HMGB1與呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)性

楊瓊芳 趙蘭艷 舒彩敏

(溫州醫(yī)科大學(xué)附屬東陽醫(yī)院呼吸內(nèi)科，浙江 東陽 322100)

高遷移率族蛋白(HMG)B1是一種高度保守的非組蛋白核蛋白，廣泛分布于淋巴、心、腦、肺、肝、腎等組織。它主要由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、垂體細(xì)胞等在炎癥因子的刺激下主動釋放，亦可由壞死細(xì)胞被動釋放。分泌至細(xì)胞外的HMGB1作為一種重要的新型晚期炎癥介質(zhì)，在腫瘤、關(guān)節(jié)炎、膿毒癥等疾病的進展中發(fā)揮重要作用〔1～3〕。近年來大量研究證實HMGB1在慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支氣管哮喘、肺癌、肺纖維化、肺炎等呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展過程中同樣扮演著重要的角色。本文對HMGB1與呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)性進行綜述。

1 HMGB1的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

1.1HMGB1的結(jié)構(gòu) 人HMGB1基因定位于染色體13q12，由 215 個氨基酸殘基組成，包括3個外顯子和4個內(nèi)含子〔4〕。它由3個結(jié)構(gòu)域構(gòu)成：氨基端的2個富含賴氨酸的帶強正電荷的A box和B box及1個富含酸性氨基酸且高度重復(fù)的帶負(fù)電荷的羧基末端。A box和B box可與DNA結(jié)合，其中B box具有促進炎癥反應(yīng)的功能〔4〕，而A box 則是B box 的拮抗位點，因此純化的A box可作為HMGB1特異性拮抗劑〔5〕；羧基末端則具有調(diào)節(jié)HMGB1與DNA結(jié)合及與其他蛋白的相互作用〔6〕。

1.2生物學(xué)功能 在細(xì)胞核內(nèi)，HMGB1與DNA非特異性結(jié)合，在穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)、啟動基因的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄、調(diào)控DNA的重組與修復(fù)及相關(guān)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄表達調(diào)控等過程中發(fā)揮重要作用〔7〕。在細(xì)胞質(zhì)中，與質(zhì)膜相連的HMGB1還參與成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的移位、神經(jīng)細(xì)胞軸突的芽生分支、腫瘤細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移、纖溶酶原的活化等過程〔8〕。在細(xì)胞外，HMGB1作為一種重要的炎癥介質(zhì)，與其相應(yīng)的膜受體結(jié)合，通過多種途徑活化核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB，誘導(dǎo)趨化因子與細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)性疾病〔9〕。

2 HMGB1與呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)性

當(dāng)機體受到缺氧、內(nèi)毒素等外界因素的刺激時，組織細(xì)胞內(nèi)的HMGB1通過旁分泌與自分泌的方式分泌至細(xì)胞外，單獨或與Toll樣受體(TLR)、晚期糖基化終產(chǎn)物(RAGE)等受體結(jié)合促進COPD、支氣管哮喘、肺癌、肺纖維化等多種呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)展。

2.1HMGB1與COPD COPD是一類具有氣流阻塞特征的難治性的慢性氣道炎癥性疾病。目前一系列文獻報道COPD患者較健康人群HMGB1表達增高〔10～12〕。Ferhani等〔12〕觀察到COPD患者的氣道與肺組織中HMGB1表達量顯著高于健康對照組，且吸煙亞組較非吸煙亞組HMGB1水平進一步上升；同時發(fā)現(xiàn)吸煙亞組肺泡灌洗液中HMGB1的水平與第1秒呼氣容積占預(yù)計值的百分比(FEV1%)和第1秒用力呼氣容積(FEV1)/用力肺活量(FVC)成反比。研究進一步證實HMGB1在吸煙的COPD患者外周氣道中顯著增高，而在中央氣道無顯著性差異，而且外周氣道中的HMGB1水平與 COPD 患者的肺功能及疾病嚴(yán)重程度均相關(guān)〔13〕。Zhang 等〔10〕通過動態(tài)觀察44例住院的AECOPD患者證實，隨著COPD的逐漸控制，HMGB1水平呈進行性下降的趨勢，進一步證實HMGB1水平與COPD的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。Wang等〔14〕發(fā)現(xiàn)在COPD小鼠模型中HMGB1 mRNA及蛋白的表達與NF-κB的表達呈顯著相關(guān)。通過煙曲霉誘導(dǎo)的COPD小鼠試驗進一步證實，HMGB1 通過 TLR2/4和樹突狀細(xì)胞相關(guān)性C型植物凝集素(Dectin)-1 受體激活髓樣分化因子(MyD88)/NF-κB 信號通路和 NF-κB 活化脾酪氨酸激酶(syk)/磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)信號進一步介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生〔15〕。Ojo等〔16〕研究發(fā)現(xiàn)HMGB1可通過RAGE和(或)TLR4信號調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的纖連蛋白及層黏連蛋白-5 的γ2 鏈來介導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞的損傷或修復(fù)過程。上述研究推測在COPD患者中HMGB1水平越高，其肺功能越差，預(yù)后可能越差；HMBG1在COPD患者中極有可能通過RAGE和TLRs激活并活化NF-κB途徑，從而介導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞的損傷及修復(fù)、促進炎癥發(fā)生，同時反應(yīng)性地引起氣道平滑肌增厚和纖維化，參與組織重塑、氣流阻塞、肺氣腫等病理過程〔16，17〕。因此，通過更加深入地認(rèn)識 HMGB1 在 COPD 的發(fā)病機制，有望以后為 COPD 的治療帶來新的思路。

2.2HMGB1與支氣管哮喘 支氣管哮喘是另一類難治性的慢性氣道炎癥性疾病。研究顯示〔18〕，在卵清蛋白誘導(dǎo)的哮喘動物模型中其肺泡灌洗液與肺組織HMGB1的水平均顯著高于正常對照組。在哮喘患者中，肺泡灌洗液與肺組織中HMGB1的表達量同樣明顯增多〔19〕。提示HMGB1極有可能參與哮喘的肺部炎癥。研究證實〔20，21〕HMGB1通過抑制T淋巴細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞TH1優(yōu)勢向TH2優(yōu)勢轉(zhuǎn)移、促進TH0細(xì)胞向TH2分化及影響TH17細(xì)胞的增殖和活化等過程參與哮喘等免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展。趙龍等〔18〕研究表明HMGB1通過激活Janus激酶(JAK)2/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3促進支氣管上皮細(xì)胞分泌哮喘相關(guān)炎癥因子。此外，另有試驗〔22〕發(fā)現(xiàn)HMGB1/TLR4/NF-κB信號通路介導(dǎo)了哮喘的發(fā)病過程，在氣道炎癥及氣道重塑方面發(fā)揮著重要作用。通過體外細(xì)胞培養(yǎng)法，柏芳芳等〔23〕觀察到HMGB1呈濃度依賴式促進人氣道平滑肌細(xì)胞增殖與遷移，可能是通過調(diào)節(jié)PI3K/蛋白激酶B(Akt)通路參與氣道重塑。給予HMGB1抑制劑可顯著降低哮喘小鼠的氣道高反應(yīng)及減輕氣道重塑〔20，24〕。Zhou等〔19〕進一步在哮喘患者中證實HMGB1的濃度與哮喘的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)；而痰中 HMGB1的水平與肺功能呈負(fù)相關(guān)〔25〕。表明 HMGB1 信號的異?；罨窍陌l(fā)病機制之一，而阻斷該信號的激活有望成為控制哮喘發(fā)作的治療靶點。

2.3HMGB1與肺纖維化 肺纖維化是由急慢性炎癥介導(dǎo)的一個不可逆的疾病進程。國外研究表明，在特發(fā)性肺纖維化(IPF)、肺囊性纖維化及非特異性間質(zhì)性肺炎患者中HMGB1的表達明顯增強〔26〕。Ebina等〔27〕觀察到在IPF急性加重期患者的支氣管肺泡灌洗液中HMGB1含量明顯增多。Schlueter等〔28〕通過體外研究證實外源性HMGB1能引導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的長出及遷移，而且兩者之間存在明顯的劑量依賴性；同時能刺激成纖維細(xì)胞的增殖。Hamada等〔29〕發(fā)現(xiàn)在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中HMGB1在注藥后早期在支氣管上皮細(xì)胞表達增強，后期則集中表達于纖維化病變部位的肺泡上皮細(xì)胞及炎性細(xì)胞。Zhang等〔30〕在小鼠纖維化模型中觀察到肺組織中HMGB1表達量顯著增多而RAGE明顯減少。對于敲除RAGE的小鼠，注射博來霉素，產(chǎn)生肺纖維化的程度則明顯減輕，究其原因可能與剔除RAGE后導(dǎo)致HMGB1的作用明顯減弱有關(guān)〔31〕。由此可推測HMGB1/RAGE通路在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色〔31〕。而給予抗HMGB1抗體或丙酮酸乙酯，能明顯改善博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化程度〔29〕。同時國內(nèi)外現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，原兒茶醛、多粘菌素B纖維柱及中藥玉屏風(fēng)提取液均可明顯抑制HMGB1的表達、減輕肺纖維化〔30，32，33〕。提示HMGB1參與肺纖維化的發(fā)生，而HMGB1抗體有望成為抗肺纖維化的治療新藥物。

2.4HMGB1與肺癌 HMGB1在腫瘤的生長、侵襲及遷移過程中均起著非常重要的作用。Gao等〔34〕發(fā)現(xiàn)非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)的癌組織中HMGB1的表達顯著增加。Zhang等〔35〕觀察到在NSCLC患者癌組織中不僅HMGB1的表達量增多，而且NF-κB的表達亦顯著升高，兩者之間呈正相關(guān)。Wu等〔36〕通過體外培養(yǎng)法證實人NSCLC細(xì)胞株HCC827釋放HMGB1；而高水平的HMGB1能促進HCC827、H1299、A549肺癌細(xì)胞的遷移和侵襲，甘草酸或基因沉默 HMGB1、miRNA-218則能有效抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲作用〔36，37〕。究其機制可能在于HMGB1通過與其受體晚期RAGE結(jié)合，激活并活化NF-κB途徑，進一步激活P42/P44、P38及MAP等信號通路，最終促進腫瘤的浸潤、遷移〔38〕。有研究證實NSCLC患者癌組織中HMGB1的表達水平與其臨床分期、病理類型、組織分化程度及有無淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移均密切相關(guān)〔39〕。因此HMGB1有望成為判定NSCLC的耐藥、侵襲、轉(zhuǎn)移及預(yù)后的重要生物標(biāo)志物，而通過抑制HMGB1基因表達有望成為未來腫瘤治療的新靶點。

2.5HMGB1與肺炎 HMGB1在肺炎的發(fā)生發(fā)展過程中同樣發(fā)揮著重要作用。Xu等〔40〕發(fā)現(xiàn)肺炎患者的支氣管分泌物中HMGB1水平較健康對照組明顯升高。在呼吸機相關(guān)性肺炎患者的支氣管肺泡灌洗液及血漿中HMGB1的表達量同樣明顯升高〔41〕。Zhou等〔42〕研究發(fā)現(xiàn)HMGB1是區(qū)分肺炎患者是合并感染(病毒及細(xì)菌)或單獨感染(病毒或細(xì)菌)的最佳指標(biāo)之一。表明重癥肺炎患者HMGB1水平較輕中癥者進一步上升，其濃度與肺炎的嚴(yán)重程度密切相關(guān)〔40〕。俞蕾等〔43〕研究證實HMGB1與白細(xì)胞計數(shù)、超敏C反應(yīng)蛋白呈正相關(guān)，對于評估肺炎患者病情嚴(yán)重程度及預(yù)后均具有重要價值。提示HMGB1參與了該疾病的病理過程，通過抑制HMGB1的表達可能有助于開發(fā)肺炎治療的新靶點。

綜上，HMGB1作為一種重要的炎癥介質(zhì)，不僅參與慢性阻塞性肺病、支氣管哮喘的氣道炎癥、氣道損傷及氣道重塑等病理過程，而且能刺激肺組織成纖維細(xì)胞的增殖促進肺纖維化，同時在肺癌細(xì)胞的浸潤、遷移中扮演關(guān)鍵的角色。此外，亦在急性肺損傷、肺炎等疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。通過深入地認(rèn)識HMGB1在不同呼吸系統(tǒng)疾病中的發(fā)病機制，可為疾病的臨床診斷及治療提供新思路。但HMGB1在不同呼吸系統(tǒng)疾病中的分子作用機制及細(xì)胞信號通路仍有待進一步深入研究。