HMGB1在呼吸系統疾病中的研究進展

陳炎堂（綜述），曾 勉，黃炎明（審校）

（1.江門市中心醫院重癥醫學科，廣東 江門 529030;2.中山大學附屬第一醫院MICU，廣州 510080;3.江門市中心醫院呼吸科，廣東 江門 529030）

高遷移率族蛋白B1（high mobility group box-1，HMGB1）于20世紀70年代在胸腺中與染色體DNA一起純化而被發現，因其相對分子質量小，在聚丙稀酰胺凝膠電泳中的高遷移性而被命名［1］。HMGB1最初定義為轉錄因子樣蛋白，現時也被認為是細胞因子樣分子［2，3］。HMG蛋白是與孤立染色質結合的非組蛋白，結構上分為HMGB家族、HMGN家族和HMGA家族，其成員包含獨一無二的“AT鉤狀”區域［4］。HMGB1需與胞膜受體結合才能發揮其生物學效應［5］。HMGB在維持核小體穩定及 DNA重組、復制、修復及基因轉錄中發揮著重要作用。此外，它在感染、炎癥及免疫反應中也發揮重要的作用［6］。HMGB1 的致炎細胞因子作用是炎癥損傷的研究熱點之一。

1 HMGB1與肺纖維化

1.1 HMGB1在肺纖維化中的表達 肺泡灌洗液中，特發性肺纖維化及過敏性肺炎患者的HMGB1的濃度較正常人HMGB1要高。通過免疫組化方法檢測特發性肺纖維化及非特異性間質性肺炎患者肺部組織HMGB1的表達。結果提示，在正常人的肺組織中，除了部分肺泡巨噬細胞，其他細胞沒被檢測出HMGB1，但在特發性肺纖維化及過敏性肺炎患者受損的滲透性炎性細胞、肺泡巨噬細胞、上皮細胞的細胞核中，HMGB1的表達明顯增多，部分細胞中出現胞質染色陽性［2］。

在小鼠模型中，注射博來霉素誘發小鼠肺纖維化（急性肺纖維化引發的肺損傷），在注射博來霉素的1 d后，小鼠氣管上皮表達的HMGB1開始上調;至第5 d，小鼠的肺泡上皮細胞、氣管上皮細胞、炎性細胞的胞質及細胞核都出現了陽性信號（檢測出HMGB1）;至第7～14 d，氣管上皮細胞的陽性染色下降，但肺泡上皮細胞及炎性細胞的陽性染色上升，并在7～14 d，陽性細胞及纖維損害的陽性染色最為突出［2］。在小鼠關節炎模型、風濕性關節炎、炎癥滑膜細胞與軟骨細胞的單核細胞核及胞質中也有類似發現。

1.2 HMGB1可能與成纖維細胞的增殖相關 盡管HMGB1在肺纖維化中的準確作用需要進一步證實，但已有研究探討兩者之間的關系。平滑肌細胞的再生是肺纖維化的特征之一。Palumbo等［7］的研究認為，細胞外HMGB1及其受體晚期糖基化終末產品受體導致血管相關性干細胞的遷移及增殖，因此可能在肌肉組織的再生中起一定作用。另外，血管生成被認為與小鼠博來霉素所致肺纖維化的病理過程相關。HMGB1被認為可激活巨噬細胞從而產生血管再生因子，如血管內皮生長因子、腫瘤壞死因子 α及白細胞介素（interleukin，IL）8等。Schlueter等［8］的研究認為，在體外研究中，外源性HMGB1能引導內皮細胞的遷移及長出，而且存在劑量依賴性。此外，研究還發現，盡管HMGB1對細胞凋亡或膠原合成沒有影響，但能刺激人類成纖維細胞的增殖。

1.3 阻斷HMGB1的功能可能減輕肺纖維化的嚴重程度 抗HMGB1抗體或者丙酮酸乙酯能保護小鼠產生博來霉素導致的肺部纖維化，其主要機制可能是通過減輕炎癥、細胞凋亡及纖維化來實現的。因此，認為阻斷HMGB1的功能可能有效對抗肺纖維化。

2 HMGB1與急性肺損傷

近年來，HMGB1已被證明是急性肺損傷的重要介質，它的作用主要是由中性粒細胞引發的，能被α趨化因子受體阻滯劑所降低［9］。中性粒細胞黏附于內皮細胞、上皮細胞或者間質性基質，能引發蛋白水解氧化酶、活性氧化物及活性氮化物的失控釋放，導致組織損傷及釋放出生長因子、趨化因子及其他細胞因子，加強炎性反應［10，11］。急性肺損傷的最早期表現是微血管中中性粒細胞的積聚，但是單純的中性粒細胞積聚并不足以引起嚴重的肺組織損傷，引起組織損傷要激活中性粒細胞。急性肺損傷患者肺多形核中性粒細胞的數量相比正常人明顯增多，可占肺泡灌洗（bronchoalvelar lavage，BAL）中總細胞數80%或以上，而正常人中只有2%～3%［12］。聚集在肺部的中性粒細胞與肺泡-毛細血管膜的嚴重損傷相關，會導致肺泡水腫，從而阻斷正常的氣體交換，導致嚴重的低氧血癥。研究證明，中性粒細胞的作用與α趨化因子相關［13］，而α趨化因子受體阻滯劑能有效阻斷α趨化因子受體1和受體2，因此能抑制小鼠的急性肺損傷［14，15］。

有研究以盲腸結扎及穿刺穿孔誘發腹膜炎，最終發展為膿毒癥的小鼠為研究對象，結果顯示，小鼠的肺組織可檢測出HMGB1，在肺部注入重組小鼠HMGB1（rHMGB1）18 h后行BAL，BAL中白細胞積聚與rHMGB1成劑量依賴性，適量的rHMGB1（少至0.5 μg）可使 BAL 中的白細胞有 8～10 倍的增加［9］;而當中性粒細胞的比例上升至（72.6±14.9）%［以注入生理鹽水的小鼠為對照組，其BAL中的中性粒細胞比例只為（2.3±1.3）%］時，研究者認為，0.5 μg rHMGB1引起的中性粒細胞的增加與 5 μg 脂多糖引起的效果相當［9］。如果在注射前用胰蛋白酶消化了rHMGB1，那么rHMGB1聚集炎性細胞的能力就消失了，證明HMGB1可以單獨作為肺部炎癥及損傷的重要因素。

3 HMGB1與慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）的異常是呼吸道及肺實質的持續炎癥及重塑的反應，反映了無序的、主要針對炎癥所致的慢性損害的組織修復。COPD患者及動物模型的研究提出，在其急性及慢性炎癥過程中，針對HMGB1的治療可能會是一種策略。

3.1 COPD患者的HMGB1 有研究針對從不吸煙、吸煙的COPD者及吸煙的非COPD者進行研究，調查研究者近端和遠端呼吸道的HMGB1及晚期糖基化終末產品受體的表達，以探討HMGB1與COPD的相關關系，調查結果顯示，吸煙的 COPD者 BAL中HMGB1水平為 0.0439～0.0775 ng/L，比從不吸煙COPD患者及吸煙的非COPD患者的水平要高［6］。氣管活檢的結果表示，從不吸煙者的氣管黏膜細胞的HMGB1陽性細胞數量少，吸煙者的COPD者或非COPD患者的HMGB1陽性細胞數量較多;而在上皮細胞中也有類似的結論。吸煙的COPD者相對于不吸煙者或吸煙的非COPD者，肺段組織內肺泡巨噬細胞的數目為最多（138.3/mm2），這可能導致BAL中HMGB1的升高［6］。在吸煙的COPD者及非COPD者中發現了腫瘤壞死因子-IL-1β-HMGB1復合物。

3.2 HMGB1與肺功能指標的關系 BAL中HMGB1的濃度與患者的某些肺功能指標有相關關系，有研究顯示，COPD患者BAL中HMGB1的量與使用支氣管擴張劑前后第一秒用力呼氣量和彌散功能相關［16］。吸煙的 COPD者或非 COPD者，及單純的COPD者BAL中HMGB1水平與氣流阻塞程度相關，而氣流阻塞程度及彌散功能至少部分反映了疾病的嚴重程度。

3.3 HMGB1的作用機制 針對動脈損傷的血管平滑肌細胞的研究顯示，晚期糖基化終末產品受體的激活參與了細胞的遷移與增殖，及細胞因子及氧基的產生，對動脈粥樣硬化形成及血管堵塞有影響［17］。與此相似，COPD患者的HMGB1與晚期糖基化終末產品受體的結合參與呼吸道平滑肌的增厚及功能異常。

IL-1β在COPD患者中增高，與炎癥程度相關，而且以往的研究已證明IL-1β與炎癥、纖維化及該病的肺氣腫成分相關［18］。吸煙的COPD和非COPD者的BAL上清液及休眠的肺泡巨噬細胞中檢測出HMGB1-IL-1β復合物，但在從不吸煙者中沒有發現。以往的研究證實，HMGB1可能與IL-1β作用介導的腫瘤壞死因子α合成，局部分泌的HMGB1與白細胞介素1β形成復合物可能增強并延長COPD患者的呼吸道炎癥及重塑反應，而IL-1RA阻止了HMGB1-IL-1β復合物的協同作用。

4 HMGB1與肺炎

有學者對377例2個月至16歲的肺炎或腦膜炎患兒進行研究，比較了5種檢測指標，包括降鈣素原、C反應蛋白、髓系細胞觸發受體、CD163、HMGB1對診斷及預后的作用，結果發現，HMGB1并不是最佳的協助診斷及推測預后的指標，而以降鈣素原為最佳［19］。國內也有研究認為，在漢族患兒的細菌性肺炎或病毒性肺炎的診斷中，HMGB1濃度協助診斷的準確性不及白細胞計數，但是，在所涉及的13種因子中，HMGB1是區分合并感染（細菌性及病毒性）與單一感染（細菌性或病毒性）的最佳指標，當HMGB1表達＜1.0256時，可以排除大部分的合并感染（陰性預測值 ＞ 89.7%）［20］。另外，也有研究表明，細菌性肺炎合并流感病毒感染的患者中，其血漿HMGB1濃度比中度細菌性肺炎患者的高，而且HMGB1的濃度與白細胞計數相關，提示了HMGB1參與了該疾病的病理過程［21］。

5 結語

HMGB1是一種重要的晚期炎性介質，與呼吸系統疾病的發展密切相關。它與多種炎性介質相互作用，參與疾病的病理過程，能放大炎性反應，造成組織損傷。因此，其濃度水平與疾病的嚴重程度相關。此外，HMGB1還能協助臨床診斷，并與疾病的預后相關。其作用機制為診斷及治療提供了新的思路，相對來說，其與肺炎（尤其是重癥肺炎）的研究還需要進一步探討。

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