高迁移率族蛋白B1及其受体在炎症发生中的作用机制研究

赵龙军 靳卫国

1 泰山医学院研究生部（271000）

2 聊城市人民医院妇产科（252000）

高迁移率族蛋白（high mobility group protein，HMG） 是一大类富含电荷的低分子非组蛋白染色体核蛋白，因其在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的高迁移能力而得名，HMGB1属于HMG家族成员之一，广泛存在于各种细胞中，人HMGB1基因定位于染色体13q12，在进化过程中高度保守，含215个氨基酸残基，N端富含赖氨酸，酸性尾端富含天冬氨酸和谷氨酸，2个 “L”型HMG box，分别是A box（1～85个残基）和B box（88～162个残基），是结合DNA的功能结构域，与酸性尾端共同组成3个功能区。而B box具有细胞因子样活性，诱导炎性细胞分泌促炎性细胞因子，这种细胞因子样活性会被A box对抗。HMGB1与DNA的结合非常松散，经常通过核孔游走于细胞核和细胞质之间，参与DNA的复制、转录及修饰过程，有“DNA伴侣”之称，近年来的研究证实HMGB1在急慢性炎症中均具有表达，特别是迟发型的炎性反应。

1 HMGB1的产生

最初的研究表明，内毒素可刺激巨噬细胞产生HMGB1，且持续时间较长，其后发现多种促炎性因子如TNF-α、IL-1等均可诱导巨噬细胞/单核细胞分泌HMGB1[1]，并使HMGB1分子上的赖氨酸残基乙酰化，而HMGB1的乙酰化会导致核孔堵塞，使HMGB1在细胞质内聚集，不能再进入核内，含有HMGB1的分泌性溶酶体与细胞膜融合，活化后即被分泌。另外，内皮细胞在LPS和TNF-α刺激下能分泌HMGB1，坏死细胞可释放HMGBl。

2 HMGB1的受体

晚期糖基化终产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE）是一种膜受体，由400多个氨基酸组成，包括一个“V”样域和2个“C”样域，每个都含有一对保守的半胱氨酸残基，“V”样域上还含有2个与“N”耦连的糖基化位点，这些对于RAGE分子结构的稳定性和特异识别配体的功能具有重要意义，RAGE的胞内域主要与信号转导有关。RAGE是HMGB1的主要受体，在正常组织中RAGE低表达[2]，在T细胞、树突状细胞（DC）、巨噬细胞等炎性细胞中高表达，多数研究表明HMGB1的促炎效应大部分是通过RAGE起作用的。

3 HMGB1介导的信号转导通路

对HMGB1作用的信号通路的研究集中在核转录因子NF-κB[3,4]和MAPK信号转导途径两个方面，其中MAPK信号通路最终通过活化NF-κB起作用。

3.1 NF-κB信号转导通路

核因子κB（NF-κB）是Sen等于1986年从B细胞核提取物中发现的一种能与免疫球蛋白κ轻链的增强子κB序列特异结合的蛋白因子。在大多数细胞中，NF-κB与其抑制蛋白IκB家族成员结合，以无活性的方式存在于胞质中。当HMGB1与RAGE结合后，诱导发生氧化应激，产生大量氧自由基，进而激活IκB激酶，使IκB磷酸化，与NF-κB解离，使NF-κB具有活性[5]。NF-κB可与TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等多种细胞因子的基因启动子或增强子发生特异性结合，促进基因转录和表达，而其靶基因产物（如TNF-α和IL-1β）可正反馈激活NF-κB，诱发级联放大效应。

TNF-α与其受体TNF-R1结合，引起TNF-R1的三聚化，形成同源三聚体，通过同嗜性募集TRADD（含有死亡结构域），TRADD再与TRAF2（TNF受体相关因子2）、丝氨酸/苏氨酸磷酸化激酶RIP（receptor interacting protein）受体相互作用蛋白结合向细胞膜移动，发生多聚化，从而激活IκB激酶，活化NF-κB。在这个级联反应中，RIP起主要作用，TRAF2有协同作用[6]。IL-1与IL-1R结合后，活化的IL-1R与IL-1受体结合蛋白（IL-1RacP）形成复合物，通过接头蛋白MyD88与下游丝氨酸/苏氨酸磷酸化激酶IRAK/IRAK2作用，进而与泛素连接酶TRAF6相互作用，促进MEKK1活化，进而激活IκB激酶，参与NF-κB的活化[5]。

3.2 MAPK信号转导通路

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是生物体内重要的信号转导系统，能被多种炎性刺激所激活，并对炎症的发生、发展起重要调控作用。HMGB1与其受体RAGE的结合引发RAGE胞内结构域变构，诱发氧化应激反应，产生的氧自由基会激活Ras，进而磷酸化MEK1，这种磷酸化是双重的，大大增加了MEK1的活性，具有活性的MEK1作用于下游底物MAPK/ERK，使其具有活性，影响细胞因子、趋化因子、黏附因子等的基因转录和表达。在这个通路中，MAPK除有自身的生理病理作用外，还可以通过激活NF-κB起作用[7]。

3.3 HMGB1与TLRs结合后的信号转导

TLRs是一种Ⅰ型跨膜蛋白，由紧密相连的3个部分组成，其中胞内段被称为TIR区，为所有 TLR及IL-1R分子胞内段所共有。该结构域可以与胞内其他带有相同TIR结构域的分子发生相互作用，启动信号传递，是信号转导的主要区域。HMGB1与TLRs的研究目前主要集中在TLR2、TLR4和TLR9上。TLRs识别上述相应 PAMPs及内源性配体后，与胞质区内不同的受体接头蛋白结合进行信号转导。大都通过MyD88依赖性途径，介导下游的信号转导。MyD88为TLRs信号途径中普遍存在的接头分子，它的C端含 TIR结构域，与TILRs胞内区的TIR结合，N端则是死亡结构域。在信号转导过程中，MyD88一方面可通过C末端的TIR区域与TLR的TIR区直接相连，同时又可通过N末端区与IL-1受体相关激酶（IRAK）相互作用，形成TLR-MyD88-IRAK受体复合物，使信号下传，可激活NF-κB和AP-1，控制炎性因子的分泌[8]。其通路主要有以下两条：①TIR-MyD88/IRAK-NF-κB诱导激酶 （NIK）/NF-κB途径；②TLR -MyD88/IRAK丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径。

4 HMGB1与免疫细胞

4.1 HMGB1与T淋巴细胞

T细胞介导的细胞免疫在机体的炎性反应中有着举足轻重的作用，研究表明HMGB1可以介导T细胞向各个亚群的分化，并呈现出剂量依赖关系[9]。后来进一步的研究表明了低剂量HMGB1可增强淋巴细胞免疫功能，表现为Th1、Tc1占优势，同时会对淋巴细胞 IL-2分泌有促进作用，而大量产生的IL-2将促使 Th0、Th2及 Tc0、Tc2 向Th1、Tc1漂移，同时，Th1和Tc1亚群增加会促进IL-2产生，将在一定范围内形成正反馈[10]。调节性T细胞（Treg）可诱导自然杀伤性T细胞（NK细胞）、B细胞凋亡，下调树突状细胞表面分子CD80/CD86表达，抑制CD4+、CD8+功能等。CTLA-4是公认的T细胞表面介导接触抑制的重要膜分子。已有多项研究表明，阻断 CTLA-4或其Fab段分子能够明显逆转CD4+CD25+Treg的抑制效应。同时，特异性表达于CD4+CD25+Treg上的 Foxp3，其基因及蛋白产物的表达状况直接影响着Treg表型及功能活性发挥[11]。研究表明，HMGB1能诱导Treg CTLA-4表达弱，HMGB1可能通过下调 Foxp3表达进而影响Treg免疫调节活性，这种关系呈现出了时间-效应关系和剂量-效应[12]。

4.2 HMGB1与巨噬细胞

Andersson等[13]研究证实了HMGB1可诱导单核/巨噬细胞产生多种炎性因子，如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8和巨噬细胞炎性蛋白1等，作用于内皮细胞后可促进细胞间黏附分子1、血管细胞间黏附分子1的表达，并可增加平滑肌细胞的细胞骨架重构及趋化，是感染、损伤和炎症中关键的晚期因子。刘峰等[14]研究了HMGB1对离体小鼠腹腔巨噬细胞免疫活性的影响，通过对巨噬细胞的吞噬功能、杀伤活性、趋化活性及抗原呈递能力的研究证实，一定浓度的HMGB1可增强巨噬细胞的免疫功能，这种效应呈现出了剂量效应关系，与时间的关系呈现出抛物线样关系，这样的效应同是提示了HMGB1对巨噬细胞的免疫功能可能存在双向调节效应，高浓度HMGB1刺激后正向调节作用有所抑制。后续研究了HMGB1对巨噬细胞免疫功能影响的可能受体机制，通过分离培养小鼠腹腔巨噬细胞，HMGB1刺激后，采用激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞术检测RAGE的表达，结果证实HMGB1可诱导RAGE表达增强[15]。巨噬细胞能否提呈抗原以及提呈抗原作用的强弱与I-A/-E抗原表达直接相关，低剂量HMGB1攻击上调巨噬细胞I-A/-E的表达，究其原因可能与大剂量 HMGB1下调巨噬细胞MHC-Ⅱ类分子表达，而适度 HMGB1负载会增加IL-2的表达有关[16]。

4.3 HMGB1与树突状细胞

树突状细胞（dendritic ceils，DC）是迄今发现的功能最强的抗原递呈细胞（APC），它作为免疫调节细胞既有免疫激活作用，又可诱导免疫耐受，并与其成熟发育状况密切相关[17]。在未成熟 DC表面可表达低水平的 CD80、CD86和MHC-Ⅱ分子，MHC-Ⅱ分子与T细胞表面T细胞受体，CD80及CD86可与 T细胞表面的CD28相互作用，提供激活 T细胞的协同刺激信号。徐姗等[18]研究表明，HMGB1可促进大鼠脾脏DC细胞表面共刺激分子CD80、CD86和 MHC-Ⅱ的表达增强，证明HMGB1可直接诱导 DC发生病理生理改变。然而当 HMGB1刺激剂量进一步加大时，CD80、CD86和MHC-Ⅱ表达反而减弱，其确切原因尚不清楚，推测可能与HMGB1的毒性作用有关。另外发现HMGBl可以诱导 DC高表达共刺激分子，分泌IL-12、TNF-α，促使DC成熟。

4.4 HMGB1与血管内皮细胞

血管内皮细胞的损伤是许多疾病发病的重要环节。别良峰等[19]研究了HMGB1诱导血管内皮细胞分泌TNF-α的规律及其在脓毒症中的作用，结果表明血管内皮细胞TNF-α的分泌与HMGB1刺激浓度间有显著的剂量依赖性关系，并且HMGB1诱生TNF-α的动力学特点与LPS明显不同，LPS刺激细胞后TNF-α的分泌呈一过性增高，而HMGB1诱生的TNF-α则随着时间的增加而增加，呈时间依赖性。血管内皮细胞在HMGB1的刺激下，能诱导黏附分子的表达，如ICAM-1、VCAM-1等，还能刺激TNF-α、IL-8、MCP-1、PAI-1、t-PA等因子的产生。由血管内皮细胞不是免疫系统中的成员，但其介导的免疫反应和对细胞因子的释放的影响具有举足轻重的作用。

总之，作为晚期致炎细胞因子，HMGB1参与了许多炎症性疾病的病理生过程，具体的作用机制有待于深入研究。另外，研究证实HMGB1单克隆抗体以及水杨酸钠、丙酮酸乙酯、尼古丁、溶血磷脂胆碱、重组HMGB1 A box蛋白等可抑制HMGB1的释放或抑制HMGB1的作用，相信HMGB1的深入研究对炎症疾病的治疗会开辟新的途径。

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