高遷移率族蛋白B1在膿毒癥及其相關(guān)急性腎損傷中的研究進(jìn)展

周 浩，常德輝，康印東

高遷移率族蛋白B1(HMGB1)屬于典型的損傷相關(guān)分子模式分子，參與許多疾病的發(fā)生和發(fā)展。越來越多的體內(nèi)和體外研究表明，HMGB1在膿毒癥炎癥反應(yīng)和免疫抑制過程中起著關(guān)鍵作用[1]。HMGB1可存在于所有細(xì)胞類型，是一種能在細(xì)胞內(nèi)外發(fā)揮功能的蛋白質(zhì)，細(xì)胞外HMGB1從細(xì)胞中主動釋放或細(xì)胞死亡時被動釋放后，作用于特定的細(xì)胞表面受體，并發(fā)揮促炎癥反應(yīng)作用。HMGB1一旦進(jìn)入循環(huán)會與晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)和Toll樣受體(TLR)等多種靶細(xì)胞受體相互作用，刺激促炎細(xì)胞與趨化因子釋放，隨著膿毒癥病情惡化，HMGB1促損傷作用加劇，導(dǎo)致組織和器官進(jìn)行性損傷。有研究表明，靶向給予HMGB1抗體可以減輕炎癥反應(yīng)，從而降低膿毒癥等相關(guān)疾病損傷[2]。本文就HMGB1的結(jié)構(gòu)、功能、受體及在相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展等進(jìn)行綜述如下。

1 HMGB1概述

1.1HMGB1的結(jié)構(gòu) 1973年，有學(xué)者首次在小牛胸腺中成功提取高遷移率族蛋白(HMG)，該名稱基于其在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的流動性。HMG包括A、B和N 3個家族，其中B1即HMGB1。1999年，WANG等[3]將小鼠在內(nèi)毒素暴露8～32 h后發(fā)現(xiàn)血清HMGB1水平升高,延遲施用HMGB1抗體會減弱小鼠內(nèi)毒素的致死性。HMGB1在人體中廣泛表達(dá)，所有的哺乳動物體中都含有豐富的HMGB1，在酵母、植物和細(xì)菌中，HMGB1存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)，以細(xì)胞核內(nèi)聚集為主，并且在生物進(jìn)化中高度保守，哺乳動物和人類具有99%的同一性。在人體中HMGB1表達(dá) 215個氨基酸，由2個同源DNA結(jié)合域(box-A和box-B)及一個帶負(fù)電荷的羧基端(C末端)組成， box-B能在細(xì)胞外刺激時誘導(dǎo)促炎癥信號，box-A可誘導(dǎo)拮抗作用，帶負(fù)電荷的羧基端是介導(dǎo)RAGE和TLR結(jié)合的區(qū)域。

1.2HMGB1的生物學(xué)性質(zhì) HMGB1的功能和分泌取決于其氧化還原狀態(tài)，該狀態(tài)由3種氧化還原敏感的半胱氨酸所決定(box-A中的C23、C45及box-B中的 C106)。其3種形式分別為烯丙基硫醇形式、二硫鍵形式和完全氧化形式。HMGB1表達(dá)3個半胱氨酸硫醇?xì)埢?，但在?xì)胞核中主要依靠全巰基型HMGB1發(fā)揮作用，參與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和調(diào)節(jié)等,對動物生命活動不可或缺。在細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)之間HMGB1可通過核孔任意穿梭，HMGB1發(fā)生翻譯后修飾可使其從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)聚集，參與機(jī)體的炎癥反應(yīng)和程序性細(xì)胞死亡等。HMGB1受到各種翻譯后修飾的影響，包括乙?；-糖基化、ADP-核糖基化、磷酸化和甲基化。HMGB1可在細(xì)胞外發(fā)揮作用，從細(xì)胞內(nèi)到細(xì)胞外，主要有2種方式：其一是受損或壞死細(xì)胞被動釋放，通過促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α立即引發(fā)炎癥反應(yīng)；其二是通過免疫細(xì)胞主動釋放，但分泌機(jī)制目前尚不完全清楚。細(xì)胞外，HMGB1可通過RAGE、TLR4及CXC基序趨化因子受體4(CXCR4)相互作用而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。壞死及凋亡細(xì)胞釋放的HMGB1大多數(shù)處于全巰基形式。全巰基形式HMGB1與趨化因子配體12(CXCL12)形成雜合物，并與CXCR4結(jié)合，誘導(dǎo)細(xì)胞遷移產(chǎn)生化學(xué)吸引作用；二硫化HMGB1通過MD-2途徑刺激細(xì)胞因子的產(chǎn)生和影響自噬體的形成；氧化型HMGB1大多累積在細(xì)胞質(zhì)中，HMGB1的氧化狀態(tài)和分泌動力學(xué)決定機(jī)體免疫功能，氧化型HMGB1可抑制其他HMGB1形式的細(xì)胞因子或趨化因子活性，最終誘導(dǎo)免疫耐受[4]。綜上，細(xì)胞外HMGB1能刺激及介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、參與凋亡和自噬等多種活動。

2 HMGB1受體及信號通路

2.1RAGE 細(xì)胞外HMGB1參與了多種不同的受體系統(tǒng)?，F(xiàn)已報(bào)道的HMGB1受體列表相當(dāng)廣泛， RAGE和TLR4在大量研究中被鑒定為HMGB1特異性受體。RAGE是細(xì)胞表面分子免疫球蛋白超家族的多配體成員，具有多種配體庫，這些配體包括非酶基糖基化的產(chǎn)物(晚期糖基化終產(chǎn)物、HMGB1、淀粉樣β肽和S100家族蛋白等)。RAGE是第1個與HMGB1結(jié)合的受體[5]。RAGE在正常生理?xiàng)l件下表達(dá)水平較低，但在慢性炎癥條件下由于RAGE與多個配體之間的相互作用形成正反饋環(huán)上調(diào)RAGE，最終導(dǎo)致病理學(xué)的改變。此外，有研究證實(shí)RAGE在先天性和適應(yīng)性免疫過程中具有重要作用，包括HMGB1誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬、免疫反應(yīng)、黏附和遷移等，均是通過有絲分裂原活化蛋白激酶、核因子(NF)-κB信號通路進(jìn)行的[6-8]。

2.2TLR TLR屬于Ⅰ型跨膜受體家族，信號傳導(dǎo)控制細(xì)胞增殖、存活、凋亡、血管生成、重塑和組織修復(fù)的過程。它是一種保護(hù)性受體，可感知損傷相關(guān)分子模式分子和病原體相關(guān)分子模式分子。HMGB1在配體識別后，可與TLR(TLR2、TLR4和TLR9)相互作用，通過初級反應(yīng)基因88(MyD88)依賴的NF-κB通路，產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子，誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生顯著炎癥反應(yīng)[9]。在FENG等[10]研究中，TLR2通過與HMGB1結(jié)合激活NF-κB信號通路調(diào)節(jié)狼瘡性腎炎中的腎小球系膜基質(zhì)沉積。TLR2不僅可促進(jìn)炎癥的發(fā)生，還可導(dǎo)致其他免疫疾病的發(fā)生。TLR4導(dǎo)致機(jī)體的各種炎癥，包括腸道炎癥、神經(jīng)炎癥和腎損傷等，通過抑制TLR4引導(dǎo)的MyD88/NF-κB信號通路，對其治療有著不錯的效果[11-12]。以往針對TLR9的研究較少，TLR9與HMGB1相互作用并調(diào)節(jié)心肌損傷的機(jī)制尚不清楚。最新的研究發(fā)現(xiàn)，TLR9對于心肌梗死的修復(fù)至關(guān)重要，主要表現(xiàn)在TLR9缺乏不利于心肌梗死后的傷口愈合和瘢痕形成、加重心肌梗死后早期心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞凋亡及導(dǎo)致心肌梗死后血管生成不足[13]。

2.3其他受體

2.3.1CXCR4：CXCR4屬于趨化因子蛋白家族成員之一，結(jié)合其配體時可以觸發(fā)多種信號通路，這些信號通路協(xié)調(diào)細(xì)胞遷移和造血等，還具有直接促進(jìn)造血細(xì)胞增殖作用。CXCR4的典型配體是CXCL12。全巰基亞型HMGB1與CXCL12形成絡(luò)合物，隨后與CXCR4結(jié)合發(fā)揮趨化和遷移作用，其趨化性依賴β-arrestin1和β-arrestin2[14]。ZHAO等[15]在缺乏HMGB1的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)小鼠表現(xiàn)出CXCL12/CXCR4的異常表達(dá)和RAGE的表達(dá)降低，間接證明了HMGB1與CXCR4之間的聯(lián)系。

2.3.2黏蛋白結(jié)構(gòu)域(TIM)-3：TIM-3是TIM家族的一員，于2002年正式被發(fā)現(xiàn)，最初發(fā)現(xiàn)它在Th1表面表達(dá)，后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)在其他免疫細(xì)胞中也有表達(dá)。TIM-3作為負(fù)性調(diào)節(jié)因子，與配體半乳糖凝集素-9結(jié)合，可以介導(dǎo)Th1細(xì)胞凋亡[16]。TIM-3配體包括磷脂酰絲氨酸、HMGB1及最新的癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子。有研究表明，膿毒癥誘導(dǎo)的免疫抑制患者CD4+ T淋巴細(xì)胞上免疫球蛋白和TIM-3的表達(dá)顯著升高；此外，膿毒癥患者中TIM-3 CD4+T淋巴細(xì)胞的百分比與膿毒癥誘導(dǎo)的免疫抑制病死率相關(guān)，CD4+T淋巴細(xì)胞中TIM-3條件缺失和全身性TIM-3缺失都能降低小鼠膿毒癥的病死率[17]。因此，通過阻斷TIM-3可能會為自身免疫性疾病、慢性病毒感染和腫瘤治療提供一條新的思路[18]。

2.3.3熱穩(wěn)定抗原24(CD24)：CD24是一種糖基化的糖基磷脂酰肌醇錨定表面蛋白，于1978年首次被發(fā)現(xiàn)，其與多種損傷相關(guān)分子模式相關(guān)，如HMGB1和核仁蛋白等?，F(xiàn)關(guān)于CD24的報(bào)道較少，在SONG等[19]的研究中，可溶性CD24可以通過與細(xì)胞外HMGB1和熱休克蛋白結(jié)合減輕損傷相關(guān)分子模式誘導(dǎo)的廣泛炎癥反應(yīng)，并幫助其恢復(fù)免疫穩(wěn)態(tài)，從而促進(jìn)嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征治療的進(jìn)一步發(fā)展。

2.3.4結(jié)合珠蛋白(HP)：HP是一種分子量為100 kDa的酸性糖蛋白，分子由2對肽鏈(α鏈與β鏈)共同形成α2β2的四聚體。HP首先在肝臟中產(chǎn)生，隨后作為急性期蛋白分泌到循環(huán)中，與HMGB1形成復(fù)合物刺激巨噬細(xì)胞血紅素氧合酶-1釋放，并以CD163依賴的方式誘導(dǎo)IL-10的產(chǎn)生，同時對HMGB1在膿毒癥中的致死性具有顯著保護(hù)作用[20]。此外，膿毒癥誘發(fā)的高血清 HMGB1 水平和低血清HP水平的患者可能具有較差的長期預(yù)后[21]。因此，抑制HP水平可能代表了一種新方法，用于治療由HMGB1過度釋放引發(fā)的各種炎癥性疾病。綜上，加深對參與HMGB1相關(guān)信號通路受體的理解，有助于進(jìn)一步研究HMGB1在多種疾病中的作用，以便后期對疾病進(jìn)行進(jìn)一步研究及治療。

3 HMGB1與膿毒癥及其相關(guān)急性腎損傷

3.1膿毒癥 有研究發(fā)現(xiàn)，靶向給予HMGB1抗體的小鼠，內(nèi)毒素血癥、盲管結(jié)扎和穿刺誘導(dǎo)膿毒癥模型生存率均明顯提升，其對二次感染也表現(xiàn)出一定的抵抗力，表現(xiàn)出先天免疫細(xì)胞表型和細(xì)胞因子反應(yīng)，阻斷HMGB1可能有助于抑制膿毒癥中炎癥信號的強(qiáng)度，使患者對進(jìn)一步的治療性免疫調(diào)節(jié)更敏感，同時靶向給予HMGB1抗體治療也對早期炎性因子有一定的影響[22]。HMGB1抗體治療膿毒癥可能通過控制疾病急性炎癥期及通過恢復(fù)免疫穩(wěn)態(tài)和功能來進(jìn)行，從而提高短期生存率。現(xiàn)階段靶向給予HMGB1抗體治療膿毒癥的策略主要用于革蘭陰性菌感染，在革蘭陽性菌膿毒癥的研究中，部分研究表明HMGB1抗體在革蘭陽性菌引起的膿毒癥條件下也能獲得成功[23-24]。靶向給予HMGB1抗體的方法已經(jīng)證明在革蘭陰性菌引起的膿毒癥模型中降低了病死率，但HMGB1阻斷對復(fù)雜的膿毒癥和革蘭陽性菌引起的膿毒癥炎癥微環(huán)境影響仍然需進(jìn)一步的研究。

3.2膿毒癥相關(guān)急性腎損傷

3.2.1炎癥風(fēng)暴：腎臟為膿毒癥最常見的累及器官之一，膿毒癥相關(guān)急性腎損傷具有較高的致死率。膿毒癥引起急性腎損傷的主要機(jī)制是細(xì)菌內(nèi)毒素釋放到循環(huán)中，激活腎臟中相關(guān)的炎癥級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致腎損傷。NF-κB作為一種經(jīng)典的炎癥信號傳導(dǎo)途徑，通過多種炎性因子和趨化因子產(chǎn)生和分泌，在炎癥和免疫的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。WEI等[25]研究表明，通過沉默信息調(diào)節(jié)因子1介導(dǎo)的HMGB1脫乙?；山档脱迥蛩睾图◆?、減輕腎臟細(xì)胞凋亡等，隨后抑制下游炎癥信號傳導(dǎo)，增加膿毒癥模型小鼠的存活時間。一方面，通過HMGB1自身的拮抗可以改善其存活率；另一方面，通過抑制HMGB1相關(guān)炎癥通路(RAGE/TLR)也能改善其存活率。

3.2.2組織細(xì)胞凋亡及自噬：膿毒癥相關(guān)急性腎損傷是由免疫增強(qiáng)到免疫抑制的過程，往往伴隨著組織細(xì)胞凋亡和自噬。眾多藥物研究表明，托達(dá)洛內(nèi)酯、烏利司他汀、血栓調(diào)節(jié)素等藥物能通過靶向抑制HMGB1/TLR/NF-κB通路緩解膿毒癥相關(guān)急性腎損傷中炎癥及凋亡指數(shù)，包括Bax/Bcl-2比值降低、Caspase3指標(biāo)上調(diào)，明顯減輕膿毒癥引起的急性腎損傷[26-28]。此外，有文獻(xiàn)報(bào)道，重整注射液及其有效成分葉黃酮苷通過抑制HMGB1的分泌和易位，以及HMGB1介導(dǎo)的TLR4/NF-κB/MAPKs信號通路的激活來預(yù)防膿毒癥，并表現(xiàn)出顯著的保護(hù)作用[29]。自噬方面，丙酮酸乙酯在CaCl2條件下通過抑制HMGB1與Beclin-1的結(jié)合下調(diào)細(xì)胞自噬水平，從而減輕腎小管上皮細(xì)胞損傷[30]。綜上，HMGB1可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和自噬水平改善腎細(xì)胞損傷程度以及預(yù)防和延緩腎損傷。

3.2.3免疫調(diào)節(jié)：盡管引起膿毒癥的病因不盡相同，但重癥患者均表現(xiàn)為嚴(yán)重免疫抑制狀態(tài)，然而其誘導(dǎo)免疫抑制的機(jī)制現(xiàn)仍未闡明。起初CHEADLE等[31]研究報(bào)道，膿毒癥創(chuàng)傷患者出現(xiàn)了顯著淋巴細(xì)胞減少。后續(xù)膿毒癥患者淋巴細(xì)胞減少開始引起越來越多的關(guān)注[32-33]。有學(xué)者報(bào)道膿毒癥誘導(dǎo)凋亡導(dǎo)致B細(xì)胞和CD4+T淋巴細(xì)胞的耗竭[33]。而HMGB1可通過與免疫細(xì)胞表面受體結(jié)合影響其增殖、分化和成熟。有研究顯示，HMGB1刺激人外周血T淋巴細(xì)胞48 h后，能明顯抑制T淋巴細(xì)胞增殖，同時能誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞免疫功能出現(xiàn)Th1優(yōu)勢向Tp優(yōu)勢偏移[34]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者中TIM-3 CD4+T淋巴細(xì)胞的百分比與膿毒癥誘導(dǎo)免疫抑制的病死率相關(guān)[19]。HMGB1作為其配體，可能參與其調(diào)控。有學(xué)者進(jìn)一步研究RAGE在Treg上的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)RAGE表達(dá)明顯高于常規(guī)T淋巴細(xì)胞，HMGB1和RAGE相互作用后Treg功能明顯增強(qiáng)，但HMGB1對不同T淋巴細(xì)胞亞群功能的影響仍不明確[35]。免疫細(xì)胞凋亡方面，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)抑制HMGB1-PTEN信號傳導(dǎo)可有效降低T淋巴細(xì)胞凋亡率，增加T淋巴細(xì)胞增殖活性，增強(qiáng)膿毒癥患者單核細(xì)胞功能[36]。另有研究顯示，膿毒癥大鼠中血清HMGB1水平升高對細(xì)胞免疫功能障礙有顯著影響，其機(jī)制尚不明確[37]。綜上，膿毒癥患者體內(nèi)存在長期的免疫功能紊亂，HMGB1及其受體能否有效調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能和凋亡，通過檢測相關(guān)下游通路探索其調(diào)控機(jī)制將是現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)。

4 小結(jié)

HMGB1是一種豐富的結(jié)構(gòu)染色體蛋白，具有多種生物學(xué)功能，在細(xì)胞核內(nèi)參與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等,還參與維持核小體的完整性，對生命活動不可或缺[38-41]。膿毒癥是一種由感染引起的危及生命的免疫障礙和器官功能障礙[42-44]，膿毒癥引起的急性腎損傷最為常見，膿毒癥患者體內(nèi)長期持續(xù)的炎癥反應(yīng)及免疫功能紊亂是其病死率較高的最主要因素?，F(xiàn)大多數(shù)學(xué)者對其研究方向聚集于下調(diào)HMGB1水平或抑制其相關(guān)信號通路，減輕炎癥風(fēng)暴、改善組織受損程度，但單一減輕膿毒癥患者炎癥反應(yīng)，對其致死率影響相對較小，現(xiàn)有的研究雖表明HMGB1對免疫細(xì)胞具有調(diào)控作用，但機(jī)制卻不明確。因此，從免疫紊亂角度出發(fā)，探索HMGB1對膿毒癥患者免疫功能的調(diào)節(jié)機(jī)制可能會是將來的研究熱點(diǎn)之一。