HMGB1/RAGE信號通路在ALI/ARDS肺泡巨噬細胞焦亡中作用的研究進展*

徐 宇，范紹輝，秘 樂，舒小燚，張艷萍 綜述，王紅嫚 審校

(遵義醫科大學第五附屬(珠海)醫院呼吸與危重癥醫學科，廣東珠海 519000)

急性肺損傷(ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)是指非心源性因素導致的彌漫性肺泡水腫，病理特征為肺毛細血管內皮及肺泡上皮通透性增加致肺泡腔內液體及蛋白質滲出，主要表現為肺順應性降低、肺泡無效腔增加和頑固性低氧血癥。經鼻氣管滴入脂多糖(LPS)誘導ALI/ARDS是目前體內研究ALI/ARDS的經典模型。有研究顯示，成人ARDS的病死率高于40%[1]，其發病機制復雜，至今尚未明確。肺泡巨噬細胞(AMs)作為肺組織抵御病原微生物入侵的第一道防線并協調其他免疫細胞在先天免疫反應中發揮重要作用。AMs的一種炎性程序性細胞死亡方式——細胞焦亡(Pyroptosis)在ALI/ARDS進程中扮演著重要作用，高遷移率族蛋白1(HMGB1)/晚期糖基化終產物受體(RAGE)信號通路可能對經典途徑及非經典途徑AMs焦亡有一定影響。

1 細胞焦亡

細胞焦亡一詞最早在2001年被提出[2]，是一種依賴胱天蛋白酶(caspase)的促炎性細胞程序性死亡，其過程伴隨著炎性因子釋放，如白細胞介素(IL)-1β、IL-8及HMGB1[3-4]。可分為經典途徑(caspase-1依賴)和非經典途徑(非caspase-1依賴)兩種途徑。

1.1 經典途徑細胞焦亡

caspase-1 依賴形式的細胞焦亡由一系列能形成炎性小體的胞內模式識別受體(PRR)觸發，如核苷酸結合寡聚化結構域樣受體(NLRs)中的NLRP1、NLRP3 和NLRC4/NAIP 及黑色素瘤缺乏因子2(AIM2) 等。在識別病原相關分子模式(PAMP) 和損傷相關分子模式(DAMP)后，這些PRR通過識別同源配體的方式與含有caspase募集結構域的凋亡相關斑點樣蛋白 (ASC)結合形成一個大分子復合物，趨化caspase-1 形成炎性小體，并激活caspase-1，活化的caspase-1 促使IL-1β前體(Pro-IL-1β)和IL-18前體(Pro-IL-18)剪切為IL-1β和IL-18，并從焦亡細胞釋放，誘導細胞焦亡[5]，稱為經典途徑細胞焦亡。以典型的NLRP3為例：(1)各種DAMP和PAMP通過NF-κB依賴性途徑促進NLRP3、Pro-IL-1β和Pro-IL-18的轉錄。(2)NLRP3、ASC及前caspase-1組裝成炎性小體結構并誘導前caspase-1的激活，活化的caspase-1加工修飾Pro-IL-1β和Pro-IL-18為成熟的IL-1β和IL-18并從焦亡細胞釋放。

1.2 非經典途徑細胞焦亡

非caspase-1 依賴形式的細胞焦亡則由人類的caspase-4 和caspase-5 或者小鼠的caspase-11 誘導，其均作為最起始的激活物，通過caspase募集結構域(CARD)直接識別細胞質中LPS并被激活。激活的caspase-4、caspase-5、caspase-11不能直接裂解Pro-IL-1β和Pro-IL-18，但能夠不依賴caspase-1誘導細胞焦亡[6]。這種非caspase-1依賴形式的細胞焦亡稱為非經典途徑細胞焦亡。

經典途徑與非經典途徑細胞焦亡的形態學特征及效應相似，均以切割的消皮素D(gasdermin D)作為效應蛋白使細胞膜結構完整性破壞及細胞內物質釋放到細胞外，均以胞膜破裂引起促炎性細胞因子、內源性配體、警報蛋白和其他與危險相關的分子模式釋放為終末效應，其出現可致炎性反應加重[2]。

2 AMs焦亡與ALI/ARDS

AMs生理情況下占支氣管肺泡灌洗液(BALF)中細胞的90%[7-8]。作為抵抗病原微生物入侵的第一道防線并協調其他免疫細胞在先天免疫反應中發揮重要作用，其在ALI/ARDS發病機制中的關鍵作用引起了研究者的重視。有研究支持ALI/ARDS時AMs通過分泌促炎細胞因子誘導多形性核粒細胞黏附趨化至肺泡腔[7]。

AMs在感染后通過合成和釋放多種炎性介質在ALI/ARDS的發展中起著核心作用[9]。有研究報道，不受控制的肺部炎癥可能是由于死亡細胞清除不足和免疫細胞死亡過程中促炎細胞因子的釋放而引起[10-11]。從死亡的宿主細胞釋放的細胞質內容物可以提供啟動炎性級聯反應的有效信號，如AMs焦亡過程中炎性介質和細胞因子(如IL-1β、IL-18等)的分泌在ALI/ARDS的發病機制中起著關鍵作用[12-13]，IL-1β、IL-18作為AMs焦亡的下游促炎細胞因子,是炎癥進展過程中關鍵的促炎介質。IL-1β不僅自身引起炎性反應，還刺激各種細胞因子和趨化因子的表達，以及多形性核粒細胞向組織和器官的遷移[14]，從而加重炎性反應；IL-18誘導干擾素-γ的表達和分泌，對于巨噬細胞、T細胞和其他免疫細胞的活化至關重要[15]，可趨化多形性核粒細胞向肺組織移動，并使其變形、脫顆粒、釋放超氧化物和溶酶體，引發呼吸道感染暴發。

經氣管內給予LPS，AMs焦亡增加進一步加劇肺部炎性反應。有研究表明，在LPS誘導的ALI動物模型中，AMs焦亡會加劇肺部炎癥，抑制LPS介導的AMs焦亡可減輕肺損傷[16]，通過對AMs焦亡的干預可能是有效控制肺部炎癥的治療策略。

經LPS處理后，伴隨著p38-絲裂原活化蛋白激酶(p38-MAPK)信號通路在體內外的激活，NLRP3、IL-1β的表達及caspase-1的裂解均明顯升高，阻斷p38-MAPK信號通路可以改善ALI/ARDS，與抑制AMS焦亡有關[17]。NLRP3炎性小體在AMs焦亡中扮演著重要角色，抑制AMs中的NLRP3炎性小體激活可能有助于減輕與炎癥相關的肺損傷[18]。過表達的miRNA-495通過負調控NLRP3基因抑制了NLRP3炎性小體的活化并減弱了LPS誘導的肺部炎癥和AMs焦亡，進而阻礙ALI/ARDS進展[19]；髓樣分化蛋白-2(MD-2)-Toll樣受體(TLR)4/NF-κB依賴性途徑對AMs中NLRP3炎性小體活化和肺部炎性反應的加重起著重要作用[20]。 IL-1β-IL-1受體I(IL-1RI)信號的繼發上調是AMs焦亡和LPS引起肺損傷的原因之一，LPS通過誘導的IL-1β分泌激活上調IL-1RI，上調的IL-1RI使AMs對IL-1β敏感并導致焦亡小體形成和AMs焦亡，并隨后加劇了肺部炎癥[21]。IL-1RI或caspase-1的缺失通過阻斷LPS誘導的AMs焦亡明顯降低了肺部炎癥并改善了ALI/ARDS肺組織學改變[21]。干擾素調節因子-1(IRF-1)在調控caspase-1依賴的焦亡和炎癥中起關鍵作用[22]。IRF-1促進AMs中caspase-1激活和含有ASC焦亡小體形成，并導致下游炎性細胞因子釋放，基因敲除小鼠中IRF-1強烈消除了AMs細胞焦亡，并減輕了LPS誘導的肺損傷和全身炎癥。

3 HMGB1/RAGE與ALI/ARDS

HMGB1也稱為兩性蛋白，是一種由216個氨基酸組成的非組蛋白DNA結合蛋白，因其在凝膠電泳中遷移速度快而得名，在病理情況下，HMGB1被動從感染、損傷壞死的細胞或主動從激活的免疫細胞釋放[23-24]，釋放到細胞外的HMGB1作為DAMP通過與其受體，如RAGE、TLR2、TLR4結合發揮作用，且其在ALI/ARDS肺組織中的表達水平明顯高于正常肺組織。

體外細胞研究發現，細胞外HMGB1與受體結合產生炎性細胞因子主要是通過RAGE介導[25]。RAGE是一種膜蛋白，屬于細胞表面受體的免疫球蛋白超家族成員，在大多數正常組織中低表達，在與炎癥和肺損傷相關的所有病理狀態下，細支氣管上皮、Ⅱ型肺泡上皮細胞、AMs和內皮細胞中均觀察到RAGE過表達[26]，且HMGB1在ALI/ARDS中表達強度與肺損傷程度呈正相關[27]。RAGE是多配體受體，HMGB1作為RAGE親和力最高的配體，其與RAGE結合后通過激活下游的炎癥通路MAPK、NF-κB介導多種炎性介質的產生[28]，如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、IL-1β、IL-8等。這表明HMGB1/RAGE通路的激活在體內擴增了炎性反應并且在炎性疾病的發病機制中起重要作用。有研究表明，HMGB1/RAGE信號通路參與LPS誘導的ALI/ARDS進展[29-30]。

4 HMGB1/RARE與AMs焦亡

研究表明，HMGB1除非與含有DNA的免疫復合物或DAMP(如IL-1β和LPS)結合，否則對巨噬細胞幾乎無影響[31]。單獨的HMGB1不能激活NLRP3炎性小體，也不能誘導IL-1β和IL-18的分泌，但HMGB1可通過與其配體RAGE結合后以劑量依賴性方式促進巨噬細胞中Pro-IL-1β和Pro-IL-18的合成[32]，因此，HMGB1/RAGE信號通路可能在AMs焦亡釋放IL-1β和IL-18的第一步中起重要作用。但也有研究證明，HMGB1在炎癥過程中起細胞質信號分子的作用[33]，通過RAGE作用的HMGB1能夠誘導巨噬細胞中焦亡小體形成和caspase-1活化，從而導致隨后的細胞焦亡，且體內外實驗均證實內毒素血癥中確實存在這種HMGB1誘導的巨噬細胞焦亡[34]。細胞外HMGB1在體內介導NLRP3炎性小體活化中發揮特定作用[35]，然而在外周呼吸系統中，NLRP3炎性小體主要定位于AMs[20]。故HMGB1/RAGE信號通路可能通過影響經典途徑的AMs焦亡在LPS誘導的ALI/ARDS中具有重要作用。

細胞外HMGB1在炎癥中還起轉運蛋白的作用，可結合其他炎性介質如LPS、IL-1β、組蛋白和核小體等來增強炎性反應[36]，其與這些免疫激活分子結合形成促炎復合物，被細胞膜上RAGE受體內吞并向溶酶體區室轉運，HMGB1能使溶酶體通透，使其伴侶分子避免被溶酶體降解并能夠到達相關的免疫激活傳感器以激活下游事件。LPS激活其關鍵細胞質受體-鼠caspase-11、人caspase-4和caspase-5產生細胞焦亡，正是通過以上途徑而實現。這一過程中RAGE而非TLR4在轉運HMGB1和LPS復合物以激活細胞質受體中起著至關重要作用，相比之下，靶向HMGB1/TLR4通路的特定HMGB1抑制劑(K883)不能抑制這種內吞作用[37]。

DENG等[38]研究證明，HMGB1是內毒素血癥和膿毒癥中驅動caspase-11活化的關鍵介質，肝細胞釋放的HMGB1與LPS結合形成HMGB1-LPS復合物，并通過RAGE將其內吞并靶向巨噬細胞和內皮細胞的溶酶體轉運。隨后，HMGB1在溶酶體的酸性環境中穿透磷脂雙分子層，導致LPS能夠達到其關鍵的病原性細胞質受體caspase-11，以介導炎性小體的激活和肝細胞焦亡。肝細胞HMGB1的耗竭、肝細胞HMGB1釋放的抑制、中和細胞外HMGB1或RAGE的缺乏均可防止內毒素血癥和細菌性膿毒癥中caspase-11依賴的細胞焦亡。LPS誘導的ALI/ARDS中是否也存在這種HMGB1/RAGE介導的caspase-11依賴性AMs焦亡需進一步證實。但根據現有研究推測，LPS誘導的ALI/ARDS中，HMGB1可能作為轉運蛋白，與LPS結合將其通過RAGE轉運至AMs細胞質，并激活AMs細胞質受體caspase-11、caspase-4和caspase-5，進而誘導非經典途徑的AMs焦亡。

5 展 望

目前ALI/ARDS炎性反應中HMGB1/RAGE信號通路影響AMs焦亡的具體機制尚不清楚，但據以上相關的研究推測，HMGB1/RAGE信號通路可能通過影響經典途徑及非經典途徑AMs焦亡在LPS誘導ALI/ARDS中具有重要作用，可為通過對HMGB1/RAGE信號通路干預減輕ALI/ARDS炎性反應提供新的理論依據。