高遷移率族蛋白1在重癥急性胰腺炎中的作用

蘆照青 任愛民

高遷移率族蛋白1在重癥急性胰腺炎中的作用

蘆照青 任愛民

近年來研究證明高遷移率族蛋白1(high mobility group box chromosomal protein-1，HMGB1)具有晚期炎癥介質(zhì)的作用。HMGB1的升高可促進(jìn)多種炎癥因子釋放。近年研究發(fā)現(xiàn)，重癥急性胰腺炎(sever acute pancreatitis，SAP)發(fā)病過程中亦有HMGB1參與，且HMGB1水平與疾病的嚴(yán)重程度及預(yù)后相關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示應(yīng)用抗HMGB1治療可以降低急性壞死性胰腺炎(ANP)大鼠死亡率，由此我們推論，在臨床上應(yīng)用抗HMGB1治療SAP可能具有廣闊的前景。

一、高遷移率族蛋白1

HMGB1是一組非組蛋白的核蛋白，于1973年由Goodwin等[1]首次在牛胸腺中被提取和鑒定，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的高遷移能力而得名。 HMGB家族有3個(gè)成員，即HMGB1(以前稱為amphoterin或HMG1)、HMGB2(以前稱為HMG2)和HMGB3(以前稱為HMG4或HMG2b)，三者在氨基酸序列上有85%的一致性。HMGB1廣泛分布于各種細(xì)胞中，除在肝、腦組織中主要存在于胞質(zhì)外，在大多數(shù)組織中存在于胞核[1-2]。在進(jìn)化過程中，HMGB1的氨基酸序列高度保守，嚙齒類動(dòng)物與人的氨基酸序列同源性高達(dá)98%以上[3]。

HMGB1約30 000大小，包含兩個(gè)同源的帶正電的DNA結(jié)合區(qū)——A box、B box，以及一個(gè)帶負(fù)電的C末端。在細(xì)胞內(nèi)HMGB1可與DNA分子以及一些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，參與DNA 重組、修復(fù)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞復(fù)制及分化成熟等生命活動(dòng)。1999年Wang等[4]首次報(bào)道了細(xì)胞外HMGB1在膿毒癥的發(fā)病中具有晚期炎癥介質(zhì)作用，在給予內(nèi)毒素刺激后6～8 h開始由單核巨噬細(xì)胞分泌，并在16～32 h維持血清高水平。膿毒癥患者血清HMGB1水平與膿毒癥的嚴(yán)重程度及病死率呈正相關(guān)。除膿毒癥外，HMGB1還可在其他多種疾病中表達(dá)增高，如急性肺損傷[5]、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[6]、出血性休克[7]等，由此提示，HMBG1作為一種晚期炎癥介質(zhì)可與早期炎癥因子共同作用，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。

二、HMGB1與SAP

2004年楊智勇等[8]檢測ANP大鼠血清HMGB1水平，結(jié)果顯示ANP組血清HMGB1水平在建模后12 h開始明顯升高,至建模后48 h仍維持在高水平。朱峰等[9]報(bào)道ANP大鼠胰腺組織HMGB1 mRNA水平在建模后12 h明顯升高,至24 h仍維持在較高水平，且與血清HMGB1水平呈平行關(guān)系。2006年Segersv?rd等[10]報(bào)道胰管逆行注射重組HMGB1可造成胰腺腺泡壞死及淀粉酶升高，但較胰管逆行注射牛磺膽酸鈉的損害較輕，若兩者聯(lián)合注射則可明顯增加腺泡壞死數(shù)量，提示HMGB1與牛磺膽酸鈉有協(xié)同作用。

2006年Yasuda等[11]檢測發(fā)病72 h內(nèi)的46例SAP患者血清HMGB1水平，結(jié)果顯示較正常人顯著升高，且在入院后呈逐漸下降趨勢。血清HMGB1與LDH、CRP及血清總膽紅素水平呈明顯正相關(guān)，而與年齡、性別、病因無關(guān)；與JSS評分(Japanese Severity Score)以及Glasgow評分有很好的正相關(guān)性，而與APACHEⅡ評分、Ranson評分無明顯相關(guān)；另外，發(fā)生臟器衰竭、感染或病死的患者，分別較未發(fā)生臟器衰竭、無感染或存活患者體內(nèi)HMGB1水平增高，但兩者未見顯著性差異，這可能與病例數(shù)較少有關(guān)。

三、HMGB1在SAP發(fā)病中的可能作用機(jī)制

體外試驗(yàn)顯示，TNF-α、IL-1β、INF-γ等促炎因子可以與單核巨噬細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合，通過細(xì)胞內(nèi)NF-κB、MAPKs、鈣調(diào)蛋白、鈣調(diào)磷酸酶等多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活組蛋白乙酰化酶，從而使細(xì)胞核內(nèi)HMGB1的賴氨酸殘基高度乙酰化，使其從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至胞質(zhì)內(nèi)，隨著HMGB1濃度在胞質(zhì)內(nèi)逐漸增高，而進(jìn)入次級溶酶體內(nèi)儲存，其后在其他因子(如磷溶血磷脂酰膽堿，LPC)刺激下從細(xì)胞內(nèi)釋放至胞外[12]。除炎癥因子外，細(xì)胞氧化應(yīng)激過程中產(chǎn)生的過氧化氫亦可通過類似途徑刺激HMGB1主動(dòng)釋放[13](圖1)。

主動(dòng)分泌及被動(dòng)釋放的HMGB1可進(jìn)一步誘導(dǎo)單核巨噬細(xì)胞趨化、浸潤，并釋放炎癥因子，如TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-1Ra，IL-6、IL-8、MIP-1α、MIP-1β等[14]。HMGB1可以與單核巨噬細(xì)胞表面的晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end product，RAGE)結(jié)合，通過Ras-MAPK途徑激活NF-κB或與Toll樣受體(Tool like receptor，TLR)2、4結(jié)合[15]通過MyD88-IRAK-MAPK途徑激活NF-κB[16]，使其發(fā)生核轉(zhuǎn)移，從而使IL-1β、IL-8、TNF-α的表達(dá)明顯增高(圖2)；另外，HMGB1還可通過Cdc42-Rac途徑引起細(xì)胞骨架重排，從而促進(jìn)單核巨噬細(xì)胞的變形和滲出[17]。

圖1單核巨噬細(xì)胞釋放HMGB1的主要過程(引自Bonaldi T.EMBO J,2003,22:5551-5560)

此外，HMGB1還可以通過RAGE及Mac-1受體的協(xié)同作用激活中性粒細(xì)胞MAPK通路，其中主要激活p38，從而使TATA結(jié)合蛋白磷酸化，進(jìn)一步促進(jìn)NF-κB活化以增加IL-1β、IL-8、TNF-α等細(xì)胞因子的表達(dá)[18]；另外，HMGB1還可以通過上述受體誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞伸出偽足并促進(jìn)其與上皮細(xì)胞黏附[19]。

同時(shí)，HMGB1可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)FBG、ICAM-1、VCAM-1等黏附分子，促進(jìn)炎細(xì)胞的黏附及游出。

除上述作用外,HMGB1還可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)tPA(tissue plasminogen activator)及PAI-1(plasminogen activator inhibitor 1), 影響纖維蛋白溶解酶原的產(chǎn)生和水解，造成凝血及微循環(huán)障礙，從而導(dǎo)致胰腺內(nèi)外組織的損害[2,20]。HMGB1還可以在血小板胞質(zhì)內(nèi)表達(dá)，并在血小板活化時(shí)胞吐至表面[21]，其作用可能與微血栓形成有關(guān)。

圖2HMGB1誘導(dǎo)炎癥因子形成的主要過程(引自Yang H,Wang H,Czura CJ,et al.The cytokine activity of HMGB1.J Leukoc Biol,2005,78:1-8)

總之，HMGB1可能通過影響炎細(xì)胞、炎癥因子、凝血系統(tǒng)、微循環(huán)以及腸黏膜屏障功能等途徑，在急性胰腺炎的發(fā)病及進(jìn)展過程中發(fā)揮了重要作用。

四、HMGB1的治療應(yīng)用前景及存在問題

目前認(rèn)為，炎癥因子的過度釋放是導(dǎo)致SAP發(fā)生多器官功能障礙綜合征(MODS)的重要原因[22]，因此針對于炎癥因子的治療似乎是防治MODS的有效方法。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，早期炎癥因子(如TNF-α、IL-1β等)在建模后即迅速上升， 4～6 h即達(dá)高峰,其后又快速下降,在建模后12 h已降至接近正常水平[8]，因此針對于早期炎癥因子的治療很難在臨床上實(shí)際應(yīng)用。而HMGB1作為一種晚期炎癥介質(zhì)，在急性胰腺炎發(fā)生后12 h才開始升高，可持續(xù)至發(fā)病后72 h[8]，這為SAP的治療提供了較寬時(shí)間窗，使得臨床上以HMBG1為靶點(diǎn)治療SAP成為可行。

目前的實(shí)驗(yàn)主要采用HMGB1抑制劑，如丙酮酸乙酯(Ethyl Pyruvate，EP)、正丁酸鈉等，以及HMGB1單克隆抗體、HMGB1 A box[9,23-25]等進(jìn)行干預(yù)[23,26-27]。在建模前2 h及建模后12、18、24、30 h給予EP治療均可使治療組大鼠的血清HMGB1水平及遠(yuǎn)處臟器(肝、肺、腎)損害較對照組顯著降低，并進(jìn)一步使治療組大鼠死亡率顯著下降。應(yīng)用抗HMGB1抗體封閉HMGB1可以減輕ANP大鼠胰腺病理損害[22]。應(yīng)用正丁酸鈉治療ANP大鼠，能明顯下調(diào)ANP大鼠胰腺HMGB1 mRNA 表達(dá)水平, 而且顯著減輕胰腺損傷程度[9]。另外亦有研究顯示HMGB1的A box具有HMGB1競爭拮抗劑的作用，用于治療ANP大鼠可減少外周器官損害并減低死亡率[25]。

但有臨床研究提示，病死的SAP患者血清HMGB1水平的增高并不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[11]；感染或膿毒癥患者體內(nèi)血清HMGB1水平與感染的嚴(yán)重程度并無相關(guān)性，病死組患者血清HMGB1水平甚至低于存活組患者[28-30]，這些結(jié)果與目前認(rèn)為的膿毒癥“免疫麻痹(Immune paresis)”理論[31]相吻合。該理論認(rèn)為膿毒癥患者的致死原因主要在于早期的免疫抑制，因此重癥患者體內(nèi)HMGB1水平呈下降趨勢。而對于SAP患者，是否存在相同免疫機(jī)制尚未可知。

[1] Goodwin GH,Sanders C,Johns EW.A new group of chromatin-associated proteins with a high content of acidic and basic amino acids.Eur J Biochem,1973,38:14-19.

[2] Andersson U,Erlandsson-Harris H,Yang H,et al. HMGB1 as a DNA-binding cytokine.J Leukoc Biol,2002,72:1084-1091.

[3] Bustin M,Lehn DA,Landsman D. Structural features of the HMG chromosomal proteins and their genes.Biochim Biophys Acta,1990,1049:231-243.

[4] Wang H,Bloom O,Zhang M,et al.HMG-1 as a late mediator of endotoxin lethality in mice.Science,1999,285:248-251.

[5] Lutz W,Stetkiewicz J.High mobility group box 1 protein as a late-acting mediator of acute lung inflammation.Int J Occup Med Environ Health,2004,17:245-254.

[6] Taniguchi N,Kawahara K,Yone K,et al.High mobility group box chromosomal protein 1 plays a role in the pathogenesis of rheumatoid arthritis as a novel cytokine.Arthritis Rheum,2003,48:971-981.

[7] Ombrellino M,Wang H,Ajemian MS,et al.Increased serum concentrations of high-mobility-group protein 1 in haemorrhagic shock.Lancet,1999,354:1446-1447.

[8] 楊智勇,王春友,熊炯炘,等.重癥急性胰腺炎大鼠血清高遷移率族蛋白-1水平的時(shí)相變化及意義.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2004,33:466-468.

[9] 朱峰,龍錦,何忠野,等.急性壞死性胰腺炎大鼠胰腺高遷移率族蛋白- 1的表達(dá)及意義.中國普通外科雜志,2007,16:418-421.

[10] Segersv?rd R,Palmblad K,Tsai J,et al.High mobility group box-1(HMGB1) augments pancreatic necrosis in taurocholate induced pancreatitis in rats.Pancreas,2006,33:497-497.

[11] Yasuda T,Ueda T,Takeyama Y,et al.Significant increase of serum high-mobility group box chromosomal protein 1 levels in patients with severe acute pancreatitis.Pancreas,2006,33:359-363.

[12] Bonaldi T,Talamo F,Scaffidi P,et al.Monocytic cells hyperacetylate chromatin protein HMGB1 to redirect it towards secretion.EMBO J,2003,22:5551-5560.

[13] Tang D,Shi Y,Kang R,et al. Hydrogen peroxide stimulates macrophages and monocytes to actively release HMGB1.J Leukoc Biol,2007,81:741-747.

[14] Andersson U,Wang H,Palmblad K,et al.High mobility group 1 protein (HMG-1) stimulates proinflammatory cytokine synthesis in human monocytes.J Exp Med,2000,192:565-570.

[15] Park JS,Gamboni-Robertson F,He Q,et al.High mobility group box 1 protein interacts with multiple Toll-like receptors.Am J Physiol Cell Physiol,2006,290:C917-C924.

[16] Yu M,Wang H,Ding A,et al.HMGB1 signals through toll-like receptor (TLR) 4 and TLR2.Shock,2006,26:174-179.

[17] Yang H,Wang H,Czura CJ,et al.The cytokine activity of HMGB1.J Leukoc Biol,2005,78:1-8.

[18] Park JS,Arcaroli J,Yum HK,et al.Activation of gene expression in human neutrophils by high mobility group box 1 protein.Am J Physiol Cell Physiol,2003,284:C870-C879.

[19] Orlova VV,Choi EY,Xie C,et al.A novel pathway of HMGB1-mediated inflammatory cell recruitment that requires Mac-1-integrin.EMBO J,2007,26:1129-1139.

[20] Fiuza C,Bustin M,Talwar S,et al.Inflammation-promoting activity of HMGB1 on human microvascular endothelial cells.Blood,2003,101:2652-2660.

[21] Rouhiainen A,Imai S,Rauvala H,et al.Occurrence of amphoterin (HMG1) as an endogenous protein of human platelets that is exported to the cell surface upon platelet activation.Thromb Haemost,2000,84:1087-1094.

[22] Lankisch PG,Lerch MM.Pharmacological prevention and treatment of acute pancreatitis: where are we now?Dig Dis,2006,24:148-159.

[23] Cheng BQ,Liu CT,Li WJ,et al.Ethyl pyruvate improves survival and ameliorates distant organ injury in rats with severe acute pancreatitis.Pancreas,2007,35:256-261.

[24] Sawa H,Ueda T,Takeyama Y,et al.Blockade of high mobility group box-1 protein attenuates experimental severe acute pancreatitis.World J Gastroenterol,2006,12:7666-7670.

[25] Yuan H,Jin X,Sun J,et al.Protective effect of HMGB1 a box on organ Injury of acute pancreatitis in mice.Pancreas,2009,38:143-148.

[26] O′Callaghan AP,Murphy T,Wang JH,et al.HMGB1 targeted immunotherapy provides unique protection against the local and systemic effects of acute pancreatits.Association For Academic Surgery And Society of University Surgeons,2008,303-304.

[27] 楊智勇,凌燕,陶京,等.延遲的丙酮酸乙醋治療對重癥急性胰腺炎大鼠胰外臟器損傷的影響及其機(jī)制.世界華人消化雜志,2007,8, 15:2638-2642.

[28] Kornblit B,Munthe-Fog L,Madsen HO,et al.Association of HMGB1 polymorphisms with outcome in patients with systemic inflammatory response syndrome.Crit Care,2008,12:R83-.

[29] Sunden-Cullberg J,Norrby-Teglund A,Rouhiainen A,et al.Persistent elevation of high mobility group box-1 protein (HMGB1) in patients with severe sepsis and septic shock.Crit Care Med,2005,33:564-573.

[30] Gaini S,Pedersen SS,Koldkjaer OG,et al.High mobility group box-1 protein in patients with suspected community-acquired infections and sepsis:a prospective study.Crit Care,2007,11:R32.

[31] Hotchkiss RS,Karl IE.The pathophysiology and treatment of sepsis.N Engl J Med,2003,348:138-150.

2008-10-10)

(本文編輯：呂芳萍)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2009.02.025

100050 北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院感染暨急救醫(yī)學(xué)科

任愛民，Email: julie444@126.com