核小体是系统性红斑狼疮(SLE)的重要原发性自身抗原,抗dsDNA和核小体的自身抗体是SLE的特征性特征(30,45,46). 通常,纯化的dsDNA和核小体免疫原性较差(47,48). 核小体是广泛存在且丰富的自身成分,为什么核小体在SLE中具有免疫原性尚不清楚。单核小体和寡核小体是在细胞凋亡过程中通过染色质分裂形成的,可能出现在细胞表面和凋亡死亡过程后期的凋亡泡中(23,24,49). 正常情况下,在核小体释放之前,吞噬细胞会迅速清除凋亡细胞。然而,如果死亡细胞进入凋亡的晚期,核小体就会释放(28). 我们在继发性坏死而非原发性坏死细胞的上清液中检测到与HMGB1复合的核小体。因此,在凋亡细胞清除受损的情况下,正如在部分SLE患者中观察到的那样(18,19)和内源性佐剂HMGB1复合的核小体可能被释放并促进自身免疫反应。
事实上,在SLE患者的血液中经常可以检测到核小体,并被认为是体内细胞死亡的结果(30,50). 凋亡诱导剂处理的小鼠血浆中出现的核小体和DNA呈剂量依赖性(51). 在SLE中,核小体主要以免疫复合物的形式存在,因为存在各自的自身抗体(52). 我们在SLE患者的循环免疫复合物中检测到HMGB1,但在对照组中没有检测到。由于大量SLE患者中存在HMGB1自身抗体(22,53)也可能存在仅含HMGB1的免疫复合物。然而,共免疫沉淀实验显示,在SLE患者的血清和血浆中可检测到的HMGB1至少部分与dsDNA和核小体有关。健康人中未检测到HMGB1免疫复合物,尽管也存在HMGB1抗体(22,53). 最有可能的是,在健康受试者中,HMGB1通常不会被释放,因为死亡细胞被迅速清除;因此,不会形成免疫复合物。先前的研究表明,在凋亡细胞中,HMGB1与低乙酰化染色质紧密结合,即使在经历了继发性坏死之后。相反,HMGB1从原发性坏死细胞的染色质中快速丢失(17). 因此,SLE患者血液中HMGB1–核小体复合体可能主要来源于继发性坏死细胞,而非原发性坏死的细胞。
Bell等人的最新发现(54)表明HMGB1的释放可能不是原发性坏死的唯一特征。至少在某些细胞中,HMGB1的释放也发生在晚期凋亡细胞死亡期间,甚至在DNA释放之前(54). 在本文中,我们证明至少有一部分HMGB1是从次生坏死细胞释放出来的,它与核小体结合。活细胞的核小体几乎不含HMGB1。只有一小部分凋亡细胞衍生核小体含有HMGB1,这表明核小体和HMGB1之间形成的高亲和力复合物仅限于核小体的某些亚群和/或HMGB1。这些复合物的数量可能取决于细胞类型和不同的凋亡途径。
最重要的是,凋亡细胞衍生的核小体显示出强大的促炎作用。从HMGB1缺陷的凋亡MEF中纯化的核小体诱导了极少的TNF-α和IL-10分泌。HMGB的那些低的HMGB1缺乏而HMGB2含量非常低的细胞,不会刺激任何TNF-α或IL-10的释放。这些数据表明HMGB1在来自凋亡细胞的核小体的促炎症特性中起着直接和关键的作用,并表明HMGB2具有类似的氨基酸序列,与HMGB1具有许多甚至全部的生化特性(5,55)也显示出促炎症的潜力。值得注意的是,由凋亡核小体诱导的TNF-α、IL-6和IL-10在SLE患者的血清中升高,可能参与SLE的发病机制(56,57). 然而,TNF-α在SLE中的作用似乎是矛盾的。一方面,可能参与SLE免疫发病机制的IFN-α/β的产生通常被TNF-α下调(58). 另一方面,在SLE患者的血清和炎症肾脏中发现TNF-α,可能会导致炎症过程和器官损伤(59). 在SLE中,TNF-α可能无法充分调节IFN-α的生成(56)两种细胞因子的联合增加可促进其发病。
HMGB1的大多数生物效应被认为是由多基因受体RAGE以及TLR2和4介导的(8,10,11,15,60). 最近的一项研究表明,HMGB1与CpG寡核苷酸复合,比HMGB1单独与RAGE结合更有效。HMGB1强烈增强了CpG寡核苷酸介导的B细胞和pDC依赖TLR9的细胞因子释放,并依赖RAGE和TLR9。然而,确切的机制尚不清楚(10).
与HMGB1–CpG寡核苷酸复合物的这些数据相反,凋亡细胞中含有HMGB1的核小体诱导巨噬细胞释放细胞因子,独立于RAGE、TLR4和TLR9,而只有TLR2信号是必需的。用凋亡核小体免疫TLR2缺陷小鼠,并没有显著诱导抗dsDNA或抗组蛋白抗体,这一事实证实了TLR2对HMGB1-核小体复合体在体内的免疫刺激作用的关键作用。有趣的是,发现Mal/TIRAP蛋白的单一功能缺失等位基因的存在对TLR2和TLR4介导的信号转导至关重要,对SLE具有保护作用,而对类风湿性关节炎的发生没有影响(61). 根据我们的结果,HMGB1可能代表TLR2信号与SLE发病机制之间的联系。如MRL/lpr小鼠所示(62),dsDNA和核糖核蛋白颗粒自身抗体的形成可能另外分别需要TLR9和TLR7。
与CpG寡核苷酸和CpG–HMGB1复合物相比,HMGB1–核小体复合物本身不会导致pDC释放IFN-α。然而,在含有高浓度抗dsDNA抗体和核小体的血清中,IFN-α的诱导作用很强,可能在SLE的免疫发病机制中发挥关键作用(图S3)(63). 此外,初步数据表明,在用凋亡细胞的核小体而不是活细胞的核小体免疫的小鼠中,随后注射核小体在体内诱导IFN-α的释放。这些数据表明,凋亡核小体可能启动dsDNA自身抗体的形成。核小体的随后释放导致免疫复合物和IFN-α分泌的形成,然后作为自身免疫和炎症的放大环(图S5)。
DC是免疫反应的重要调节器。成熟DC对T辅助细胞的启动尤其必要。DC在识别病原体后成熟(64). 在没有病原体的情况下,也可能发生DC介导的自身免疫反应。在这种情况下,作为报警蛋白的内源性分子可能激活APC并增强共刺激分子和MHC II类分子的表达(65). 以前已经证明重组HMGB1和HMGB1 B盒(12)以及来自WT MEF但不是来自其嗯1−/−对应物,诱导DC成熟(13). 此外,其他研究小组证明染色质/核小体免疫复合物(66)从小牛胸腺纯化的游离核小体直接与DC相互作用,并可通过TLR9依赖和独立的途径激活它们(46). 在这篇论文中,我们证明凋亡细胞衍生的核小体与来自活细胞的相比,诱导了明显更强的DC成熟。此外,来自凋亡HMGB的核小体低的MEF没有诱导DC成熟,再次证明HMGB蛋白作为内源性佐剂在增强DC抗原提呈功能方面发挥关键作用。
虽然核小体被认为是SLE的主要自身抗原之一,但以前用活细胞纯化的核小体免疫非自身免疫小鼠的尝试未能触发相关自身抗体的产生(30). 与之前的研究一致,我们也没有观察到活细胞核小体免疫后抗dsDNA抗体的显著诱导。重要的是,用来自凋亡细胞的HMGB1核小体复合物免疫,激活巨噬细胞并诱导DC体外成熟,转化为显著增加非自身免疫小鼠的抗dsDNA抗体生成。Mevorach等人(67)用全凋亡细胞免疫非自身免疫小鼠,但不能检测到dsDNA抗体,只能检测到ssDNA抗体。在非自身免疫小鼠中,整个凋亡细胞未能诱导与疾病相关的抗dsDNA抗体,可能是由于凋亡细胞的快速清除及其抗炎和免疫抑制特性所致(68).
总之,含有HMGB1的凋亡细胞衍生核小体可能通过其对各种细胞类型,尤其是巨噬细胞和DC的促炎作用,严重破坏SLE患者对核抗原的外周耐受性。此外,我们的研究结果表明,拮抗HMGB1可能是一种新的SLE治疗策略。