唐一鋒(綜述)，石 蓓(審校)

(遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心內(nèi)科，貴州 遵義 563003)

高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)是一種DNA結(jié)合蛋白，通過(guò)與多種轉(zhuǎn)錄因子、復(fù)制蛋白、甾體受體作用參與DNA重組、修復(fù)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控，細(xì)胞復(fù)制和分化成熟等生命活動(dòng)，HMGB1在細(xì)胞外有細(xì)胞因子功能，能啟動(dòng)免疫反應(yīng)，引起細(xì)胞炎性效應(yīng)。HMGB1能夠促發(fā)細(xì)胞的炎性反應(yīng)，甚至是在沒(méi)有微生物感染的時(shí)候。壞死細(xì)胞能夠釋放HMGB1，其具有控制炎癥的作用，在應(yīng)對(duì)微生物和促炎刺激時(shí)，免疫系統(tǒng)細(xì)胞能夠積極分泌HMGB1。該文就HMGB1分子特征及其受體在免疫應(yīng)答中的作用機(jī)制方面予以綜述。

1 HMGB1分子特征

HMGB1以相對(duì)分子質(zhì)量為30×103特征，含有豐富的非組蛋白核蛋白質(zhì)，表達(dá)在所有的真核細(xì)胞，進(jìn)化高度保守(哺乳動(dòng)物中99%一致)[1]。HMGB1的215片段被組織成2個(gè)DNA結(jié)合域,分別稱(chēng)為一個(gè)“HMG盒”和一個(gè)帶負(fù)電的C端(30個(gè)氨基酸殘基，第186～215位氨基酸)。A盒(78個(gè)氨基酸殘基，第2～79位氨基酸)和B盒(85個(gè)氨基酸殘基，第89～163位氨基酸)DNA結(jié)合域相似，兩者氨基酸同源性只有20%[2]。結(jié)構(gòu)分析顯示，重組A盒作為一個(gè)特定的拮抗劑，能減弱HMGB1誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞分泌促炎性細(xì)胞因子[3]。B盒是HMGB1誘導(dǎo)細(xì)胞因子產(chǎn)生的部分，活性區(qū)位于前20個(gè)氨基酸殘基。C端是高度重復(fù)且富含天冬氨酸和谷氨酸殘基，參與調(diào)節(jié)HMGB1與DNA結(jié)合的親和力，有研究稱(chēng)C端能抑制DNA復(fù)制[4]。第150～183位氨基酸序列是HMGB1與晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor advanced glycation endproducts，RAGE)結(jié)合部位[5]。

HMG盒上的a螺旋結(jié)構(gòu)具有非特異親和力，能與DNA小凹槽結(jié)合，形成彎曲的螺旋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)合方式可使DNA和各種因子交互作用，包括p53、核因子κB、同源蛋白質(zhì)、重組活化基因1/2蛋白質(zhì)和類(lèi)固醇激素受體。胞核HMGB1是必不可少的，實(shí)驗(yàn)證明HMGB1敲除小鼠出生后不久就死亡[6]。表型特征包括體積小，皺褶和紊亂的毛皮和缺乏脂肪。

2 HMGB1從胞核釋出后成為炎性因子

HMGB1是晚期內(nèi)毒素中介調(diào)節(jié)物。研究證明，HMGB1是由脂多糖、腫瘤壞死因子α或白細(xì)胞介素1(interleukin，IL-1)刺激單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞而分泌[4]。在垂體后葉，也可對(duì)腫瘤壞死因子α、IL-1的刺激產(chǎn)生應(yīng)答進(jìn)而釋放HMGB1。在體外，HMGB1表現(xiàn)出延遲的分泌動(dòng)力學(xué)(刺激后18～24 h)。在內(nèi)毒素模型血清中，脂多糖處理后16～32 h HMGB1增加。此外，中和抗HMGB1抗體可以使其免受脂多糖致傷性調(diào)節(jié)。這些數(shù)據(jù)表明，HMGB1有晚期內(nèi)毒素調(diào)節(jié)作用[7]。在小鼠盲腸的結(jié)扎和穿刺模型結(jié)果表明，HMGB1在敗血癥發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用[8]。局麻的大鼠行結(jié)扎盲腸，隨后結(jié)扎的盲端行穿孔誘導(dǎo)腹腔內(nèi)感染(腹膜炎)和敗血癥。使用抗體或重組A盒抑制內(nèi)源性HMGB1，即使治療被推遲到誘導(dǎo)腹膜炎后24 h，治療仍能改善預(yù)后。另外，乙基丙酮酸和尼古丁能抑制巨噬細(xì)胞分泌HMGB1，在嚴(yán)重膿毒癥實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭锌梢愿纳拼婊盥蔥9]。這些研究表明，細(xì)胞外HMGB1在調(diào)節(jié)全身炎性反應(yīng)中是一個(gè)潛在的干預(yù)治療靶點(diǎn)。

3 HMGB1到達(dá)外部環(huán)境的途徑

研究顯示，細(xì)胞釋放HMGB1至胞外發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞分化、觸發(fā)及調(diào)節(jié)炎癥等作用，其釋放至胞外主要通過(guò)兩種機(jī)制[4]：①通過(guò)受損組織中損傷或壞死細(xì)胞而非凋亡細(xì)胞被動(dòng)釋放，壞死細(xì)胞釋放的HMGB1作為危險(xiǎn)信號(hào)誘導(dǎo)其他細(xì)胞發(fā)生非生理性死亡；②包括巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞在內(nèi)的炎性細(xì)胞主動(dòng)分泌，在這一主動(dòng)分泌過(guò)程中，HMGB1首先經(jīng)乙?；⒂珊藘?nèi)轉(zhuǎn)移至溶酶體內(nèi)，繼而在腺苷三磷酸和溶血磷脂膽堿兩種分泌信號(hào)作用下轉(zhuǎn)移至細(xì)胞外。

HMGB1蛋白結(jié)構(gòu)缺少縮氨酰引導(dǎo)肽，且不能穿出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，但仍可釋放到細(xì)胞質(zhì)，甚至細(xì)胞外。機(jī)械損傷和壞死的細(xì)胞可以將其核內(nèi)的HMGB1釋放至細(xì)胞外[10]。由炎性細(xì)胞主動(dòng)分泌的HMGB1是高度乙?；?，而壞死細(xì)胞被動(dòng)釋放的HMGB1則沒(méi)有。急性炎癥損傷反應(yīng)后至關(guān)重要的是殺死微生物，清除死亡細(xì)胞、釋放生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子。這需要不同細(xì)胞類(lèi)型協(xié)調(diào)修復(fù)受損組織，同時(shí)激活保護(hù)性免疫反應(yīng)。壞死細(xì)胞釋放HMGB1后通過(guò)死亡細(xì)胞去標(biāo)記組織損傷，啟動(dòng)修復(fù)應(yīng)答。氧化應(yīng)激(過(guò)氧化氫刺激)也可刺激單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞主動(dòng)和被動(dòng)釋放HMGB1[11]。此外，一氧化氮能促進(jìn)脂多糖誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞釋放HMGB1。

HMGB1在活細(xì)胞中迅速和染色質(zhì)結(jié)合與解離，并不斷在胞核與胞質(zhì)間作用。隨著炎性刺激，HMGB1由核遷移至胞質(zhì)[12]。這是HMGB1的賴(lài)氨酸殘基乙酰化結(jié)果。HMGB1缺乏分泌信號(hào)序列，并不是經(jīng)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體路徑。反而是在釋放至胞外前形成分泌溶酶體，造血細(xì)胞中存在一個(gè)特定溶酶體體系[13]。一旦釋放，HMGB1激活單核細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，包括腫瘤壞死因子α和IL-1[14]。對(duì)比經(jīng)典的促炎刺激，如脂多糖、HMGB1能誘發(fā)腫瘤壞死因子α延遲和雙相釋放[14]。所以，HMGB1在應(yīng)答中是巨噬細(xì)胞分泌的促炎刺激物。HMGB1生物活性改變可能取決于其翻譯后的變化。

4 HMGB1受體

125I-HMGB1配體結(jié)合分析顯示，RAGE與HMGB1具有高親和力，是HMGB1的主要受體。膜結(jié)合HMGB1以高親和力綁定在RAGE受體上，并且增加RAGE在神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞上的表達(dá)[15]。RAGE是Ig超家族成員，由單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)、內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞表達(dá)。它與慢性退行性疾病和癌癥的發(fā)病機(jī)制相關(guān)[16]。在巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上，阻滯RAGE能抑制HMGB1的促炎作用[17]。盲腸穿孔引起的敗血癥模型中，應(yīng)用抗RAGE抗體發(fā)現(xiàn)HMGB1表達(dá)下調(diào)。使用抗RAGE抗體僅能部分抑制HMGB1的炎性反應(yīng)。RAGE與配體結(jié)合后主要通過(guò)激活核因子κB信號(hào)通路和絲裂原活化蛋白激酶通路，鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞膜上的RAGE與HMGB1結(jié)合后可活化p21ras、甲基乙基酮、絲裂原活化蛋白激酶和核因子κB[18]。

Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)2和TLR4，通過(guò)巨噬細(xì)胞表達(dá)[18]。TLR2和TLR4的負(fù)顯性突變體轉(zhuǎn)染小鼠巨噬細(xì)胞后HMGB1的活性降低；中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞中HMGB1與TLR2和TLR4受體結(jié)合活化MyD88依賴(lài)性核因子κB信號(hào)通路，從而促進(jìn)炎性反應(yīng)。HMGB1同多種TLR相互作用使其成為在固有免疫中一個(gè)重要蛋白分子。

5 HMGB1誘導(dǎo)樹(shù)突狀細(xì)胞成熟和發(fā)揮其功能

DCs識(shí)別病原體和使其成熟的過(guò)程，使他們能夠遷移到二級(jí)淋巴器官和抗原特異性T細(xì)胞。在體內(nèi)的細(xì)胞死亡時(shí)，瀕死的細(xì)胞釋放內(nèi)源性因子，如單鈉尿酸鹽和熱激蛋白，能夠通過(guò)激活的DCs增強(qiáng)免疫原性[19]。胞外的HMGB1促炎作用和胞內(nèi)大量的HMGB1表明，它可能參與DCs預(yù)警旁鄰細(xì)胞的死亡，也可能參與免疫反應(yīng)啟動(dòng)和維持。在體外實(shí)驗(yàn)中，使用壞死細(xì)胞上清，通過(guò)誘導(dǎo)抗體阻滯HMGB1或重組A盒能減緩DCs成熟，HMGB1敲除細(xì)胞的上清液不會(huì)誘導(dǎo)DC成熟[20]。在體外實(shí)驗(yàn)中，重組HMGB1激活人類(lèi)單核細(xì)胞來(lái)源的DCs[21]。重組HMGB1能誘導(dǎo)樹(shù)突狀細(xì)胞表型成熟，表明DCs將內(nèi)源性核HMGB1加入到自身成熟的過(guò)程，在旁分泌及自分泌循環(huán)中加強(qiáng)免疫應(yīng)答。

6 小 結(jié)

HMGB1作為細(xì)胞核內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白，參與核小體的構(gòu)建及維持，同時(shí)在DNA重組、復(fù)制及基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中發(fā)揮重要作用。胞外HMGB1作為信號(hào)分子同細(xì)胞表面不同受體結(jié)合，激活多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，執(zhí)行多種生物學(xué)功能，如誘導(dǎo)炎性反應(yīng)、細(xì)胞遷移、組織修復(fù)、啟動(dòng)適應(yīng)性免疫應(yīng)答等。然而，對(duì)于調(diào)節(jié)HMGB1釋放的準(zhǔn)確機(jī)制，其他細(xì)胞表面受體和下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，HMGB1促炎活性的生理調(diào)控機(jī)制，這些仍是未決問(wèn)題。HMGB1是如何幫助機(jī)體的免疫系統(tǒng)識(shí)別自身抗原和外來(lái)抗原，如何平衡HMGB1對(duì)機(jī)體的炎性作用和激活免疫應(yīng)答反應(yīng)仍需要進(jìn)一步研究。

[1] Müller S,Ronfani L,Bianchi ME.Regulated expression and subcellular localization of HMGB1,a chromatin protein with a cytokine function[J].J Intern Med,2004,255(3):332-343.

[2] Bianchi ME,Manfredi A.Chromatin and cell death[J].Biochim Biophys Acta,2004,1677(1/3):181-186.

[3] Yang H,Wang H,Czura CJ.HMGB1 as a cytokine and therapeutic target[J].J Endotoxin Res,2002,8(6):469-472.

[4] Topalova D,Ugrinova I,Pashev IG,etal.HMGB1 protein inhibits DNA replication in vitro:a role of the acetylation and the acidic tail[J].Int J Biechem Cell Biol,2008,40(8):1536-1542.

[5] Bianchi ME,Manfredi AA.High-mobility group box 1(HMGB1) protein at the crossroads between innate and adaptive immunity[J].Immunol Rev,2007,220:35-46.

[6] Yan SF,Ramasamy R,Schmidt AM.The receptor for advanced glycation endproducts(RAGE)and cardiovascular disease[J].Expert Rev Mol Med,2009,11:e9.

[7] Yang H,Ochani M,Li J,etal.Reversing established sepsis with antagonists of endogenous high-mobility group box 1[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2004,101(1):296-301.

[8] Uqrinova I,Pashev IG,Pasheva EA.Nucleosome binding properties and Co-remodeling activities of native and in vivo acetylated HMGB-1 and HMGB-2 proteins[J].Biochemistry,2009,48(27):6502-6507.

[9] Tsan MF.Heat shock proteins and high mobility group box 1 protein lack cytokine function[J].J Leukoc Biol,2011,89(6):847-853.

[10] Stros M.HMGB proteins:interactions with DNA and chromatin[J].Biochim Biophys Acta,2010,1799(1/2):101-113.

[11] Tang D,Kang R,Xiao W,etal.Nuclear heat shock protein 72 as a negative regulator of oxidative stress(hydrogen peroxide)-induced HMGB1 cytoplasmic translocation and release[J].J Immunol,2007,178(11):7376-7384.

[12] Chen GY,Tang J,Zheng P,etal.CD24 and Siglee-10 selectively repress tissue damage indueed immune responses[J].Science,2009,323(5922):1722-1725.

[13] Blott EJ,Griffiths GM.Secretory lysosomes[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2002,3(2):122-131.

[14] Andersson U,Wang H,Palmblad K,etal.High mobility group 1 protein(HMG-1) stimulates proinflammatory cytokine synthesis in human monocytes[J].J Exp Med,2000,192(4):565-570.

[15] Li J,Qu X,Schmidt AM.Sp1-binding elements in the promoter of RAGE are essential for amphoterin-mediated gene expression in cultured neuroblastoma cells[J].J Biol Chem,1998,273(47):30870-30878.

[16] Andersson U,Tracey KJ.HMGB1 is a therapeutic target for sterile inflammation and infection[J].Annu Rev Immunol,2011,29:139-162.

[17] Treutiger CJ,Mullins GE,Johansson AS,etal.High mobility group 1 B-box mediates activation of human endothelium[J].J Intern Med,2003,254(4):375-385.

[18] Park JS,Svetkauskaite D,He Q,etal.Involvement of toll-like receptors 2 and 4 in cellular activation by high mobility group box 1 protein[J].J Biol Chem,2004,279(9):7370-7377.

[19] Ferhani N,Letuve S,Kozhich A,etal.Expression of high-mobility group box 1 and of receptor for advanced glycation end products in chronic obstructive pulmonary disease[J].Am J Respir Crit Care Med,2010,181(9):917-927.

[20] Rovere-Querini P,Capobianco A,Scaffidi P,etal.HMGB1 is an endogenous immune adjuvant released by necrotic cells[J].EMBO Rep,2004,5(8):825-830.

[21] Messmer D,Yang H,Telusma G,etal.High mobility group box protein 1:an endogenous signal for dendritic cell maturation and Th1 polarization[J].J Immunol,2004,173(1):307-313.