齊 鑫，張曉剛，于海洋，陳 欣，安文博，王志鵬，王多賢，羅鵬飛，陳一新，馬姣姣，齊 偉，胡紫陽(yáng)，劉建軍

1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，蘭州 730000 2甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，蘭州 730000

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種慢性退行性關(guān)節(jié)疾病，是導(dǎo)致身體疼痛和殘疾的最重要因素[1]。OA可由多種病因誘發(fā)，而關(guān)節(jié)軟骨的病理改變被認(rèn)為是該類(lèi)疾病的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之一。軟骨細(xì)胞是關(guān)節(jié)軟骨中最重要的成分，也是其唯一的細(xì)胞類(lèi)型[2]。由于關(guān)節(jié)軟骨缺乏血管、淋巴管和神經(jīng)支配，而軟骨細(xì)胞能夠參與整個(gè)關(guān)節(jié)軟骨的代謝過(guò)程，從而維持其正常生長(zhǎng)、分布和生物狀態(tài)，且可通過(guò)分泌一系列細(xì)胞和生長(zhǎng)因子對(duì)關(guān)節(jié)軟骨相關(guān)成分進(jìn)行調(diào)控。軟骨細(xì)胞功能損傷會(huì)破壞細(xì)胞外基質(zhì)合成與分解代謝平衡，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨受損[3]。而高遷移率族蛋白1(high mobility group box-1 protein，HMGB1)可參與調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞炎癥及凋亡過(guò)程，從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨受損，誘發(fā)OA[4]。本文就HMGB1在OA軟骨細(xì)胞中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為臨床防治骨關(guān)節(jié)炎提供新思路。

1 HMGB1概述

HMGB1是一種高度保守的非組蛋白核蛋白，在哺乳動(dòng)物真核細(xì)胞中廣泛表達(dá)，參與維持核小體完整性和調(diào)節(jié)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組及修復(fù)[5]。HMGB1分布位置是其功能發(fā)揮的關(guān)鍵，正常情況下，HMGB1主要位于細(xì)胞核中并與染色質(zhì)結(jié)合，但在應(yīng)激條件下可從細(xì)胞核穿梭至細(xì)胞質(zhì)，再進(jìn)入細(xì)胞外空間以執(zhí)行更復(fù)雜的功能。HMGB1已被重新評(píng)估為一種損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)蛋白，并與其外源性對(duì)應(yīng)物病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)共同完成機(jī)體的警報(bào)系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)的紊亂[6]。HMGB1的易位使其能夠利用各種膜受體形成一系列信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，參與細(xì)胞間相互作用，例如產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和參與細(xì)胞增殖、分化、侵襲及自噬等。HMGB1的易位方式主要包括主動(dòng)分泌和被動(dòng)釋放兩種，其主動(dòng)分泌不能通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的經(jīng)典途徑實(shí)現(xiàn)，而是被包裹在囊泡中，經(jīng)溶酶體途徑釋放至細(xì)胞外[7]。此外，當(dāng)細(xì)胞經(jīng)歷不同形式的死亡或病理?yè)p傷時(shí)，可導(dǎo)致細(xì)胞核內(nèi)大量的HMGB1被動(dòng)釋放[8]。然而，無(wú)論是HMGB1的主動(dòng)分泌還是從受損或壞死細(xì)胞的細(xì)胞核被動(dòng)釋放，細(xì)胞外的HMGB1均會(huì)導(dǎo)致多種病理改變，如包括OA在內(nèi)的各類(lèi)關(guān)節(jié)炎、膿毒癥、動(dòng)脈粥樣硬化、神經(jīng)變性、腦膜炎和癌癥等[9]?；贖MGB1潛在的重要功能，其在各類(lèi)疾病中的作用已被廣泛研究，開(kāi)發(fā)靶向調(diào)控HMGB1、抑制其表達(dá)/釋放以及相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)的治療策略，將對(duì)防治OA等臨床疾病具有重要意義。

2 HMGB1在OA軟骨細(xì)胞炎癥中的作用機(jī)制

OA的病理機(jī)制已由最初的軟骨退化導(dǎo)致關(guān)節(jié)解剖和功能性受損發(fā)展為由滑膜、軟骨和軟骨下骨的炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的一類(lèi)骨與關(guān)節(jié)退行性改變[10]。通常將該類(lèi)炎癥反應(yīng)定義為無(wú)感染的情況下由內(nèi)源性信號(hào)驅(qū)動(dòng)的慢性、無(wú)菌性、低度炎癥狀態(tài)，且與年齡具有相關(guān)性。軟骨細(xì)胞是關(guān)節(jié)軟骨的獨(dú)特駐留細(xì)胞類(lèi)型，對(duì)OA的發(fā)展至關(guān)重要[11]。軟骨細(xì)胞炎癥反應(yīng)可促使炎性細(xì)胞因子釋放，加劇細(xì)胞外基質(zhì)和軟骨降解，推動(dòng)OA病理進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1是基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)因子，能夠刺激軟骨細(xì)胞炎癥反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而促進(jìn)OA的病理進(jìn)程[12]。Zhang等[13]研究表明，白楊素能夠呈劑量依賴(lài)性地抑制HMGB1，降低軟骨細(xì)胞炎癥介質(zhì)的表達(dá)，從而對(duì)OA具有潛在治療作用。Wang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，miR-140-5p可通過(guò)靶向抑制HMGB1抑制白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞炎癥和細(xì)胞因子上調(diào)。另有研究表明，HMGB1在調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞炎癥中具有雙重作用，在軟骨細(xì)胞炎癥早期，胞質(zhì)中的HMGB1通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞自噬和防止細(xì)胞凋亡以減弱炎癥反應(yīng)，而在軟骨細(xì)胞炎癥晚期，細(xì)胞外的HMGB1可刺激炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致OA中的軟骨破壞[15]。HMGB1可顯著增強(qiáng)OA軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，加速軟骨及軟骨細(xì)胞損傷，但目前對(duì)其致病過(guò)程的認(rèn)識(shí)尚不充分。因此，深入探索HMGB1在調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞炎癥中的作用機(jī)制，有助于完善OA的防治策略。

2.1 HMGB1/TLR4/NF-κB信號(hào)通路

HMGB1釋放后通過(guò)激活先天免疫反應(yīng)在細(xì)胞外發(fā)揮作用，其受體主要包括晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor of advanced glycation end product，RAGE)和Toll樣受體4(Toll-Like receptor 4，TLR4)[16]。核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是OA相關(guān)炎癥介質(zhì)的主要調(diào)節(jié)劑，對(duì)于誘導(dǎo)產(chǎn)生促炎因子和分解因子是必需的[17]。TLR4/NF-κB信號(hào)通路是炎癥反應(yīng)的經(jīng)典通路，也是炎癥信號(hào)傳導(dǎo)的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1能夠與細(xì)胞表面受體TLR4結(jié)合，加快炎性細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄和分泌，調(diào)節(jié)其下游轉(zhuǎn)錄因子NF-κB產(chǎn)生易位以發(fā)揮作用[18]。HMGB1是DAMPs中的一員，由其介導(dǎo)的HMGB1/TLR4/NF-κB信號(hào)通路在軟骨細(xì)胞炎癥中具有重要調(diào)節(jié)作用。研究表明，脂多糖能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞炎癥反應(yīng)，抑制其活性，升高炎癥細(xì)胞因子IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosisfactor-α，TNF-α)的水平，而miR-93-5p可阻斷HMGB1/TLR4/NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)通路，逆轉(zhuǎn)這一過(guò)程[19]?；诖?，通過(guò)抑制HMGB1/TLR4/NF-κB通路活性，能夠減輕軟骨細(xì)胞炎癥，有望改善OA患者的臨床癥狀。

2.2 HMGB1-RAGE/TLR4-NF-κB/AKT信號(hào)通路

蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)途徑對(duì)維持軟骨細(xì)胞穩(wěn)態(tài)具有重要作用，并參與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的分解與合成代謝。研究表明，抑制AKT信號(hào)傳導(dǎo)通路可緩解OA大鼠軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，提示AKT途徑在OA的發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要作用[20]。炎癥狀態(tài)下細(xì)胞外HMGB1的釋放增多，且RAGE和TLR4的表達(dá)增加。HMGB1通過(guò)與RAGE或TLR4結(jié)合，能夠激活NF-κB或AKT信號(hào)通路，導(dǎo)致信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，提高炎癥和分解代謝介質(zhì)的釋放水平。Hu等[21]研究發(fā)現(xiàn)，甘草酸通過(guò)調(diào)節(jié)HMGB1-RAGE/TLR4-NF-κB/AKT信號(hào)通路可減輕OA的病理改變，并可與HMGB1直接結(jié)合阻斷其與受體的相互作用，降低軟骨細(xì)胞促炎因子活性，抑制軟骨ECM降解，從而有效延緩OA進(jìn)程。由此可見(jiàn)，探索靶向干預(yù)HMGB1信號(hào)傳導(dǎo)的藥物分子，是阻斷炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，減輕軟骨細(xì)胞損害的潛在途徑。

2.3 HMGB1/TLR4/SDF-1信號(hào)通路

HMGB1可產(chǎn)生持續(xù)的炎癥生態(tài)位，為T(mén)LR4與DAMPs相互作用激活炎癥反應(yīng)提供相應(yīng)位點(diǎn)[22]。近年來(lái)，基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1(stromal cell-derived factor-1，SDF-1)作為與炎癥相關(guān)的趨化因子，其在OA發(fā)病機(jī)制中的作用逐漸被關(guān)注[23]。研究表明，當(dāng)SDF-1在關(guān)節(jié)滑囊中的表達(dá)顯著增加時(shí)，其受體在軟骨細(xì)胞中的表達(dá)也相應(yīng)升高，這與OA的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[24]。HMGB1可通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)TLR4介導(dǎo)的SDF-1表達(dá)。Liang等[25]證實(shí)，HMGB1會(huì)導(dǎo)致SDF-1釋放增加，且抑制HMGB1/TLR4/SDF-1信號(hào)通路能夠減輕軟骨細(xì)胞炎癥反應(yīng)，降低TLR4和SDF-1的表達(dá)，并減弱TLR4與HMGB1的相互作用，以保護(hù)軟骨細(xì)胞及拮抗OA。因此，通過(guò)直接或間接靶向作用于SDF-1，改善軟骨細(xì)胞炎癥狀態(tài)，具有較高的臨床研究?jī)r(jià)值。

3 HMGB1在OA軟骨細(xì)胞凋亡中的作用機(jī)制

軟骨細(xì)胞存在于關(guān)節(jié)軟骨中，對(duì)于維持軟骨代謝穩(wěn)態(tài)具有重要作用，其凋亡能夠誘發(fā)關(guān)節(jié)軟骨變性，是導(dǎo)致OA發(fā)展的主要原因[26]。近年來(lái)，HMGB1參與調(diào)控軟骨細(xì)胞凋亡備受關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1能夠調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)信號(hào)通路參與OA的進(jìn)展，且由其介導(dǎo)的相關(guān)信號(hào)通路能夠在一定程度上增加軟骨細(xì)胞凋亡率[27]。此外，隨著生物信息學(xué)的發(fā)展，HMGB1與軟骨細(xì)胞凋亡基因或蛋白之間的靶向作用關(guān)系也被逐步揭示[28]。Pan等[29]研究表明，miR-410-3p可靶向干預(yù)HMGB1并通過(guò)下游信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡。因此，系統(tǒng)闡述HMGB1及其相關(guān)信號(hào)通路在軟骨細(xì)胞凋亡中的調(diào)節(jié)作用，有助于深入理解OA的病理機(jī)制并制定相應(yīng)的治療措施。

3.1 HMGB1/GSK-3β/β-Catenin信號(hào)通路

糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)是一種進(jìn)化保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶，參與細(xì)胞凋亡、增殖、DNA修復(fù)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等細(xì)胞過(guò)程及多種疾病的發(fā)生發(fā)展[30]。GSK-3β在接受上游信號(hào)刺激后通過(guò)調(diào)節(jié)自身活性從而影響下游底物表達(dá)。研究表明，GSK-3β可通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線(xiàn)粒體等多種途徑參與軟骨細(xì)胞凋亡[31]。β-連環(huán)蛋白(recombinant beta catenin，β-Catenin)是Wnt信號(hào)通路的重要組成部分，可被Wnt家族蛋白激活，加速OA軟骨細(xì)胞凋亡[32]。GSK-3β作為β-Catenin的上游分子，其磷酸化增加導(dǎo)致β-Catenin在細(xì)胞質(zhì)中積聚并易位到細(xì)胞核內(nèi)，從而活化下游靶基因的表達(dá)[33]。HMGB1被認(rèn)為是軟骨細(xì)胞凋亡正調(diào)節(jié)因子，介導(dǎo)OA的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1能夠參與GSK-3β/β-Catenin通路的調(diào)節(jié)，上調(diào)磷酸化的GSK-3β和β-Catenin的表達(dá)水平[34]。此外，GSK-3β/β-Catenin通路的調(diào)節(jié)也有助于HMGB1誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞凋亡和軟骨基質(zhì)降解基因的表達(dá)。因此，阻斷HMGB1/GSK-3β/β-Catenin信號(hào)傳導(dǎo)，能夠減少軟骨細(xì)胞凋亡，對(duì)于延緩OA進(jìn)程具有重要作用。

3.2 HMGB1/PI3K/AKT信號(hào)通路

磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/AKT)參與了OA關(guān)節(jié)軟骨的退行性改變，包括軟骨細(xì)胞凋亡和ECM降解[35]。Shi等[36]研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/AKT信號(hào)通路活化會(huì)加劇軟骨細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，而抑制該通路可有效發(fā)揮軟骨保護(hù)作用，這為OA的防治提供了參考依據(jù)。持續(xù)的氧化應(yīng)激反應(yīng)是OA發(fā)生的病理因素之一，當(dāng)PI3K受到來(lái)自細(xì)胞膜的各種信號(hào)刺激時(shí)，能夠激活處于下游的AKT發(fā)生磷酸化改變，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)凋亡程序的啟動(dòng)，使得細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵蛋白被降解而導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生不可逆性損害[37]。因此，PI3K/AKT信號(hào)通路在OA中被激活，從而能夠影響軟骨細(xì)胞功能。隨著對(duì)HMGB1的深入研究，研究者發(fā)現(xiàn)PI3K/AKT作為HMGB1的下游信號(hào)通路同樣受到HMGB1的調(diào)節(jié)。一項(xiàng)生物信息學(xué)分析表明，HMGB1在OA組織中高表達(dá)，并通過(guò)激活PI3K/AKT信號(hào)通路，影響其下游的細(xì)胞凋亡及基質(zhì)降解功能，進(jìn)而加重了OA的病變程度[38]?；诖?，靶向抑制HMGB1或HMGB1/PI3K/AKT信號(hào)通路是實(shí)現(xiàn)防治OA的潛在有效策略。

3.3 HMGB1/MAPK信號(hào)通路

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)是真核生物中的保守蛋白激酶，可建立信號(hào)模塊參與多種環(huán)境壓力下的信號(hào)傳遞[39]。MAPK信號(hào)通路作為細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)劑影響眾多生物過(guò)程，包括細(xì)胞凋亡、分化和蛋白質(zhì)合成等。由于其具有高度保守特性，因此，嚴(yán)格控制MAPK的活性至關(guān)重要。MAPK信號(hào)通路在無(wú)刺激時(shí)保持靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)受到外界刺激時(shí)通過(guò)磷酸化的方式被激活，進(jìn)而逐級(jí)傳遞相關(guān)信號(hào)，最后進(jìn)入到細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮其生物活性。細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑MAPK已被證明能夠在OA中激活，且在OA發(fā)病機(jī)制中扮演關(guān)鍵角色。此外，抑制MAPK通路的磷酸化水平能夠起到抑制軟骨細(xì)胞凋亡和減輕OA軟骨破壞的作用。隨著HMGB1在OA病程中逐漸積累并在細(xì)胞外過(guò)表達(dá)，打破了軟骨細(xì)胞內(nèi)原有的合成與分解代謝平衡，導(dǎo)致軟骨細(xì)胞不受限制地發(fā)生凋亡。而HMGB1也被認(rèn)為是MAPK信號(hào)通路的上游分子，介導(dǎo)了該通路的磷酸化啟動(dòng)，故探索調(diào)節(jié)HMGB1/MAPK信號(hào)通路的新方法也將有利于阻斷軟骨細(xì)胞凋亡和減輕OA進(jìn)展。HMGB1及其相關(guān)信號(hào)通路在OA軟骨細(xì)胞炎癥和凋亡中的具體調(diào)節(jié)作用機(jī)制見(jiàn)圖1。

4 小結(jié)與展望

軟骨細(xì)胞是關(guān)節(jié)軟骨中的獨(dú)特駐留細(xì)胞，對(duì)維持軟骨代謝穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。軟骨細(xì)胞活力和數(shù)量的降低及炎癥程度與OA的發(fā)生和進(jìn)展密切相關(guān)，同時(shí)軟骨細(xì)胞功能受損將會(huì)加重患者臨床癥狀。隨著對(duì)OA發(fā)病機(jī)制研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)HMGB1可參與軟骨細(xì)胞炎癥反應(yīng)與凋亡，其在細(xì)胞內(nèi)過(guò)度積聚并釋放到細(xì)胞外是軟骨細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng)和凋亡的誘因，且這一過(guò)程是在HMGB1介導(dǎo)的信號(hào)級(jí)聯(lián)下完成的，會(huì)加速軟骨細(xì)胞損傷，且各級(jí)信號(hào)通路之間也存在串?dāng)_關(guān)系。鑒于目前OA的治療藥物主要在于緩解疼痛、改善功能和限制殘疾，進(jìn)行性關(guān)節(jié)損害尚無(wú)法恢復(fù)，因此，迫切需要治療OA的新型藥物或修飾劑。未來(lái)可嘗試通過(guò)靶向干預(yù)HMGB1及其相關(guān)信號(hào)通路，以恢復(fù)軟骨細(xì)胞功能，減輕軟骨細(xì)胞炎癥及凋亡的發(fā)生。

作者貢獻(xiàn)：齊鑫負(fù)責(zé)論文撰寫(xiě)；陳一新、馬姣姣、齊偉、胡紫陽(yáng)負(fù)責(zé)查閱文獻(xiàn)；張曉剛、于海洋、陳欣、劉建軍負(fù)責(zé)論文指導(dǎo)；安文博、王志鵬、王多賢、羅鵬飛負(fù)責(zé)論文修訂。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突