HMGB1參與調(diào)節(jié)平滑肌細胞表型轉(zhuǎn)化機制的研究進展

屈東明　侯長春

【摘要】 HMGB1被認為與多種感染性和非感染性炎癥疾病密切相關(guān)，比如膿毒癥、關(guān)節(jié)炎、肺炎、胰腺炎、燙傷、動脈粥樣硬化等。不僅如此，研究還發(fā)現(xiàn)HMGB1延長嗜酸性粒細胞（EOS）生存時間，并激活EOS;HMGB1增強樹突狀細胞抗原提呈能力，促進其細胞因子分泌，并通過相關(guān)機制促進哮喘的發(fā)生。本文旨在對HMGB1可能參與的氣道平滑肌表型轉(zhuǎn)化機制進行綜述。

【關(guān)鍵詞】 HMGB1; 氣道平滑肌表型; 轉(zhuǎn)化機制; 炎癥介質(zhì); 細胞因子

Advances in Research on HMGB1 Involved in Regulating the Phenotypic Transformation Mechanism of Smooth Muscle Cells/QU Dongming，HOU Changchun.//Medical Innovation of China，2019，16（23）：-172

【Abstract】 HMGB1 is considered to be closely related to a variety of infectious and non-infectious inflammatory diseases，such as sepsis，arthritis，pneumonia，pancreatitis，scalds，atherosclerosis，and the like.In addition，the study also found that HMGB1 extended eosinophil（EOS）survival time and activated EOS.HMGB1 enhanced the ability of dendritic cell antigen to promote its cytokine secretion and promoted the occurrence of asthma through related mechanisms.The purpose of this paper is to review the mechanism of the phenotypic transformation of the airway smooth muscle which may be involved in the HMGB1.

【Key words】 HMGB1; Airway smooth muscle phenotype; Transformation mechanism; Inflammatory mediator; Cytokines

First-authors address：Nanxishan Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Guilin 541002，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.23.043

長期以來，氣道平滑肌表型轉(zhuǎn)化被認為是哮喘發(fā)展過程中的重要環(huán)節(jié)，主要涉及氣道炎癥、氣道高反應性和氣道重塑等。近年來，更是成為哮喘發(fā)生機制研究的熱點。炎癥因子HMGB1可通過多種途徑參與機體多種細胞的轉(zhuǎn)化，進一步調(diào)節(jié)和影響機體細胞的各項功能。深入研究HMGB1在細胞轉(zhuǎn)化中的作用有助于深入解釋多種疾病的發(fā)生，現(xiàn)就HMGB1可能參與的氣道平滑肌表型轉(zhuǎn)化機制做一綜述。

1 HMGB1促進炎癥介質(zhì)、細胞因子的產(chǎn)生

1.1 HMGB1通過PI-3K通路誘發(fā)哮喘產(chǎn)生 HMGB1是一種非組蛋白染色體結(jié)合蛋白，具有高度保守性，此類非組蛋白染色體結(jié)合蛋白大多存在于哺乳動物細胞，在正常生理狀態(tài)下，HMGB1在基因轉(zhuǎn)錄和修復過程中具有參與作用，對細胞的分化和發(fā)育具有一定影響。HMGB1在表達過程中具有增殖細胞、促進細胞遷移，對細胞分化產(chǎn)生誘導，抑制細胞凋亡的作用和效果。在細胞壞死以后，HMGB1可以釋放到細胞外，由于細胞外HMGB1是一種比較重要致炎細胞因子和晚期炎癥介質(zhì)，作為關(guān)鍵的啟動和維持炎癥瀑布式反應的細胞分子，直接關(guān)系著和多種炎癥性疾病的發(fā)病機制。多種細胞中都能進行HMGB1的主動釋放，包括活化的單核、巨噬細胞。其次HMGB1在機體炎癥反應中作為一種晚期炎癥因子，具有重要作用，不僅對細胞分化起到誘導作用，還會產(chǎn)生不同的趨化作用，對其他炎性因子以及趨化因子的釋放起到刺激性作用，如IL-1α、IL-1β、IL-6以及IL-8，還包括巨噬細胞炎癥蛋白-1α（MIP-1α）以及MIP-1β等。在其他細胞中，HMGB1還具有一定的作用，包括中性粒細胞，對炎性細胞因子的表達具有增強效果。晚期糖基化終產(chǎn)物受體RAGE和TLRs作為HMGB1的主要受體，在DCs中兩種受體具有高表達作用。通過TLR2、TLR4及RAGE等受體，HMGB1可以充分發(fā)揮作用，在促進炎癥反應的同時，還有利于促進組織修復，在適應性免疫應答以及固有免疫過程中，HMGB1能夠充分發(fā)揮關(guān)鍵作用。

1.2 HMGB1促進ECM蛋白產(chǎn)生，促進氣道重塑 HMGB1是一種炎癥介質(zhì)，具有釋放晚和作用時間長的特點[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，隨著HMGB1濃度的增加，HSC細胞分泌ECM能力也相應增加，失去HMGB1刺激，ECM的分泌也逐漸降低[2-3]。HMGB1可通過誘導小鼠心臟成纖維細胞表達轉(zhuǎn)化生長因子-β1調(diào)節(jié)成纖維細胞的功能[4]。而轉(zhuǎn)化生長因子-β1具有誘導人平滑肌細胞表型轉(zhuǎn)化的作用[5]。此外，相關(guān)研究顯示，在皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中HMGB1也有參與作用，在腫瘤細胞的生長、侵襲和遷移中有重要作用[6]。因為他們發(fā)現(xiàn)通過用砷可誘導BEAS-2B細胞發(fā)生形態(tài)改變，增殖力加強，細胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，究其原因是促進了炎性蛋白-HMGB1的表達[7]。除此之外，HMGB1還能通過TLR4途徑上調(diào)VEGF-A的分泌，誘導腫瘤血管的新生，同時通過RAGE通路增強內(nèi)皮細胞遷移能力。轉(zhuǎn)化生長因子-β1通過PI3K-Akt-mTOR引起收縮蛋白表達以及分泌細胞因子分泌，TGF-β在表達過程中可以通過Wnt-β連環(huán)蛋白信號通路，對制糖原合成激酶-3β活化起到抑制作用，增多β連環(huán)蛋白，對收縮型ASMCs起到誘導作用，能夠有效促進收縮蛋白的表達。上述信號通路各種ECM蛋白水平起到增加作用，在氣道纖維化參與氣道重塑過程中高水平ECM蛋白起到一定促進作用[8-9]。

1.3 HMGB1激活MAPK通路，加速ASMCs細胞表型轉(zhuǎn)化 經(jīng)過RAGE活化核因子-kappa B（NF-kB）通路，HMGB1在氧化應激過程進行參與。越來越多的臨床研究開始更加關(guān)注HMGB1/RAGE通路在肺部疾病的作用。部分研究試驗已經(jīng)證實HMGB1/RAGE通路在肺部疾病的作用與機械通氣相關(guān)性疾病具有密切關(guān)系，包括機械通氣相關(guān)性肺損傷、肺纖維化、非小細胞肺癌等[10]。而且在機械相關(guān)性肺損傷肺部疾病以及類風濕性關(guān)節(jié)炎等相關(guān)肺外疾病中，HMGB1/RAGE具有重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，在肺發(fā)生IRI是p38MAPK信號異?；钴S，伴隨著肺組織HMGB1高表達，反映了肺IRI的發(fā)生及發(fā)展，提示阻斷p38MAPK信號通路、抑制HMGB1水平或可抵抗肺IRI損傷[11]。還有研究發(fā)現(xiàn)大潮氣量機械通氣可引起大鼠急性肺損傷，其機制可能通過EGFR-038MAPK信號通路介導HMGB1蛋白的表達有關(guān)[12]。相反，也有研究發(fā)現(xiàn)，在誘發(fā)哮喘和氣道重塑過程，HMGB1也具有一定的參與作用[13]。模式識別受體（PRRs）存在于氣道上皮細胞表面以及胞漿中，主要表現(xiàn)類型為晚期糖基化終產(chǎn)物受體（RAGE）和Toll樣受體（TLRs）。在激活模式識別受體（PRRs）以后，再銜接蛋白的信號經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)導作用，對IRF-3/7、NF-κB等轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子起到激活效果，對相關(guān)效應分子的基因轉(zhuǎn)錄起到有效的調(diào)節(jié)作用，最終表現(xiàn)形式為干擾素以及抗菌蛋白，對促炎因子、趨化因子的產(chǎn)生和釋放起到促進效果，在哮喘等慢性氣道炎癥的維持和啟動過程中具有一定的參與性。在哮喘患者病情發(fā)展過程中，氣道上皮及固有免疫細胞能夠有效釋放DAMP（損傷相關(guān)分子模式）分子，其分子形式包括以高遷移率族蛋白1（HMGB1）為主要代表，從而進行氣道固有免疫

及獲得性免疫的啟動，將患者起到上皮免疫能力耐受性打破，從而進行更多炎癥介質(zhì)的釋放，由于大多炎癥介質(zhì)都會在氣道上皮產(chǎn)生相互作用，形成復雜細胞因子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡，對哮喘疾病的發(fā)生起到引發(fā)和促進作用[14]。

2 HMGB1參與ECM蛋白的合成過程

相關(guān)研究顯示，在調(diào)控ASMCs表型中ECM蛋白具有重要作用，對ASMCs增殖、存活和遷移相關(guān)生物學行為具有一定影響性[15]。與健康者比較，哮喘患者氣道內(nèi)會表現(xiàn)出明顯的ECM蛋白沉積現(xiàn)象，其中包括層粘連蛋白、膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ、膠原蛋白Ⅴ、纖維連接蛋白等。

2.1 HMGB1誘導膠原蛋白合成 體外實驗證實膠原蛋白Ⅰ誘導合成型ASMCs生成，促進ASMCs在生長因子作用下增殖、合成炎癥介質(zhì)、減緩凋亡以及減少收縮蛋白表達[16]。LPS刺激CFs后HMGB1由細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)并可主動分泌到胞外，其作用呈現(xiàn)一定的時間依賴性。與心肌纖維化密切相關(guān)的Ⅰ、Ⅲ型膠原在LPS刺激后表達量明顯增加，提示內(nèi)源性HMGB1的定位及分泌可能與膿毒癥引起的心功能紊亂后期的心肌纖維化可能有一定的關(guān)系[17]。SD大鼠心肌細胞通過添加HMGB1在48 h后，和對照組相比較Ⅰ、Ⅲ型膠原mRNA的水平明顯較高，當HMGB1濃度水平為0.1 mg/mL時，膠原蛋白表達處于最高狀態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)HMGB1在影響成纖維細胞的同時改變了膠原的表達，對直接作用于膠原以及對心臟重構(gòu)充分發(fā)揮調(diào)解作用進行有效驗證[18]。通過對正常對照組、CIA大鼠組分別在造模開始的第6、9周每組解剖6只大鼠進行觀測，發(fā)現(xiàn)大鼠滑膜組織HMGB1的免疫組織化學檢測結(jié)果：第6周時，正常對照組、CIA大鼠組及EP干預組表達強度分別為2.1±0.6、7.3±1.2、6.0±1.2;第9周時，分別為2.2±0.7、12.4±4.5、5.5±1.0。由此可知，HMGB1在CIA大鼠滑膜中的表達量明顯增高，在晚期尤甚，推測HMGB1可能作為炎癥因子參與了CIA的疾病過程，尤其作為晚期致炎因子發(fā)揮重要的作用;經(jīng)EP干預后HMGB1表達量明顯下降，推測EP可能對HMGB1具有拮抗作用，為RA患者提供新的治療手段[19]。

2.2 HMGB1促進纖維鏈接蛋白的合成 在組織炎癥、硬化、纖維化以及機體創(chuàng)傷修復過程中，纖連蛋白發(fā)揮著重要作用。纖連蛋白作為一種比較常見的重要調(diào)理素，對嚴重疾病的診斷價值具有重要影響。在產(chǎn)生合成型ASMCs時，纖維連接蛋白也發(fā)揮著有效的促進作用，在作用過程中增加PDGF或α-血凝酶，會增加影響作用。近年來，由于收縮型ASMCs數(shù)量在不斷增加，臨床以及社會上開始越來越關(guān)注氣道重塑治療。首先，纖維鏈接蛋白可促進傷口的修復和愈合，相關(guān)研究試驗通過Nishida動物實驗結(jié)果表示：在大鼠皮膚傷口表面涂抹纖維連接蛋白能夠增加皮膚愈合速度[20]。對患有營養(yǎng)型角膜潰瘍的患者，用一些介質(zhì)混合纖維連接蛋白，以眼藥形式對患者進行治療，用藥2 d后，表皮便開始大量增生，3周后，潰瘍完全消失，未產(chǎn)生瘢痕及副作用。向潰瘍處涂了纖維連接蛋白，在傷口處膠原結(jié)合處起到一定作用，造成纖維連接蛋白防護層的形成，不僅可以通過上皮細胞增殖遷移和增殖對修復傷口起到促進作用，而且對病菌感染起到預防效果[21]。其中最關(guān)鍵的內(nèi)容在于，針對受到創(chuàng)傷的患者，在其體內(nèi)進行纖維連接蛋白以后，有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對外周血管以及肺部功能起到積極的改善作用[22]，進一步升高了患者傷口處異物清除率，降低感染風險性，因為轉(zhuǎn)化因子-β1被認為可調(diào)節(jié)纖維連接蛋白的生成。而在疾病發(fā)生時，HMGB1能明顯提高機體轉(zhuǎn)化因子-β1的表達，并參與哮喘的發(fā)生過程[23-24]。

2.3 HMGB1抑制返層粘連蛋白的作用 針對收縮型ASMCs增殖，層粘連蛋白具有有效的誘導作用，在哮喘氣道重塑具有參與作用，針對AHR的研究試驗也越來越廣泛。層粘連蛋白主要由α、β以及γ鏈所組成，其中包括5種α鏈、4種β鏈以及3種γ鏈相互組合，能夠形成至少15種的層粘連蛋白亞型，對合成型表型生成起到一定抑制作用，有利于對收縮表型起到維持作用，對收縮型蛋白的表達起到有效的促進作用，但是通過PI3K信號通路，胰島素下游中包含γ1鏈mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯、Akt1、mTOR和P70s6k誘導層粘連蛋白α1、β1，對收縮型蛋白的表達起到一定的促進作用，此外，通過活化Rho激酶依賴信號通路，胰島素對平滑肌收縮相關(guān)特定基因的轉(zhuǎn)錄和表達起到有效的促進作用，同時對誘導層粘連蛋白生成收縮型ASMCs具有加強作用[25]。此外還有相關(guān)研究實驗表示，通過PI3K信號通路，在層粘連蛋白與細胞膜整合素受體α7β1結(jié)合后，對收縮蛋白表達起到誘發(fā)作用，ASMCs也能夠通過活化抗凋亡信號通路向收縮型轉(zhuǎn)化，同時收縮型ASMCs可表達層粘連蛋白-211，ASMCs獲得和維持收縮表型和內(nèi)源性層粘連蛋白-211的表達具有至關(guān)重要的聯(lián)系[26-27]。針對PDGF引起的表型轉(zhuǎn)化，粘連蛋白具有理想的抑制作用，層粘連蛋白競爭性配體YIGSR針對哮喘合成型表型生成起到良好的抑制效果，同時在微環(huán)境中，YIGSR對ASMCs表型具有至關(guān)重要的影響，對

sm-MHC等收縮蛋白表達和ASMCs收縮性起到理想的促進作用，進而對ASMCs增殖起到抑制作用[28]。

HMGB1在表達過程中可以通過多種途徑對患者機體細胞的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生參與作用，進一步調(diào)節(jié)和影響機體細胞的各項功能。對于HMGB1在細胞轉(zhuǎn)化方面的深入研究，將有助于深入解釋多種疾病的發(fā)生，為探尋有效的治療方法提供依據(jù)。

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（收稿日期：2019-03-19） （本文編輯：張爽）