HMGB1在呼吸系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

陳炎堂（綜述），曾 勉，黃炎明（審校）

（1.江門市中心醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，廣東 江門 529030;2.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院MICU，廣州 510080;3.江門市中心醫(yī)院呼吸科，廣東 江門 529030）

高遷移率族蛋白B1（high mobility group box-1，HMGB1）于20世紀(jì)70年代在胸腺中與染色體DNA一起純化而被發(fā)現(xiàn)，因其相對分子質(zhì)量小，在聚丙稀酰胺凝膠電泳中的高遷移性而被命名［1］。HMGB1最初定義為轉(zhuǎn)錄因子樣蛋白，現(xiàn)時也被認(rèn)為是細(xì)胞因子樣分子［2，3］。HMG蛋白是與孤立染色質(zhì)結(jié)合的非組蛋白，結(jié)構(gòu)上分為HMGB家族、HMGN家族和HMGA家族，其成員包含獨一無二的“AT鉤狀”區(qū)域［4］。HMGB1需與胞膜受體結(jié)合才能發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)［5］。HMGB在維持核小體穩(wěn)定及 DNA重組、復(fù)制、修復(fù)及基因轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮著重要作用。此外，它在感染、炎癥及免疫反應(yīng)中也發(fā)揮重要的作用［6］。HMGB1 的致炎細(xì)胞因子作用是炎癥損傷的研究熱點之一。

1 HMGB1與肺纖維化

1.1 HMGB1在肺纖維化中的表達(dá) 肺泡灌洗液中，特發(fā)性肺纖維化及過敏性肺炎患者的HMGB1的濃度較正常人HMGB1要高。通過免疫組化方法檢測特發(fā)性肺纖維化及非特異性間質(zhì)性肺炎患者肺部組織HMGB1的表達(dá)。結(jié)果提示，在正常人的肺組織中，除了部分肺泡巨噬細(xì)胞，其他細(xì)胞沒被檢測出HMGB1，但在特發(fā)性肺纖維化及過敏性肺炎患者受損的滲透性炎性細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞的細(xì)胞核中，HMGB1的表達(dá)明顯增多，部分細(xì)胞中出現(xiàn)胞質(zhì)染色陽性［2］。

在小鼠模型中，注射博來霉素誘發(fā)小鼠肺纖維化（急性肺纖維化引發(fā)的肺損傷），在注射博來霉素的1 d后，小鼠氣管上皮表達(dá)的HMGB1開始上調(diào);至第5 d，小鼠的肺泡上皮細(xì)胞、氣管上皮細(xì)胞、炎性細(xì)胞的胞質(zhì)及細(xì)胞核都出現(xiàn)了陽性信號（檢測出HMGB1）;至第7～14 d，氣管上皮細(xì)胞的陽性染色下降，但肺泡上皮細(xì)胞及炎性細(xì)胞的陽性染色上升，并在7～14 d，陽性細(xì)胞及纖維損害的陽性染色最為突出［2］。在小鼠關(guān)節(jié)炎模型、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、炎癥滑膜細(xì)胞與軟骨細(xì)胞的單核細(xì)胞核及胞質(zhì)中也有類似發(fā)現(xiàn)。

1.2 HMGB1可能與成纖維細(xì)胞的增殖相關(guān) 盡管HMGB1在肺纖維化中的準(zhǔn)確作用需要進(jìn)一步證實，但已有研究探討兩者之間的關(guān)系。平滑肌細(xì)胞的再生是肺纖維化的特征之一。Palumbo等［7］的研究認(rèn)為，細(xì)胞外HMGB1及其受體晚期糖基化終末產(chǎn)品受體導(dǎo)致血管相關(guān)性干細(xì)胞的遷移及增殖，因此可能在肌肉組織的再生中起一定作用。另外，血管生成被認(rèn)為與小鼠博來霉素所致肺纖維化的病理過程相關(guān)。HMGB1被認(rèn)為可激活巨噬細(xì)胞從而產(chǎn)生血管再生因子，如血管內(nèi)皮生長因子、腫瘤壞死因子 α及白細(xì)胞介素（interleukin，IL）8等。Schlueter等［8］的研究認(rèn)為，在體外研究中，外源性HMGB1能引導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移及長出，而且存在劑量依賴性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，盡管HMGB1對細(xì)胞凋亡或膠原合成沒有影響，但能刺激人類成纖維細(xì)胞的增殖。

1.3 阻斷HMGB1的功能可能減輕肺纖維化的嚴(yán)重程度 抗HMGB1抗體或者丙酮酸乙酯能保護(hù)小鼠產(chǎn)生博來霉素導(dǎo)致的肺部纖維化，其主要機制可能是通過減輕炎癥、細(xì)胞凋亡及纖維化來實現(xiàn)的。因此，認(rèn)為阻斷HMGB1的功能可能有效對抗肺纖維化。

2 HMGB1與急性肺損傷

近年來，HMGB1已被證明是急性肺損傷的重要介質(zhì)，它的作用主要是由中性粒細(xì)胞引發(fā)的，能被α趨化因子受體阻滯劑所降低［9］。中性粒細(xì)胞黏附于內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞或者間質(zhì)性基質(zhì)，能引發(fā)蛋白水解氧化酶、活性氧化物及活性氮化物的失控釋放，導(dǎo)致組織損傷及釋放出生長因子、趨化因子及其他細(xì)胞因子，加強炎性反應(yīng)［10，11］。急性肺損傷的最早期表現(xiàn)是微血管中中性粒細(xì)胞的積聚，但是單純的中性粒細(xì)胞積聚并不足以引起嚴(yán)重的肺組織損傷，引起組織損傷要激活中性粒細(xì)胞。急性肺損傷患者肺多形核中性粒細(xì)胞的數(shù)量相比正常人明顯增多，可占肺泡灌洗（bronchoalvelar lavage，BAL）中總細(xì)胞數(shù)80%或以上，而正常人中只有2%～3%［12］。聚集在肺部的中性粒細(xì)胞與肺泡-毛細(xì)血管膜的嚴(yán)重?fù)p傷相關(guān)，會導(dǎo)致肺泡水腫，從而阻斷正常的氣體交換，導(dǎo)致嚴(yán)重的低氧血癥。研究證明，中性粒細(xì)胞的作用與α趨化因子相關(guān)［13］，而α趨化因子受體阻滯劑能有效阻斷α趨化因子受體1和受體2，因此能抑制小鼠的急性肺損傷［14，15］。

有研究以盲腸結(jié)扎及穿刺穿孔誘發(fā)腹膜炎，最終發(fā)展為膿毒癥的小鼠為研究對象，結(jié)果顯示，小鼠的肺組織可檢測出HMGB1，在肺部注入重組小鼠HMGB1（rHMGB1）18 h后行BAL，BAL中白細(xì)胞積聚與rHMGB1成劑量依賴性，適量的rHMGB1（少至0.5 μg）可使 BAL 中的白細(xì)胞有 8～10 倍的增加［9］;而當(dāng)中性粒細(xì)胞的比例上升至（72.6±14.9）%［以注入生理鹽水的小鼠為對照組，其BAL中的中性粒細(xì)胞比例只為（2.3±1.3）%］時，研究者認(rèn)為，0.5 μg rHMGB1引起的中性粒細(xì)胞的增加與 5 μg 脂多糖引起的效果相當(dāng)［9］。如果在注射前用胰蛋白酶消化了rHMGB1，那么rHMGB1聚集炎性細(xì)胞的能力就消失了，證明HMGB1可以單獨作為肺部炎癥及損傷的重要因素。

3 HMGB1與慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）的異常是呼吸道及肺實質(zhì)的持續(xù)炎癥及重塑的反應(yīng)，反映了無序的、主要針對炎癥所致的慢性損害的組織修復(fù)。COPD患者及動物模型的研究提出，在其急性及慢性炎癥過程中，針對HMGB1的治療可能會是一種策略。

3.1 COPD患者的HMGB1 有研究針對從不吸煙、吸煙的COPD者及吸煙的非COPD者進(jìn)行研究，調(diào)查研究者近端和遠(yuǎn)端呼吸道的HMGB1及晚期糖基化終末產(chǎn)品受體的表達(dá)，以探討HMGB1與COPD的相關(guān)關(guān)系，調(diào)查結(jié)果顯示，吸煙的 COPD者 BAL中HMGB1水平為 0.0439～0.0775 ng/L，比從不吸煙COPD患者及吸煙的非COPD患者的水平要高［6］。氣管活檢的結(jié)果表示，從不吸煙者的氣管黏膜細(xì)胞的HMGB1陽性細(xì)胞數(shù)量少，吸煙者的COPD者或非COPD患者的HMGB1陽性細(xì)胞數(shù)量較多;而在上皮細(xì)胞中也有類似的結(jié)論。吸煙的COPD者相對于不吸煙者或吸煙的非COPD者，肺段組織內(nèi)肺泡巨噬細(xì)胞的數(shù)目為最多（138.3/mm2），這可能導(dǎo)致BAL中HMGB1的升高［6］。在吸煙的COPD者及非COPD者中發(fā)現(xiàn)了腫瘤壞死因子-IL-1β-HMGB1復(fù)合物。

3.2 HMGB1與肺功能指標(biāo)的關(guān)系 BAL中HMGB1的濃度與患者的某些肺功能指標(biāo)有相關(guān)關(guān)系，有研究顯示，COPD患者BAL中HMGB1的量與使用支氣管擴張劑前后第一秒用力呼氣量和彌散功能相關(guān)［16］。吸煙的 COPD者或非 COPD者，及單純的COPD者BAL中HMGB1水平與氣流阻塞程度相關(guān)，而氣流阻塞程度及彌散功能至少部分反映了疾病的嚴(yán)重程度。

3.3 HMGB1的作用機制 針對動脈損傷的血管平滑肌細(xì)胞的研究顯示，晚期糖基化終末產(chǎn)品受體的激活參與了細(xì)胞的遷移與增殖，及細(xì)胞因子及氧基的產(chǎn)生，對動脈粥樣硬化形成及血管堵塞有影響［17］。與此相似，COPD患者的HMGB1與晚期糖基化終末產(chǎn)品受體的結(jié)合參與呼吸道平滑肌的增厚及功能異常。

IL-1β在COPD患者中增高，與炎癥程度相關(guān)，而且以往的研究已證明IL-1β與炎癥、纖維化及該病的肺氣腫成分相關(guān)［18］。吸煙的COPD和非COPD者的BAL上清液及休眠的肺泡巨噬細(xì)胞中檢測出HMGB1-IL-1β復(fù)合物，但在從不吸煙者中沒有發(fā)現(xiàn)。以往的研究證實，HMGB1可能與IL-1β作用介導(dǎo)的腫瘤壞死因子α合成，局部分泌的HMGB1與白細(xì)胞介素1β形成復(fù)合物可能增強并延長COPD患者的呼吸道炎癥及重塑反應(yīng)，而IL-1RA阻止了HMGB1-IL-1β復(fù)合物的協(xié)同作用。

4 HMGB1與肺炎

有學(xué)者對377例2個月至16歲的肺炎或腦膜炎患兒進(jìn)行研究，比較了5種檢測指標(biāo)，包括降鈣素原、C反應(yīng)蛋白、髓系細(xì)胞觸發(fā)受體、CD163、HMGB1對診斷及預(yù)后的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HMGB1并不是最佳的協(xié)助診斷及推測預(yù)后的指標(biāo)，而以降鈣素原為最佳［19］。國內(nèi)也有研究認(rèn)為，在漢族患兒的細(xì)菌性肺炎或病毒性肺炎的診斷中，HMGB1濃度協(xié)助診斷的準(zhǔn)確性不及白細(xì)胞計數(shù)，但是，在所涉及的13種因子中，HMGB1是區(qū)分合并感染（細(xì)菌性及病毒性）與單一感染（細(xì)菌性或病毒性）的最佳指標(biāo)，當(dāng)HMGB1表達(dá)＜1.0256時，可以排除大部分的合并感染（陰性預(yù)測值 ＞ 89.7%）［20］。另外，也有研究表明，細(xì)菌性肺炎合并流感病毒感染的患者中，其血漿HMGB1濃度比中度細(xì)菌性肺炎患者的高，而且HMGB1的濃度與白細(xì)胞計數(shù)相關(guān)，提示了HMGB1參與了該疾病的病理過程［21］。

5 結(jié)語

HMGB1是一種重要的晚期炎性介質(zhì)，與呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)展密切相關(guān)。它與多種炎性介質(zhì)相互作用，參與疾病的病理過程，能放大炎性反應(yīng)，造成組織損傷。因此，其濃度水平與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)。此外，HMGB1還能協(xié)助臨床診斷，并與疾病的預(yù)后相關(guān)。其作用機制為診斷及治療提供了新的思路，相對來說，其與肺炎（尤其是重癥肺炎）的研究還需要進(jìn)一步探討。

［1］No authors listed.American Thoracic Society.Idiopathic pulmonary fibrosis:diagnosis and treatment.International consensus statement.American Thoracic Society（ATS），and the European Respiratory Society（ERS）［J］.Am J Respir Crit Care Med，2000，161（2 Pt 1）:646-664.

［2］Hamada N，Maeyama T，Kawaguchi T，et al.The role of high mobility group box1 in pulmonary fibrosis［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2008，39（4）:440-447.

［3］朱明光，常雅萍.高遷移率族蛋白B1的致炎細(xì)胞因子作用研究進(jìn)展［J］.國際免疫學(xué)雜志，2006，29（4）:257-260.

［4］Czura CJ，Wang H，Tracey KJ.Dual roles for HMGB1:DNA binding and cytokine［J］.J Endoto Xin Res，2001，7（4）:315-321.

［5］Abraham E，Arcaroli J，Carmody A，et al.HMG-1 as a mediator of acute lung Inflammation ［J］.J Immunol，2000，165（6）:2924-2950.

［6］Ferhani N，Letuve S，Kozhich A，et al.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.

［7］Palumbo R，Sampaolesi M，De Marchis F，et al.Extracellular HMGB1，a signal of tissue damage，induces mesoangioblast migration and proliferation［J］.J Cell Biol 2004，164（3）:441-449.

［8］Schlueter C，Weber H，Meyer B，et al.Angiogenetic signaling through hypoxia:HMGB1:an angiogenetic switch molecule［J］.Am J Pathol，2005，166（4）:1259-1263.

［9］Lin X，Yang H，Sakuragi T，et al.α-Chemokine receptor blockade reduces high mobility group box 1 proteininduced lung inflammation and injury and improves survival in sepsis［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2005，289（4）:583-590.

［10］Downey GP，Dong Q，Kruger J，et al.Regulation of neutrophil activation in acute lung injury［J］.Chest，1999，116（1 Suppl）:46S-54S.

［11］Lee WL，Downey GP.Neutrophil activation and acute lung injury［J］.Curr Opin Crit Care，2001，7（1）:1-7.

［12］Pittet JF，Mackersie RC，Martin TR，et al.Biological markers of acute lung injury:prognostic and pathogenetic significance［J］.Am J Respir Crit Care Med，1997，155（4）:1187-1205.

［13］Donnelly SC，Strieter RM，Kunkel SL，et al.Interleukin-8 and development of adult respiratory distress syndrome in at-risk patient groups［J］.Lancet，1993，341（8846）:643-647.

［14］Hudson LD，Millberg JA，Anardi D，et al.Clinical risks for development of the acute respiratory distress syndrome［J］.Am J Respir Crit Care Med，1995，151（2 Pt 1）:293-301.

［15］Lomas-Neira JL，Chung CS，Grutkoski PS，et al.CXCR2 inhibition suppresses hemorrhage-induced priming for acute lung injury in mice［J］.J Leukoc Biol，2004，76（1）:58-64.

［16］Rabe KF，Hurd S，Anzueto A，et al.Global strategy for the diagnosis，management，and prevention of chronic obstructive pulmonary disease:GOLD executive summary［J］.Am J Respir Crit Care Med，2007，176（6）:532-555.

［17］Germani A，Limana F，Capogrossi MC.Pivotal advances:high-mobility group box 1 protein--a cytokine with a role in cardiac repair［J］.J Leukoc Biol，2007，81（1）:41-45.

［18］Araya J，Cambier S，Markovics JA，et al.Squamous metaplasia amplifies pathologic epithelial-mesenchymal interactions in COPD patients［J］.J Clin Invest，2007，117（11）:3551-3562.

［19］Carrol ED，Mankhambo LA，Jeffers G，et alThe diagnostic and prognostic accuracy of five markers of serious bacterial infection in Malawian children with signs of severe infection［J］.PLoS One，2009，4（8）:e6621.

［20］Zhou WF，Chen Q，Jin MF，et al.The diagnostic accuracy of highmobility group box 1 protein and twelve other markers in discriminating bacterial，viral and co-infected bronchial pneumonia in Han children［J］.Microbiol Immunol，2011，55（4）:279-288.

［21］Kosai K，Seki M，Yanagihara K，et al.Elevated levels of high mobility group box chromosomal protein-1（HMGB-1）in sera from patients with severe bacterial pneumonia coinfected with influenza virus［J］.Scand J Infect Dis，2008，40（4）:338-342.