高遷移率族蛋白B1與慢性阻塞性肺疾病繼發(fā)肺動脈高壓的關(guān)系

王昌明 王會娟 (桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，廣西 桂林 541001)

肺動脈高壓是慢性阻塞性肺疾病(COPD)展到發(fā)展到肺心病的中心環(huán)節(jié)，直接影響到COPD患者的預后，肺血管的重塑與COPD的發(fā)展密切相關(guān)〔1〕，是COPD繼發(fā)肺動脈高壓形成的機制和主要病理表現(xiàn)之一。其在COPD繼發(fā)肺動脈高壓及不可逆性肺動脈高壓形成過程中起關(guān)鍵作用。已有研究表明，肺血管重構(gòu)與COPD的氣道炎癥密切相關(guān)〔2〕。

高遷移率族蛋白1(HMGB1)是高遷移率族蛋白超家族成員之一，廣泛存在于體內(nèi)各種細胞中，在基因表達調(diào)控中起重要作用，最近研究發(fā)現(xiàn)其具有多種核外的生物學功能，在組織損傷或免疫細胞受到病原體刺激后HMGB1被分泌至細胞外，發(fā)揮促炎癥因子和化學趨化因子的作用，誘導不同炎癥反應(yīng)的發(fā)生。而隨著對它的深入研究，發(fā)現(xiàn)HMGB1對組織修復、血管形成可能具有重要作用。所以正確認識HMGB1，COPD氣道炎癥，肺血管重構(gòu)之間的關(guān)系，對預防和治療COPD繼發(fā)肺動脈高壓、肺血管重塑有著很重要的意義。

1 HMGB1的基本概況

HMGB1是由Goodwin等在1973年發(fā)現(xiàn)的存在于真核細胞核內(nèi)的非組蛋白染色體結(jié)合蛋白，因其在聚丙烯酞胺凝膠電泳(PAGE)中遷移速度快而得名，該蛋白廣泛存在于各種哺乳動物組織中〔3〕，其結(jié)構(gòu)高度保守，定位于細胞核內(nèi)、細胞質(zhì)內(nèi)以及細胞外〔4〕;HMGB1分子量約為25 kD，分兩個DNA結(jié)合區(qū)(A和B區(qū))和一個負性的C末端。A區(qū)是B區(qū)的拮抗位點。研究證實B區(qū)最初40個肽段能誘導腫瘤壞死因子(TNF)-α和白介素(IL)-6產(chǎn)生，是 HMGB1發(fā)揮促炎癥因子作用的有效區(qū)域〔5〕。而A區(qū)與之相反能拮抗 HMGB1促炎癥的作用〔6〕。C末端與晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)有同源性，故HMGB1能通過C末端與RAGE結(jié)合發(fā)揮效應(yīng)。以前人們比較關(guān)注HMGB1作為核蛋白的功能，直到1999年，Wang等〔7〕首次報道HMGB1作為新的潛在的晚期炎癥介質(zhì)參與了膿毒癥的發(fā)病過程，是內(nèi)毒素致死效應(yīng)的晚期重要炎癥介質(zhì)后，人們才逐漸開始認識HMGB1作為一種炎癥因子具有的重要意義。

2 HMGB1的釋放

2.1 被動釋放 HMGB1可由壞死細胞被動釋放〔8〕，研究顯示:HMGB1屬內(nèi)源性危險信號，其在壞死所致炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

2.2 主動分泌 病原相關(guān)分子模式(PAMP)、某些細胞因子(IFN-2γ、IL-1、TNF-α等)和細胞應(yīng)激等因素均可誘導樹突細胞和單核/巨噬細胞等主動分泌HMGB1〔9〕。HMGB1分泌的起始階段有賴于LPS、IL-1β、TNF-α等提供單核細胞炎癥信號。另外，HMGB1亦可通過磷酸化和甲基化而被分泌〔10〕。已發(fā)現(xiàn)PAMP和細胞因子刺激巨噬細胞分泌HMGB1的機制各異，例如:LPS通過促進HMGB1分子乙?；{(diào)節(jié)其分泌;TNF-α則通過使HMGB1磷酸化，促進其進入胞質(zhì)而被分泌。但最近有研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1是經(jīng)過經(jīng)典型蛋白激酶C途徑發(fā)生磷酸化，以鈣依賴機制分泌到細胞外〔11〕。

3 HMGB1信號通路的組成

3.1 RAGE相關(guān)通路 胞外HMGB1需與相應(yīng)胞膜受體或核內(nèi)受體結(jié)合才能發(fā)揮生物學效應(yīng)。RAGE與HMGB1具有高親和力，是HMGB1的主要受體;有證據(jù)表明HMGB1的促炎效應(yīng)大部分是通過RAGE起作用的〔12〕。研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用抗RAGE抗體可使HMGB1表達下調(diào)。RAGE和相應(yīng)配體(如:HMGB1)結(jié)合后耦聯(lián)G蛋白，活化Ras/Raf通路、Rac/cdc42進而激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)三級級聯(lián)通路，活化MAPK家族成員，包括p38 MAPK、c-Jun N端激酶(JNK)、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK1)，使下游的核因子(NF)-κB 入核活化〔13〕。但 RAGE不是HMGB1的唯一受體，使用抗RAGE抗體僅能部分抑制HMGB1的炎性反應(yīng)，微血管內(nèi)皮細胞與抗RAGE抗體一起孵育只減少約14%HMGB1誘導的IL-8釋放和17%的TNF-α生成，在關(guān)節(jié)液巨噬細胞培養(yǎng)中，RAGE抗體可減少約40%的TNF-α釋放，由此可見HMGB1細胞激活作用并不主要依賴于RAGE〔14〕。

3.2 Toll樣受體(TLR)通路 TLR是識別外來微生物危險信號的受體，在機體對抗外來微生物的免疫反應(yīng)中有極其重要的意義。HMGB1在TLR2過表達細胞中誘導IL-8的釋放。有研究發(fā)現(xiàn)在中性粒細胞及巨噬細胞中HMGB1通過TLR2和TLR4 導致髓樣分化蛋白(MyD88)依賴性活化 NF-κB〔15〕。

3.3 其他 隨著信號通路的深入研究，發(fā)現(xiàn)當TLR2、TLR4和RAGE都被阻斷的情況下，HMGB1刺激巨噬細胞仍有低水平的NF-κB活性，可能仍有其他未知的HMGB1受體及通路存在。姚詠明等的研究還發(fā)現(xiàn)，Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄活化因子(JAK/STAT)通路可能參與HMGB1表達及致炎效應(yīng)的信號調(diào)節(jié)〔16〕。

3.4 HMGB1信號通路的調(diào)節(jié) HMGB1可能通過激活核NF-κB誘導內(nèi)皮細胞表達黏附分子及炎癥細胞因子，NF-κB可能直接或間接參與HMGB1誘生信號調(diào)控過程。抑制NF-κB可顯著下調(diào)內(nèi)毒素休克動物組織HMGB1基因表達。

4 HMGB1的生物學功能

最初發(fā)現(xiàn)HMGB1作為核因子直接參與基因表達調(diào)控，與細胞的分化、細胞遷移、細胞增殖與凋亡、誘導炎癥反應(yīng)等密切相，其豐富的功能包括參與腦的發(fā)育和神經(jīng)細胞生長、纖維蛋白溶酶原的活化、腫瘤細胞轉(zhuǎn)移、免疫細胞分化以及廣泛參與全身的炎癥反應(yīng)和組織損傷等;它可以被分泌到胞質(zhì)或胞外，誘導細胞分化，產(chǎn)生趨化作用，作為重要的炎癥因子在機體炎癥反應(yīng)中起重要作用〔17〕。HMGB1作為一種重要的炎癥介質(zhì)和致炎細胞因子，是啟動和維持炎癥瀑布式反應(yīng)的中心分子，與膿毒血癥、關(guān)節(jié)炎、急性肺炎、肝炎、自身免疫性疾病等發(fā)病機制關(guān)系密切。

5 HMGB1與COPD氣道炎癥

COPD是常見的呼吸道疾病，發(fā)病率及死亡率均較高。氣道炎癥是COPD的主要病變及發(fā)病的主要原因。HMGB1在免疫和炎癥反應(yīng)中起重要作用。目前關(guān)于HMGB1直接參與COPD氣道炎癥形成過程的基礎(chǔ)與臨床方面的研究報道尚不多見，但從諸多研究中可以推斷HMGB1的活化可能與COPD氣道炎癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

COPD氣道炎癥是以管腔內(nèi)中性粒細胞聚集為主，IL-8、TNF-α以及選擇素-E等細胞因子作為主要的炎癥介質(zhì)參與了COPD氣道炎癥的發(fā)生發(fā)展過程。激活的炎癥細胞釋放多種介質(zhì)，包括IL-8、IL-6、TNF-α等，它們能破壞肺的結(jié)構(gòu)和(或)促進中性粒細胞炎癥反應(yīng)。體外研究顯示，細胞因子(TNF-α、IL-1等)及LPS等能引起細胞內(nèi)NF-κB大量活化;活化后的NF-kB又可啟動 NF-κB 介導的相關(guān)基因(如 TNF-α、IL-1、IL-6、黏附分子等)轉(zhuǎn)錄〔15〕，而TNF-α等炎性細胞因子與HMGB1之間可相互誘生〔6，15〕，提示 HMGB1 可能通過 NF-κB 的調(diào)控參與 COPD氣道的炎癥反應(yīng)。

近年研究顯示HMGB1還具備多種細胞外效應(yīng)，例如細胞釋放HMGB1至胞外發(fā)揮促進細胞分化、觸發(fā)及調(diào)節(jié)炎癥等作用〔17〕。在炎癥反應(yīng)中，壞死組織細胞崩解以及致炎刺激、LPS和細胞因子等刺激活化單核/巨噬細胞都可以促進HMGB1釋放〔18〕體內(nèi)存在“HMGB1-巨噬細胞-TNF-α-巨噬細胞-HMGB1”正反饋機制，即:HMGB1能顯著上調(diào)巨噬細胞表達 TNF-α;TNF-α亦可促使巨噬細胞分泌HMGB1。Abraham等〔19〕發(fā)現(xiàn)經(jīng)氣管給小鼠注入HMGB1后發(fā)現(xiàn)，肺組織局部中性粒細胞聚集、間質(zhì)水腫，同時炎癥細胞因子如IL-8、TNF-α等表達明顯增多，且呈劑量依賴效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1可通過內(nèi)分泌和旁分泌形式作用于單核細胞、內(nèi)皮細胞等，使其表達一系列炎性介質(zhì)和炎癥因子;這些炎性介質(zhì)和炎癥因子又可進一步促進HMGB1的釋放，從而形成惡性循環(huán)，導致炎癥反應(yīng)逐級放大〔6〕。Hou等〔20〕研究發(fā)現(xiàn) COPD 患者痰、血清 HMGB1水平顯著高于哮喘及健康患者，李穎〔21〕的研究也表明HMGB1變化參與了COPD的發(fā)生發(fā)展，是COPD的發(fā)病機制之一。

6 COPD氣道炎癥與肺血管重構(gòu)

肺血管重塑與COPD的發(fā)展及肺動脈高壓的形成密切相關(guān)〔22〕，在COPD早期已經(jīng)開始了肺血管重構(gòu)，但其重構(gòu)原因并不是低氧，而是與COPD慢性氣道及肺部炎癥相關(guān)的因素，包括致炎因素、炎癥過程及炎癥介質(zhì)，肺血管改變以平滑肌增殖和細胞外基質(zhì)在肺動脈內(nèi)層沉積為特征，伴有肺動脈最大舒張性及最大收縮性降低，肺動脈外膜出現(xiàn)以CD8+T淋巴細胞浸潤為主的炎癥反應(yīng)〔23〕。在COPD無低氧時，肺部的炎癥導致NO的合成和釋放減少，造成舒張因子和收縮因子的不協(xié)調(diào)，進而導致肺血管重構(gòu)的發(fā)生。在COPD患者的血液中TNF-α和IL-8增加，TNF-α可通過級聯(lián)放大效應(yīng)，造成內(nèi)皮細胞損傷〔24〕，促進肺血管的重構(gòu);IL-8亦可引起上皮細胞形態(tài)改變及基底膜重構(gòu)〔25〕。NF-κB可通過作用一些炎癥介質(zhì)來干預一氧化氮、內(nèi)皮素-1、VEGF、FGF、轉(zhuǎn)化生長因子β等的調(diào)節(jié)，進而影響肺血管重構(gòu)。我們前期的動物實驗證實COPD疾病進展出現(xiàn)進行性加重的肺血管、氣道重構(gòu)與NF-κB的表達呈正相關(guān)〔26〕。以上研究結(jié)果說明，COPD早期無低氧時，氣道炎癥對肺血管重構(gòu)的作用不容忽視。

7 HMGB1與肺動脈高壓

肺血管重塑在COPD繼發(fā)的肺動脈高壓的形成，發(fā)展和維持中起重要作用。肺血管重塑是一個多因素參與的過程，主要涉及氣道炎癥，低氧，5-羥色胺，血管內(nèi)皮細胞，腎素-血管緊張素及多種因子等。COPD患者體內(nèi)的一些生長因子可促進肺血管重塑，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，成纖維細胞生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子β等。實驗顯示〔27〕，重組人HMGB1與微血管內(nèi)皮細胞共同孵育，HMGB1能以時間劑量依賴方式增加ICAM-1、VCAM-1和RAGE的表達。提示HMGB1在能影響血管內(nèi)皮細胞的正常功能。胞外HMGB1仍可以促進成血管細胞的遷移和增殖。HMGB1被認為是一個與血管生成有關(guān)細胞因子〔28，29〕。有研究發(fā)現(xiàn)〔30〕，HMGB1 能夠在腫瘤血管內(nèi)皮細胞中過表達，表明它有助于腫瘤的新生血管形成和疾病的發(fā)展，體外實驗表明，抗HMGB1抗體可抑制內(nèi)皮細胞的出芽和雞絨毛膜尿囊的血管形成。

COPD早期的炎癥與HMGB1密切相關(guān)，COPD患者體內(nèi)HMGB1表達增加，HMGB1通過促進炎癥介質(zhì) NF-κB、IL-8、TNF-α等的表達加劇炎癥反應(yīng)，同時炎癥過程產(chǎn)生的多種因子成纖維生長因子(FGF)、VFGF、內(nèi)皮素(ET)-1、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β等引起肺血管重構(gòu)，是造成肺動脈高壓產(chǎn)生的病理基礎(chǔ)。由于HMGB1對COPD早期氣道炎癥、肺血管重構(gòu)的影響，可見其在COPD繼發(fā)肺動脈高壓的過程中也有一定作用。

8 問題和展望

盡管HMGB1作為促炎癥細胞因子已被廣泛深入地研究，但研究較多的是其在關(guān)節(jié)炎、膿毒血癥、創(chuàng)傷、急性肺損傷等急慢性疾病及充當炎癥介質(zhì)的作用;在缺血-再灌注損傷以及其在自身免疫性疾病和腫瘤方面的研究，關(guān)于HMGB1與COPD關(guān)系的研究相對較少;其與COPD繼發(fā)肺動脈高壓之間的直接聯(lián)系未見報道。因此需進一步闡述HMGB1在COPD繼發(fā)的肺動脈高壓發(fā)病機制中的作用，探討HMGB1活化的程度能否作為反映其嚴重程度的標記物，進一步開發(fā)特異的HMGB1抑制劑，使COPD患者早期便能得到很好的治療，及時逆轉(zhuǎn)肺血管重構(gòu)，阻止肺動脈高壓和肺心病的發(fā)生，提高患者的生活質(zhì)量。

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