HMGB1和RAGE在呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎中作用的研究進(jìn)展

黃絢麗，秘樂，徐宇，王紅嫚

呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎（ventilator associated pneumonia，VAP）是指機(jī)械通氣（mechanical ventilation，MV）48 h后至拔管后48 h內(nèi)出現(xiàn)的，以膿性氣道分泌物、發(fā)熱、呼吸窘迫并伴有肺部浸潤影為特征的院內(nèi)感染［1-2］。目前該病的治療重點是預(yù)防性策略及經(jīng)驗性應(yīng)用抗菌藥，但效果甚微。近年來，隨著新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）在世界范圍內(nèi)大流行、呼吸機(jī)使用者數(shù)量增加，VAP患者的數(shù)量也在不斷增加，危重患者的發(fā)病率甚至高達(dá)86%，給社會帶來沉重的醫(yī)療和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［3］。因此，探明VAP相關(guān)的病理機(jī)制，尋找有效的治療靶點對阻止VAP的發(fā)生與發(fā)展具有重要的意義。炎癥反應(yīng)在VAP疾病進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用，而高遷移率族蛋白B1（high mobility group protein B1，HMGB1）和晚期糖基化終產(chǎn)物受體（advanced glycation end-product receptor，RAGE）是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)，介導(dǎo)VAP的發(fā)生與發(fā)展。本文就HMGB1 和RAGE 及兩者間關(guān)聯(lián)在VAP中的作用及相關(guān)治療進(jìn)行綜述。

1 VAP概述

VAP 的發(fā)病及發(fā)展機(jī)制復(fù)雜，除氣管插管所致常見革蘭陰性菌定植于下呼吸道外，其他危險因素包括潛在的危重疾?。ㄈ缂毙苑螕p傷、COVID-19、昏迷等）及各種干預(yù)措施（如長時間高潮氣量通氣、免疫麻痹、神經(jīng)肌肉阻滯劑的使用、體外膜肺氧合等）使VAP 的發(fā)生發(fā)展復(fù)雜化，從而導(dǎo)致后期易并發(fā)呼吸窘迫、重度膿毒癥、急性腎損傷等不良結(jié)局。其中，重度膿毒癥是VAP死亡的主要原因之一，而“炎癥反應(yīng)的失控”被認(rèn)為是各種潛在疾病下VAP 膿毒癥發(fā)生的本質(zhì)［4］。在VAP 的發(fā)生發(fā)展中，細(xì)菌等病原體相關(guān)分子模式分子（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）通過激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB），從而觸發(fā)血液中白細(xì)胞介素（IL）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、HMGB1等炎性因子大量表達(dá)，導(dǎo)致體內(nèi)“炎癥因子風(fēng)暴”樣效應(yīng)，從而在人體對感染反應(yīng)失調(diào)時導(dǎo)致危及生命的多器官功能障礙［5］。近年來，隨著對該病研究的深入，抗生素、床頭抬高、口腔護(hù)理等藥物及措施已用于降低VAP 的病死率，但由于預(yù)防措施有限及細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生，目前仍缺乏統(tǒng)一有效的治療性干預(yù)手段來降低VAP 的病死率。減輕炎癥反應(yīng)可能是治療及延緩VAP發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵措施。

2 HMGB1及其在VAP中的作用

2.1 HMGB1概述 HMGB1是一種非組蛋白的核蛋白，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳系統(tǒng)中具有高遷移率而得名，人類HMGB1 由215 個氨基酸殘基組成，分別形成功能顯著的N 末端、HMG A 盒（第9～79 位氨基酸）、HMG B 盒（第95～163 位氨基酸）及C 端酸性尾巴（第186～215 位氨基酸），其中具有促炎活性的區(qū)域主要在B 盒，而A 盒具有抗炎作用，可作為HMGB1 拮抗劑［6］。HMGB1 因其位置的不同而發(fā)揮不同的功能，當(dāng)機(jī)體內(nèi)環(huán)境處于穩(wěn)態(tài)時，HMGB1 主要存在于細(xì)胞核中，參與DNA的轉(zhuǎn)錄、翻譯、染色質(zhì)重塑及穩(wěn)定核小體等；而當(dāng)細(xì)胞受到外界“危險信號”刺激時，HMGB1 可通過發(fā)生乙酰化、甲基化、磷酸化或氧化還原等修飾后主動分泌到細(xì)胞外或凋亡/壞死后被動釋放到細(xì)胞外環(huán)境中，直接作為炎性因子參與機(jī)體的先天性及適應(yīng)性免疫反應(yīng)［7］。

2.2 HMGB1 在VAP 中的作用 HMGB1 是VAP 發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵炎癥介質(zhì)。動物實驗發(fā)現(xiàn)，超生理濃度的氧氣能夠損傷宿主的防御機(jī)制，增加宿主對銅綠假單胞菌（PA）等細(xì)菌的易感性，導(dǎo)致VAP 的發(fā)生。其機(jī)制一方面是高濃度的氧氣損傷肺泡上皮細(xì)胞，使細(xì)胞外HMGB1 增加；另一方面，巨噬細(xì)胞外HMGB1 的升高可誘導(dǎo)高氧所致的線粒體超氧化物水平過高及錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）的谷胱甘肽化，從而使巨噬細(xì)胞吞噬作用下降，HMGB1 等大量炎性因子的產(chǎn)生介導(dǎo)了VAP 發(fā)生及全身膿毒癥的發(fā)展過程［8-9］。有研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1、Toll樣受體4（TLR4）、IL-6、IL-10 等炎性因子在高潮氣量MV 組大鼠模型中高于正常潮氣量組和對照組，隨著HMGB1 表達(dá)量的增加及與其受體TLR4 的結(jié)合，進(jìn)一步促進(jìn)IL-6、IL-10、TNF-α、巨噬細(xì)胞炎性蛋白2（MIP-2）等炎性因子上調(diào)，促進(jìn)肺部炎癥的發(fā)生發(fā)展［10］。另有研究發(fā)現(xiàn)，中等潮氣量MV 會促進(jìn)脂多糖（LPS）誘導(dǎo)雄性SD 大鼠肺泡灌洗液（BALF）中HMGB1、IL-1β、IL-6、TNF-α、MIP-2 顯著升高，HMGB1 與其他炎性因子呈顯著正相關(guān)，抗HMGB1治療可顯著改善肺部的炎癥損傷，表明HMGB1介導(dǎo)了MV加重LPS誘導(dǎo)的肺損傷；同時該研究小組行體外實驗發(fā)現(xiàn)，HMGB1 在細(xì)胞循環(huán)拉伸中可通過p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）和NF-κB 途徑顯著表達(dá)，進(jìn)一步支持了體內(nèi)實驗結(jié)果［11］。

目前，眾多的臨床試驗結(jié)果也與動物實驗結(jié)果一致。van Zoelen 等［12］發(fā)現(xiàn)，長期MV 患者BALF 中HMGB1高于短期MV患者和健康志愿者，HMGB1的升高可能是促進(jìn)VAP 發(fā)生發(fā)展的高危因素之一。另有研究發(fā)現(xiàn)，遲發(fā)型VAP 死亡患者血清HMGB1表達(dá)水平明顯高于存活組，HMGB1 的升高可能是VAP 患者28 d 死亡的相關(guān)危險因素，可作為預(yù)測遲發(fā)型VAP 患者預(yù)后的可靠指標(biāo)［13］。孫雪東等［14］也發(fā)現(xiàn)，VAP 早發(fā)組BALF 及巨噬細(xì)胞內(nèi)HMGB1 的蛋白含量、TNF-α、IL-8 等炎性因子濃度低于VAP 晚發(fā)組；同時發(fā)現(xiàn)低水平HMGB1 患者7 d 撤機(jī)拔管率明顯優(yōu)于高水平HMGB1 患者，HMGB1 可作為預(yù)測VAP 患者預(yù)后的可靠指標(biāo)。高秀蓮等［15］發(fā)現(xiàn)，HMGB1、降鈣素原（PCT）在MV 患者感染組中高于未感染組和健康對照組，而降鈣素原基因相關(guān)肽則相反，三者聯(lián)合在VAP 的早期診斷中具有一定的臨床意義。綜合以上結(jié)果可推測HMGB1 可能是介導(dǎo)VAP病理進(jìn)程的關(guān)鍵炎癥介質(zhì)。

3 RAGE及其在VAP中的作用

3.1 RAGE 概述 RAGE 作為免疫球蛋白超家族成員，是一種炎癥性Ⅰ型跨膜受體，廣泛分布于內(nèi)皮細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等；而RAGE 受體在肺組織中表達(dá)最為豐富，分布于Ⅰ型肺泡細(xì)胞的基底外側(cè)膜，介導(dǎo)Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞與基底層之間的連接。RAGE 作為多配體受體，既可以識別損傷相關(guān)分子模式分子（damage-associated molecular patterns molecules，DAMPs），如HMGB1、β 淀粉樣蛋白、S100蛋白、補(bǔ)體蛋白C1q等，也可以識別PAMPs，如LPS、微生物DNA、呼吸道病毒等。在識別的DAMPs 中，HMGB1是RAGE親和力最高的配體，負(fù)責(zé)炎性細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)、趨化性和NF-κB 的激活，具有使中性粒細(xì)胞聚集、細(xì)胞因子釋放等作用，是肺部炎癥、內(nèi)毒素血癥及膿毒性休克的關(guān)鍵炎性因子［16-17］。

3.2 RAGE 在VAP 中的作用 可溶性RAGE（sRAGE）是RAGE 的異構(gòu)體，由細(xì)胞膜上RAGE 的細(xì)胞外段裂解而來，可競爭性地與RAGE配體結(jié)合，阻斷由RAGE啟動的細(xì)胞內(nèi)炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激反應(yīng)。唐謹(jǐn)?shù)龋?8］據(jù)28 d 生存情況將VAP 患者分為死亡組和存活組，發(fā)現(xiàn)死亡組外周血單個核細(xì)胞中RAGE mRNA、sRAGE、IL-6、PCT、TNF-α 水平顯著升高，并認(rèn)為sRAGE和PCT對于預(yù)測VAP患者的預(yù)后有很好的作用。張新月等［19］發(fā)現(xiàn)隨著VAP 患者病情的加重，血漿sRAGE 水平代償性地升高，同時還發(fā)現(xiàn)血漿sRAGE水平每增加一個單位，VAP患者預(yù)后不良的發(fā)生概率增加56%。

針對VAP 特殊的生理環(huán)境，目前仍缺乏動物及細(xì)胞實驗論證RAGE 與VAP 之間的關(guān)系，但綜合以上臨床研究可推測RAGE在VAP的病理損傷過程中扮演著重要的角色，針對RAGE 靶點阻斷與其配體的結(jié)合，可為臨床診治VAP 提供新思路，阻斷其后期發(fā)展為膿毒癥等不良后果。

4 HMGB1/RAGE與VAP

4.1 HMGB1/RAGE與炎癥反應(yīng) 在HMGB1的眾多配體中，RAGE和TLR4是被廣泛研究且促炎作用明確的配體，HMGB1的酸性尾巴、A盒與B盒的氨基酸與各種類型細(xì)胞（包括中性粒細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、單核細(xì)胞、癌細(xì)胞等）中RAGE 上的VC1 區(qū)域結(jié)合，激活炎性細(xì)胞信號通路，導(dǎo)致包括炎性因子在內(nèi)的不同信號分子（如cdc42、p38、NF-κB 等）的產(chǎn)生，促使炎癥反應(yīng)的發(fā)生［17］。

4.2 HMGB1/RAGE 在VAP 中的作用 細(xì)菌感染是VAP 的直接致病原因，但VAP 危險因素眾多［包括外傷、慢性阻塞性肺疾?。–OPD）、急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）等］，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，而HMGB1/RAGE在VAP 的發(fā)病及各危險因素中扮演著重要的角色，成為其發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵物質(zhì)。隨著相關(guān)研究的不斷深入，HMGB1/RAGE在介導(dǎo)VAP發(fā)生發(fā)展中的作用被更加明確地認(rèn)識到。金黃色葡萄球菌（SA）及PA 是VAP 常見的致病菌，有研究者用SA 感染野生型小鼠，并在第6 h檢測BALF發(fā)現(xiàn)HMGB1、TNF-α、IL-1β、IL-6 等炎性因子升高，同時伴隨支氣管炎、間質(zhì)炎癥、胸膜炎、內(nèi)皮炎等急性病理性損傷；而相比TLR4 缺乏的小鼠，RAGE 缺乏小鼠BALF 中總蛋白水平未見明顯變化，且肺組織炎癥浸潤區(qū)域減小，由此推測HMGB1/RAGE 介導(dǎo)了SA 引起的肺部炎癥［20］。另有研究發(fā)現(xiàn)，在PA 導(dǎo)致的肺炎小鼠中，RAGE 缺陷小鼠白細(xì)胞募集、肺部炎癥浸潤面積及細(xì)菌生長減少，肺部癥狀減輕［21］。而另一研究則將小鼠暴露于高氧且同時感染PA，發(fā)現(xiàn)隨著血液HMGB1的增加，中性粒細(xì)胞及白細(xì)胞吞噬活性明顯降低，小鼠死亡率增加［9］。

針對宿主及干預(yù)危險因素而言，HMGB1/RAGE在VAP 的發(fā)生中也起著重要的作用。在擠壓傷致肺泡上皮細(xì)胞凋亡的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，通過HMGB1/RAGE/JNK 信號通路的參與，大鼠被擠壓3 h后損傷肌細(xì)胞產(chǎn)生的HMGB1被迅速釋放到血液中，導(dǎo)致肺損傷在擠壓傷后早期即出現(xiàn)，而阻斷該信號通路可緩解肺泡上皮細(xì)胞的凋亡及細(xì)胞炎性因子的產(chǎn)生［22］。第2組先天淋巴細(xì)胞（ILC2）的擴(kuò)增會導(dǎo)致肺部2 型炎性因子（包括IL-4、IL-13、IL-5 等）增加和嗜酸性粒細(xì)胞浸潤，進(jìn)而導(dǎo)致出血性休克后的肺損傷，而HMGB1 在出血性休克炎癥期間通過與RAGE 結(jié)合，從而誘導(dǎo)ILC2 的增殖［23］。吸煙是COPD 最常見的危險因素，在煙霧的刺激下CD4/CD8 T 細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞受損，導(dǎo)致HMGB1從細(xì)胞核釋放到細(xì)胞外，同時也可激活RAGE 啟動子，從而促進(jìn)RAGE表達(dá)，當(dāng)HMGB1與RAGE結(jié)合時，可激活NF-κB 信號通路，進(jìn)而誘導(dǎo)下游炎性因子IL-6、IL-1β、TNF-α 的持續(xù)釋放，導(dǎo)致COPD 患者氣道不可逆性梗阻［24］。HMGB1 可通過RAGE 介導(dǎo)LPS 進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，并激活胱天蛋白酶11（Caspase-11），從而誘導(dǎo)炎性因子的產(chǎn)生。有研究者將聚肌苷-聚胞苷酸［Poly（I：C）］滴入小鼠氣管后以中等潮氣量通氣4 h發(fā)現(xiàn)，BALF 中的HMGB1 顯著增加，而RAGE 缺陷小鼠Caspase-11受到明顯抑制，減輕了MV對肺部的二次打擊［25］。因此，可以推測HMGB1/RAGE貫穿于VAP的病因及各危險因素中，通過尋找針對HMGB1、RAGE 及HMGB1/RAGE 的阻斷劑可為臨床治療VAP的肺部損傷及改善預(yù)后提供新思路。

4.3 HMGB1/RAGE 相關(guān)抑制劑 在抑制HMGB1/RAGE 引發(fā)的炎癥過程中，目前已出現(xiàn)許多針對性的阻斷劑。在小鼠膿毒性腦病的研究中發(fā)現(xiàn)，小檗堿可阻斷HMGB1/RAGE信號，從而抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，減少補(bǔ)體蛋白C1qA、IL-1α、TNF-α 的釋放，進(jìn)而改善小鼠的認(rèn)知功能［26］。甘草甜素可通過抑制HMGB1/RAGE/NF-κB 信號傳導(dǎo)，從而抑制隨后的促炎細(xì)胞因子表達(dá)、神經(jīng)炎癥、創(chuàng)傷性腦損傷及多發(fā)性硬化癥等疾病的發(fā)展［27］。在大鼠創(chuàng)傷性腦病模型中也進(jìn)一步證實了甘草甜素可阻止HMGB1 在體內(nèi)與RAGE 結(jié)合，完全抑制了IL-6、TNF-α 及IL-1β 在損傷部位的表達(dá)，從而改善大鼠的運動和認(rèn)知功能障礙［28］。右美托咪定可抑制HMGB1/RAGE/NF-κB 信號傳導(dǎo)及隨后的神經(jīng)炎癥［29］。在創(chuàng)傷性腦損傷引起的小鼠急性肺損傷模型中也證實，右美托咪定可下調(diào)血清HMGB1和肺組織RAGE 的表達(dá)［30］。α7 煙堿型乙酰膽堿受體（α 7nAChR）調(diào)節(jié)劑GTS-21 及其新型α7nAChR 調(diào)節(jié)劑GAT107 可通過定向線粒體途徑減少高乙酰化和氧化來抑制細(xì)胞核內(nèi)的HMGB1釋放，從而降低高氧所致VAP 的發(fā)生風(fēng)險［8］。而通過糖胺聚糖GM-1111修飾的透明質(zhì)酸可以抑制細(xì)胞外HMGB1 的作用及其下游炎癥信號，從而改善體內(nèi)先天免疫防御功能［31］。依他尼酸則通過抑制高氧誘導(dǎo)的NF-κB 活化，下調(diào)HMGB1的表達(dá)來增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬活性和遷移能力［32］。N-芐基-4-氯-N-環(huán)己基苯甲酰胺（FPS-ZM1）可通過與RAGE 的V 區(qū)域結(jié)合，影響HMGB1 與RAGE 的相互作用，在新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）誘導(dǎo)的小鼠肺炎模型中，預(yù)先應(yīng)用FPS-ZM1可使小鼠存活率明顯升高［33］。此外，藏紅花素、姜紅素、氯胺酮、替米沙坦、厄貝沙坦和坎地沙坦等HMGB1/RAGE 阻斷劑也被證實在各種急慢性炎癥中有治療效果［34-37］。但在目前VAP的臨床診療中尚鮮見針對阻斷HMGB1/RAGE 拮抗劑療效的相關(guān)報道，可見該方向還具有廣闊的探索空間。

5 小結(jié)與展望

HMGB1/RAGE 在VAP 的病因及各種危險因素中扮演著重要的角色，HMGB1通過與RAGE結(jié)合誘導(dǎo)下游炎癥信號通路的激活，刺激大量炎性因子釋放，各種炎性因子惡性循環(huán)、相互作用，最終導(dǎo)致VAP 的肺部損傷及后期膿毒癥等并發(fā)癥，但HMGB1/RAGE 在VAP 及后期并發(fā)癥中的作用仍需進(jìn)一步闡明。HMGB1/RAGE 在各種動物炎癥模型中已有顯著成效，但臨床研究仍未見明顯進(jìn)展。因此，進(jìn)一步明確HMGB1/RAGE 在VAP 中的作用，以及開發(fā)有效的新型HMGB1/RAGE 拮抗劑可能在VAP的臨床診療中提供更多選擇。