HMGB1 與脂肪組織炎癥①

張國俊　于莉莉　宋向鳳

(新鄉(xiāng)醫(yī)學院基礎醫(yī)學院免疫學教研室；河南省分子診斷與醫(yī)學檢驗技術協(xié)同創(chuàng)新中心，新鄉(xiāng)453003)

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HMGB1 與脂肪組織炎癥①

張國俊于莉莉宋向鳳

(新鄉(xiāng)醫(yī)學院基礎醫(yī)學院免疫學教研室；河南省分子診斷與醫(yī)學檢驗技術協(xié)同創(chuàng)新中心，新鄉(xiāng)453003)

①本文受國家自然科學基金項目(81500675)、河南省教育廳科學技術研究重點項目(14A310016)和新鄉(xiāng)醫(yī)學院重點領域招標課題項目(2013ZD106)等資助。

高遷移率族蛋白 B1(High mobility group box 1，HMGB1)是20世紀70年代發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質，因其在電泳時遷移率高而得名[1]。HMGB1是一種高度保守的單鏈多肽，含215個氨基酸殘基，分子量約30 kD，普遍存在于哺乳動物細胞中。早期研究表明，HMGB1是一種非組蛋白核蛋白，在核內能夠識別和結合DNA，參與DNA的轉錄、復制、修復以及細胞運動等[2]。近年來研究認為，HMGB1還是一種重要的胞外損傷相關分子(Damage-associated molecular pattern，DAMP)，在細胞外發(fā)揮細胞因子的功能[3]，可以啟動固有和適應性免疫應答，參與神經(jīng)系統(tǒng)炎癥、腫瘤和自身免疫病等急慢性炎癥的發(fā)生過程[4-6]。

近年來，全世界范圍內肥胖及其相關疾病的發(fā)病率逐年增高。肥胖的發(fā)生是脂肪組織在機體皮下及內臟組織過度積蓄導致的。脂肪組織不僅是能量儲存的重要器官，也是重要的內分泌器官和免疫器官，在炎癥和免疫中發(fā)揮重要作用。脂肪組織或細胞可產(chǎn)生并釋放幾十種脂肪因子，包括HMGB1。這些脂肪因子廣泛參與調節(jié)糖類和脂類代謝，因此可以認為是聯(lián)系肥胖和代謝紊亂的橋梁，尤其是糖尿病的發(fā)生，目前認為和脂肪組織在內臟器官的過量集聚有著密切的聯(lián)系。肥胖所誘導的脂肪組織局部甚至全身的慢性低度炎癥狀態(tài)已經(jīng)得到公認，但其發(fā)生機制還未完全闡明。目前研究顯示脂肪細胞可以產(chǎn)生HMGB1，在炎癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著至關重要的作用。本文綜述近年來HMGB1與脂肪組織炎癥的研究進展。

1　HMGB1的分布與釋放

HMGB1最初是作為一類染色體相關核蛋白而被發(fā)現(xiàn)的，后來的研究認為這種保守的蛋白質幾乎存在于所有真核細胞中。在細胞核內，HMGB1通過與DNA分子結合而參與DNA的重組和修復，從而維持和穩(wěn)定核小體的結構，還可調控基因轉錄等。動物實驗顯示HMGB1基因被敲除后出生的小鼠仍能存活，但很快就會死亡，因為糖皮質激素受體的失調，不能有效利用肝糖原，這說明 HMGB1是動物生存所必需的[7]。當細胞受到損傷或者壞死后，HMGB1同樣可以釋放到細胞外環(huán)境中。研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1釋放到細胞外，主要通過兩種方式：一是激活的巨噬細胞主動分泌，1999年 Wang等[8]用脂多糖(LPS)、TNFα、IL-1刺激巨噬細胞8～32 h，HMGB1從胞核內進入胞質，隨后被乙?；M入囊泡分泌到細胞外，從而發(fā)揮炎癥因子的作用；二是由壞死的細胞被動釋放，當細胞壞死后，HMGB1隨著細胞的裂解而被動釋放，作為一種DAMP發(fā)揮生物學作用[3]。

2　HMGB1的受體與信號轉導

目前已鑒定的HMGB1受體有10個以上，如RAGE(Receptor for advanced glycation end products)、TLR2、TLR4、TLR9、TIM-3(T-cell immunoglobulin mucin domain-3)、CXCR4、CD24、Integrin等[3]，其中對RAGE和TLR家族的研究最為深入(圖1)。RAGE家族是第一個被鑒定的HMGB1受體，它是一類跨膜蛋白，在正常組織中低表達，與配體結合后會聚集表達[9]。RAGE與HMGB1的結合力較其他配體高7倍，與RAGE結合后不僅可以通過影響NF-κB、AP-1等轉錄因子的活性來直接影響炎癥因子的表達與釋放，還能通過促進免疫細胞的成熟和遷移間接調節(jié)免疫反應[10]。在狼瘡性自身免疫病中，組織壞死和損傷導致HMGB1的釋放，可以與血清中包含DNA的免疫復合物結合，通過 RAGE 和TLR9識別而導致自身反應性B細胞的擴展和促進漿細胞樣樹突狀細胞干擾素的分泌，參與自身免疫的發(fā)生發(fā)展[11]。TLR家族在HMGB1信號通路中起著重要作用。TLR不僅可以識別病原相關分子模式(PAMP)，也能識別警報素家族。TLR2可識別脂蛋白、脂肽、磷壁酸(LTA)及酵母多糖，主要參與細菌和真菌引起的炎癥，TLR4 是LPS的受體，TLR9位于胞內器室膜上，其配體為非甲基化的CpG DNA[12]。研究顯示，TLR2、TLR4可以與細胞內外的HMGB1結合而發(fā)揮生物學作用。TLR2/TLR4 可以通過MAPK調節(jié)轉錄因子 NF-κB 的活性而發(fā)揮效應。壞死的細胞分泌HMGB1通過 Cys106 激活 TLR4而誘導炎癥反應的發(fā)生；而凋亡的細胞釋放的 HMGB1中Cys106處于氧化狀態(tài)，TLR4不能被激活，因此不能誘導炎癥反應的發(fā)生[13]。TIM-3是Ⅰ型膜受體，主要表達在終末分化的Th1細胞上，在其他的固有免疫細胞(如樹突狀細胞、NK細胞、肥大細胞、巨噬細胞和單核細胞等)上也有表達[14]。實際上DC表面的 TIM-3 被認為是一個關鍵的固有免疫識別受體，在核酸/疫苗介導的免疫應答中發(fā)揮著重要的調節(jié)作用，可負向調節(jié)Th1型免疫應答[15]。

3　HMGB1的生物學作用

起初發(fā)現(xiàn)HMGB1的主要生物學功能是在細胞核內與DNA結合，參與核小體的穩(wěn)定與釋放、DNA復制和修復、基因轉錄、VDJ基因重組等過程，在細胞分化成熟等基本生命活動中發(fā)揮重要的作用[16]。Tang等[17]的研究發(fā)現(xiàn)HMGB1在各種應激條件下，如細胞因子、趨化因子、低氧等，可以從胞核轉位到胞漿中，作為一種自噬的正調控因子而發(fā)揮作用。胞漿的HMGB1與Beclin-1結合誘導自噬發(fā)生以降解受損的細胞器和未使用的蛋白質。目前研究發(fā)現(xiàn)HMGB1可以通過兩種方式釋放到細胞外，即炎癥細胞在信號的刺激下主動分泌和壞死細胞的被動釋放。這些釋放到細胞外的HMGB1可以發(fā)揮多種生物學作用，在機體的細胞分化、細胞遷移、組織再生、血管形成、細胞增殖、細胞死亡、細胞衰老等過程中發(fā)揮重要的調節(jié)作用[18-20]。HMGB1也可以增強巨噬細胞的吞噬能力，促進中性粒細胞的趨化和吞噬作用，調控固有免疫應答殺傷細菌，起到免疫防御的作用。HMGB1可以與RAGE結合調控樹突狀細胞的成熟和遷移，進而使初始T 細胞活化、增殖和分化，調控適應性免疫應答[21，22]。

總之，HMGB1在機體正常的生理過程中發(fā)揮著重要的調節(jié)作用，除此之外，HMGB1與病理條件下不同組織不同疾病的發(fā)生發(fā)展也有著密切的關系[23-25]，如肥胖引起的脂肪組織炎癥及胰島素抵抗。

4　HMGB1在脂肪組織炎癥中的作用

4.1肥胖組織中HMGB1的表達肥胖是在機體皮下及內臟組織周圍過多地集聚脂肪組織，集聚的脂肪組織可產(chǎn)生及釋放多種脂肪因子，這些脂肪因子是聯(lián)系肥胖與代謝紊亂的橋梁。2010年Lappalainen等[26]首先報道，在人類皮下脂肪組織中，HMGB1基因表達與FTO(Fat mass and obesity-associated gene)表達呈顯著正相關，提示HMGB1與肥胖之間有潛在的關聯(lián)。2013年，Gunasekaran等[27]進一步發(fā)現(xiàn)肥胖者與正常體重的個體相比，脂肪組織內HMGB1的表達高出2倍多，與BMI(Body mass index)呈正相關。Wang等[28]同樣發(fā)現(xiàn)肥胖個體血清中的HMGB1水平升高，而且在糖尿病患者中，肥胖者與非肥胖者相比血清中HMGB1的水平也有顯著的差別，這提示脂肪組織的多少可以影響HMGB1的水平。Arrigo等[29]的研究顯示肥胖兒童血清中HMGB1的水平是正常組兒童的5倍多，且HMGB1的水平與BMI呈正相關，獨立于肥胖相關的炎癥因子IL-6之外，因此可作為肥胖及相關的代謝性疾病的診斷標記。最近，Guzmán-Ruiz等[30]的報道中顯示肥胖者血液中HMGB1的濃度是正常個體的1.6倍，且與BMI、腰圍和CRP呈正相關，與內臟脂肪素和胰島素敏感性呈負相關。隨著肥胖的發(fā)生，HMGB1在脂肪細胞中的定位也由細胞核主動轉移到細胞漿。

4.2脂肪組織HMGB1的來源利用體外原代培養(yǎng)人體脂肪組織模型檢測HMGB1的產(chǎn)生，結果發(fā)現(xiàn)在基礎狀態(tài)下脂肪組織可分泌低水平的 HMGB1，而用LPS處理后，HMGB1表達水平升高，炎癥因子IL-6和MCP-1的表達同時顯著升高，但時間上先于HMGB1。進一步檢測發(fā)現(xiàn)HMGB1的升高不是由脂肪細胞產(chǎn)生，而是脂肪組織基質細胞產(chǎn)生，且這種產(chǎn)生是由炎癥引起而非組織細胞壞死釋放，因乳酸脫氫酶(LDH)并無變化[27]。乳酸脫氫酶是機體能量代謝過程中重要的酶，此酶存在于幾乎所有的組織中，當組織壞死發(fā)生時，該酶即被釋放入血，因此檢測LDH的含量可以反映組織細胞壞死的程度。進一步用免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)脂多糖刺激的脂肪組織基質細胞內可見HMGB1核轉位現(xiàn)象，從細胞核轉移至細胞質，這提示脂多糖誘導HMGB1 表達水平的增高是一個主動分泌的過程。另一研究報道則顯示成熟的脂肪細胞被MCM-LPS刺激后能主動釋放HMGB1，是對照組的3.1倍，HMGB1從胞核轉位到胞漿，但前脂肪細胞則不能產(chǎn)生HMGB1[30]。

4.3HMGB1與胰島素抵抗胰島素抵抗是指胰島素作用的靶器官(肝臟、肌肉和脂肪組織)對胰島素作用的敏感性降低，導致葡萄糖的攝取和利用效率下降。產(chǎn)生胰島素抵抗的機制目前尚未完全闡明，但多數(shù)學者認為肥胖尤其是中心性肥胖(即脂肪組織在內臟器官如肝臟、肌肉和胰腺等的沉積)是導致胰島素抵抗的主要原因之一，其可能的機制是脂肪組織局部的炎癥導致多種免疫細胞募集，包括巨噬細胞、中性粒細胞、CD4+Th1 細胞、CD8+T 細胞、B細胞、DC細胞、肥大細胞等，這些細胞產(chǎn)生和分泌炎癥性細胞因子如TNFα，干擾胰島素受體的信號轉導，從而產(chǎn)生對胰島素的低反應性。同時，當炎癥發(fā)生時，細胞可能主動分泌HMGB1或被動死亡導致HMGB1的釋放[31，32]。反過來，高濃度的胰島素又可通過增加胞外HMGB1的濃度而促進細胞的凋亡[33]。這可能會形成一個惡性循環(huán)，進一步加重炎癥的發(fā)生。

4.4干預HMGB1對肥胖的影響HMGB1在急性和慢性炎癥中發(fā)揮著重要的作用，以HMGB1及其受體為靶點進行干預來調節(jié)炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展越來越引起人們的重視[34]。目前的研究發(fā)現(xiàn)HMGB1與肥胖有著密切的關系，那么以HMGB1為靶點進行干預會對肥胖產(chǎn)生什么樣的影響呢？Montes等[35]對C57BL/6小鼠每周腹腔注射抗HMGB1抗體同時給予高脂飲食16周，結果發(fā)現(xiàn)小鼠體重的增加低于對照組，附睪脂肪組織的重量也顯著低于對照組，肝臟組織中炎癥因子TNF-α和MCP-1的表達明顯減少，但對脂肪組織的炎癥沒有改善。RAGE是HMGB1的一個主要受體，為了探討RAGE在高脂飲食誘導肥胖及相關性疾病的作用，有研究將RAGE基因敲除，結果發(fā)現(xiàn)RAGE的敲除能抵抗高脂飲食誘導的小鼠肥胖，腹腔注射可溶性的sRAGE(100 mg/d)也可抵抗高脂飲食誘導的小鼠肥胖，這提示高脂飲食誘導的肥胖是RAGE依賴型的。進一步的檢測發(fā)現(xiàn)其機制可能是通過對巨噬細胞極化的影響，RAGE的敲除可以抵抗巨噬細胞向炎癥性表型的轉變[36]。肥胖是心血管疾病發(fā)生的風險因子之一，肥胖的人群有較高的冠狀動脈疾病的發(fā)生率和死亡率。內皮細胞功能失調是動脈粥樣硬化一個早期的事件，但不清楚肥胖是怎樣引起內皮細胞功能失調的。肥胖過程中，脂肪組織可以產(chǎn)生多種脂肪因子，內臟脂肪素(簡稱內脂素)是其中之一。高脂飲食所誘導的肥胖小鼠發(fā)現(xiàn)內脂素是增高的，引起HMGB1的釋放，進一步引起血管內皮細胞炎癥應答，且這種改變是通過RAGE 而不是TLR4起作用。在用HMGB1的抑制劑glycyrrhizin處理后則可阻止內脂素誘導的單層內皮細胞連接蛋白的破壞[37]。Kanellakis等[38]用高脂飲食對ApoE-/-小鼠飼養(yǎng)，同時給予HMGB1抗體，結果發(fā)現(xiàn)HMGB1抗體可以減少動脈粥樣硬化的形成達55%，其機制是抑制巨噬細胞聚集，減少VCAM-1和MCP-1的表達，同時CD4+細胞和CD11c+的樹突狀細胞也明顯減少。

5　小結和展望

HMGB1作為一種核蛋白和DAMP，在生理和病理條件下的細胞內外均發(fā)揮重要的調控作用。近幾年的研究提示，HMGB1與肥胖、胰島素抵抗及其他相關代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展有著密切的聯(lián)系，目前的研究雖然取得了一定的成果，但仍然存在許多未解決的問題：肥胖如何導致局部甚至全身慢性低度炎癥的發(fā)生？在脂肪組織中HMGB1誘導產(chǎn)生的分子機制是什么？其發(fā)揮作用的受體是什么？有無組織特異性？干預或抑制HMGB1或其受體及信號通路能否在一定程度上來預防或治療肥胖及相關疾?。恳虼?，HMGB1距離將其作為相關疾病的診斷靶標和干預治療的手段應用于臨床仍任重而道遠。

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[收稿2016-03-16修回2016-05-18]

(編輯倪鵬)

10.3969/j.issn.1000-484X.2016.08.034

R392.11R364.5G353.11文獻標志碼A

1000-484X(2016)08-1233-04

張國俊(1980年-)，男，碩士，講師，主要從事炎癥與免疫方向的研究，E-mail：zgj003@126.com。

及指導教師：宋向鳳(1970年-)，女，博士，教授，主要從事代謝與免疫方向的研究， E-mail：xfsong@xxmu.edu.cn。