGB1受體的特定時間和劑量的影響。HMGB1參與炎癥功能障礙和免疫反應,能在以下幾種病理疾病中發揮靶點作用,包括感染性疾病、缺血、免疫疾病、神經退行性疾病、代謝疾病和腫瘤。

HMGB1是一種內源性炎癥介質,與妊娠期許多疾病的進展和發病機制有關。炎癥是妊娠建立關鍵機制的核心。妊娠早期是由促炎反應驅動的,HMGB1被證明是胚胎發育和植入的關鍵調控因子[3-4]。然而,HMGB1如何調控這種炎癥的確切機制仍不清楚。有研究認為,HMGB1通過介導子宮蛻膜細胞增殖和分化,在子宮蛻膜化中發揮重要作用。早期HMGB1介導的炎癥反應對妊娠成功至關重要,但子宮腔內和胎盤內HMGB1水平過量,也會導致妊娠丟失[5-7]。這表明HMGB1有一個最佳水平來維持早期階段。

同樣地,相對于妊娠的開始,分娩發動也被普遍認為由促炎反應引發。在足月妊娠組織中檢測到HMGB1表達增加[8-11],因此,適當的炎癥反應在正常妊娠中具有重要作用,但如果炎癥平衡被破壞,會造成不良妊娠結局,導致妊娠并發癥,包括早產、胎膜早破和感染引發的炎癥[12-13],GDM,胎兒宮內生長受限,妊娠期高血壓疾病等。

2 HMGB1與妊娠相關疾病的關系

2.1 HMGB1與早期胚胎著床

妊娠的早期階段,包括胚胎著床、發育和子宮蛻膜化,均需要促炎信號參與。HMGB1表達的增加來自子宮內膜和子宮內的免疫細胞,是著床和蛻膜化部位的局部炎癥因子,這可能影響胚胎發育。在胚胎發育過程中,胚胎HMGB1表達增加,通過調控細胞數量來促進著床前胚胎的發育,從而促進受精卵向囊胚的發育過渡[3,14]。此外,HMGB1表達的增加可通過引起正常胚胎植入來促進妊娠。當然,除了適當的炎癥反應外,妊娠的成功還歸因于孕激素信號傳導。子宮內膜基質細胞的增殖和分化能促進子宮蛻膜化,對妊娠的建立和維持至關重要。如果HMGB1在子宮中的表達被沉默,子宮內膜基質細胞中孕激素受體減少就會導致子宮低生育能力,這認為是與持續的促炎信號傳導和胚胎植入失敗有關。蛻膜細胞內HMGB1表達的增加也可以通過上調骨形態發生蛋白2(Bmp2)和基質細胞分化標志物環磷酸腺苷(cAMP)的基因表達來誘導子宮基質細胞的增殖和分化。綜上所述,HMGB1不僅能通過調節增殖細胞數量作為胚胎成功發育的重要中介,而且可通過招募免疫細胞,促進基質細胞增殖和分化,使胚胎植入和子宮蛻膜化。

2.2 HMGB1與復發性流產

雖然充分的炎癥反應對胚胎的植入和初始發育很重要,但持續或慢性炎癥可能導致不良的生殖結果,包括妊娠失敗。在反復妊娠丟失(RPL)和不明原因復發性流產(URSA)患者的絨毛膜絨毛中檢測到HMGB1和蛋白表達增加。絨毛是妊娠期間母體和胎兒血液之間的關鍵界面,因此在妊娠早期起著重要作用。研究認為,URSA患者的HMGB1母親血漿濃度升高,可激活RAGE、TLR2或TLR4受體,導致NF-κB的激活,進一步促進炎癥反應[7]。且發現阿司匹林作為抗炎藥物可降低HMGB1的水平[7],因此早孕期開始服用小劑量阿司匹林對減少復發性流產的發生有一定幫助,但阿司匹林和HMGB1之間的關系尚不明確。

2.3 HMGB1與妊娠期糖尿病

HMGB1可在GDM和抗磷脂綜合征(APS)孕婦血液循環中測量。妊娠晚期,存在胰島素抵抗的糖尿病患者血清中HMGB1水平升高,但與正?；颊呦啾?GDM患者分娩時的血漿或血清HMGB1水平差異均無統計學意義[15]。而GDM患者胎膜是唯一顯示HMGB1蛋白表達增加的組織[16-17]。因此,GDM患者血液循環中HMGB1水平升高,可能與分娩無關。這有可能是因為HMGB1在不同孕周存在表達量差異,推測HMGB1不是GDM患者的關鍵炎癥驅動因素。在APS患者血清中可檢測到HMGB1、RAGE和TNF-a水平升高。有研究表明,抗b2-糖蛋白I(B2-GPI)抗體在APS的治療中可能是導致HMGB1釋放增加的原因[18-19],HMGB1的促炎作用與APS的嚴重程度有關。

2.4 HMGB1與子癇前期

胎盤的疾病通常是由炎癥驅動的,對母兒不利,經常導致早產兒風險增加。因此,了解HMGB1如何造成慢性炎癥和胎盤功能障礙很有必要。例如,在胎兒運動減少(RFM)患者的胎盤絨毛組織和母體循環中,發現了HMGB1的表達增加。此外,前置胎盤患者血管內皮細胞和滋養細胞中HMGB1和血管內皮生長因子(VEGF)蛋白表達增加[20],這表明HMGB1可以使VEGF增加,導致該疾病的嚴重程度增加,出生時出血風險增大。在胎盤細胞被外源性配體作用時,HMGB1的水平升高,進一步說明了HMGB1可能在該組織中起關鍵作用。事實上,HMGB1通過滋養層細胞中TLR4依賴的機制增加了促炎細胞因子IL-6和IL-8的分泌,從而導致胎盤炎癥。綜上所述,HMGB1可能是某些胎盤病理的驅動因素和潛在生物標志物。

子癇前期(PE)是最常見的潛在危及生命的胎盤疾病之一,有證據表明HMGB1在PE中具有作為促炎介質的作用。這一證據來自其在PE胎盤組織和相關細胞、血清的水平增加。在胎盤中,HMGB1已被證明通過激活PE胎盤滋養層細胞中的TLR4來增加IL-8的分泌刺激炎癥,因此,胎盤內HMGB1的表達可能有助于判斷PE的嚴重程度,它與TLR4和IL-8共定位,在合胞滋養層、滋養層和蛻膜中表達增加[21-22]。同時,與血壓正常的孕婦相比,PE胎盤中炎癥小體(NLRP3)、半胱天冬酶1(caspase-1)、IL-1β、TNF-α、HMGB1顯著增加[23]。滋養層缺氧導致PE患者內皮細胞功能障礙[22],因此,滋養細胞暴露于缺氧條件下,增加了HMGB1、mRNA和分泌蛋白的水平[24],并通過促炎反應途徑誘導TLR4和cavolin的內皮細胞通透性。研究發現,抗炎和抗凋亡分子去乙?；竤irtuin1(SIRT1)在PE胎盤中下調[25]?？傊?HMGB1增加了許多促炎信號分子的基因表達和分泌,與PE的嚴重程度相關[26]。

多項研究也評估了母體循環中HMGB1水平升高與PE的關系,顯示PE患者血漿[27-29]和血清[30-31]中HMGB1水平均升高,且炎癥介質鈣保護素、HMGB1和TLR4血清濃度水平也較高。但也有研究表示HMGB1血清水平在PE組與對照組的表達差異無統計學意義,可能是由于小樣本量或同時增加了可溶性受體(sRAGE),可以競爭綁定RAGE受體與HMGB1[32-33]。盡管如此,在大量研究基礎上,認為血漿和血清中HMGB1的循環水平有可能作為非侵入性的生物標志物來檢測PE的發生[34]。

其他與PE相關的并發癥:肥胖和高代謝綜合征。母親肥胖增加了不良妊娠結局的發生風險,比如GDM和妊娠期高血壓疾病。HMGB1可能是孕婦肥胖的潛在生物標志物。脂肪組織分泌促炎細胞因子,HMGB1被歸類為脂肪因子,促進慢性炎癥狀態,從而導致與肥胖相關的健康問題。PE或妊娠期高血壓疾病患者的血清及脂肪細胞顯示,RAGE激活后HMGB1水平升高,IL-6和C-C基序趨化因子配體2(CCL2)的mRNA表達增加[35]。高糖代謝綜合征增加了PE的風險,導致胎盤功能障礙。事實上,經過葡萄糖處理的人類早期滋養細胞中HMGB1的分泌增加,可通過激活TLR4增加IL-8水平。此外,代謝綜合征患者血清HMGB1水平高于單獨PE患者,兩組HMGB1水平均高于正?；颊?。這些數據表明,葡萄糖水平的升高會促進HMGB1的分泌,從而加劇PE的進展。因此,有高糖代謝綜合征和肥胖的患者由于HMGB1水平的增加,其發生PE的風險增加,這可能導致慢性促炎反應,并增加相關妊娠并發癥的嚴重程度[36]。

2.5 HMGB1與分娩啟動

炎癥是分娩機制的核心。已知感染介導的和基于無菌的細胞刺激會增加妊娠組織中HMGB1的表達,這可能引發早產和驅動分娩,但也會增加早產并發癥和/或嬰兒死亡的風險[37]。分娩由正常過程發生的炎癥反應介導,生物信息學數據支持這一觀點,因為分娩組織被認為有HMGB1和其他與HMGB1信號相關的基因的上調,這表明其在分娩事件中起作用。與剖宮產手術相比,自然陰道分娩中的氧化應激更高,這也可能導致臍帶血中HMGB1水平的增加。觸發早產所需的炎癥信號被認為由胎兒引起,因為在早產兒和足月病例中,羊水和臍帶血中HMGB1水平升高。但也有研究認為,HMGB1水平在分娩方式上差異無統計學意義[38]。

2.6 HMGB1與早產綜合征

早產包括自發性早產和未足月胎膜早破(PPROM),早產可由包括子宮頸、子宮和胎膜在內的幾種組織的失調而發生。這表明HMGB1可能在宮頸成熟過程中發揮作用。因為在早產兒母親的宮頸中檢測到HMGB1基因表達的增加[37]。早產也可因臍帶血清中抗炎分子維生素D水平的降低而發生,其通過增加胎盤中的促炎分子如HMGB1引發炎癥。研究表明,在妊娠小鼠羊膜內注入高濃度HMGB1和IL-6可促進早產[39],羊膜內注射HMGB1導致嬰兒出生第1周內死亡發生率增加。因此,羊水中HMGB1水平的增加是分娩的強誘導因素,并增加了早產并發癥的風險[40]。PPROM是發生早產的一個關鍵病因,被認為是由炎癥引起的妊娠并發癥導致胎膜損傷。HMGB1基因在PPROM患者羊水中表達水平升高[41],在母體血清中HMGB1水平的循環水平也升高。雖然胎膜破裂的機制尚未完全了解,但HMGB1表達水平的升高可能會增加PPROM的風險,對胎膜弱化起一定作用[2]。

最近一項研究檢測到HMGB1基因和蛋白在整個妊娠期的人類胎膜中表達顯示在形態改變區(ZAM),進一步支持了HMGB1可能是胎膜破裂(PROM)和PPROM中胎膜弱化發生的重要因素這一觀點。已知各種形式的細胞應激會增加HMGB1的水平,如香煙煙霧提取物、應激源LPS和氧化應激都能增加胎膜中HMGB1的表達。此外,香煙煙霧提取物與羊膜上皮細胞共培養,與對照組相比,可以特異性地增加外泌體細胞質中HMGB1的細胞質表達,這表明香煙煙霧提取物是一種導致炎癥的促炎刺激物[12]。此外,與足月自然分娩患者相比,經歷過自然早產的女性的絨毛膜羊膜提取物中含有更高濃度的HMGB1[42]。羊膜內感染也與羊水中HMGB1的增加有關,與自發性早產和無羊膜內感染的完整細胞膜相比,其HMGB1水平更高,這是由于胎膜受損導致組織學絨毛膜炎。在組織學診斷的絨毛膜羊膜炎患者中,也檢測到血清中HMGB1的循環水平升高。數據表明,由于感染介導的刺激導致HMGB1表達增加,促進了早產進展。通過動物模型對早產病理進行了描述,感染引發的早產增加了胎兒小鼠器官中HMGB1的細胞質表達,組織損傷部位HMGB1和RAGE的表達也增加。最新一項動物實驗表明,在綿羊模型中,感染介導的羊膜內炎癥可誘導羊絨毛膜中HMGB1的增加。綜上所述,HMGB1可能通過損害胎膜和其他胎兒組織加劇早產引發的感染,在早產綜合征的發生發展中具有重要的促炎作用。

3 HMGB1作為產科相關疾病潛在治療靶點

由于HMGB1在整個妊娠過程中發揮作用,它被認為是炎癥的關鍵內源性驅動因素。這種作用可能使其成為控制妊娠期炎癥疾病嚴重程度的理想生物標志物和/或治療靶點。抑制HMGB1已經成為其他疾病治療的靶點,如系統性紅斑狼瘡、慢性腎病、動脈粥樣硬化、類風濕性關節炎和膿毒癥。但這種策略尚未在產科使用。在正常生理水平下,HMGB1作為一種核蛋白,在細胞核內具有多種DNA介導的功能,這些功能對DNA復制、修復和轉錄非常重要。但HMGB1作為一種促炎因子,其水平與妊娠病理的表現相關,它可以作為一種潛在的生物標志物來表示各種疾病的嚴重程度。為減少對生長中胎兒的損害,HMGB1最有效和侵入性最小的測量方法是來自母體循環。目前研究證實HMGB1可用作母體血清中絨毛膜羊膜炎、抗磷脂抗體綜合征、胎盤炎癥和妊娠期高血壓疾病的生物標志物。此外,HMGB1也可能是識別和監測妊娠相關疾病嚴重程度的有效生物標志物,如GDM和復發性流產。使用HMGB1作為生物標志物的成功與否可能取決于疾病狀態,以便無論何時進行測量,在母體血清中都可檢測到高水平。根據本文綜述的研究,HMGB1被描述為許多妊娠病理中炎癥的驅動因素,然而目前尚不清楚HMGB1與多個不良妊娠事件的因果關系,尚需更多的研究證實HMGB1的特異性作用。有學者通過動物模型或細胞實驗設計來影響妊娠期HMGB1的表達。一些研究發現可使用治療妊娠相關的病理抑制劑包括甘草酸(GA)[24]和丹參酮鈉IIA[43]來干預子癇前期;阿司匹林作為抗炎藥物可以降低復發性流產患者血漿中HMGB1的水平。盡管HMGB1正在被開發為其他疾病的治療靶點,但這些策略尚未被用于具有強烈炎癥特征的妊娠疾病上。因此,如何評估這些抑制劑對HMGB1介導的炎癥的療效,以及它們在妊娠背景下治療疾病的潛力是非常有前景的研究方向。

4 總結

HMGB1的功能是多方面的,不僅有促進許多細胞的核功能,還作為促炎信號在妊娠期間起著關鍵作用。如前所述,HMGB1促進了妊娠早期正常的胚胎發育、子宮蛻膜化和分娩驅動,是炎癥反應的重要驅動因子。然而,HMGB1的嚴格調控對于妊娠極其重要,失調可能導致慢性炎癥,從而導致許多妊娠相關疾病的發生發展,往往會使早產和/或嬰兒死亡率的風險增加。通過研究,母體循環中可以系統地檢測到HMGB1,因此HMGB1可以作為監測這些疾病嚴重程度的理想生物標志物。此外,鑒于HMGB1在整個妊娠期驅動炎癥的關鍵作用,可提供一個完美的治療靶點,通過抑制劑減輕炎癥的嚴重程度。這還需要在臨床上開展前瞻性研究,增加樣本量,進一步說明HMGB1與妊娠相關疾病嚴重程度的關系。

利益沖突作者均聲明不存在任何利益沖突。