高遷移率族蛋白B1在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病中的作用

游泳 劉升明

暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸科（廣州510630）

慢性阻塞性肺疾?。–OPD）以持續(xù)的呼吸道癥狀和不完全可逆氣流受限為特征，通常與暴露于有害顆粒或氣體引起的氣道和（或）肺泡異常有關(guān)［2］。相關(guān)文獻(xiàn)顯示［3］COPD大約9% ～ 10%的為40歲以上的成年人，大約25%的COPD患者會發(fā)展為惡病質(zhì)，可以導(dǎo)致心血管，糖尿病和骨質(zhì)疏松癥等全身多個(gè)系統(tǒng)并發(fā)癥。慢性阻塞性肺疾病（COPD）到2030年將成為全球第三大流行死因［4］，造成整個(gè)社會的巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。高遷移率族蛋白B1（high mobility group box1，HMGB1）是種重要的晚期炎癥因子，在COPD患者肺組織和呼吸氣道內(nèi)高表達(dá)。單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等在受刺激后在16～20 h左右才有HMGB1釋放，并且HMGB1能夠在血清中維持1～3 d，在COPD患者中，HMGB1較許多早期炎性因子（例如TNF-α）有更重要的臨床意義。

1 HMGB1

HMGB1最開始是由Goodwin Johns在牛胸腺中發(fā)現(xiàn)。是一種高度保守的非組蛋白染色體結(jié)合蛋白，在聚丙烯酰胺凝膠電泳中具有高遷移能力。廣泛分布于哺乳動物的各種器官中，如肺、心臟、肝等組織中。HMGB1主要由肺泡巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞等產(chǎn)生［5］。正常生理狀態(tài)下HMGB1主要位于細(xì)胞核中，低水平表達(dá)。與基因轉(zhuǎn)錄、DNA修復(fù)等過程相關(guān)［6］。HMGBl主要有兩種釋放方式：（1）由激活的單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞主動釋放；（2）從凋亡的細(xì)胞中被動釋放。不同方式釋放的HMGB1具有不同的功能，由肺泡單核巨噬細(xì)胞等主動分泌的HMGB1才發(fā)揮促炎效應(yīng)，是啟動和維持炎癥瀑布式反應(yīng)的關(guān)鍵分子［7］。HMGB1具有細(xì)胞因子，趨化因子和生長因子活性的特征，及其協(xié)調(diào)炎癥和免疫反應(yīng)的作用［6］使其與多種疾病如膿毒癥、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、惡性腫瘤、敗血癥等相關(guān)，近年來許多研究顯示HMGB1參與COPD等呼吸系統(tǒng)疾病的病理生理過程。HMGB1肺臟中的高表達(dá)與肺功能受損，與COPD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［8］。

2 HMGBl與COPD患者肺功能、嚴(yán)重程度的相關(guān)性

FERHANI等［5］的研究顯示在吸煙的COPD患者和吸煙無COPD者肺組織和氣道中HMGB1陽性表達(dá)細(xì)胞增多，且顯著多于健康對照組。吸煙的COPD患者與吸煙無COPD患者相比HMGB1水平更高，兩者之間也存在顯著差異。多項(xiàng)國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)COPD患者均高表達(dá)HMGB1，且HMGB1表達(dá)陽性細(xì)胞數(shù)目顯著多于健康對照組［8-11］。但目前沒有文獻(xiàn)明確提及HMGB1在COPD中檢測的靈敏度與特異度，根據(jù)閱讀到的國內(nèi)外文獻(xiàn)均顯示HMGB1在COPD患者中高度表達(dá)，但由于免疫系統(tǒng)疾病、腫瘤、膿毒癥等也均可引起HMGB1升高，據(jù)此推斷出HMGB1在COPD患者中有較高的靈敏度，但特異度不高。KANAZAWA等［12］的研究比較了吸煙的 COPD患者、吸煙無COPD者、非吸煙者三組中內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)襯液（ELF）的HMGB1水平，發(fā)現(xiàn)中央氣道水平的HMGB1水平對COPD患者無明顯影響，在外周氣道中，吸煙COPD患者的HMGB1水平比其他兩組顯著增高，外周氣道中的HMGB1水平與COPD患者肺功能、嚴(yán)重程度相關(guān)。因此，外周氣道中的HMGB1才是潛在的治療價(jià)值目標(biāo)。FERHANI等［5］的研究也證明吸煙的COPD患者肺泡灌洗液中HMGB1水平與 FEV1% 和FEV1/FVC成反比；ZHANG等［10］的實(shí)驗(yàn)研究測量了44名COPD患者住院和出院前24 h血HMGB1水平，他們觀察到HMGB1從急性期到恢復(fù)期呈顯著下降趨勢；HOU等［9］的研究表示痰中HMGB1是影響COPD嚴(yán)重程度的一個(gè)獨(dú)立因素，與是否使用吸入激素、吸煙、患者年齡等無關(guān)。這些研究均表明HMGB1水平與COPD嚴(yán)重程度有關(guān)。POUWELS等［13］研究顯示HMGB1參與COPD病情惡化可能與激活模式識別受體（PRRs）有關(guān)。大部分文獻(xiàn)都顯示HMGB1在加重期和緩解期濃度顯著不同，和 FEV1%值具有良好的相關(guān)性［8-10，12-15］。表明了HMGB1在COPD中的作用，以及與COPD患者的肺功能、嚴(yán)重程度相關(guān)。根據(jù)上文我們推斷出在COPD患者中，HMGB1越高預(yù)后可能越差，但具體的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

3 HMGB1在COPD中的作用

炎癥細(xì)胞的激活導(dǎo)致的多種炎癥介質(zhì)的釋放以及炎癥因子間相互作用產(chǎn)生的級聯(lián)反應(yīng)是COPD炎癥機(jī)制的中心環(huán)節(jié)［16］。COPD的致病特征是反復(fù)的氣道感染導(dǎo)致氣道增殖并重塑，HMGB1作為COPD一種重要的炎癥因子，不僅參與肺部炎癥而且與氣道增殖及肺部纖維化有關(guān)。在組織損傷，感染或炎癥的條件下，HMGB1從細(xì)胞核轉(zhuǎn)位到細(xì)胞質(zhì)，然后釋放到細(xì)胞外，在細(xì)胞外調(diào)節(jié)免疫和炎癥反應(yīng)［11］。HMGB1能夠刺激TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、MIP-1等多種炎性因子和趨化因子的釋放［5］，這些炎癥介質(zhì)又能夠加強(qiáng)HMGB1的分泌，從而形成一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞因子分泌調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。HMGB1和許多炎癥因子在炎癥網(wǎng)絡(luò)中存在正反饋環(huán)路，其相互促進(jìn)和激活的正向調(diào)節(jié)關(guān)系，維持著氣道和肺泡內(nèi)大量炎癥因子的聚集，放大炎癥效應(yīng)［8］。許多研究顯示血清HMGB1的水平和中性粒細(xì)胞、TNF-α、IL-8、IL-1β、NF-κB水平正相關(guān)［8，17］。HMGB1作用主要是與其受體有關(guān)，HMGB1結(jié)合受體發(fā)揮細(xì)胞調(diào)節(jié)功能，從細(xì)胞成熟，增殖，存活和細(xì)胞死亡［18］。HMGB1是損傷相關(guān)模式分子（DAMP）的一種典型代表，已被證明至少可以與三種受體相互作用：受體晚期糖基化終產(chǎn)物（RAGE）及toll樣受體（TLR2、TLR4）［10-19］。在正常組織中，RAGE和HMGB1一樣表達(dá)水平很低，F(xiàn)ERHANI等［5］研究發(fā)現(xiàn)RAGE在COPD患者的氣道平滑肌和氣道上皮過表達(dá)，并與HMGB1共定位，當(dāng)其配體HMGB1聚集時(shí)RAGE表達(dá)也呈上升趨，兩者之間形成正反饋，對氣道炎癥起維持和放大作用。HMGB1與RAGE受體親和力最高，研究顯示高水平的RAGE在肺泡上皮細(xì)胞中和肺泡巨噬細(xì)胞表達(dá)，被認(rèn)為是COPD重要的的發(fā)病機(jī)制［10］。胞外HMGB1可激活胞內(nèi)p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）、核因子（NF-κB）等下游信號通路，或上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-β1）和血小板源性生長因子（PDGF）的分泌，誘發(fā)細(xì)胞及組織損傷［20-21］。HMGB1與RAGE受體結(jié)合可通過Ras/Raf、Rac/CDC42、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun Nterminal kinase，JNK）及其相關(guān)蛋白 p38抗體（p38）等細(xì)胞內(nèi)信號通路最終激活NF-κB（核因子κB）信號通路。HMGB1與TLRs受體結(jié)合主通過依賴性MyD88信號通路激活I(lǐng)RAK（白介素-1受體相關(guān)激酶），IRAK活化后與TRAF（TNF受體相關(guān)因子6）相互作用最后激活TAK1（轉(zhuǎn)化生長因子激酶1），最后激活NF-κB和MAPK信號通路。NF-κB通路和MAPK通路能夠調(diào)節(jié)COPD多種炎癥介質(zhì)的釋放，如IL-8、TNF-α、MMP-9等。近期有研究顯示HMGB1也可以直接結(jié)合到LPS，從而加強(qiáng)其通過CD14激活TLR4的能力［18］。在煙曲霉導(dǎo)致的慢阻肺小鼠中，HMGB1通過Dectin-1和TLR2/4受體激活MyD88/NF-κB信號通路和NF-κB活化syk/PI3K信號介導(dǎo)炎癥反應(yīng)［22］。HMGB1在COPD患者中不僅促進(jìn)炎癥，而且反應(yīng)性的引起氣道平滑肌增厚和纖維化，與組織重塑，氣流阻塞和肺氣腫有關(guān)［5，14，19］。HMGB1不僅能與IL-1β形成復(fù)合物作為增強(qiáng)劑增強(qiáng)COPD炎癥反應(yīng)［5］，而且協(xié)同IL-1β促進(jìn)氣道上皮屏障損傷，降低緊密蛋白o(hù)ccludin和claudin-2蛋白表達(dá)水平，緊密蛋白o(hù)ccludin在HMGB1導(dǎo)致的氣道上皮細(xì)胞屏障損傷中至關(guān)重要［23］。HMGB1通過RAGE/ERK信號通路導(dǎo)致氣道上皮屏障損傷及連接蛋白破壞，促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞的增殖。OJO等人研究HMGB1促進(jìn)支氣管上皮細(xì)胞損傷及修復(fù)是通過TLR4和（或）RAGE信號調(diào)節(jié)ECM（細(xì)胞外基質(zhì)）的纖連蛋白和層粘連蛋白-5的γ2鏈［19］。HMGB1的表達(dá)與氣道、肺血管結(jié)構(gòu)的病理變化基本一致。這些研究都表明HMGB1參與阻塞性氣道疾病和纖維化肺部疾病的炎癥并導(dǎo)致組織重塑。

4 治療

HMGB1在COPD急性期上升并且在康復(fù)期顯著下降，提示HMGB1可能不僅是COPD的炎癥標(biāo)志物，也是COPD的治療目標(biāo)［10］。WONG等［11］研究顯示HMGB1參與氣道疾病的作用機(jī)制對治療靶向有啟示作用。根據(jù)HMGB1的作用主要是通過RAGE和TLRs受體介導(dǎo)，對RAGE和TLRs受體進(jìn)行阻滯，可減弱HMGB1增殖上皮細(xì)胞的能力及減輕炎癥，進(jìn)而延緩氣道重塑［17，19，24-25］。從中和抗體，內(nèi)源激素中以及藥用草藥衍生的小分子HMGB1抑制劑被證明能夠抵抗致死性感染和缺血性損傷，已有研究證明HMGB1抑制劑在敗血癥中的作用［26-27］，Escin（七葉皂苷）通過抑制LPS（內(nèi)毒素）誘導(dǎo)的化膿性小鼠中HMGB1的水平增加存活率。七葉素還可以抑制HMGB1的mRNA水平和HMGB1的活性［26］。因此未來在HMGB1抑制劑方面的研究可能成為治療COPD的一種策略。有報(bào)道稱TSLP（胸腺基質(zhì)淋巴生成素）能抑制HMGB1-RAGE的結(jié)合，能阻止化學(xué)誘導(dǎo)的哮喘模型中的氣道炎癥［28］是否TSLP也能抑制COPD患者的HMGB1-RAGE的結(jié)合有待進(jìn)一步研究。HMGB1與RAGE受體以及TLRs受體結(jié)合最終大多是通過激活NF-κB途徑介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。有研究表明NF-κB抑制劑可顯著下調(diào)動物組織HMGB1的表達(dá)，WANG等［17］為了證明NF-κB對HMGB1表達(dá)的影響，建立了慢性阻塞性肺病的動物模型，給48只大鼠施用NF-κB抑制劑（正常對照，COPD大鼠和COPD大鼠復(fù)雜與缺氧）。證明了HMGB1 mRNA和蛋白表達(dá)分別與NF-κB蛋白表達(dá)呈正相關(guān)，使用NF-κB抑制劑后HMGB1 mRNA和蛋白的表達(dá)在肺組織明顯減少，用NF-κB抑制劑靶向治療COPD小鼠，最后發(fā)現(xiàn)肺組織中HMGB1的下調(diào)。NF-κB抑制劑具有潛在的抗炎作用，能抑制TNF-α、IL-6、IL-1炎癥介質(zhì)的分泌，而且可以抑制NF-κB 與DNA的結(jié)合［29］。抑制p38MAPK可抑制炎癥介質(zhì)釋放，已經(jīng)有一些小分子如SD-282、PH797804等抑制劑在研發(fā)，有研究顯示其改善患者的肺功能、呼吸困難等癥狀的作用是可觀的［30］。

HMGB1是COPD氣道炎癥中的重要炎性介質(zhì)之一，在COPD患者肺組織、氣道、血漿、痰液等標(biāo)本中高表達(dá)；HMGB1與COPD患者肺功能呈負(fù)相關(guān)，可以反映COPD的嚴(yán)重程度，有助于臨床醫(yī)生對COPD患者的病情評估，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值；HMGB1通過激活信號傳導(dǎo)通路促進(jìn)多種炎癥介質(zhì)的釋放和氣道的增殖纖維化。本文通過更加深入的認(rèn)識HMGB1在COPD中的發(fā)病機(jī)制，為COPD的治療帶來新的思路。