高遷移率族蛋白B1在免疫應答中作用的研究進展

唐一鋒(綜述)，石 蓓(審校)

(遵義醫學院附屬醫院心內科，貴州 遵義 563003)

高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)是一種DNA結合蛋白，通過與多種轉錄因子、復制蛋白、甾體受體作用參與DNA重組、修復、基因轉錄調控，細胞復制和分化成熟等生命活動，HMGB1在細胞外有細胞因子功能，能啟動免疫反應，引起細胞炎性效應。HMGB1能夠促發細胞的炎性反應，甚至是在沒有微生物感染的時候。壞死細胞能夠釋放HMGB1，其具有控制炎癥的作用，在應對微生物和促炎刺激時，免疫系統細胞能夠積極分泌HMGB1。該文就HMGB1分子特征及其受體在免疫應答中的作用機制方面予以綜述。

1 HMGB1分子特征

HMGB1以相對分子質量為30×103特征，含有豐富的非組蛋白核蛋白質，表達在所有的真核細胞，進化高度保守(哺乳動物中99%一致)[1]。HMGB1的215片段被組織成2個DNA結合域,分別稱為一個“HMG盒”和一個帶負電的C端(30個氨基酸殘基，第186～215位氨基酸)。A盒(78個氨基酸殘基，第2～79位氨基酸)和B盒(85個氨基酸殘基，第89～163位氨基酸)DNA結合域相似，兩者氨基酸同源性只有20%[2]。結構分析顯示，重組A盒作為一個特定的拮抗劑，能減弱HMGB1誘導的巨噬細胞分泌促炎性細胞因子[3]。B盒是HMGB1誘導細胞因子產生的部分，活性區位于前20個氨基酸殘基。C端是高度重復且富含天冬氨酸和谷氨酸殘基，參與調節HMGB1與DNA結合的親和力，有研究稱C端能抑制DNA復制[4]。第150～183位氨基酸序列是HMGB1與晚期糖基化終產物受體(receptor advanced glycation endproducts，RAGE)結合部位[5]。

HMG盒上的a螺旋結構具有非特異親和力，能與DNA小凹槽結合，形成彎曲的螺旋結構。這種結合方式可使DNA和各種因子交互作用，包括p53、核因子κB、同源蛋白質、重組活化基因1/2蛋白質和類固醇激素受體。胞核HMGB1是必不可少的，實驗證明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是晚期內毒素中介調節物。研究證明，HMGB1是由脂多糖、腫瘤壞死因子α或白細胞介素1(interleukin，IL-1)刺激單核細胞和巨噬細胞而分泌[4]。在垂體后葉，也可對腫瘤壞死因子α、IL-1的刺激產生應答進而釋放HMGB1。在體外，HMGB1表現出延遲的分泌動力學(刺激后18～24 h)。在內毒素模型血清中，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節。這些數據表明，HMGB1有晚期內毒素調節作用[7]。在小鼠盲腸的結扎和穿刺模型結果表明，HMGB1在敗血癥發病機制中起關鍵作用[8]。局麻的大鼠行結扎盲腸，隨后結扎的盲端行穿孔誘導腹腔內感染(腹膜炎)和敗血癥。使用抗體或重組A盒抑制內源性HMGB1，即使治療被推遲到誘導腹膜炎后24 h，治療仍能改善預后。另外，乙基丙酮酸和尼古丁能抑制巨噬細胞分泌HMGB1，在嚴重膿毒癥實驗模型中可以改善存活率[9]。這些研究表明，細胞外HMGB1在調節全身炎性反應中是一個潛在的干預治療靶點。

3 HMGB1到達外部環境的途徑

研究顯示，細胞釋放HMGB1至胞外發揮促進細胞分化、觸發及調節炎癥等作用，其釋放至胞外主要通過兩種機制[4]：①通過受損組織中損傷或壞死細胞而非凋亡細胞被動釋放，壞死細胞釋放的HMGB1作為危險信號誘導其他細胞發生非生理性死亡；②包括巨噬細胞和中性粒細胞在內的炎性細胞主動分泌，在這一主動分泌過程中，HMGB1首先經乙酰化并由核內轉移至溶酶體內，繼而在腺苷三磷酸和溶血磷脂膽堿兩種分泌信號作用下轉移至細胞外。

HMGB1蛋白結構缺少縮氨酰引導肽，且不能穿出內質網和高爾基體，但仍可釋放到細胞質，甚至細胞外。機械損傷和壞死的細胞可以將其核內的HMGB1釋放至細胞外[10]。由炎性細胞主動分泌的HMGB1是高度乙酰化，而壞死細胞被動釋放的HMGB1則沒有。急性炎癥損傷反應后至關重要的是殺死微生物，清除死亡細胞、釋放生長因子和細胞因子。這需要不同細胞類型協調修復受損組織，同時激活保護性免疫反應。壞死細胞釋放HMGB1后通過死亡細胞去標記組織損傷，啟動修復應答。氧化應激(過氧化氫刺激)也可刺激單核細胞和巨噬細胞主動和被動釋放HMGB1[11]。此外，一氧化氮能促進脂多糖誘導的RAW264.7細胞釋放HMGB1。

HMGB1在活細胞中迅速和染色質結合與解離，并不斷在胞核與胞質間作用。隨著炎性刺激，HMGB1由核遷移至胞質[12]。這是HMGB1的賴氨酸殘基乙酰化結果。HMGB1缺乏分泌信號序列，并不是經由內質網和高爾基體路徑。反而是在釋放至胞外前形成分泌溶酶體，造血細胞中存在一個特定溶酶體體系[13]。一旦釋放，HMGB1激活單核細胞分泌細胞因子，包括腫瘤壞死因子α和IL-1[14]。對比經典的促炎刺激，如脂多糖、HMGB1能誘發腫瘤壞死因子α延遲和雙相釋放[14]。所以，HMGB1在應答中是巨噬細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配體結合分析顯示，RAGE與HMGB1具有高親和力，是HMGB1的主要受體。膜結合HMGB1以高親和力綁定在RAGE受體上，并且增加RAGE在神經母細胞瘤細胞上的表達[15]。RAGE是Ig超家族成員，由單核細胞和巨噬細胞、樹突狀細胞(dendritic cell，DC)、內皮細胞和血管平滑肌細胞表達。它與慢性退行性疾病和癌癥的發病機制相關[16]。在巨噬細胞和內皮細胞上，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，應用抗RAGE抗體發現HMGB1表達下調。使用抗RAGE抗體僅能部分抑制HMGB1的炎性反應。RAGE與配體結合后主要通過激活核因子κB信號通路和絲裂原活化蛋白激酶通路，鼠膠質瘤細胞膜上的RAGE與HMGB1結合后可活化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，通過巨噬細胞表達[18]。TLR2和TLR4的負顯性突變體轉染小鼠巨噬細胞后HMGB1的活性降低；中性粒細胞及巨噬細胞中HMGB1與TLR2和TLR4受體結合活化MyD88依賴性核因子κB信號通路，從而促進炎性反應。HMGB1同多種TLR相互作用使其成為在固有免疫中一個重要蛋白分子。

5 HMGB1誘導樹突狀細胞成熟和發揮其功能

DCs識別病原體和使其成熟的過程，使他們能夠遷移到二級淋巴器官和抗原特異性T細胞。在體內的細胞死亡時，瀕死的細胞釋放內源性因子，如單鈉尿酸鹽和熱激蛋白，能夠通過激活的DCs增強免疫原性[19]。胞外的HMGB1促炎作用和胞內大量的HMGB1表明，它可能參與DCs預警旁鄰細胞的死亡，也可能參與免疫反應啟動和維持。在體外實驗中，使用壞死細胞上清，通過誘導抗體阻滯HMGB1或重組A盒能減緩DCs成熟，HMGB1敲除細胞的上清液不會誘導DC成熟[20]。在體外實驗中，重組HMGB1激活人類單核細胞來源的DCs[21]。重組HMGB1能誘導樹突狀細胞表型成熟，表明DCs將內源性核HMGB1加入到自身成熟的過程，在旁分泌及自分泌循環中加強免疫應答。

6 小 結

HMGB1作為細胞核內的結構蛋白，參與核小體的構建及維持，同時在DNA重組、復制及基因轉錄過程中發揮重要作用。胞外HMGB1作為信號分子同細胞表面不同受體結合，激活多條信號轉導通路，執行多種生物學功能，如誘導炎性反應、細胞遷移、組織修復、啟動適應性免疫應答等。然而，對于調節HMGB1釋放的準確機制，其他細胞表面受體和下游信號轉導途徑，HMGB1促炎活性的生理調控機制，這些仍是未決問題。HMGB1是如何幫助機體的免疫系統識別自身抗原和外來抗原，如何平衡HMGB1對機體的炎性作用和激活免疫應答反應仍需要進一步研究。

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