HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信號通路與膿毒癥關(guān)系的研究進(jìn)展

周霞，凌斌，孫潔，修光輝，朱義超，熊偉

(昆明醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院，昆明650021)

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·綜述·

HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信號通路與膿毒癥關(guān)系的研究進(jìn)展

周霞，凌斌，孫潔，修光輝，朱義超，熊偉

(昆明醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院，昆明650021)

高遷移率族蛋白B1(HMGB1)作為晚期炎癥因子可促進(jìn)早期炎癥因子釋放，不斷觸發(fā)并維持下游炎癥反應(yīng)，其受體主要有晚期糖基化終產(chǎn)物受體和Toll樣受體，受體活化后可激活各種信號通路，并激活NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路樞紐，進(jìn)而上調(diào)各種炎癥因子，促進(jìn)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)膿毒血癥發(fā)展。本文對HMGB1介導(dǎo)的信號通路HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB與膿毒癥關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

膿毒癥；高遷移率族蛋白B1；高遷移率族蛋白B1-晚期糖基化終產(chǎn)物受體/Toll樣受體-核轉(zhuǎn)錄因子κB信號通路；炎癥調(diào)控

膿毒癥的發(fā)生與炎癥介質(zhì)的不可控釋放、免疫功能障礙有關(guān)[1]。膿毒癥的最新定義為感染引起的宿主反應(yīng)失調(diào)所導(dǎo)致的致命性器官功能障礙[2]。由于感染的病原體毒素釋放，激活機(jī)體免疫系統(tǒng)，多種炎癥因子序貫性激活，導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞、組織器官、免疫系統(tǒng)發(fā)生不可逆性損害[3]。一旦機(jī)體對炎癥調(diào)節(jié)失衡，將導(dǎo)致組織器官損傷，誘發(fā)全身各系統(tǒng)、多臟器的廣泛損傷及功能障礙[4]。臨床采用生物反應(yīng)調(diào)節(jié)劑抑制早期炎癥并未取得明顯效果[5]。高遷移率族蛋白B1(HMGB1)作為膿毒癥下游炎癥反應(yīng)中重要的晚期炎癥因子，在膿毒癥的發(fā)生、發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用，有望成為新的治療靶點。在小鼠膿毒癥模型實驗中，應(yīng)用HMGBl抗體或特異性拮抗劑可有效提高小鼠的存活率，甚至在造模24 h后給藥，仍可有效降低其血液中HMGB1的水平[6]。本文就HMGB1介導(dǎo)的HMGB1-晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)/Toll樣受體(TLRs)-核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)信號通路與膿毒癥關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述，為膿毒癥的治療提供新的思路。

1 HMGB1概述

HMGB1是HMGB亞族中含量豐富的核蛋白，在多種器官中均有表達(dá)。人HMGB1位于染色體13q12，由215個氨基酸殘基組成，相對分子質(zhì)量約24 894 Da[7]。人與多種生物的HMGB1氨基酸序列具有高度同源性。在細(xì)胞內(nèi)，HMGB1參與核小體構(gòu)建，DNA復(fù)制、修復(fù),細(xì)胞分化，基因表達(dá)與調(diào)節(jié)等多種細(xì)胞生命活動；在細(xì)胞外，HMGB1可介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、促進(jìn)腫瘤生長等，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。

HMGB1經(jīng)兩種途徑釋放：主動分泌和被動釋放。其主要由活化的單核-巨噬細(xì)胞主動分泌，也可通過壞死細(xì)胞被動釋放。HMGB1作為損傷相關(guān)分子模式可促進(jìn)炎癥反應(yīng)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，在某些細(xì)胞因子、病原相關(guān)分子模式(PAMP)等多種因素作用下，自然殺傷細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等也分泌HMGB1。Sun等[1]發(fā)現(xiàn)，在脂多糖狗膿毒癥模型中，HMGB1作為晚期炎癥因子可促進(jìn)早期炎癥因子(TNF-α和IL-6)釋放，不斷觸發(fā)并維持下游炎癥反應(yīng)，促進(jìn)膿毒癥進(jìn)一步發(fā)展。

2 HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信號通路與膿毒癥的關(guān)系

HMGB1分泌到細(xì)胞外發(fā)揮促炎作用，其主要通過與其受體結(jié)合，激活下游信號通路，促進(jìn)NF核內(nèi)轉(zhuǎn)移發(fā)揮其炎癥調(diào)控作用。HMGB1的受體主要有RAGE和TLRs，如TLR2和TLR4。受體活化后可激活各種信號通路，如絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路，并激活NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路樞紐，進(jìn)而上調(diào)各種炎癥因子，促進(jìn)炎癥級聯(lián)反應(yīng)。

2.1 RAGE及其信號通路 RAGE是免疫球蛋白超家族中一種具有多配體的跨膜受體，主要分兩類：可溶性RAGE(sRAGE)和膜性RAGE，其主要功能是與配體結(jié)合后進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[9]。RAGE表達(dá)范圍廣泛，如在心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、中性粒細(xì)胞中均有表達(dá)。其與膿毒癥的發(fā)病機(jī)制主要是在炎癥的發(fā)病及持續(xù)過程中，傳遞從病原體到活化細(xì)胞的信號。

Liliensiek等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在盲腸結(jié)扎穿孔小鼠膿毒癥模型中，與野生型小鼠相比，RAGE缺失型小鼠的動脈氧合升高，生存率顯著改善。RAGE是HMGB1最主要的高親和力受體，RAGE與其配體相互作用激活各種過程，如炎癥、增生、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞遷移等。Lee等[11]發(fā)現(xiàn)，胞外HMGB1與細(xì)胞表面受體RAGE結(jié)合是觸發(fā)相關(guān)炎癥疾病的主要信號通路。HMGB1與RAGE結(jié)合，引發(fā)的一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián),可直接通過NF-κB途徑或間接通過Ras-Jun-氨基端激酶/磷脂酰肌醇-3激酶途徑或MAPKs途徑使NF-κB易位，促進(jìn)促炎因子、趨化因子、黏附分子的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致炎癥；也可通過CDc42-Rac1途徑誘導(dǎo)細(xì)胞骨架重排、調(diào)節(jié)軸突生長[12]。Brodsk等[13]臨床研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥患者28 d的病死率與sRAGE的增加有關(guān)，sRAGE預(yù)測預(yù)后的敏感度優(yōu)于降鈣素原、C反應(yīng)蛋白和乳酸等生化指標(biāo)。Ingels等[14]研究也發(fā)現(xiàn)，外科ICU患者入院時sRAGE的升高與不良預(yù)后有關(guān)。以上研究表明，sRAGE有望作為預(yù)測膿毒癥患者預(yù)后的早期生物標(biāo)記物。

2.2 TLRs及其信號通路 Bangert等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在心肌炎患者中，局部和全身的HMGB1、sRAGE表達(dá)水平升高；在敲除RAGE基因的小鼠中，TLR4水平升高，這說明HMGB1的致炎作用并不只依賴RAGE，TLRs也可能參與炎癥性疾病的發(fā)病機(jī)制。TLRs屬于固有免疫中的模式識別受體，廣泛分布于大多數(shù)細(xì)胞，胞外結(jié)構(gòu)域可識別PAMP；胞內(nèi)段參與啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。TLRs也是連接非特異性免疫和特異性免疫的橋梁。TLR4不但可以識別外源的病原體，而且可以識別內(nèi)源性物質(zhì)及降解物。

TLR4/髓樣分化因子88(My D88)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要誘導(dǎo)促炎因子的表達(dá)。Gao等[16]研究發(fā)現(xiàn)，TLR2通過募集Toll樣IL-l受體相關(guān)蛋白及My D88，與Toll樣IL-1受體結(jié)構(gòu)域結(jié)合,進(jìn)而激活NF-κB及MAPKs，調(diào)控促炎及抗炎反應(yīng)；還通過抑制TLR4介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激，減輕胸腹部手術(shù)導(dǎo)致的肺損傷。此外，Kim等[17]研究證明，HMGB1需要通過TLR4和輔助受體CD14誘發(fā)單核細(xì)胞趨化蛋白1、γ干擾素誘導(dǎo)蛋白10和巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1α的釋放。Sodhi等[18]研究證實，創(chuàng)傷后的腸道上皮細(xì)胞TLR4激活會導(dǎo)致HMGB1釋放，進(jìn)一步引發(fā)腸道及肺的損傷，使用新型小分子TLR4抑制劑可減少腸道內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激，降低循環(huán)中的HMGB1，保留創(chuàng)傷后肺的結(jié)構(gòu)。

3 HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信號通路對膿毒癥的調(diào)控機(jī)制

NF-κB是重要的核轉(zhuǎn)錄因子，通常與其抑制蛋白IκBα結(jié)合以非活性狀態(tài)存在于大部分類型細(xì)胞的胞質(zhì)中，只有在各種活化因素(如應(yīng)激性刺激、病毒、細(xì)胞因子、氧自由基)的作用下才會被激活，使其從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)到細(xì)胞核。NF-κB參與炎癥因子調(diào)控、細(xì)胞凋亡、免疫細(xì)胞的活化、淋巴細(xì)胞的發(fā)育及應(yīng)激反應(yīng)等多種細(xì)胞活動。NF-κB及其下游靶向基因的轉(zhuǎn)錄在RAGE的激活后得到啟動，而激活的NF-κB亦能調(diào)控RAGE的轉(zhuǎn)錄。

NF-κB可觸發(fā)細(xì)胞因子上調(diào)，如TNF-α、IL-6，啟動炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡的過程。Zhang等[19]研究表明，壞死細(xì)胞被動釋放HMGB1，可刺激TLR4自分泌，這可能引發(fā)“無菌炎癥”，產(chǎn)生不同的疾病狀態(tài)。氧化劑主要通過TLR4激活NF-κB以增強HMGB1的促炎作用。Lee等[20～22]研究表明，胞外HMGB1作為關(guān)鍵性促炎因子，與單核細(xì)胞表面的RAGE/TLR結(jié)合，促進(jìn)TNF-α、IL-1及IL-6等促炎因子的合成與釋放，活化NF-κB的信號傳導(dǎo)途徑，促進(jìn)NF-κB核內(nèi)轉(zhuǎn)移；這些促炎因子又會導(dǎo)致反應(yīng)性氧化產(chǎn)物增多，參與血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷、各種組織細(xì)胞的凋亡等病理生理過程。同時NF-κB可能直接參與HMGB1誘生的信號調(diào)控過程[23]。Li等[24]研究發(fā)現(xiàn)，對于ConA介導(dǎo)的肝炎小鼠，槲皮素可顯著降低其血清中炎癥因子，降低HMGB1和TLR2、TLR4的表達(dá)，槲皮素預(yù)處理可顯著抑制IκBα的降解和調(diào)制NF-κB肝核轉(zhuǎn)位,這表明槲皮素可抑制HMGB1-TLRs-NF-κB信號通路，起到抗炎作用。

膿毒癥治療未取得重大突破的關(guān)鍵在于缺乏精準(zhǔn)度高的預(yù)警診斷指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)化的治療方案。應(yīng)用HMGB1抗體及抑制劑，抑制RAGE、TLR4活性，基因敲除相應(yīng)基因，阻斷這些分子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對于膿毒癥具有正面作用，如抑制炎癥反應(yīng)、改善器官功能障礙、顯著提高生存率等。而且臨床研究表明，sRAGE有望成為預(yù)測膿毒癥患者預(yù)后的生化指標(biāo)。因此，探討HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信號通路在膿毒癥中的作用，對完善膿毒癥發(fā)病的分子機(jī)制及其治療有重要意義。然而對于復(fù)雜的系統(tǒng)性炎癥，很難成功地將動物研究轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。我們可通過針對不同靶點的組合療法進(jìn)行膿毒癥的治療。這將為認(rèn)識膿毒癥的發(fā)病機(jī)制、改善膿毒癥預(yù)后提供新的思路。

[1] Sun J, Shi S, Wang Q, et al. Continuous hemodiafiltration therapy reduces damage of multi-organs by ameliorating of HMGB1/TLR4/NF-κB in a dog sepsis model[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2015,8(2):1555-1564.

[2] Singer M, Deutschman CS, Seymour CW, et al. The third internationa consensus definitions for sepsis and septic shock(Sepsis-3)[J]. JAMA, 2016,315(8):801-810.

[3] Bao GQ, He L, Lee D, et al. An ongoing search for potential targets and therapies for lethal sepsis[J]. Mil Med Res, 2015,2(3):1-11.

[4] Gentile LF, Cuenca AG, Efron PA, et al. Persistent inflammation and immunosuppression: A common syndrome and new horizon for surgical intensive care[J]. J Trauma Acute Care Surg, 2012,72(6):1491-1501.

[5] Gentile LF, Moldawer LL. HMGB1 as a therapeutic target for sepsis: it′s all in the timing[J]. Expert Opin Ther Targets, 2014,18(3):243-245.

[6]Yang H, Ochani M, Li J, Qiang X, et al. Reversing established sepsis with antagonists of endogenous high-mobility group box 1[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2004,101(1):296-301.

[7] Shen X, Li WQ. High-mobility group box 1 protein and its role in severe acute pancreatitis[J]. World J Gastroenterol, 2015,21(5):1424-1435.

[8] Wang H, Ward MF, Sama AE. Targeting HMGB1 in the treatment of sepsis[J]. Expert Opin Ther Targets, 2014,18(3):257-268.

[9] Ramasamy R, Yan SF, Schmidt AM. Receptor for AGE(RAGE): signaling mechanisms in the pathogenesis of diabetes and its complications[J]. Ann NY Acad Sci, 2011,1243(1):88-102.

[10] Liliensiek B, Weigand MA, Bierhaus A, et al. Receptor for advanced glycation end products (RAGE)regulates sepsis but not the adaptive immune response[J]. Eur J Clin Invest, 2004,113(11):1641-1650.

[11] Lee W, Ku S, Yoo H, et al. Andrographolide inhibit HMGB1-induced inflammatory responses in human umbilical vein endothelial cells and in murine polymicrobial sepsis[J]. Acta Physiol, 2014,211(1):1705-1717.

[12] Chuah YK, Basir R, Talib H, et al. Receptor for advanced glycation end products and its involvement in inflammatory diseases[J]. Int J Inflam, 2013,2013(21):1-5.

[13] Brodsk H, Malickova K, Valenta J, et al. Soluble receptor for advanced glycation end products predicts 28-day mortality in critically ill patients with sepsis[J]. Scand J Clin Lab Invest, 2013,73(8):650-660.

[14] Ingels C, Derese I, Wouters PJ, et al. Soluble RAGE and the RAGE ligands HMGB1 and S100A12 in critical illness: impact of glycemic control with insulin and relation with clinical outcome[J]. Shock, 2015,43(2):109-116.

[15] Bangert A, Andrassy M, Müller AM, et al. Critical role of RAGE and HMGB1 in inflamma-tory heart disease[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2016,113(2):E155-E164.

[16] Gao S, Guan S, Li H, et al. Ameliorating effects of low tidal volume ventilation with associated hypercapnia on pneumoperitoneum-induced lung injury by inhibition of Toll-like receptor 4[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(2):1814-1823.

[17] Kim S, Kim SY, Pribis JP, et al. Signaling of high mobility group box 1(HMGB1)through toll-like receptor 4 in macrophages requires CD14[J]. Mol Med, 2013,19(1):88-98.

[18] Sodhi CP, Jia H, Yamaguchi Y,et al. Intestinal epithelial Toll-like Receptor-4 activation is required for the development of acute lung injury after trauma/hemorrhagic shock via the release of HMGB1 from the gut[J]. J Immunol, 2015,194(10):4931-4939.

[19] Zhang Y, Karki R, Igwe OJ. Toll-like receptor 4 signaling: A common pathway for interactions between prooxidants and extracellular disulfide high mobility group box 1(HMGB1)Protein-coupled activation[J]. Biochem Pharmacol, 2015,98(1):132-143.

[20] Lee SA, Kwak MS, Kim S, et al. The role of high mobility group box 1 in innate immunity[J]. Yonsei Med J, 2014,55(5):1165-1176.

[21] Chakraborty R, Bhatt KH, Sodhi A. High mobility group box 1 protein synergizes with lipopolysaccharide and peptidoglycan for nitric oxide production in mouse peritoneal macrophages in vitro[J]. Mol Immunol, 2013,54(1):48-57.

[22] Li JZ, Wu JH, Yu SY, et al. Inhibitory effects of paeoniflorin on lysophosphatidylcholine-induced inflammatory factor production in human umbilical vein endothelial cells[J]. Int J Mol Med, 2013,31(2):493-497.

[23] Liu F, Fu Y, Wei C, et al. The expression of GPR109A, NF-κB and IL-1β in peripheral blood leukocytes from patients with type 2 diabetes[J]. Ann Clin Lab Sci, 2014,44(4):443-448.

[24] Li X, Liu HC, Yao QY, et al. Quercetin protects mice from conA-induced hepatitis by inhibiting HMGB1-TLR expression and down-regulating the nuclear factor kappa B pathway[J]. Inflammation, 2015,39(1):1-11.

國家自然科學(xué)基金資助項目(81360289)。

凌斌(E-mail：lingbin02@yahoo.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.37.035

R631.1

A

1002-266X(2016)37-0101-03

2016-06-12)