李 磅,王紅嫚

(遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院 呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,廣東 珠海 519100)

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)是一種呼吸危重癥,與多種疾病過程相關(guān),可導(dǎo)致急性肺損傷、非靜水性血管外肺水增加、肺順應(yīng)性降低和嚴(yán)重低氧血癥。盡管這些年來治療手段有一定的提升,但病死率仍高達(dá)37%[1]。即使是幸存活者,后遺癥也將導(dǎo)致患者生活質(zhì)量明顯下降。肺纖維化是ARDS的一種公認(rèn)后遺癥,是ARDS死亡率的重要因素,伴有纖維化的ARDS患者病死率明顯高于無纖維化者[2]。自2019年新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)大流行以來,越來越多的證據(jù)表明,部分COVID-19幸存者在康復(fù)幾個(gè)月后仍然存在持續(xù)的生理損傷,并伴有影像學(xué)檢查結(jié)果異常[3-5]。肺纖維化病患的人均3、5年生存率依次為 61.8%和45.6%,極低的生存率依然嚴(yán)峻[6]。早期預(yù)防和治療肺纖維化對(duì)于降低病死率有重要的臨床意義,然而,目前針對(duì)纖維化的藥物治療效果欠佳[7]。因此,尋找肺纖維化治療的新靶向點(diǎn)及治療措施顯得迫在眉睫。高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein B1,HMGB1)是一種目前研究較為火熱的晚期炎癥蛋白質(zhì),參與調(diào)控炎癥、感染以及免疫應(yīng)答等。前沿的研究也發(fā)現(xiàn)HMGB1以及相關(guān)通路與肺纖維化發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[8]。因此HMGB1可能是防治肺纖維化的新靶向點(diǎn),現(xiàn)就HMGB1在ARDS后肺纖維化的研究進(jìn)展情況進(jìn)行如下綜述。

1 HMGB1的基本概述

HMGB1是一種廣泛分布在肺、肝臟、腎臟、淋巴、大腦等組織的細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中非組蛋白核蛋白。HMGB1的 mRNA是多聚腺苷酸化,并且 HMGB1 的蛋白質(zhì)序列在小鼠和大鼠之間顯示出100%的同源性,鼠和人之間顯示出 99% 的同源性,人HMGB1包含215個(gè)氨基酸殘基[9]。其具有兩個(gè) DNA 結(jié)合區(qū),即 A 盒和 B 盒。細(xì)胞外 B 盒具有促炎活性,是炎癥的一個(gè)重要領(lǐng)域,具有高度保守的功能。A 盒與 B盒則剛好相反,有抑制HMGB1的促炎效應(yīng)[10]。在細(xì)胞核中,HMGB1 是維持染色體結(jié)構(gòu)和功能的 DNA 伴侶;在細(xì)胞外,HMGB1經(jīng)過主動(dòng)或者被動(dòng)釋放后,常通過不同的受體調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)[11]。

2 HMGB1參與ARDS的炎癥反應(yīng)

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[12-15],HMGB1作為晚期炎癥因子,被廣泛認(rèn)為是一種危險(xiǎn)相關(guān)分子模式,是ARDS的一種重要警報(bào)素。HMGB1可以導(dǎo)致中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、肺泡充血、肺內(nèi)出血、以及肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞損傷和細(xì)胞因子產(chǎn)生增多[16],導(dǎo)致免疫系統(tǒng)過度激活,誘導(dǎo)多器官衰竭相關(guān)的細(xì)胞因子風(fēng)暴綜合征。Buder等[17]在住院患者抽取健康個(gè)體、COVID-19 患者合并ARDS 和無 COVID-19 的 ARDS 患者的血液進(jìn)行分析HMGB1水平。有和沒有COVID-19 的ARDS之間的HMGB1水平并沒有明顯差距,但是這些隊(duì)列顯示的HMGB1水平比健康個(gè)體最高達(dá)5.9 倍,說明HMGB1在ARDS患者中顯著增高。He等[18]發(fā)現(xiàn)在ARDS患者及小鼠體內(nèi)的HMGB1水平相對(duì)于對(duì)照組有明顯升高,而且HMGB1的血清學(xué)表達(dá)水平在重癥組及死亡組的患者中相較于輕度組及生存組有明顯升高,并且在ARDS造模組小鼠有明顯肺損傷、肺淤血表現(xiàn),小鼠肺組織HMGB1相較于對(duì)照組明顯升高,通過使用HMGB1的特異性抑制劑的治療組小鼠的肺部炎癥損傷程度有明顯下降,HMGB1表達(dá)水平明顯下降。Hu等[19]通過脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)小鼠急性肺損傷實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),HMGB1會(huì)通過LPS激活顯著升高,并且會(huì)加重小鼠ARDS炎癥反應(yīng),導(dǎo)致小鼠敗血癥,而通過HMGB1敲低可以抑制LPS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞激活及炎癥反應(yīng),減輕小鼠敗血癥,減輕小鼠ARDS炎癥反應(yīng)。綜上說明了HMGB1參與ARDS炎癥反應(yīng)。

3 ARDS后肺纖維化的發(fā)生

以往研究認(rèn)為,ARDS早期1周內(nèi)多以早期滲出性和增生性的肺部病理結(jié)構(gòu)改變發(fā)生為主要臨床特征,而晚期ARDS的肺纖維化的增生和急性肺纖維化病理改變多數(shù)發(fā)生在1周后,通常以纖維增生及膠原沉積為主要表現(xiàn)。但后來的許多研究結(jié)果表明,該病的滲出性及纖維化改變以不同比例程度貫穿整個(gè)病程[20]。早在2000年Marshall等[21]發(fā)現(xiàn),早在24 h內(nèi),已有肺纖維化的標(biāo)志物在ARDS患者的肺部血清及肺泡灌洗液(bronchoalverolar lavage fluid,BALF)中明顯表達(dá),特別是患者BALF中纖維標(biāo)志物升高較為明顯。而且Farjanel等[22]發(fā)現(xiàn),在接受肺活檢的患者中BALF纖維標(biāo)志物升高程度與患者肺纖維化程度呈正相關(guān)關(guān)系,提示BALF生化指標(biāo)與肺纖維化組織學(xué)變化有相關(guān)性。另外Martin等[23]研究發(fā)現(xiàn),64%的ARDS患者在早期24 h內(nèi)的肺活檢中可見纖維組織增生以及II型肺泡上皮細(xì)胞增生。綜上表明,ARDS肺纖維化在疾病早期已開始發(fā)生,并且隨著病情的惡化,肺纖維化的程度進(jìn)行性加重。

4 HMGB1參與ARDS后肺纖維化相關(guān)細(xì)胞機(jī)制

4.1 上皮細(xì)胞 上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為間充質(zhì)細(xì)胞的過程,通過各種的生理或病理因素,伴隨細(xì)胞骨架和形態(tài)學(xué)改變。EMT在生長(zhǎng)、損傷修復(fù)等過程當(dāng)中必不可少,同時(shí)大量的證據(jù)表明EMT參與纖維化發(fā)病過程,是近年來針對(duì)纖維化疾病的熱門基礎(chǔ)研究。HMGB1是一種新型的EMT介質(zhì),參與介導(dǎo)EMT過程。Chen等[24]在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),氣道上皮細(xì)胞會(huì)在HMGB1誘導(dǎo)下發(fā)生EMT,伴纖維標(biāo)志物表達(dá)增加。阻斷HMGB1靶受體,上皮細(xì)胞EMT受抑制。說明HMGB1參與誘導(dǎo)EMT。Gui等[25]研究也發(fā)現(xiàn),HMGB1的mRNA及蛋白表達(dá)水平在敲低HMGB1基因的人肺泡上皮細(xì)胞系(A529)細(xì)胞中均明顯降低,且明顯減緩轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)誘導(dǎo)發(fā)生EMT,考慮HMGB1參與TGF-β1介導(dǎo)的EMT。Qu等[26]研究也在博來霉素(bleomycin,BLM)建模的肺纖維化(pulmonary fibrosis,PF)小鼠中發(fā)現(xiàn),核因子紅細(xì)胞2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2,Nrf2)活化可減弱TGF-β1誘導(dǎo)的EMT和活性氧(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生,并伴隨HMGB1的下調(diào)。相反,沉默Nrf2可增強(qiáng)TGF-β1誘導(dǎo)的EMT和ROS產(chǎn)生,同時(shí)增加蛋白表達(dá)和HMGB1的釋放。并且HMGB1激活可加重TGF-β1誘導(dǎo)的EMT,HMGB1缺失可減輕TGF-β1誘導(dǎo)的EMT。由此可見,HMGB1參與EMT的過程,并且極有可能其過程介導(dǎo)EMT促進(jìn)ARDS炎癥后肺纖維化。

4.2 肺成纖維細(xì)胞 近年來的研究已經(jīng)證實(shí),肺成纖維細(xì)胞(lung fibroblast,LF)與肺纖維化病變有密切關(guān)聯(lián),LF分化肌成纖維細(xì)胞(myofibroblast,MFB)被認(rèn)為是肺纖維化發(fā)病機(jī)制中的中心事件。Wang等[27]體外LF研究發(fā)現(xiàn),LF被HMGB1以10 μg/mL濃度刺激后,利用RT-qPCR技術(shù)分別在 0、3、6、12、24、36、48、72、96 h檢測(cè) α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)和I型膠原纖維(collagen type I,COL I)表達(dá),檢測(cè)結(jié)果顯示α-SMA和COL I mRNA表達(dá)在72 h達(dá)到高峰,隨后α-SMA 和COL I蛋白表達(dá)量顯著提高,結(jié)果表明HMGB1可能參與LF介導(dǎo)EMT促進(jìn)肺纖維化。Kida等[28]也在體外研究發(fā)現(xiàn),HMGB1會(huì)誘導(dǎo)LF分化MFB,參與肺纖維化的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)徐僑翌等[29]研究也發(fā)現(xiàn),HMGB1通過細(xì)胞通路的激活誘導(dǎo)LF分化MFB,導(dǎo)致正常肺泡組織結(jié)構(gòu)被破壞,進(jìn)而促進(jìn)肺纖維化。由此可推斷,HMGB1可能通過影響成纖維細(xì)胞分化參與ARDS后肺纖維化。

4.3 巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞廣泛的分散在機(jī)體各個(gè)組織及器官中,參與特異及非特異性人體免疫系統(tǒng)防衛(wèi)。肺泡巨噬細(xì)胞的類型有經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞(M1)和交替活化巨噬細(xì)胞(M2),兩者均參與肺纖維化,但以M2巨噬細(xì)胞為主[30]。在炎癥反應(yīng)下,HMGB1 可以在體內(nèi)和體外誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化,單獨(dú)HMGB1誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化為M1或M2表型,而HMGB1與不同的結(jié)合伙伴形成異復(fù)合物如HMGB1-C1q復(fù)合物可直接誘導(dǎo) M2 樣表型[31]。活化巨噬細(xì)胞可以通過T、B淋巴細(xì)胞以及LF等作用于炎癥部位,并通過產(chǎn)生纖維因子以及成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子進(jìn)一步促進(jìn)肺EMT。Zhu等[32]在體外細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn),M2巨噬細(xì)胞會(huì)釋放大量的TGF-β1,誘導(dǎo)肺上皮細(xì)胞EMT改變。而使用TGF-β1受體抑制劑 LY2109761會(huì)阻斷M2巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的肺上皮細(xì)胞EMT。Wang等[33]同樣也在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),M2巨噬細(xì)胞會(huì)誘導(dǎo)小鼠肺上皮(MLE-12)細(xì)胞發(fā)生EMT,TGF-β1、p-Smad蛋白表達(dá)增加。Bao等[34]在LPS誘導(dǎo)的小鼠ALI后PF實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),通過阻斷調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變,TGF-β1、Smad蛋白表達(dá)會(huì)明顯減少,小鼠PF明顯減輕。Janssen等[35]在基于流感病毒聯(lián)合LPS誘導(dǎo)大鼠急性肺損傷的模型中也發(fā)現(xiàn),M2型巨噬細(xì)胞的持續(xù)高表達(dá)與促進(jìn)肺損傷后期肺纖維化有密切聯(lián)系。Xuan等[36]研究也發(fā)現(xiàn),M2型巨噬細(xì)胞代謝分化異常嚴(yán)重影響各種細(xì)胞代謝因子的分化水平,從而直接引起患者肺黏膜組織異常修復(fù),甚至成為肺纖維化的直接影響因素。因此,HMGB1與巨噬細(xì)胞交互作用可能參與ARDS后肺纖維化進(jìn)程。

5 HMGB1參與ARDS后肺纖維化涉及的信號(hào)通路

即使報(bào)告的HMGB1受體相當(dāng)廣泛,但只有晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for activated glycation end products,RAGE)和 Toll樣受體-4(toll-like receptor 4,TLR4)被完全證實(shí)可作為已建立的 HMGB1 受體。TGF-β1作為目前公認(rèn)最強(qiáng)纖維化因子,主要通過介導(dǎo)經(jīng)典Smad和非經(jīng)典信號(hào)通路誘導(dǎo)EMT、細(xì)胞外基質(zhì)過度產(chǎn)生及降解受抑制,導(dǎo)致肺、心、肝和腎纖維化[37]。

5.1 HMGB1/RAGE信號(hào)通路 RAGE作為HMGB1的主要受體,一般情形下為低表達(dá),當(dāng)它的配體量顯著提高時(shí),RAGE的表達(dá)量也相應(yīng)增高。當(dāng)HMGB1與RAGE結(jié)合后,核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)激活引起核內(nèi)轉(zhuǎn)移,促進(jìn)炎癥因子釋放,放大炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[38]。Zheng等[39]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),HMGB1/RAGE通路蛋白在砷暴露的肺組織中表達(dá)量會(huì)明顯增加,伴隨纖維因子如TGF-β1、p-Smad等也顯著增加,Masson染色也可以觀察到大鼠肺組織的膠原沉積和纖維化改變,考慮HMGB1/RAGE信號(hào)通路參與激活TGF-β1/Smad通路促進(jìn)炎癥后纖維化。Piao等[40]近期同樣在BLM誘導(dǎo)的小鼠PF模型中發(fā)現(xiàn),在使用RAGE拮抗肽(RAGE antagonist peptides,RAP)實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組相比,RAP小鼠的羥脯氨酸含量下降,與此同時(shí)纖維因子及纖維蛋白如TGF-β1、α-SMA、COL等均均有降低,而且重復(fù)給予RAP降低效果更顯著,考慮阻斷HMGB1/RAGE信號(hào)通路有助于減輕PF。Li等[41]研究發(fā)現(xiàn),HMGB1敲低抑制TGF-β1誘導(dǎo)的α-SMA和COL I蛋白表達(dá),考慮HMGB1通過RAGE/NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)影響TGF-β1的釋放。此外He等[42]也發(fā)現(xiàn),經(jīng)過HMGB1處理的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞可發(fā)生EMT,而在RAGE基因缺失型的上皮細(xì)胞,EMT很難發(fā)生。綜上所述,HMGB1/RAGE信號(hào)通路可能參與ARDS后肺纖維化,但仍需要更多研究進(jìn)一步證實(shí)。

5.2 HMGB1/TLR4信號(hào)通路 HMGB1也是TLR4的主要配體,HMGB1與TLR4受體結(jié)合后,激活髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)進(jìn)而激活I(lǐng)RAK通路,隨后,IKK-α/IKK-β的激活導(dǎo)致IκB-α的磷酸化和降解,誘導(dǎo)激活NF-κB,導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子釋放[43]。Hanson等[44]在輻射誘發(fā)小鼠PF模型中發(fā)現(xiàn),TLR4敲出小鼠(TLR4-/-)與對(duì)照組(C57)小鼠相比,早期和中間輻射反應(yīng)期間肺部急性輻射損傷和持續(xù)炎癥程度相似,但晚期纖維化程度更輕?？紤]阻斷HMGB1/TLR4信號(hào)通路有助于減輕PF。Li等[45]在矽肺小鼠模型中發(fā)現(xiàn),沙利度胺能有效的抑制矽肺小鼠的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和TLR4-NF-κB通路,抑制下游炎癥因子釋放,減輕炎癥反應(yīng)。同時(shí)還能有效減少COL沉積、EMT,顯著減輕肺纖維化重塑。由此推斷,可能與阻斷HMGB1/TLR4信號(hào)通路相關(guān)。Song等[46]在椎板切除術(shù)的硬膜外纖維化小鼠模型中發(fā)現(xiàn),模型組中的HMGB1相比對(duì)照組明顯升高,而使用二甲雙胍組的小鼠HMGB1表達(dá)水平明顯偏低,有效減少纖連蛋白和COL的表達(dá),纖維化顯著減輕,考慮二甲雙胍通過抑制HMGB1/TLR4及TGF-β1/Smad3信號(hào)通路傳導(dǎo),減緩纖維化改變。綜上所述,HMGB1/TLR4信號(hào)通路同樣可能參與ARDS后肺纖維化,其具體機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究。

6 ARDS后肺纖維化的HMGB1靶向治療

HMGB1與纖維化疾病密切相關(guān)[47]。Zou等[48]發(fā)現(xiàn),異體心臟血管病變(cardiac allograft vascular disease,CAV)常以異常重構(gòu)和纖維化為主要特征,常常導(dǎo)致心臟移植物丟失。胞外HMGB1通過促進(jìn)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和免疫損傷誘導(dǎo)心臟移植物中TGF-β1表達(dá)增高。通過HMGB1中和抗體治療可減少TGF-β1表達(dá),減輕CAV/纖維化以延長(zhǎng)異體移植物的生存期。Chen等[49]發(fā)現(xiàn),HMGB1可能參與血吸蟲病的肝臟纖維化病理,使用HMGB1抑制劑(丁酸鈉)可降低血吸蟲病的肝肉芽腫和纖維化,表現(xiàn)為血清中ALT、AST水平及促炎細(xì)胞因子和纖維化細(xì)胞因子(IFN-γ、TGF-β1、IL-6)表達(dá)降低。表明HMGB1抑制劑具有抗纖維化作用。Vicentino等[50]也發(fā)現(xiàn),HMGB1是血吸蟲病肉芽腫形成和肝纖維化的關(guān)鍵介質(zhì),用GZR抑制HMGB1表達(dá)減輕了小鼠肝臟的炎癥反應(yīng),顯著減少了肝纖維化區(qū)域,提高了小鼠存活率。Wang等[51]發(fā)現(xiàn)運(yùn)用2-O, 3-O脫硫肝素ODSH(抑制巨噬細(xì)胞HMGB1)可通過降低HMGB1介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞功能損傷以及HMGB1與膜受體的相互作用,顯著降低細(xì)菌感染誘導(dǎo)的囊性纖維化小鼠肺損傷。Hamada等[52]在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腹腔內(nèi)注射抗HMGB1抗體后,BLM誘導(dǎo)的肺部炎癥和PF顯著減輕。蔡琳等[53]通過HMGB1 RNA干擾HMGB1產(chǎn)生,從而減輕肺纖維化。Abe等[54]的試驗(yàn)研究表明,多粘菌素B可以通過吸附HMGB1降低HMGB1水平減輕肺纖維化。綜上所述,運(yùn)用HMGB1抑制劑各種纖維化疾病纖維化均有不同程度的減輕,為此,靶向HMGB1可能成為治療ARDS后肺纖維化關(guān)鍵。

7 展望

盡管目前關(guān)于ARDS后肺纖維化的具體機(jī)制仍不明確,但是大量的臨床及實(shí)驗(yàn)室證據(jù)表明,肺部炎癥反應(yīng)和異常的肺組織細(xì)胞修復(fù)在其中發(fā)揮主導(dǎo)作用。HMGB1參與ARDS后肺纖維化的發(fā)病過程可能與上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等細(xì)胞有關(guān),可能涉及HMGB1/RAGE、HMGB1/TLR4等信號(hào)通路。靶向HMGB1可能成為治療ARDS后肺纖維化關(guān)鍵,但關(guān)于HMGB1參與ARDS后纖維化機(jī)制的研究尚少,存在諸多缺陷,仍需繼續(xù)探索。