HMGB1与呼吸系统疾病的相关性

杨琼芳 赵兰艳 舒彩敏

(温州医科大学附属东阳医院呼吸内科，浙江 东阳 322100)

高迁移率族蛋白(HMG)B1是一种高度保守的非组蛋白核蛋白，广泛分布于淋巴、心、脑、肺、肝、肾等组织。它主要由单核细胞、巨噬细胞、垂体细胞等在炎症因子的刺激下主动释放，亦可由坏死细胞被动释放。分泌至细胞外的HMGB1作为一种重要的新型晚期炎症介质，在肿瘤、关节炎、脓毒症等疾病的进展中发挥重要作用〔1～3〕。近年来大量研究证实HMGB1在慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支气管哮喘、肺癌、肺纤维化、肺炎等呼吸系统疾病的发生发展过程中同样扮演着重要的角色。本文对HMGB1与呼吸系统疾病的相关性进行综述。

1 HMGB1的结构及生物学功能

1.1HMGB1的结构 人HMGB1基因定位于染色体13q12，由 215 个氨基酸残基组成，包括3个外显子和4个内含子〔4〕。它由3个结构域构成：氨基端的2个富含赖氨酸的带强正电荷的A box和B box及1个富含酸性氨基酸且高度重复的带负电荷的羧基末端。A box和B box可与DNA结合，其中B box具有促进炎症反应的功能〔4〕，而A box 则是B box 的拮抗位点，因此纯化的A box可作为HMGB1特异性拮抗剂〔5〕；羧基末端则具有调节HMGB1与DNA结合及与其他蛋白的相互作用〔6〕。

1.2生物学功能 在细胞核内，HMGB1与DNA非特异性结合，在稳定核小体结构、启动基因的复制与转录、调控DNA的重组与修复及相关下游靶基因的转录表达调控等过程中发挥重要作用〔7〕。在细胞质中，与质膜相连的HMGB1还参与成纤维细胞和平滑肌细胞的移位、神经细胞轴突的芽生分支、肿瘤细胞的增殖及转移、纤溶酶原的活化等过程〔8〕。在细胞外，HMGB1作为一种重要的炎症介质，与其相应的膜受体结合，通过多种途径活化核转录因子(NF)-κB，诱导趋化因子与细胞因子的产生，从而介导炎症反应性疾病〔9〕。

2 HMGB1与呼吸系统疾病的相关性

当机体受到缺氧、内毒素等外界因素的刺激时，组织细胞内的HMGB1通过旁分泌与自分泌的方式分泌至细胞外，单独或与Toll样受体(TLR)、晚期糖基化终产物(RAGE)等受体结合促进COPD、支气管哮喘、肺癌、肺纤维化等多种呼吸系统疾病的发展。

2.1HMGB1与COPD COPD是一类具有气流阻塞特征的难治性的慢性气道炎症性疾病。目前一系列文献报道COPD患者较健康人群HMGB1表达增高〔10～12〕。Ferhani等〔12〕观察到COPD患者的气道与肺组织中HMGB1表达量显著高于健康对照组，且吸烟亚组较非吸烟亚组HMGB1水平进一步上升；同时发现吸烟亚组肺泡灌洗液中HMGB1的水平与第1秒呼气容积占预计值的百分比(FEV1%)和第1秒用力呼气容积(FEV1)/用力肺活量(FVC)成反比。研究进一步证实HMGB1在吸烟的COPD患者外周气道中显著增高，而在中央气道无显著性差异，而且外周气道中的HMGB1水平与 COPD 患者的肺功能及疾病严重程度均相关〔13〕。Zhang 等〔10〕通过动态观察44例住院的AECOPD患者证实，随着COPD的逐渐控制，HMGB1水平呈进行性下降的趋势，进一步证实HMGB1水平与COPD的严重程度密切相关。Wang等〔14〕发现在COPD小鼠模型中HMGB1 mRNA及蛋白的表达与NF-κB的表达呈显著相关。通过烟曲霉诱导的COPD小鼠试验进一步证实，HMGB1 通过 TLR2/4和树突状细胞相关性C型植物凝集素(Dectin)-1 受体激活髓样分化因子(MyD88)/NF-κB 信号通路和 NF-κB 活化脾酪氨酸激酶(syk)/磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)信号进一步介导炎症反应的发生〔15〕。Ojo等〔16〕研究发现HMGB1可通过RAGE和(或)TLR4信号调节细胞外基质的纤连蛋白及层黏连蛋白-5 的γ2 链来介导支气管上皮细胞的损伤或修复过程。上述研究推测在COPD患者中HMGB1水平越高，其肺功能越差，预后可能越差；HMBG1在COPD患者中极有可能通过RAGE和TLRs激活并活化NF-κB途径，从而介导气道上皮细胞的损伤及修复、促进炎症发生，同时反应性地引起气道平滑肌增厚和纤维化，参与组织重塑、气流阻塞、肺气肿等病理过程〔16，17〕。因此，通过更加深入地认识 HMGB1 在 COPD 的发病机制，有望以后为 COPD 的治疗带来新的思路。

2.2HMGB1与支气管哮喘 支气管哮喘是另一类难治性的慢性气道炎症性疾病。研究显示〔18〕，在卵清蛋白诱导的哮喘动物模型中其肺泡灌洗液与肺组织HMGB1的水平均显著高于正常对照组。在哮喘患者中，肺泡灌洗液与肺组织中HMGB1的表达量同样明显增多〔19〕。提示HMGB1极有可能参与哮喘的肺部炎症。研究证实〔20，21〕HMGB1通过抑制T淋巴细胞增殖、诱导T淋巴细胞TH1优势向TH2优势转移、促进TH0细胞向TH2分化及影响TH17细胞的增殖和活化等过程参与哮喘等免疫性疾病的发生发展。赵龙等〔18〕研究表明HMGB1通过激活Janus激酶(JAK)2/信号转导及转录激活因子(STAT)3促进支气管上皮细胞分泌哮喘相关炎症因子。此外，另有试验〔22〕发现HMGB1/TLR4/NF-κB信号通路介导了哮喘的发病过程，在气道炎症及气道重塑方面发挥着重要作用。通过体外细胞培养法，柏芳芳等〔23〕观察到HMGB1呈浓度依赖式促进人气道平滑肌细胞增殖与迁移，可能是通过调节PI3K/蛋白激酶B(Akt)通路参与气道重塑。给予HMGB1抑制剂可显著降低哮喘小鼠的气道高反应及减轻气道重塑〔20，24〕。Zhou等〔19〕进一步在哮喘患者中证实HMGB1的浓度与哮喘的严重程度呈正相关；而痰中 HMGB1的水平与肺功能呈负相关〔25〕。表明 HMGB1 信号的异常活化是哮喘的发病机制之一，而阻断该信号的激活有望成为控制哮喘发作的治疗靶点。

2.3HMGB1与肺纤维化 肺纤维化是由急慢性炎症介导的一个不可逆的疾病进程。国外研究表明，在特发性肺纤维化(IPF)、肺囊性纤维化及非特异性间质性肺炎患者中HMGB1的表达明显增强〔26〕。Ebina等〔27〕观察到在IPF急性加重期患者的支气管肺泡灌洗液中HMGB1含量明显增多。Schlueter等〔28〕通过体外研究证实外源性HMGB1能引导内皮细胞的长出及迁移，而且两者之间存在明显的剂量依赖性；同时能刺激成纤维细胞的增殖。Hamada等〔29〕发现在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中HMGB1在注药后早期在支气管上皮细胞表达增强，后期则集中表达于纤维化病变部位的肺泡上皮细胞及炎性细胞。Zhang等〔30〕在小鼠纤维化模型中观察到肺组织中HMGB1表达量显著增多而RAGE明显减少。对于敲除RAGE的小鼠，注射博来霉素，产生肺纤维化的程度则明显减轻，究其原因可能与剔除RAGE后导致HMGB1的作用明显减弱有关〔31〕。由此可推测HMGB1/RAGE通路在肺纤维化的发生发展中扮演着关键角色〔31〕。而给予抗HMGB1抗体或丙酮酸乙酯，能明显改善博来霉素诱导的小鼠肺纤维化程度〔29〕。同时国内外现有的研究发现，原儿茶醛、多粘菌素B纤维柱及中药玉屏风提取液均可明显抑制HMGB1的表达、减轻肺纤维化〔30，32，33〕。提示HMGB1参与肺纤维化的发生，而HMGB1抗体有望成为抗肺纤维化的治疗新药物。

2.4HMGB1与肺癌 HMGB1在肿瘤的生长、侵袭及迁移过程中均起着非常重要的作用。Gao等〔34〕发现非小细胞肺癌(NSCLC)的癌组织中HMGB1的表达显著增加。Zhang等〔35〕观察到在NSCLC患者癌组织中不仅HMGB1的表达量增多，而且NF-κB的表达亦显著升高，两者之间呈正相关。Wu等〔36〕通过体外培养法证实人NSCLC细胞株HCC827释放HMGB1；而高水平的HMGB1能促进HCC827、H1299、A549肺癌细胞的迁移和侵袭，甘草酸或基因沉默 HMGB1、miRNA-218则能有效抑制肿瘤细胞的侵袭作用〔36，37〕。究其机制可能在于HMGB1通过与其受体晚期RAGE结合，激活并活化NF-κB途径，进一步激活P42/P44、P38及MAP等信号通路，最终促进肿瘤的浸润、迁移〔38〕。有研究证实NSCLC患者癌组织中HMGB1的表达水平与其临床分期、病理类型、组织分化程度及有无淋巴结的转移均密切相关〔39〕。因此HMGB1有望成为判定NSCLC的耐药、侵袭、转移及预后的重要生物标志物，而通过抑制HMGB1基因表达有望成为未来肿瘤治疗的新靶点。

2.5HMGB1与肺炎 HMGB1在肺炎的发生发展过程中同样发挥着重要作用。Xu等〔40〕发现肺炎患者的支气管分泌物中HMGB1水平较健康对照组明显升高。在呼吸机相关性肺炎患者的支气管肺泡灌洗液及血浆中HMGB1的表达量同样明显升高〔41〕。Zhou等〔42〕研究发现HMGB1是区分肺炎患者是合并感染(病毒及细菌)或单独感染(病毒或细菌)的最佳指标之一。表明重症肺炎患者HMGB1水平较轻中症者进一步上升，其浓度与肺炎的严重程度密切相关〔40〕。俞蕾等〔43〕研究证实HMGB1与白细胞计数、超敏C反应蛋白呈正相关，对于评估肺炎患者病情严重程度及预后均具有重要价值。提示HMGB1参与了该疾病的病理过程，通过抑制HMGB1的表达可能有助于开发肺炎治疗的新靶点。

综上，HMGB1作为一种重要的炎症介质，不仅参与慢性阻塞性肺病、支气管哮喘的气道炎症、气道损伤及气道重塑等病理过程，而且能刺激肺组织成纤维细胞的增殖促进肺纤维化，同时在肺癌细胞的浸润、迁移中扮演关键的角色。此外，亦在急性肺损伤、肺炎等疾病的发生发展中发挥着重要作用。通过深入地认识HMGB1在不同呼吸系统疾病中的发病机制，可为疾病的临床诊断及治疗提供新思路。但HMGB1在不同呼吸系统疾病中的分子作用机制及细胞信号通路仍有待进一步深入研究。