高遷移率族蛋白1 (HMGB1)在慢性疼痛中的研究進展*

張秀梅，單熱愛，黃　誠

(贛南醫(yī)學院　1.2015級碩士研究生；2.第一附屬醫(yī)院麻醉科；3.疼痛醫(yī)學研究所；4.生理學教研室，江西　贛州　341000)

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高遷移率族蛋白1 (HMGB1)在慢性疼痛中的研究進展*

張秀梅1，單熱愛2,3，黃誠3,4

(贛南醫(yī)學院1.2015級碩士研究生；2.第一附屬醫(yī)院麻醉科；3.疼痛醫(yī)學研究所；4.生理學教研室，江西贛州341000)

研究表明高遷移率族蛋白1在慢性疼痛中發(fā)揮重要作用，其存在多種相關(guān)分子機制。為進一步明確慢性疼痛的發(fā)病機理，尋求更多有效的藥物治療靶點，本文將就高遷移率族蛋白1參與慢性炎性痛，神經(jīng)病理性痛及其他慢性疼痛的相關(guān)信號通路、信號分子進行探討。

慢性疼痛；高遷移率族蛋白1；神經(jīng)炎性

據(jù)估計，慢性疼痛(包括炎性疼痛，神經(jīng)病理性疼痛和癌性疼痛)在世界范圍內(nèi)預計達到20%，其中有一大部分患者并未得到足夠有效的臨床治療。慢性疼痛嚴重影響患者的工作能力和生活質(zhì)量，給社會帶來巨大的經(jīng)濟負擔。目前慢性疼痛治療存在較大局限性，臨床上應用的鎮(zhèn)痛藥物在一定程度上能達到較好效果，但因其不良反應而限制了藥物的使用。因此，尋找新的治療慢性疼痛的藥物分子靶點意義重大。高遷移率族蛋白1(high mobility group box-1 protein,HMGB1)最早在敗血癥中作為重要的炎癥介質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，近來研究表明HMGB1作為促炎介質(zhì)在神經(jīng)炎性中發(fā)揮重要作用并且參與了慢性疼痛的發(fā)生發(fā)展，本文就HMGB1與慢性疼痛的關(guān)系綜述如下。

1　HMGB1的結(jié)構(gòu)和生物學特性

HMGB1是一種存在于哺乳動物細胞的核蛋白，通常情況下存在于細胞核中，在細胞死亡或應激時可釋放至細胞質(zhì)或細胞外。HMGB1存在于真核細胞核內(nèi)的非組蛋白染色體結(jié)合蛋白，是一個含有215個氨基酸殘基的單鏈多肽，高度保守，N端富含帶正電荷的賴氨酸，C末端富含帶負電荷的天門冬氨酸和谷氨酸，又稱酸性尾巴，分子量約為25 kDa[1]。在細胞損傷或壞死時，HMGB1可從細胞被動分泌，也可由單核/巨噬細胞等固有免疫細胞在致炎細胞因子刺激下主動分泌[2]。細胞外HMGB1水平升高將刺激谷氨酸的釋放，谷氨酸反過來又可介導神經(jīng)元細胞毒性[3]。近年來細胞外HMGB1作為經(jīng)典的損害相關(guān)分子(DAMP)而受到廣泛關(guān)注[4]。在炎癥和組織損傷時，HMGB1由細胞核轉(zhuǎn)位至細胞質(zhì)中[5]。細胞外的HMGB1單獨或與其他因子復合，充當趨化物或促炎介質(zhì)促進免疫細胞釋放細胞因子，諸如TNF、IL-1、IL-6[6-7]。HMGB1可與多種受體結(jié)合，包括Toll樣受體TLR2/TLR4，晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)，通過HMGB/TLR2/TLR4/NF-κB、HMGB/RAGE/NF-κB通路發(fā)揮作用[8-9]。HMGB1包含3個半胱氨酸殘基，分別是C23、C45、C106，其不同的氧化還原修飾狀態(tài)下HMGB1激活的受體不同[10]。外周HMGB1引發(fā)的疼痛取決于HMGB1的氧化還原狀態(tài)，小鼠足底注射牛胸腺來源的HMGB1(bt-HMGB1)、全硫醇型HMGB1(at-HMGB1)及二硫鍵型HMGB1(ds-HMGB1)，可引發(fā)長久而持久的機械痛覺超敏，其中由注射bt-HMGB1和at-HMGB1觸發(fā)的機械痛覺超敏是通過RAGE及CXCL12/CXCR4 通路來誘發(fā)，可被RAGE抑制劑所減弱，而ds-HMGB1誘發(fā)的痛覺超敏則被TLR4拮抗劑翻轉(zhuǎn)[10-12]。

2　HMGB1與慢性炎癥痛

HMGB1與促炎細胞因子之間存在正反饋循環(huán)軸，從而促進炎癥及疼痛的發(fā)生發(fā)展[13-15]。單核細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞、樹突狀細胞、內(nèi)皮細胞、血小板及其他免疫細胞在炎癥介質(zhì)(如：TNF、IL-1、IFN-γ)刺激下主動釋放HMGB1，星形膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元也可在刺激下主動分泌HMGB1；同時HMGB1作為經(jīng)典的促炎介質(zhì)，可激活免疫細胞產(chǎn)生TNF、IL-1及其他促炎因子。作為對組織損傷和炎癥的應答，核內(nèi)HMGB1改變位置進入細胞質(zhì)中。HMGB1一經(jīng)釋放至細胞外即可引起免疫激活，如誘導細胞因子的產(chǎn)生、趨化性、血管生成、細胞增殖和分化[15]。然而壞死細胞被動的釋放HMGB1；免疫細胞和其他細胞，包括神經(jīng)元是通過非經(jīng)典途徑主動分泌HMGB1[1]。釋放的HMGB1與IL-1β、ssDNA、核小體、LPS一起形成炎癥復合體，分別作用于IL-1R、TLR9、TLR2和TLR4并放大炎癥效應[16]。在炎癥的早、晚期，炎癥介質(zhì)均有助于HMGB1的主動分泌，這表明HMGB1在炎癥性疾病早期及晚期階段均發(fā)揮一定作用。免疫組化結(jié)果顯示HMGB1在脊髓神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中有表達；在膠原抗體誘導的小鼠關(guān)節(jié)炎模型中，鞘內(nèi)注射抗HMGB1中和抗體或重組HMGB1Abox1均可翻轉(zhuǎn)膠原誘發(fā)的機械痛敏；在Tlr4-/-小鼠鞘內(nèi)注射二硫鍵型HMGB1后，促疼痛反應消失，而在Tlr2-/-、Rage-/-小鼠的促疼痛反應持續(xù)存在，提示細胞外二硫鍵型HMGB1作用于TLR4介導關(guān)節(jié)炎誘導的疼痛[1]。在機體發(fā)生諸如損傷或局部缺血時，損傷細胞迅速釋放HMGB1，并在數(shù)小時內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)聚集，最后觸發(fā)有害的固有免疫應答[17]。綜上所述，HMGB1在慢性炎癥痛的發(fā)病機理可能是通過神經(jīng)炎性來延長慢性疼痛狀態(tài)。

3　HMGB1與神經(jīng)病理性痛

HMGB1除作用于免疫細胞外，也能調(diào)控造血細胞、上皮細胞及神經(jīng)元的激活[18]。研究證實，HMGB1可增加初級傳入神經(jīng)元的興奮性[19-20]，增強NMDA誘導的海馬神經(jīng)元激活并能放大神經(jīng)元與星形膠質(zhì)細胞相互之間的信號[19，21-23]。在2型糖尿病的神經(jīng)病理性模型中，小鼠機械痛敏的發(fā)展與脊髓中HMGB1的上調(diào)相關(guān)，鞘內(nèi)注射HMGB1中和抗體可抑制機械痛敏；據(jù)報道小鼠脊髓背角中促炎介質(zhì)TNF-α、IL-1β、IL-6及MCP-1 mRNAs表達上調(diào)，這種上調(diào)可被鞘內(nèi)注射HMGB1中和抗體所減弱[24]。在脛神經(jīng)損傷大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，RAGE抑制劑可翻轉(zhuǎn)at-HMGB1依賴的機械超敏，提示at-HMGB1通過RAGE受體參與神經(jīng)病理性痛的發(fā)生發(fā)展[12]。Zhang等[25]報道，在部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎小鼠模型(PSNL)中，在結(jié)扎后14天，結(jié)扎側(cè)坐骨神經(jīng)浸潤的巨噬細胞及增生的施旺細胞HMGB1表達上調(diào)，反復應用抗HMGB1抗體在損傷周圍神經(jīng)注射治療可明顯改善PSNL誘發(fā)的機械超敏；在損傷的坐骨神經(jīng)中MMP-9、TNF-α、IL-1β和COX-2的表達均上調(diào)，外周應用抗HMGB1抗體能顯著抑制MMP-9的表達，而對其他因子則無抑制作用；在外周注射選擇性MMP-9抑制劑可顯著改善PSNL誘發(fā)的機械超敏。以上結(jié)果表明HMGB1直接介導MMP-9的表達，在神經(jīng)損傷中阻斷HMGB1-MMP-9通路可能是改善神經(jīng)病理性痛的重要策略。另有研究發(fā)現(xiàn)，在脊神經(jīng)結(jié)扎(SNL)大鼠模型中，脊髓磷酸酶催化亞基2A(PP2Ac)通過組蛋白去乙?；?(HDAC4)依賴地對HMGB1基因轉(zhuǎn)錄的表觀修飾來促進神經(jīng)病理性痛的發(fā)展；SNL誘導細胞質(zhì)中HDAC4聚集，減少細胞核中HDAC4與HMGB1基因的啟動區(qū)結(jié)合, 促進HMGB1基因轉(zhuǎn)錄及脊髓背角HMGB1的表達，從而成為疼痛發(fā)展的基礎[26]。近年來，miRNAs調(diào)控神經(jīng)病理性痛引發(fā)越來越多的關(guān)注，但miRNAs調(diào)控神經(jīng)病理性痛的確切機制尚不完全清楚。在對慢性緊縮性損傷(Chronic constriction injury，CCI)致神經(jīng)病理性痛大鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，過表達miR-141可顯著抑制HMGB1的表達，而過表達HMGB1可翻轉(zhuǎn)miR-141對神經(jīng)病理性痛的抑制作用，表明過表達miR-141是通過靶向抑制HMGB1來抑制神經(jīng)病理性痛的發(fā)展[27]?；贖MGB1誘發(fā)疼痛的機制可以推測：為應對損傷, 感覺神經(jīng)組織釋放HMGB1并敏化感覺神經(jīng)對傷害感受的刺激，從而來維持慢性疼痛狀態(tài)。

4　HMGB1與其他慢性疼痛

骨癌疼痛是比較常見的慢性癌性疼痛，其誘發(fā)的疼痛機制相對于外周神經(jīng)損傷導致的疼痛更復雜。骨癌疼痛包含三大方面的病理改變，分別是傷害感受疼痛、炎癥痛和神經(jīng)病理性疼痛。有趣的是，HMGB1不僅在慢性炎癥痛及神經(jīng)病理性痛等多種疼痛模型中發(fā)揮重要作用，而且在慢性癌性痛的發(fā)病機制中也可能存在相關(guān)性。研究證實，脊髓神經(jīng)炎性在骨癌疼痛模型中發(fā)揮重要作用。Tong等[28]在脛骨注射癌細胞大鼠模型上觀察到HMGB1的表達，且在脛骨癌大鼠模型中脊髓HMGB1及IL-1β的表達明顯上調(diào)與機械痛敏相一致；在鞘內(nèi)注射抗HMGB1抗體后IL-1β表達明顯下降并可明顯減輕機械痛敏；研究表明骨癌誘導脊髓HMGB1及IL-1β的表達，從而調(diào)控脊髓興奮性突觸傳遞及疼痛反應。近年來研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1亦參與間質(zhì)性膀胱炎/膀胱疼痛綜合征(IC/PBS)所致疼痛的發(fā)展，小鼠膀胱內(nèi)蛋白酶激活受體4(PAR4)的激活將通過巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)介導HMGB1的釋放而誘發(fā)腹部超敏反應，當阻斷HMGB1后，這種疼痛超敏可被抑制，MIF作為HMGB1的上游分子在介導膀胱疼痛中充當重要角色[29]。然而目前對HMGB1在慢性疼痛模型中的研究主要集中在慢性炎癥痛及神經(jīng)病理性痛，對HMGB1在其他疾病導致的慢性疼痛的相關(guān)性研究較少。

綜上所述，HMGB1能單獨或與其他分子形成復合物作為重要的炎癥促傷害感受介質(zhì)發(fā)揮作用。在疼痛模型中HMGB1可由外周和中樞釋放，釋放至細胞外的HMGB1可作用于感覺神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞及免疫細胞等驅(qū)動疼痛信號。因此，HMGB1可作為慢性疼痛疾病治療的新靶點將會愈加關(guān)注，并且針對HMGB1分子靶點藥物的研究將具有重要意義。

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單熱愛，女，教授，主任醫(yī)師，碩士研究生導師。E-mail: shanreai@163.com；

黃誠，男，博士，教授，碩士研究生導師。研究方向：電針鎮(zhèn)痛與慢性痛研究。E-mail:huangc6a2013@163.com

R741.02

A

1001-5779(2016)04-0513-04

10.3969/j.issn.1001-5779.2016.04.003

2016-06-03)(責任編輯：敖慧斌)