高遷移率族蛋白B1在免疫應答中作用的研究進展

唐一鋒(綜述)，石 蓓(審校)

(遵義醫(yī)學院附屬醫(yī)院心內(nèi)科，貴州 遵義 563003)

高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)是一種DNA結(jié)合蛋白，通過與多種轉(zhuǎn)錄因子、復制蛋白、甾體受體作用參與DNA重組、修復、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控，細胞復制和分化成熟等生命活動，HMGB1在細胞外有細胞因子功能，能啟動免疫反應，引起細胞炎性效應。HMGB1能夠促發(fā)細胞的炎性反應，甚至是在沒有微生物感染的時候。壞死細胞能夠釋放HMGB1，其具有控制炎癥的作用，在應對微生物和促炎刺激時，免疫系統(tǒng)細胞能夠積極分泌HMGB1。該文就HMGB1分子特征及其受體在免疫應答中的作用機制方面予以綜述。

1 HMGB1分子特征

HMGB1以相對分子質(zhì)量為30×103特征，含有豐富的非組蛋白核蛋白質(zhì)，表達在所有的真核細胞，進化高度保守(哺乳動物中99%一致)[1]。HMGB1的215片段被組織成2個DNA結(jié)合域,分別稱為一個“HMG盒”和一個帶負電的C端(30個氨基酸殘基，第186～215位氨基酸)。A盒(78個氨基酸殘基，第2～79位氨基酸)和B盒(85個氨基酸殘基，第89～163位氨基酸)DNA結(jié)合域相似，兩者氨基酸同源性只有20%[2]。結(jié)構(gòu)分析顯示，重組A盒作為一個特定的拮抗劑，能減弱HMGB1誘導的巨噬細胞分泌促炎性細胞因子[3]。B盒是HMGB1誘導細胞因子產(chǎn)生的部分，活性區(qū)位于前20個氨基酸殘基。C端是高度重復且富含天冬氨酸和谷氨酸殘基，參與調(diào)節(jié)HMGB1與DNA結(jié)合的親和力，有研究稱C端能抑制DNA復制[4]。第150～183位氨基酸序列是HMGB1與晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor advanced glycation endproducts，RAGE)結(jié)合部位[5]。

HMG盒上的a螺旋結(jié)構(gòu)具有非特異親和力，能與DNA小凹槽結(jié)合，形成彎曲的螺旋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)合方式可使DNA和各種因子交互作用，包括p53、核因子κB、同源蛋白質(zhì)、重組活化基因1/2蛋白質(zhì)和類固醇激素受體。胞核HMGB1是必不可少的，實驗證明HMGB1敲除小鼠出生后不久就死亡[6]。表型特征包括體積小，皺褶和紊亂的毛皮和缺乏脂肪。

2 HMGB1從胞核釋出后成為炎性因子

HMGB1是晚期內(nèi)毒素中介調(diào)節(jié)物。研究證明，HMGB1是由脂多糖、腫瘤壞死因子α或白細胞介素1(interleukin，IL-1)刺激單核細胞和巨噬細胞而分泌[4]。在垂體后葉，也可對腫瘤壞死因子α、IL-1的刺激產(chǎn)生應答進而釋放HMGB1。在體外，HMGB1表現(xiàn)出延遲的分泌動力學(刺激后18～24 h)。在內(nèi)毒素模型血清中，脂多糖處理后16～32 h HMGB1增加。此外，中和抗HMGB1抗體可以使其免受脂多糖致傷性調(diào)節(jié)。這些數(shù)據(jù)表明，HMGB1有晚期內(nèi)毒素調(diào)節(jié)作用[7]。在小鼠盲腸的結(jié)扎和穿刺模型結(jié)果表明，HMGB1在敗血癥發(fā)病機制中起關鍵作用[8]。局麻的大鼠行結(jié)扎盲腸，隨后結(jié)扎的盲端行穿孔誘導腹腔內(nèi)感染(腹膜炎)和敗血癥。使用抗體或重組A盒抑制內(nèi)源性HMGB1，即使治療被推遲到誘導腹膜炎后24 h，治療仍能改善預后。另外，乙基丙酮酸和尼古丁能抑制巨噬細胞分泌HMGB1，在嚴重膿毒癥實驗模型中可以改善存活率[9]。這些研究表明，細胞外HMGB1在調(diào)節(jié)全身炎性反應中是一個潛在的干預治療靶點。

3 HMGB1到達外部環(huán)境的途徑

研究顯示，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，其釋放至胞外主要通過兩種機制[4]：①通過受損組織中損傷或壞死細胞而非凋亡細胞被動釋放，壞死細胞釋放的HMGB1作為危險信號誘導其他細胞發(fā)生非生理性死亡；②包括巨噬細胞和中性粒細胞在內(nèi)的炎性細胞主動分泌，在這一主動分泌過程中，HMGB1首先經(jīng)乙?；⒂珊藘?nèi)轉(zhuǎn)移至溶酶體內(nèi)，繼而在腺苷三磷酸和溶血磷脂膽堿兩種分泌信號作用下轉(zhuǎn)移至細胞外。

HMGB1蛋白結(jié)構(gòu)缺少縮氨酰引導肽，且不能穿出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，但仍可釋放到細胞質(zhì)，甚至細胞外。機械損傷和壞死的細胞可以將其核內(nèi)的HMGB1釋放至細胞外[10]。由炎性細胞主動分泌的HMGB1是高度乙酰化，而壞死細胞被動釋放的HMGB1則沒有。急性炎癥損傷反應后至關重要的是殺死微生物，清除死亡細胞、釋放生長因子和細胞因子。這需要不同細胞類型協(xié)調(diào)修復受損組織，同時激活保護性免疫反應。壞死細胞釋放HMGB1后通過死亡細胞去標記組織損傷，啟動修復應答。氧化應激(過氧化氫刺激)也可刺激單核細胞和巨噬細胞主動和被動釋放HMGB1[11]。此外，一氧化氮能促進脂多糖誘導的RAW264.7細胞釋放HMGB1。

HMGB1在活細胞中迅速和染色質(zhì)結(jié)合與解離，并不斷在胞核與胞質(zhì)間作用。隨著炎性刺激，HMGB1由核遷移至胞質(zhì)[12]。這是HMGB1的賴氨酸殘基乙?；Y(jié)果。HMGB1缺乏分泌信號序列，并不是經(jīng)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體路徑。反而是在釋放至胞外前形成分泌溶酶體，造血細胞中存在一個特定溶酶體體系[13]。一旦釋放，HMGB1激活單核細胞分泌細胞因子，包括腫瘤壞死因子α和IL-1[14]。對比經(jīng)典的促炎刺激，如脂多糖、HMGB1能誘發(fā)腫瘤壞死因子α延遲和雙相釋放[14]。所以，HMGB1在應答中是巨噬細胞分泌的促炎刺激物。HMGB1生物活性改變可能取決于其翻譯后的變化。

4 HMGB1受體

125I-HMGB1配體結(jié)合分析顯示，RAGE與HMGB1具有高親和力，是HMGB1的主要受體。膜結(jié)合HMGB1以高親和力綁定在RAGE受體上，并且增加RAGE在神經(jīng)母細胞瘤細胞上的表達[15]。RAGE是Ig超家族成員，由單核細胞和巨噬細胞、樹突狀細胞(dendritic cell，DC)、內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞表達。它與慢性退行性疾病和癌癥的發(fā)病機制相關[16]。在巨噬細胞和內(nèi)皮細胞上，阻滯RAGE能抑制HMGB1的促炎作用[17]。盲腸穿孔引起的敗血癥模型中，應用抗RAGE抗體發(fā)現(xiàn)HMGB1表達下調(diào)。使用抗RAGE抗體僅能部分抑制HMGB1的炎性反應。RAGE與配體結(jié)合后主要通過激活核因子κB信號通路和絲裂原活化蛋白激酶通路，鼠膠質(zhì)瘤細胞膜上的RAGE與HMGB1結(jié)合后可活化p21ras、甲基乙基酮、絲裂原活化蛋白激酶和核因子κB[18]。

Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)2和TLR4，通過巨噬細胞表達[18]。TLR2和TLR4的負顯性突變體轉(zhuǎn)染小鼠巨噬細胞后HMGB1的活性降低；中性粒細胞及巨噬細胞中HMGB1與TLR2和TLR4受體結(jié)合活化MyD88依賴性核因子κB信號通路，從而促進炎性反應。HMGB1同多種TLR相互作用使其成為在固有免疫中一個重要蛋白分子。

5 HMGB1誘導樹突狀細胞成熟和發(fā)揮其功能

DCs識別病原體和使其成熟的過程，使他們能夠遷移到二級淋巴器官和抗原特異性T細胞。在體內(nèi)的細胞死亡時，瀕死的細胞釋放內(nèi)源性因子，如單鈉尿酸鹽和熱激蛋白，能夠通過激活的DCs增強免疫原性[19]。胞外的HMGB1促炎作用和胞內(nèi)大量的HMGB1表明，它可能參與DCs預警旁鄰細胞的死亡，也可能參與免疫反應啟動和維持。在體外實驗中，使用壞死細胞上清，通過誘導抗體阻滯HMGB1或重組A盒能減緩DCs成熟，HMGB1敲除細胞的上清液不會誘導DC成熟[20]。在體外實驗中，重組HMGB1激活人類單核細胞來源的DCs[21]。重組HMGB1能誘導樹突狀細胞表型成熟，表明DCs將內(nèi)源性核HMGB1加入到自身成熟的過程，在旁分泌及自分泌循環(huán)中加強免疫應答。

6 小 結(jié)

HMGB1作為細胞核內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白，參與核小體的構(gòu)建及維持，同時在DNA重組、復制及基因轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)揮重要作用。胞外HMGB1作為信號分子同細胞表面不同受體結(jié)合，激活多條信號轉(zhuǎn)導通路，執(zhí)行多種生物學功能，如誘導炎性反應、細胞遷移、組織修復、啟動適應性免疫應答等。然而，對于調(diào)節(jié)HMGB1釋放的準確機制，其他細胞表面受體和下游信號轉(zhuǎn)導途徑，HMGB1促炎活性的生理調(diào)控機制，這些仍是未決問題。HMGB1是如何幫助機體的免疫系統(tǒng)識別自身抗原和外來抗原，如何平衡HMGB1對機體的炎性作用和激活免疫應答反應仍需要進一步研究。

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