高迁移率族蛋白1在非酒精性脂肪性肝病中的作用研究进展

王佳莹 许丰 张谢

非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是目前全球性公共卫生问题之一。该病的发病机制尚不明确，且临床对其的药物治疗需求也远未满足。研究发现，高迁移率族蛋白1（high mobility group protein B1，HMGB1）和其下游信号通路的激活在NAFLD 的发病过程中起促进作用，影响肝脏的炎症反应、自噬、纤维化和脂质代谢等，或可视为NAFLD 早期的生物标志物，以及防治与抑制NAFLD 的相关作用靶点。本文就HMGB1 在NAFLD 中的作用研究进展作一综述。

1 HMGB1 概述

1.1 HMGB1 的结构和功能 HMGB1 作为一种含有215 个氨基酸的大型多肽分子，包括2 对带正电荷的DNA 结合区域（A 盒和B 盒），以及一个带负电荷的C 末端[1]。2 个核定位点通过与核载运蛋白结合将HMGB1 锚定在细胞核内[2]。当核定位点发生乙酰化、磷酸化和甲基化等修饰改变，其亲合力发生变化，HMGB1 会穿梭细胞核进入细胞质甚至细胞外[3]。

HMGB1 的功能取决于其在细胞中的位置。在细胞核中，它是一个非组蛋白染色质相关蛋白和DNA 伴侣，负责调控DNA 损伤修复和基因组稳定性[4]。在细胞质或线粒体中，HMGB1 增加自噬，抑制细胞凋亡，调节线粒体功能[5]。在细胞膜上，HMGB1促进轴突发芽和神经突生长，激活血小板，诱导细胞迁移[6]。在细胞外，HMGB1 可作为一种典型的损伤相关分子[7]，与靶细胞表面相应受体结合，启动信号转导通路，进而产生炎症因子和趋化因子引发炎症和适应性免疫反应[8]。HMGB1 在不同的刺激下会产生不同的生物学效应，在炎症、感染、癌症等多种疾病的发展和转归中起重要作用[9]。

1.2 HMGB1 的分泌和释放 HMGB1 主要以主动和被动两种方式释放。主动分泌即当活化细胞如巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞、内皮细胞、肿瘤细胞等受到内毒素、IL-1、TNF-α 等炎症因子刺激后，HMGB1 通过乙酰化作用从细胞核内移动到溶酶体内，然后在ATP 和溶血磷脂胆碱信号作用下转移至细胞外[10]；被动释放即当细胞损伤、裂解死亡后HMGB1 被释放到细胞外间隙[11]。主动分泌和被动释放到胞外的HMGB1 均可触发炎症和适应性免疫反应。

1.3 HMGB1 受体 细胞外HMGB1 通过多种氧化状态之间的转换触发炎症和适应性免疫反应，HMGB1与多种受体结合，其中晚期糖基化终产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE）和Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）两种受体系统是被研究最多的HMGB1 受体，且在肝脏疾病中占主导作用[12]。

1.3.1 RAGE RAGE 是免疫球蛋白超家族的一种跨膜蛋白，在各种组织和细胞类型中广泛表达[13]。HMGB1 与RAGE 结合后，可以通过激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路[14]，触发鸟苷三磷酸酶、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）等信号分子活动，从而促进NF-κB 的表达[15]，产生复杂的生物学效应，能介导炎症反应、凋亡、免疫、血管生成、纤维化和肿瘤细胞的趋化、迁移、分化和扩散[13]，以及RAGE、TLR 等受体的上调[16]。有研究表明，RAGE 缺陷的巨噬细胞在HMGB1 刺激后产生的细胞因子数量减少，是因为HMGB1 与RAGE 结合能提供一条从细胞外部到细胞内部的分子运输途径[17]。

1.3.2 TLR4 TLR 蛋白是模式识别受体，与HMGB1结合的TLR 主要有TLR2、TLR4、TLR9[18]。TLR4 与HMGB1 相互作用后主要通过激活髓细胞分化主要反应基因88（mydoid differentiation factor 88，MyD88）依赖的NF-κB 通路导致炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α 等大量释放，诱导炎症反应[19]。研究表明，TLR4 不仅能通过结合HMGB1 诱导炎症反应[20]，还能通过TLR4 依赖的活性氧（reactive oxygen species,ROS）产生和钙调素依赖性蛋白激酶（calcium/calmodulin-dependent protein kinase，CaMK）激活的机制来参与HMGB1 的释放[21]。

1.3.3 其他 HMGB1 除了可直接与上面这些受体相互作用外，还能与IL-1、CXC 趋化因子配体12（C-X-C motif chemokine ligand 12，CXCL12）、DNA、RNA、组蛋白、脂多糖等形成络合物，并产生协同作用，进而产生趋化作用并释放炎症因子，导致上皮功能障碍以及炎症的产生[22]。此外，一些研究指出CD24、唾液酸结合性免疫球蛋白样凝集素与HMGB1 耦联后可阻断NF-κB 的活化，抑制炎症因子的释放。这些被视为HMGB1 的负性调控受体[23]。

综上所述，HMGB1 激活TLR 和RAGE，通过诱导信号级联反应，激活各种激酶和转录因子，发挥各种生物学功能[24]。此外，HMGB1 作为炎症的晚期中介物，具有自我扩增和延长炎症反应的能力。

2 HMGB1 在NAFLD 中的作用机制

2.1 NAFLD NAFLD 主要发生在高脂肪饮食和不活跃生活方式的肥胖人群中[25]。HMGB1 在肝实质细胞和非肝实质细胞中均以非常高的水平广泛表达[26]。 HMGB1 及其下游信号通路的激活是NAFLD、酒精性肝病和药物性肝损伤的发病机制中的促进因素，影响到肝脏的炎症反应、自噬、纤维化、脂质代谢、肝脏肿瘤发生等[27]。

2.2 HMGB1 在肝脏炎症中的作用 HMGB1 在肝组织慢性炎症状态的发展和维持中起至关重要的作用[28]。HMGB1 可能是介导脂肪变性向非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steato hepatitis，NASH）进展的肝脏因子，在NAFLD 中，脂毒性导致HMGB1 的释放，从而引发无菌性炎症[29]。Chen 等[30]通过对高脂饮食或高脂、高胆固醇、高糖饮食引起的营养过剩的小鼠NAFLD 模型的观察发现，在早期阶段，肝脏HMGB1 的表达和释放增加。HMGB1 的上调表达在转录水平上，它受c-Jun 氨基末端激酶1/2（c-Jun N-terminal kinase1，JNK1/2）-激活转录因子2（activating transcription factor 2，ATF2）轴的调控;在转录后，它受到miR-200 家族，特别是miR-429 的调控，并且HMGB1 的上调和释放反过来又能激活TLR4-JNK1/ JNK2-ATF2 信号，从而形成正反馈[30]。此外在NAFLD/NASH 动物模型中，不仅检测到HMGB1表达上调，受体TLR4 和RAGE 表达水平也升高[28]。在高脂饮食诱导的小鼠NAFLD 模型的早期进展中，脂毒性导致HMGB1 的释放，随后激活TLR4/MyD88 通路和炎症因子的表达；而抑制小鼠HMGB1 的表达，能减少游离脂肪酸诱导的TNF-α和IL-6 的产生来保护肝脏，从而改善胰岛素抵抗和全身炎症[31]。肝脏释放的HMGB1 也通过RAGE受体发挥作用。沉默RAGE 基因能改善高脂肪饮食对能量消耗、体重增加、脂肪组织炎症和胰岛素抵抗的影响，可部分预防高脂引起的肝脏炎症[32]。

Chandrashekaran 等[33]提出HMGB1 与NAFLD 患者肠道炎症有关，能够促进异位肠道炎症。HMGB1 通过与远端肠中的RAGE 受体结合，介导氧化还原信号通路，通过氧亚硝酸盐诱导的Akt 磷酸化发挥作用，进而激活TLR4 向脂筏转运，随后通过释放IL-1β、IL-6 和人单核细胞趋化蛋白1（monocyte ehemoattractant protein-1，MCP-1）引发连续炎症，并导致炎症性肠病样表型[24]，然而具体机制尚不清楚，需进一步探索。

2.3 HMGB1 在脂质代谢中的作用 HMGB1 在NAFLD 中不仅起着将应激信号传递给邻近肝细胞的信号作用，而且在脂质代谢中也发挥重要作用。抑制HMGB1 可减轻高脂饮食引发的肝损伤、脂肪变性、炎症和肝功能损害[34]。但是，近期有研究表明，HMGB1 可以作为肝脏脂肪生成的强抑制因子，肝脏特异性HMGB1 缺乏的小鼠表现出肝脏脂肪变性加剧，而HMGB1 过表达的小鼠在遭受营养应激时表现出对肝脏脂肪变性的保护作用。这一现象可能是通过HMGB1 抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ-肝脏X 受体α 通路活性来调节肝脏脂质代谢[35]。另有研究也表明肝细胞中HMGB1 的基因缺失迅速促进了高脂肪饮食诱导的体重增加和肥胖，并增强了肝脏脂肪沉积。他们证明HMGB1 与内质网应激增强相关线粒体氧化磷酸化受损和脂肪酸β-氧化受损有关[36]。缺乏HMGB1 会增加肝细胞内质网应激，减少β-氧化，导致脂质积累增加和细胞损伤。细胞外HMGB 起警示蛋白的作用，向邻近肝细胞传递脂质应激信号，并加重肝细胞损伤；而细胞内HMGB1却能起到保护作用，参与线粒体代谢功能，并能维持内质网稳态和预防游离脂肪酸诱导的肝损伤。这些结果表明，HMGB1 还是维持线粒体功能、减少β-氧化和预防内质网应激的关键[27]。

2.4 HMGB1 在肝脏自噬中的作用 自噬是细胞内溶酶体降解途径，对维持肝脏稳态至关重要，是包括NAFLD 在内的许多代谢性疾病的基本过程。有研究表明，沉默p53 在体内和体外均可诱导自噬。p53 敲除能缓解棕榈酸诱导的细胞脂质积累，也可以抑制高脂饮食诱导的小鼠NAFLD[37]。而且p53 被发现能与细胞核中的HMGB1 蛋白结合。HMGB1 作为自噬调节因子能抑制p53 从而缓解NAFLD[38]。也有研究表明，细胞质HMGB1 可以通过阻止保护性自噬相关蛋白Beclin-1、自噬相关基因5 的裂解，从而通过诱导促存活自噬途径阻止凋亡损伤[39]。因此进一步研究HMGB1 在NAFLD 中自噬的作用很有意义。

2.5 HMGB1 在肝纤维化中的作用 肝纤维化是多种慢性肝病向肝硬化发展的共同生理过程。研究表明血浆HMGB1 水平还与肝纤维化密切相关。在NAFLD 期间，HMGB1 表达上调，激活肝巨噬细胞上炎症信号通路，导致肝脏炎症，而持续的炎症和坏死是进展为肝纤维化的关键因素[40]，长期炎症诱导M2样肝巨噬细胞分泌HMGB1[41]，后者可通过TLR4-PI3KAkt 或RAGE-磷酸化丝裂原细胞外激酶1/2-磷酸化细胞外信号调节蛋白激酶1/2-pcJun 信号通路激活肝星状细胞，增加Ⅰ型胶原蛋白的表达，以及金属蛋白酶组织抑制剂等的合成增加，导致细胞外基质积聚，最终导致肝纤维化[42]。有研究表示，血浆HMGB1水平可用于区分儿童NAFLD 的轻度纤维化和重度纤维化。大型队列研究中的一项针对NAFLD 儿童患者的活检结果表明，相较于体重超标的对照群体，这些患儿血液循环中HMGB1 水平显著升高。这种HMGB1 水平的变化与其纤维化的严重程度密切关联，同时其也与一些炎症因子（如转化生长因子-β和MCP-1）的水平有关[43]。在NASH 引起的小鼠肝纤维化的多种实验模型中，可发现HMGB1 的表达和释放升高，且HMGB1 的中和可以保护肝纤维化，而注射重组HMGB1 则可以促进肝纤维化[44]。因此，HMGB1 不仅可以用来作为反映肝纤维化的敏感指标，还可作为治疗肝脏纤维化的新靶点。

3 小结和展望

HMGB1 在NAFLD 的发生、发展过程中发挥关键作用，其作用机制涉及多条信号通路。血液中的HMGB1 水平被视为NAFLD 早期的可能生物标志物。目前已有部分有关HMGB1 特异性抑制剂的研究，通过抑制HMGB1 的表达、分泌及HMGB1 的活性来预防或治疗肝脏疾病，但临床试验暂无明显效果。由于HMGB1 复杂的生物学结构和功能，开发用于临床的HMGB1 抑制剂的安全性也是一个关键问题，目前仍需更多的研究验证。