高迁移率族蛋白B1 在肺纤维化中作用的研究进展

王 琼综述，陈国千，陈静瑜审校

0 引 言

当肺成纤维细胞受到化学性或物理性损伤时，分泌胶原蛋白进行肺间质组织的修补，进而造成肺纤维化。肺纤维化导致肺组织结构改变和功能丧失，严重者可致死亡。诸多肺部疾病表现为肺纤维化的病理改变，特发性肺纤维化是其中的一种常见疾病［1］。肺纤维化是全球肺部疾病发病率和死亡率的重要原因之一，目前尚无有效的防治措施，其病理学机制也尚未清楚，但普遍认为细胞因子介导的细胞和细胞间相互作用在肺纤维化的发生发展中起着重要的作用［2］。近年研究表明，高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)作为一种新的重要炎症介质或细胞因子，参与诸多疾病包括纤维化疾病的发病机制［3］。现就HMGB1 在肺纤维化中作用的研究进展作一综述。

1 HMGB1 的概述

1.1 HMGB1 的分子结构 HMGB1 为细胞核内与DNA 结合的一种非组蛋白，广泛存在于哺乳动物的各种组织细胞中，因其在聚丙烯酰胺凝胶电泳中快速迁移而得名。HMGB1 蛋白为一条由215 个氨基酸组成的单链多肽，氨基酸序列进化中高度保守，啮齿类动物与人的HMGB1 仅在C 末端重复序列中存在2 个氨基酸的差异，相对分子质量约为25 000，由于其带有较多的正电荷而在聚丙烯酰胺凝胶电泳时约处于30 000 的位置。HMGB1 分子从N 端到C端，结构依次为2 个可与DNA 结合的带强正电荷的结构域即A box 和B box，和1 个富含酸性氨基酸(天门冬氨酸、谷氨酸)并高度重复的酸性尾端;B box 是引起炎症反应的功能区域，而A box 对B box有一定的拮抗作用，具有抗炎活性［4］;酸性尾端为与受体结合的区域，近年研究还显示，HMGB1 的酸性尾端与HMGB1 的胞葬抑制作用有关［5］。HMGB1蛋白转译后广泛进行糖基化、乙酰化、甲基化、氧化、磷酸化等修饰加工，并影响其功能［6］;值得注意的是由坏死细胞被动释放与活化细胞主动分泌的HMGB1 在分子修饰上有差异，后者表现高乙酰化，目前尚不清楚这一修饰差异对HMGB1 生物学功能的影响［7］。

1.2 HMGB1 的生物学功能 HMGB1 几乎存在于所有种类的真核细胞中，主要位于细胞核内与DNA非特异性结合，结合松散、亲和力低，平均10 ～15 个核小体含有1 个HMGB1 分子，HMGB1 作为细胞核内的结构蛋白参与核内多种功能，如基因的转录和复制、DNA 的重组和修复、核小体结构的构建和稳定等。研究显示，一些组织细胞在许多胞外诱导因素如内毒素、缺氧、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α 等作用下能主动分泌HMGB1［8］。另外，坏死损伤细胞也可被动释放HMGB1。细胞外的HMGB1 具有多种生物学功能，包括免疫应答、组织修复、细胞增殖分化、细胞迁移、神经生长、血小板活化等。细胞外HMGB1 作为一种重要的炎性递质或致炎细胞因子，可以激活巨噬细胞、外周血单核细胞、内皮细胞、上皮细胞等表达和释放TNF-α、白细胞介素(interleukin，IL)-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、巨噬细胞炎症蛋白(macrophage inflammatory protein，MIP)-1α、MIP-1β、细胞间黏附分子-1、血管细胞黏附分子-1 等，引起炎症免疫反应［9］。研究还显示，HMGB1 可与其他分子如IL-1、组蛋白、脂多糖等结合形成杂合体而产生协同效应［10］。诸多研究表明，HMGB1 在脓毒症、关节炎、肺炎、慢性肝病、恶性肿瘤、动脉粥样硬化等多种疾病的发病过程中发挥着重要作用，是疾病发病机制中的关键调控因子［11－12］。

1.3 HMGB1 的胞内信号转导 细胞外HMGB1为一种黏性蛋白，可与细胞表面分子即胞膜受体结合而引发胞内信号转导，发挥其生物学效应。现已发现多种HMGB1 受体，包括晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)、toll 样受体(toll-like receptor，TLR)、血栓调节蛋白(thrombomodulin，TM)等［13］。

RAGE 是一种跨膜蛋白，为免疫球蛋白超家族成员之一，属于多配体受体，在吞噬细胞、单核细胞、神经元细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、T 细胞、未成熟树突状细胞等细胞表面均有表达。正常情况下组织细胞表现为RAGE 低表达，当其配体分子增多时，RAGE的表达量随之上调。HMGB1 与RAGE 结合后激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)，如p38、c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal Kinase，JNK)、胞外信号调节激酶l/2 的磷酸化，激活细胞核因子κB(Nuclear factor κB，NF-κB)活性，引致NF-κB 核内转移，诱导促炎细胞因子、趋化因子等表达，也影响G 蛋白信号通路［14］。

TLR 是Ⅰ型跨膜蛋白，人类TLR 家族成员现已确认的有10 个(TLR1-10)，在巨噬细胞、树突状细胞、上皮细胞等20 多种细胞中均有表达。TLR 可与多种配体结合，包括HMGB1、脂多糖、脂磷壁酸、dsDNA、防御素等，能与HMGB1 结合的主要有TLR2、TLR4 和TLR9。HMGB1 与TLR 结合后，主要通过髓样分化因子依赖信号通路转导，激活NF-κB 活性，引起TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8 等促炎细胞因子的基因表达上调并大量释放［15－16］。有研究显示，提纯的重组HMGB1无致炎活性，而HMGB1 与ssDNA、脂多糖、核小体等结合形成复合物后可分别激活TLR9、TLR4 和TLR2 并具有高致炎性，提示HMGB1 可能有单独和复合2 种形式，其作用不同［17］。

TM 是一种血管内皮细胞表面的跨膜糖蛋白，主要参与凝血机制的调节，它含有5 个结构域，其中N 端结构域能阻止HMGB1 与RAGE 的结合，从而抑制下游信号通路的激活和炎性因子的表达，属于负性调控受体［18］。

2 HMGB1 在肺纤维化中的表达改变及其作用

肺纤维化为一种病理变化，以多种原因引起的上皮细胞活化和损伤、大量细胞因子释放、细胞外基质沉积、异常间质细胞活化和增殖为特征，其病理机制复杂，尚待进一步阐明。近年研究结果表明，HMGB1 在肺纤维化的发病机制和病情变化中具有重要作用。

Hamada 等［19］研究显示，特发性肺纤维化、非特异性间质性肺炎患者的病变肺组织中炎性细胞(如巨噬细胞)、上皮细胞等HMGB1 表达增强，尤其在其细胞核内增强更为显著，特发性肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液中HMGB1 含量明显升高，但特发性肺纤维化、非特异性间质性肺炎患者血清HMGB1 水平与健康对照组比较未见明显差异;通过博莱霉素诱导小鼠肺纤维化的实验显示，在注药后早期(1d)，HMGB1 主要在支气管上皮细胞表达增强，而在后期(7－14d)，主要在肺泡上皮细胞和炎性细胞表达增强，且在纤维化病变部位表现明显;通过体外肺成纤维细胞培养实验，HMGB1 明显诱导细胞增殖，但不能引起细胞凋亡和胶原合成。Ebina等［20］通过对特发性肺纤维化患者急性加重后不同时间收集的支气管肺泡灌洗液中HMGB1 及其他18种炎症细胞因子含量的检测分析，显示其灌洗液中HMGB1 含量逐渐升高，并与单核细胞趋化蛋白-1含量呈正相关;通过对急性加重后尸检获取的肺组织的免疫组化染色观察，显示肺泡上皮细胞的胞浆HMGB1 染色显著加强，并与单核细胞趋化蛋白-1染色变化一致，而毛细血管内皮细胞的血栓调节蛋白表达明显降低，由于血栓调节蛋白为HMGB1 的一种负性调控受体，其表达降低可能进一步促进HMGB1 作用。小鼠在使用博莱霉素后支气管肺泡灌洗液中HMGB1 含量也出现升高，另外，HMGB1可诱导肺泡Ⅱ型上皮细胞的上皮-间叶转化，但对取自RAGE-/-小鼠的肺泡Ⅱ型上皮细胞无反应，提示HMGB1/RAGE 通路在肺纤维化中可能扮演着重要角色［21］;然而，Englert 等［22］的实验结果并不支持这种观点，他们使用可溶性RAGE(诱饵受体)阻断RAGE 信号转导后并不能减轻博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化。Zhang 等［23］也报道，博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠肺组织中HMGB1 表达增强而RAGE 减少。因此，HMGB1 是否可能通过其它胞膜受体引起胞内信号转导还有待研究。国内蔡琳等［24］研究显示，博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠肺组织中HMGB1和间质细胞标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表达较对照组明显增多。Chirico 等［25］通过对31 例囊性纤维化患者和30 例非吸烟健康者的调查显示，囊性纤维化患者血清HMGB1水平明显升高，并与肺功能衰退有关。

这些研究结果提示，HMGB1 在肺纤维化的发生发展中具有重要意义，有望成为肺纤维化防治的新靶标。但适度的HMGB1 释放对机体自我修复或许有益，Pittet 等［26］研究发现，HMGB1 可通过IL-1β 激活TGF-β1 而促进肺泡上皮细胞的修复。

HMGB1 致纤维化的胞内信号通路研究迄今甚少，尤其在肺纤维化中的胞内信号通路尚未见报道。Wang 等［27］研究显示，HMGB1 诱导肝星状细胞的增殖、迁移改变与TLR4 依赖的JNK、磷脂酰肌醇-3 激酶/Akt 磷酸化和NF-κB 活化有关。另有实验结果显示，重组HMGB1 剂量依赖性引起心脏成纤维细胞的胶原、转化生长因子-β1(transforming growth factorβ1，TGF-β1)表达增加和细胞增殖，并与胞内MAPKs通路有关［28］。Li 等［29］最近报道，HMGB1 可诱导肺成纤维细胞NF-κB 信号转导基因表达增强，基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2、MMP-9等分泌释放增多，及细胞增殖，而使用NF-κB抑制剂后MMP-2、MMP-9 等水平下降，提示HMGB1 诱导肺成纤维细胞增殖可能与NF-κB 信号通路有关。

3 肺纤维化的HMGB1 靶向治疗

越来越多的研究结果表明，HMGB1 与纤维化疾病如肺纤维化、肝纤维化、肾纤维化、心肌纤维化、囊性纤维化等的发生发展密切相关［3］，为此，肺纤维化的HMGB1 靶向治疗受到关注。

Hamada 等［19］予小鼠腹腔内注射抗HMGB1 抗体或丙酮酸乙酯后，博莱霉素诱导的肺组织炎症和纤维化明显减轻，提示HMGB1 可能为肺纤维化的一种治疗靶标。蔡琳等［24］使用HMGB1 RNA 干扰方法来抑制HMGB1 表达，结果博莱霉素诱导的小鼠肺组织α-SMA 表达降低、肺纤维化减轻。RAGE为HMGB1 的主要受体之一，博莱霉素诱导剔除RAGE 小鼠的肺纤维化明显减轻，这可能与剔除RAGE 后HMGB1 作用减弱有关［21］。Zhang 等［23］研究结果显示，原儿茶醛可抑制HMGB1 表达、增加RAGE 表达并减轻肺纤维化程度;TGF-β1 激活A549 细胞表达HMGB1、减少RAGE 表达，并引起上皮-间叶转化，而原儿茶醛可抑制这些激活反应，并抑制TGF-β1 激活的肺成纤维细胞HLF-1 增殖，提示原儿茶醛可能通过调控HMGB1/RAGE 通路抑制肺纤维化。中药玉屏风具有抗炎和调节免疫的功能，Li 等［30］研究显示，玉屏风提取液明显减少博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠肺组织中羟脯氨酸和Ⅰ型胶原的含量，抑制HMGB1、TGF-β1 和α-SMA 的过表达，减轻肺纤维化，提示玉屏风提取液对肺纤维化具有潜在的治疗作用，并可能通过抑制HMGB1、TGF-β1 表达而起效应。多黏菌素B 纤维柱具有吸附内毒素作用而用于治疗内毒素血症，也有报道显示其也有助于特发性肺纤维化患者的治疗。Abe等［31］通过实验分析显示，急性加重的特发性肺纤维化患者血液经多粘菌素B 纤维柱处理后，HMGB1水平降低，而纤维柱洗脱液检出HMGB1，提示多黏菌素B 纤维柱可能同时具有吸附HMGB1 功能。

4 结语与展望

肺纤维化的发病机制尚不清楚，该类疾病的药物治疗效果较差，因此其发病机制的研究和防治措施的探索受到国内外高度重视。肺纤维化病理过程涉及肺泡上皮细胞损伤、修复异常、上皮-间叶转化及细胞外基质沉积等，而据目前有限的研究显示，HMGB1 作为一种新的重要炎症介质或细胞因子参与这些病理改变并扮演重要角色。早期适度的HMGB1 释放对机体组织的自我修复或许有益，但过度的HMGB1 作用将引起或促进肺纤维化的形成。HMGB1 作为肺纤维化的一个治疗靶标也已受到关注，动物模型实验结果显示，阻断HMGB1 作用能明显减轻肺纤维化，但临床试验尚未见研究，还有待诸多问题的了解和解决，如HMGB1 拮抗剂的副作用、HMGB1 的正常生理功能等。HMGB1 的氨基酸序列在进化中高度保守，啮齿类动物与人的HMGB1 仅存在2 个氨基酸的差异，这有助于HMGB1 作为疾病的治疗靶标从动物实验转化为人体试验。HMGB1 的信号转导通路错综复杂，在不同病理情况、不同组织细胞的信号转导通路可能不同或存在主次差异，其在肺纤维化形成中的胞内信号转导过程有待研究和阐明，以研发相应的拮抗剂或阻断剂。通过对HMGB1 在肺纤维化中作用的深入研究，相信在不远的将来HMGB1 有望成为肺纤维化防治的新靶标。

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