高遷移率族蛋白B1在慢性阻塞性肺疾病發病中的作用

游泳 劉升明

暨南大學附屬第一醫院呼吸科（廣州510630）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）以持續的呼吸道癥狀和不完全可逆氣流受限為特征，通常與暴露于有害顆粒或氣體引起的氣道和（或）肺泡異常有關［2］。相關文獻顯示［3］COPD大約9% ～ 10%的為40歲以上的成年人，大約25%的COPD患者會發展為惡病質，可以導致心血管，糖尿病和骨質疏松癥等全身多個系統并發癥。慢性阻塞性肺疾病（COPD）到2030年將成為全球第三大流行死因［4］，造成整個社會的巨大經濟負擔。高遷移率族蛋白B1（high mobility group box1，HMGB1）是種重要的晚期炎癥因子，在COPD患者肺組織和呼吸氣道內高表達。單核細胞、巨噬細胞等在受刺激后在16～20 h左右才有HMGB1釋放，并且HMGB1能夠在血清中維持1～3 d，在COPD患者中，HMGB1較許多早期炎性因子（例如TNF-α）有更重要的臨床意義。

1 HMGB1

HMGB1最開始是由Goodwin Johns在牛胸腺中發現。是一種高度保守的非組蛋白染色體結合蛋白，在聚丙烯酰胺凝膠電泳中具有高遷移能力。廣泛分布于哺乳動物的各種器官中，如肺、心臟、肝等組織中。HMGB1主要由肺泡巨噬細胞、單核細胞等產生［5］。正常生理狀態下HMGB1主要位于細胞核中，低水平表達。與基因轉錄、DNA修復等過程相關［6］。HMGBl主要有兩種釋放方式：（1）由激活的單核細胞、巨噬細胞主動釋放；（2）從凋亡的細胞中被動釋放。不同方式釋放的HMGB1具有不同的功能，由肺泡單核巨噬細胞等主動分泌的HMGB1才發揮促炎效應，是啟動和維持炎癥瀑布式反應的關鍵分子［7］。HMGB1具有細胞因子，趨化因子和生長因子活性的特征，及其協調炎癥和免疫反應的作用［6］使其與多種疾病如膿毒癥、系統性紅斑狼瘡、惡性腫瘤、敗血癥等相關，近年來許多研究顯示HMGB1參與COPD等呼吸系統疾病的病理生理過程。HMGB1肺臟中的高表達與肺功能受損，與COPD的發生發展密切相關［8］。

2 HMGBl與COPD患者肺功能、嚴重程度的相關性

FERHANI等［5］的研究顯示在吸煙的COPD患者和吸煙無COPD者肺組織和氣道中HMGB1陽性表達細胞增多，且顯著多于健康對照組。吸煙的COPD患者與吸煙無COPD患者相比HMGB1水平更高，兩者之間也存在顯著差異。多項國內外的研究發現COPD患者均高表達HMGB1，且HMGB1表達陽性細胞數目顯著多于健康對照組［8-11］。但目前沒有文獻明確提及HMGB1在COPD中檢測的靈敏度與特異度，根據閱讀到的國內外文獻均顯示HMGB1在COPD患者中高度表達，但由于免疫系統疾病、腫瘤、膿毒癥等也均可引起HMGB1升高，據此推斷出HMGB1在COPD患者中有較高的靈敏度，但特異度不高。KANAZAWA等［12］的研究比較了吸煙的 COPD患者、吸煙無COPD者、非吸煙者三組中內皮細胞內襯液（ELF）的HMGB1水平，發現中央氣道水平的HMGB1水平對COPD患者無明顯影響，在外周氣道中，吸煙COPD患者的HMGB1水平比其他兩組顯著增高，外周氣道中的HMGB1水平與COPD患者肺功能、嚴重程度相關。因此，外周氣道中的HMGB1才是潛在的治療價值目標。FERHANI等［5］的研究也證明吸煙的COPD患者肺泡灌洗液中HMGB1水平與 FEV1% 和FEV1/FVC成反比；ZHANG等［10］的實驗研究測量了44名COPD患者住院和出院前24 h血HMGB1水平，他們觀察到HMGB1從急性期到恢復期呈顯著下降趨勢；HOU等［9］的研究表示痰中HMGB1是影響COPD嚴重程度的一個獨立因素，與是否使用吸入激素、吸煙、患者年齡等無關。這些研究均表明HMGB1水平與COPD嚴重程度有關。POUWELS等［13］研究顯示HMGB1參與COPD病情惡化可能與激活模式識別受體（PRRs）有關。大部分文獻都顯示HMGB1在加重期和緩解期濃度顯著不同，和 FEV1%值具有良好的相關性［8-10，12-15］。表明了HMGB1在COPD中的作用，以及與COPD患者的肺功能、嚴重程度相關。根據上文我們推斷出在COPD患者中，HMGB1越高預后可能越差，但具體的關系有待進一步研究。

3 HMGB1在COPD中的作用

炎癥細胞的激活導致的多種炎癥介質的釋放以及炎癥因子間相互作用產生的級聯反應是COPD炎癥機制的中心環節［16］。COPD的致病特征是反復的氣道感染導致氣道增殖并重塑，HMGB1作為COPD一種重要的炎癥因子，不僅參與肺部炎癥而且與氣道增殖及肺部纖維化有關。在組織損傷，感染或炎癥的條件下，HMGB1從細胞核轉位到細胞質，然后釋放到細胞外，在細胞外調節免疫和炎癥反應［11］。HMGB1能夠刺激TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、MIP-1等多種炎性因子和趨化因子的釋放［5］，這些炎癥介質又能夠加強HMGB1的分泌，從而形成一個復雜的細胞因子分泌調節網絡。HMGB1和許多炎癥因子在炎癥網絡中存在正反饋環路，其相互促進和激活的正向調節關系，維持著氣道和肺泡內大量炎癥因子的聚集，放大炎癥效應［8］。許多研究顯示血清HMGB1的水平和中性粒細胞、TNF-α、IL-8、IL-1β、NF-κB水平正相關［8，17］。HMGB1作用主要是與其受體有關，HMGB1結合受體發揮細胞調節功能，從細胞成熟，增殖，存活和細胞死亡［18］。HMGB1是損傷相關模式分子（DAMP）的一種典型代表，已被證明至少可以與三種受體相互作用：受體晚期糖基化終產物（RAGE）及toll樣受體（TLR2、TLR4）［10-19］。在正常組織中，RAGE和HMGB1一樣表達水平很低，FERHANI等［5］研究發現RAGE在COPD患者的氣道平滑肌和氣道上皮過表達，并與HMGB1共定位，當其配體HMGB1聚集時RAGE表達也呈上升趨，兩者之間形成正反饋，對氣道炎癥起維持和放大作用。HMGB1與RAGE受體親和力最高，研究顯示高水平的RAGE在肺泡上皮細胞中和肺泡巨噬細胞表達，被認為是COPD重要的的發病機制［10］。胞外HMGB1可激活胞內p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、細胞外信號調節激酶1/2（ERK1/2）、核因子（NF-κB）等下游信號通路，或上調轉化生長因子（TGF-β1）和血小板源性生長因子（PDGF）的分泌，誘發細胞及組織損傷［20-21］。HMGB1與RAGE受體結合可通過Ras/Raf、Rac/CDC42、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun Nterminal kinase，JNK）及其相關蛋白 p38抗體（p38）等細胞內信號通路最終激活NF-κB（核因子κB）信號通路。HMGB1與TLRs受體結合主通過依賴性MyD88信號通路激活IRAK（白介素-1受體相關激酶），IRAK活化后與TRAF（TNF受體相關因子6）相互作用最后激活TAK1（轉化生長因子激酶1），最后激活NF-κB和MAPK信號通路。NF-κB通路和MAPK通路能夠調節COPD多種炎癥介質的釋放，如IL-8、TNF-α、MMP-9等。近期有研究顯示HMGB1也可以直接結合到LPS，從而加強其通過CD14激活TLR4的能力［18］。在煙曲霉導致的慢阻肺小鼠中，HMGB1通過Dectin-1和TLR2/4受體激活MyD88/NF-κB信號通路和NF-κB活化syk/PI3K信號介導炎癥反應［22］。HMGB1在COPD患者中不僅促進炎癥，而且反應性的引起氣道平滑肌增厚和纖維化，與組織重塑，氣流阻塞和肺氣腫有關［5，14，19］。HMGB1不僅能與IL-1β形成復合物作為增強劑增強COPD炎癥反應［5］，而且協同IL-1β促進氣道上皮屏障損傷，降低緊密蛋白occludin和claudin-2蛋白表達水平，緊密蛋白occludin在HMGB1導致的氣道上皮細胞屏障損傷中至關重要［23］。HMGB1通過RAGE/ERK信號通路導致氣道上皮屏障損傷及連接蛋白破壞，促進肺泡上皮細胞的增殖。OJO等人研究HMGB1促進支氣管上皮細胞損傷及修復是通過TLR4和（或）RAGE信號調節ECM（細胞外基質）的纖連蛋白和層粘連蛋白-5的γ2鏈［19］。HMGB1的表達與氣道、肺血管結構的病理變化基本一致。這些研究都表明HMGB1參與阻塞性氣道疾病和纖維化肺部疾病的炎癥并導致組織重塑。

4 治療

HMGB1在COPD急性期上升并且在康復期顯著下降，提示HMGB1可能不僅是COPD的炎癥標志物，也是COPD的治療目標［10］。WONG等［11］研究顯示HMGB1參與氣道疾病的作用機制對治療靶向有啟示作用。根據HMGB1的作用主要是通過RAGE和TLRs受體介導，對RAGE和TLRs受體進行阻滯，可減弱HMGB1增殖上皮細胞的能力及減輕炎癥，進而延緩氣道重塑［17，19，24-25］。從中和抗體，內源激素中以及藥用草藥衍生的小分子HMGB1抑制劑被證明能夠抵抗致死性感染和缺血性損傷，已有研究證明HMGB1抑制劑在敗血癥中的作用［26-27］，Escin（七葉皂苷）通過抑制LPS（內毒素）誘導的化膿性小鼠中HMGB1的水平增加存活率。七葉素還可以抑制HMGB1的mRNA水平和HMGB1的活性［26］。因此未來在HMGB1抑制劑方面的研究可能成為治療COPD的一種策略。有報道稱TSLP（胸腺基質淋巴生成素）能抑制HMGB1-RAGE的結合，能阻止化學誘導的哮喘模型中的氣道炎癥［28］是否TSLP也能抑制COPD患者的HMGB1-RAGE的結合有待進一步研究。HMGB1與RAGE受體以及TLRs受體結合最終大多是通過激活NF-κB途徑介導炎癥反應。有研究表明NF-κB抑制劑可顯著下調動物組織HMGB1的表達，WANG等［17］為了證明NF-κB對HMGB1表達的影響，建立了慢性阻塞性肺病的動物模型，給48只大鼠施用NF-κB抑制劑（正常對照，COPD大鼠和COPD大鼠復雜與缺氧）。證明了HMGB1 mRNA和蛋白表達分別與NF-κB蛋白表達呈正相關，使用NF-κB抑制劑后HMGB1 mRNA和蛋白的表達在肺組織明顯減少，用NF-κB抑制劑靶向治療COPD小鼠，最后發現肺組織中HMGB1的下調。NF-κB抑制劑具有潛在的抗炎作用，能抑制TNF-α、IL-6、IL-1炎癥介質的分泌，而且可以抑制NF-κB 與DNA的結合［29］。抑制p38MAPK可抑制炎癥介質釋放，已經有一些小分子如SD-282、PH797804等抑制劑在研發，有研究顯示其改善患者的肺功能、呼吸困難等癥狀的作用是可觀的［30］。

HMGB1是COPD氣道炎癥中的重要炎性介質之一，在COPD患者肺組織、氣道、血漿、痰液等標本中高表達；HMGB1與COPD患者肺功能呈負相關，可以反映COPD的嚴重程度，有助于臨床醫生對COPD患者的病情評估，具有重要的臨床應用價值；HMGB1通過激活信號傳導通路促進多種炎癥介質的釋放和氣道的增殖纖維化。本文通過更加深入的認識HMGB1在COPD中的發病機制，為COPD的治療帶來新的思路。