HMGB1與呼吸系統疾病的相關性

楊瓊芳 趙蘭艷 舒彩敏

(溫州醫科大學附屬東陽醫院呼吸內科，浙江 東陽 322100)

高遷移率族蛋白(HMG)B1是一種高度保守的非組蛋白核蛋白，廣泛分布于淋巴、心、腦、肺、肝、腎等組織。它主要由單核細胞、巨噬細胞、垂體細胞等在炎癥因子的刺激下主動釋放，亦可由壞死細胞被動釋放。分泌至細胞外的HMGB1作為一種重要的新型晚期炎癥介質，在腫瘤、關節炎、膿毒癥等疾病的進展中發揮重要作用〔1～3〕。近年來大量研究證實HMGB1在慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支氣管哮喘、肺癌、肺纖維化、肺炎等呼吸系統疾病的發生發展過程中同樣扮演著重要的角色。本文對HMGB1與呼吸系統疾病的相關性進行綜述。

1 HMGB1的結構及生物學功能

1.1HMGB1的結構 人HMGB1基因定位于染色體13q12，由 215 個氨基酸殘基組成，包括3個外顯子和4個內含子〔4〕。它由3個結構域構成：氨基端的2個富含賴氨酸的帶強正電荷的A box和B box及1個富含酸性氨基酸且高度重復的帶負電荷的羧基末端。A box和B box可與DNA結合，其中B box具有促進炎癥反應的功能〔4〕，而A box 則是B box 的拮抗位點，因此純化的A box可作為HMGB1特異性拮抗劑〔5〕；羧基末端則具有調節HMGB1與DNA結合及與其他蛋白的相互作用〔6〕。

1.2生物學功能 在細胞核內，HMGB1與DNA非特異性結合，在穩定核小體結構、啟動基因的復制與轉錄、調控DNA的重組與修復及相關下游靶基因的轉錄表達調控等過程中發揮重要作用〔7〕。在細胞質中，與質膜相連的HMGB1還參與成纖維細胞和平滑肌細胞的移位、神經細胞軸突的芽生分支、腫瘤細胞的增殖及轉移、纖溶酶原的活化等過程〔8〕。在細胞外，HMGB1作為一種重要的炎癥介質，與其相應的膜受體結合，通過多種途徑活化核轉錄因子(NF)-κB，誘導趨化因子與細胞因子的產生，從而介導炎癥反應性疾病〔9〕。

2 HMGB1與呼吸系統疾病的相關性

當機體受到缺氧、內毒素等外界因素的刺激時，組織細胞內的HMGB1通過旁分泌與自分泌的方式分泌至細胞外，單獨或與Toll樣受體(TLR)、晚期糖基化終產物(RAGE)等受體結合促進COPD、支氣管哮喘、肺癌、肺纖維化等多種呼吸系統疾病的發展。

2.1HMGB1與COPD COPD是一類具有氣流阻塞特征的難治性的慢性氣道炎癥性疾病。目前一系列文獻報道COPD患者較健康人群HMGB1表達增高〔10～12〕。Ferhani等〔12〕觀察到COPD患者的氣道與肺組織中HMGB1表達量顯著高于健康對照組，且吸煙亞組較非吸煙亞組HMGB1水平進一步上升；同時發現吸煙亞組肺泡灌洗液中HMGB1的水平與第1秒呼氣容積占預計值的百分比(FEV1%)和第1秒用力呼氣容積(FEV1)/用力肺活量(FVC)成反比。研究進一步證實HMGB1在吸煙的COPD患者外周氣道中顯著增高，而在中央氣道無顯著性差異，而且外周氣道中的HMGB1水平與 COPD 患者的肺功能及疾病嚴重程度均相關〔13〕。Zhang 等〔10〕通過動態觀察44例住院的AECOPD患者證實，隨著COPD的逐漸控制，HMGB1水平呈進行性下降的趨勢，進一步證實HMGB1水平與COPD的嚴重程度密切相關。Wang等〔14〕發現在COPD小鼠模型中HMGB1 mRNA及蛋白的表達與NF-κB的表達呈顯著相關。通過煙曲霉誘導的COPD小鼠試驗進一步證實，HMGB1 通過 TLR2/4和樹突狀細胞相關性C型植物凝集素(Dectin)-1 受體激活髓樣分化因子(MyD88)/NF-κB 信號通路和 NF-κB 活化脾酪氨酸激酶(syk)/磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)信號進一步介導炎癥反應的發生〔15〕。Ojo等〔16〕研究發現HMGB1可通過RAGE和(或)TLR4信號調節細胞外基質的纖連蛋白及層黏連蛋白-5 的γ2 鏈來介導支氣管上皮細胞的損傷或修復過程。上述研究推測在COPD患者中HMGB1水平越高，其肺功能越差，預后可能越差；HMBG1在COPD患者中極有可能通過RAGE和TLRs激活并活化NF-κB途徑，從而介導氣道上皮細胞的損傷及修復、促進炎癥發生，同時反應性地引起氣道平滑肌增厚和纖維化，參與組織重塑、氣流阻塞、肺氣腫等病理過程〔16，17〕。因此，通過更加深入地認識 HMGB1 在 COPD 的發病機制，有望以后為 COPD 的治療帶來新的思路。

2.2HMGB1與支氣管哮喘 支氣管哮喘是另一類難治性的慢性氣道炎癥性疾病。研究顯示〔18〕，在卵清蛋白誘導的哮喘動物模型中其肺泡灌洗液與肺組織HMGB1的水平均顯著高于正常對照組。在哮喘患者中，肺泡灌洗液與肺組織中HMGB1的表達量同樣明顯增多〔19〕。提示HMGB1極有可能參與哮喘的肺部炎癥。研究證實〔20，21〕HMGB1通過抑制T淋巴細胞增殖、誘導T淋巴細胞TH1優勢向TH2優勢轉移、促進TH0細胞向TH2分化及影響TH17細胞的增殖和活化等過程參與哮喘等免疫性疾病的發生發展。趙龍等〔18〕研究表明HMGB1通過激活Janus激酶(JAK)2/信號轉導及轉錄激活因子(STAT)3促進支氣管上皮細胞分泌哮喘相關炎癥因子。此外，另有試驗〔22〕發現HMGB1/TLR4/NF-κB信號通路介導了哮喘的發病過程，在氣道炎癥及氣道重塑方面發揮著重要作用。通過體外細胞培養法，柏芳芳等〔23〕觀察到HMGB1呈濃度依賴式促進人氣道平滑肌細胞增殖與遷移，可能是通過調節PI3K/蛋白激酶B(Akt)通路參與氣道重塑。給予HMGB1抑制劑可顯著降低哮喘小鼠的氣道高反應及減輕氣道重塑〔20，24〕。Zhou等〔19〕進一步在哮喘患者中證實HMGB1的濃度與哮喘的嚴重程度呈正相關；而痰中 HMGB1的水平與肺功能呈負相關〔25〕。表明 HMGB1 信號的異常活化是哮喘的發病機制之一，而阻斷該信號的激活有望成為控制哮喘發作的治療靶點。

2.3HMGB1與肺纖維化 肺纖維化是由急慢性炎癥介導的一個不可逆的疾病進程。國外研究表明，在特發性肺纖維化(IPF)、肺囊性纖維化及非特異性間質性肺炎患者中HMGB1的表達明顯增強〔26〕。Ebina等〔27〕觀察到在IPF急性加重期患者的支氣管肺泡灌洗液中HMGB1含量明顯增多。Schlueter等〔28〕通過體外研究證實外源性HMGB1能引導內皮細胞的長出及遷移，而且兩者之間存在明顯的劑量依賴性；同時能刺激成纖維細胞的增殖。Hamada等〔29〕發現在博來霉素誘導的肺纖維化小鼠模型中HMGB1在注藥后早期在支氣管上皮細胞表達增強，后期則集中表達于纖維化病變部位的肺泡上皮細胞及炎性細胞。Zhang等〔30〕在小鼠纖維化模型中觀察到肺組織中HMGB1表達量顯著增多而RAGE明顯減少。對于敲除RAGE的小鼠，注射博來霉素，產生肺纖維化的程度則明顯減輕，究其原因可能與剔除RAGE后導致HMGB1的作用明顯減弱有關〔31〕。由此可推測HMGB1/RAGE通路在肺纖維化的發生發展中扮演著關鍵角色〔31〕。而給予抗HMGB1抗體或丙酮酸乙酯，能明顯改善博來霉素誘導的小鼠肺纖維化程度〔29〕。同時國內外現有的研究發現，原兒茶醛、多粘菌素B纖維柱及中藥玉屏風提取液均可明顯抑制HMGB1的表達、減輕肺纖維化〔30，32，33〕。提示HMGB1參與肺纖維化的發生，而HMGB1抗體有望成為抗肺纖維化的治療新藥物。

2.4HMGB1與肺癌 HMGB1在腫瘤的生長、侵襲及遷移過程中均起著非常重要的作用。Gao等〔34〕發現非小細胞肺癌(NSCLC)的癌組織中HMGB1的表達顯著增加。Zhang等〔35〕觀察到在NSCLC患者癌組織中不僅HMGB1的表達量增多，而且NF-κB的表達亦顯著升高，兩者之間呈正相關。Wu等〔36〕通過體外培養法證實人NSCLC細胞株HCC827釋放HMGB1；而高水平的HMGB1能促進HCC827、H1299、A549肺癌細胞的遷移和侵襲，甘草酸或基因沉默 HMGB1、miRNA-218則能有效抑制腫瘤細胞的侵襲作用〔36，37〕。究其機制可能在于HMGB1通過與其受體晚期RAGE結合，激活并活化NF-κB途徑，進一步激活P42/P44、P38及MAP等信號通路，最終促進腫瘤的浸潤、遷移〔38〕。有研究證實NSCLC患者癌組織中HMGB1的表達水平與其臨床分期、病理類型、組織分化程度及有無淋巴結的轉移均密切相關〔39〕。因此HMGB1有望成為判定NSCLC的耐藥、侵襲、轉移及預后的重要生物標志物，而通過抑制HMGB1基因表達有望成為未來腫瘤治療的新靶點。

2.5HMGB1與肺炎 HMGB1在肺炎的發生發展過程中同樣發揮著重要作用。Xu等〔40〕發現肺炎患者的支氣管分泌物中HMGB1水平較健康對照組明顯升高。在呼吸機相關性肺炎患者的支氣管肺泡灌洗液及血漿中HMGB1的表達量同樣明顯升高〔41〕。Zhou等〔42〕研究發現HMGB1是區分肺炎患者是合并感染(病毒及細菌)或單獨感染(病毒或細菌)的最佳指標之一。表明重癥肺炎患者HMGB1水平較輕中癥者進一步上升，其濃度與肺炎的嚴重程度密切相關〔40〕。俞蕾等〔43〕研究證實HMGB1與白細胞計數、超敏C反應蛋白呈正相關，對于評估肺炎患者病情嚴重程度及預后均具有重要價值。提示HMGB1參與了該疾病的病理過程，通過抑制HMGB1的表達可能有助于開發肺炎治療的新靶點。

綜上，HMGB1作為一種重要的炎癥介質，不僅參與慢性阻塞性肺病、支氣管哮喘的氣道炎癥、氣道損傷及氣道重塑等病理過程，而且能刺激肺組織成纖維細胞的增殖促進肺纖維化，同時在肺癌細胞的浸潤、遷移中扮演關鍵的角色。此外，亦在急性肺損傷、肺炎等疾病的發生發展中發揮著重要作用。通過深入地認識HMGB1在不同呼吸系統疾病中的發病機制，可為疾病的臨床診斷及治療提供新思路。但HMGB1在不同呼吸系統疾病中的分子作用機制及細胞信號通路仍有待進一步深入研究。