高迁移率族蛋白B1在慢性阻塞性肺疾病发病中的作用

游泳 刘升明

暨南大学附属第一医院呼吸科（广州510630）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）以持续的呼吸道症状和不完全可逆气流受限为特征，通常与暴露于有害颗粒或气体引起的气道和（或）肺泡异常有关［2］。相关文献显示［3］COPD大约9% ～ 10%的为40岁以上的成年人，大约25%的COPD患者会发展为恶病质，可以导致心血管，糖尿病和骨质疏松症等全身多个系统并发症。慢性阻塞性肺疾病（COPD）到2030年将成为全球第三大流行死因［4］，造成整个社会的巨大经济负担。高迁移率族蛋白B1（high mobility group box1，HMGB1）是种重要的晚期炎症因子，在COPD患者肺组织和呼吸气道内高表达。单核细胞、巨噬细胞等在受刺激后在16～20 h左右才有HMGB1释放，并且HMGB1能够在血清中维持1～3 d，在COPD患者中，HMGB1较许多早期炎性因子（例如TNF-α）有更重要的临床意义。

1 HMGB1

HMGB1最开始是由Goodwin Johns在牛胸腺中发现。是一种高度保守的非组蛋白染色体结合蛋白，在聚丙烯酰胺凝胶电泳中具有高迁移能力。广泛分布于哺乳动物的各种器官中，如肺、心脏、肝等组织中。HMGB1主要由肺泡巨噬细胞、单核细胞等产生［5］。正常生理状态下HMGB1主要位于细胞核中，低水平表达。与基因转录、DNA修复等过程相关［6］。HMGBl主要有两种释放方式：（1）由激活的单核细胞、巨噬细胞主动释放；（2）从凋亡的细胞中被动释放。不同方式释放的HMGB1具有不同的功能，由肺泡单核巨噬细胞等主动分泌的HMGB1才发挥促炎效应，是启动和维持炎症瀑布式反应的关键分子［7］。HMGB1具有细胞因子，趋化因子和生长因子活性的特征，及其协调炎症和免疫反应的作用［6］使其与多种疾病如脓毒症、系统性红斑狼疮、恶性肿瘤、败血症等相关，近年来许多研究显示HMGB1参与COPD等呼吸系统疾病的病理生理过程。HMGB1肺脏中的高表达与肺功能受损，与COPD的发生发展密切相关［8］。

2 HMGBl与COPD患者肺功能、严重程度的相关性

FERHANI等［5］的研究显示在吸烟的COPD患者和吸烟无COPD者肺组织和气道中HMGB1阳性表达细胞增多，且显著多于健康对照组。吸烟的COPD患者与吸烟无COPD患者相比HMGB1水平更高，两者之间也存在显著差异。多项国内外的研究发现COPD患者均高表达HMGB1，且HMGB1表达阳性细胞数目显著多于健康对照组［8-11］。但目前没有文献明确提及HMGB1在COPD中检测的灵敏度与特异度，根据阅读到的国内外文献均显示HMGB1在COPD患者中高度表达，但由于免疫系统疾病、肿瘤、脓毒症等也均可引起HMGB1升高，据此推断出HMGB1在COPD患者中有较高的灵敏度，但特异度不高。KANAZAWA等［12］的研究比较了吸烟的 COPD患者、吸烟无COPD者、非吸烟者三组中内皮细胞内衬液（ELF）的HMGB1水平，发现中央气道水平的HMGB1水平对COPD患者无明显影响，在外周气道中，吸烟COPD患者的HMGB1水平比其他两组显著增高，外周气道中的HMGB1水平与COPD患者肺功能、严重程度相关。因此，外周气道中的HMGB1才是潜在的治疗价值目标。FERHANI等［5］的研究也证明吸烟的COPD患者肺泡灌洗液中HMGB1水平与 FEV1% 和FEV1/FVC成反比；ZHANG等［10］的实验研究测量了44名COPD患者住院和出院前24 h血HMGB1水平，他们观察到HMGB1从急性期到恢复期呈显著下降趋势；HOU等［9］的研究表示痰中HMGB1是影响COPD严重程度的一个独立因素，与是否使用吸入激素、吸烟、患者年龄等无关。这些研究均表明HMGB1水平与COPD严重程度有关。POUWELS等［13］研究显示HMGB1参与COPD病情恶化可能与激活模式识别受体（PRRs）有关。大部分文献都显示HMGB1在加重期和缓解期浓度显著不同，和 FEV1%值具有良好的相关性［8-10，12-15］。表明了HMGB1在COPD中的作用，以及与COPD患者的肺功能、严重程度相关。根据上文我们推断出在COPD患者中，HMGB1越高预后可能越差，但具体的关系有待进一步研究。

3 HMGB1在COPD中的作用

炎症细胞的激活导致的多种炎症介质的释放以及炎症因子间相互作用产生的级联反应是COPD炎症机制的中心环节［16］。COPD的致病特征是反复的气道感染导致气道增殖并重塑，HMGB1作为COPD一种重要的炎症因子，不仅参与肺部炎症而且与气道增殖及肺部纤维化有关。在组织损伤，感染或炎症的条件下，HMGB1从细胞核转位到细胞质，然后释放到细胞外，在细胞外调节免疫和炎症反应［11］。HMGB1能够刺激TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、MIP-1等多种炎性因子和趋化因子的释放［5］，这些炎症介质又能够加强HMGB1的分泌，从而形成一个复杂的细胞因子分泌调节网络。HMGB1和许多炎症因子在炎症网络中存在正反馈环路，其相互促进和激活的正向调节关系，维持着气道和肺泡内大量炎症因子的聚集，放大炎症效应［8］。许多研究显示血清HMGB1的水平和中性粒细胞、TNF-α、IL-8、IL-1β、NF-κB水平正相关［8，17］。HMGB1作用主要是与其受体有关，HMGB1结合受体发挥细胞调节功能，从细胞成熟，增殖，存活和细胞死亡［18］。HMGB1是损伤相关模式分子（DAMP）的一种典型代表，已被证明至少可以与三种受体相互作用：受体晚期糖基化终产物（RAGE）及toll样受体（TLR2、TLR4）［10-19］。在正常组织中，RAGE和HMGB1一样表达水平很低，FERHANI等［5］研究发现RAGE在COPD患者的气道平滑肌和气道上皮过表达，并与HMGB1共定位，当其配体HMGB1聚集时RAGE表达也呈上升趋，两者之间形成正反馈，对气道炎症起维持和放大作用。HMGB1与RAGE受体亲和力最高，研究显示高水平的RAGE在肺泡上皮细胞中和肺泡巨噬细胞表达，被认为是COPD重要的的发病机制［10］。胞外HMGB1可激活胞内p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）、核因子（NF-κB）等下游信号通路，或上调转化生长因子（TGF-β1）和血小板源性生长因子（PDGF）的分泌，诱发细胞及组织损伤［20-21］。HMGB1与RAGE受体结合可通过Ras/Raf、Rac/CDC42、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun Nterminal kinase，JNK）及其相关蛋白 p38抗体（p38）等细胞内信号通路最终激活NF-κB（核因子κB）信号通路。HMGB1与TLRs受体结合主通过依赖性MyD88信号通路激活IRAK（白介素-1受体相关激酶），IRAK活化后与TRAF（TNF受体相关因子6）相互作用最后激活TAK1（转化生长因子激酶1），最后激活NF-κB和MAPK信号通路。NF-κB通路和MAPK通路能够调节COPD多种炎症介质的释放，如IL-8、TNF-α、MMP-9等。近期有研究显示HMGB1也可以直接结合到LPS，从而加强其通过CD14激活TLR4的能力［18］。在烟曲霉导致的慢阻肺小鼠中，HMGB1通过Dectin-1和TLR2/4受体激活MyD88/NF-κB信号通路和NF-κB活化syk/PI3K信号介导炎症反应［22］。HMGB1在COPD患者中不仅促进炎症，而且反应性的引起气道平滑肌增厚和纤维化，与组织重塑，气流阻塞和肺气肿有关［5，14，19］。HMGB1不仅能与IL-1β形成复合物作为增强剂增强COPD炎症反应［5］，而且协同IL-1β促进气道上皮屏障损伤，降低紧密蛋白occludin和claudin-2蛋白表达水平，紧密蛋白occludin在HMGB1导致的气道上皮细胞屏障损伤中至关重要［23］。HMGB1通过RAGE/ERK信号通路导致气道上皮屏障损伤及连接蛋白破坏，促进肺泡上皮细胞的增殖。OJO等人研究HMGB1促进支气管上皮细胞损伤及修复是通过TLR4和（或）RAGE信号调节ECM（细胞外基质）的纤连蛋白和层粘连蛋白-5的γ2链［19］。HMGB1的表达与气道、肺血管结构的病理变化基本一致。这些研究都表明HMGB1参与阻塞性气道疾病和纤维化肺部疾病的炎症并导致组织重塑。

4 治疗

HMGB1在COPD急性期上升并且在康复期显著下降，提示HMGB1可能不仅是COPD的炎症标志物，也是COPD的治疗目标［10］。WONG等［11］研究显示HMGB1参与气道疾病的作用机制对治疗靶向有启示作用。根据HMGB1的作用主要是通过RAGE和TLRs受体介导，对RAGE和TLRs受体进行阻滞，可减弱HMGB1增殖上皮细胞的能力及减轻炎症，进而延缓气道重塑［17，19，24-25］。从中和抗体，内源激素中以及药用草药衍生的小分子HMGB1抑制剂被证明能够抵抗致死性感染和缺血性损伤，已有研究证明HMGB1抑制剂在败血症中的作用［26-27］，Escin（七叶皂苷）通过抑制LPS（内毒素）诱导的化脓性小鼠中HMGB1的水平增加存活率。七叶素还可以抑制HMGB1的mRNA水平和HMGB1的活性［26］。因此未来在HMGB1抑制剂方面的研究可能成为治疗COPD的一种策略。有报道称TSLP（胸腺基质淋巴生成素）能抑制HMGB1-RAGE的结合，能阻止化学诱导的哮喘模型中的气道炎症［28］是否TSLP也能抑制COPD患者的HMGB1-RAGE的结合有待进一步研究。HMGB1与RAGE受体以及TLRs受体结合最终大多是通过激活NF-κB途径介导炎症反应。有研究表明NF-κB抑制剂可显著下调动物组织HMGB1的表达，WANG等［17］为了证明NF-κB对HMGB1表达的影响，建立了慢性阻塞性肺病的动物模型，给48只大鼠施用NF-κB抑制剂（正常对照，COPD大鼠和COPD大鼠复杂与缺氧）。证明了HMGB1 mRNA和蛋白表达分别与NF-κB蛋白表达呈正相关，使用NF-κB抑制剂后HMGB1 mRNA和蛋白的表达在肺组织明显减少，用NF-κB抑制剂靶向治疗COPD小鼠，最后发现肺组织中HMGB1的下调。NF-κB抑制剂具有潜在的抗炎作用，能抑制TNF-α、IL-6、IL-1炎症介质的分泌，而且可以抑制NF-κB 与DNA的结合［29］。抑制p38MAPK可抑制炎症介质释放，已经有一些小分子如SD-282、PH797804等抑制剂在研发，有研究显示其改善患者的肺功能、呼吸困难等症状的作用是可观的［30］。

HMGB1是COPD气道炎症中的重要炎性介质之一，在COPD患者肺组织、气道、血浆、痰液等标本中高表达；HMGB1与COPD患者肺功能呈负相关，可以反映COPD的严重程度，有助于临床医生对COPD患者的病情评估，具有重要的临床应用价值；HMGB1通过激活信号传导通路促进多种炎症介质的释放和气道的增殖纤维化。本文通过更加深入的认识HMGB1在COPD中的发病机制，为COPD的治疗带来新的思路。