高遷移率蛋白B1在嚴重燒傷中的作用研究進展

段建興 劉文軍 李曉慶 曾躍勤 王迪 張高飛

1昆明醫科大學附屬第二醫院燒傷科（昆明 650500）；2昆明醫科大學分子臨床醫學研究院（昆明 650500）

嚴重燒傷屬于一種全身性疾病，可引起病理、生化、免疫等復雜變化，?？晌＜盎颊叩纳；颊咴诮涍^嚴重燒傷后，燒傷創面的變性和壞死、缺血缺氧反應、創面感染的發生及應激反應釋放大量的致炎因子，包括組胺、氧自由基、血小板活化因子、TNF-α和高遷移率族蛋白B1（high-mobility group box 1 protein，HMGB-1）等；它們與組織損傷及細胞再生或釋放炎性因子具有很強的相關性，這些炎癥因子進一步活化導致膿毒血癥及多器官功能障礙綜合征（MODS）的發生。最近的研究［1］發現HMGB-1作為一種炎癥介質在免疫、炎癥和癌癥等方面扮演著重要的角色，特別是在急性創傷、傷口修復、膿毒血癥的發生中有很強的警報作用［2-3］。鑒于HMGB-1對燒傷患者的相關性，近幾年來國內外燒傷學者對這個炎癥因子進行了深入的研究，意在為燒傷的治療及預后提供新的思路和方法。現對HMGB-1在燒傷疾病演變的作用及現階段的研究進展進行綜述。

1 HMGB-1的結構及功能

HMGB-1是一種25 kDa的蛋白質，表達分布廣泛，并且進化上高度保守。HMGB-1在大多數哺乳動物細胞中大量表達，早在1973年，HMGB-1便從小牛胸腺染色質中萃取并分離出來［4］，因具有高電泳遷移率的非組蛋白染色質結合蛋白而得名。HMGB-1的主要結構特征是兩個DNA結合結構域A區、B區以及帶負電荷的C端酸性區。其中的B區被認為是發揮炎癥效應的關鍵區，A區對B區具有拮抗作用，C末端尾部被認為介導HMGB-1的三維結構從塌陷到更線性構象的變化，其最可能調節HMGB-1與其配體的結合［5］。HMGB-1含有兩個核定位序列（NLS），它們被核輸入復合物識別并導致HMGB-1在生理條件下進行核定位［6］。

HMGB-1在細胞內及細胞外均有生物學作用，早期研究表明核內HMGB-1具有穩定染色質結構、調節基因轉錄、并通過彎曲DNA螺旋結構促進DNA損傷修復［7］，HMGB-1可以通過壞死和受損細胞被動釋放，也可以通過免疫細胞激活時觸發的活性機制釋放［8］，釋放途徑主要可通過依賴于caspase-1的非典型分泌性囊泡途徑主動分泌，也可以單獨或與RNA，DNA或與核小體復合從受損細胞中被動釋放。一旦進入細胞外空間，HMGB-1會以游離形式或與幾乎所有種類的核酸以及脂多糖（LPS）形成復合物，并與RAGE、TLRs等受體結合［9］。不管是游離的還是復合物形式，HMGB-1可引起單核巨噬細胞分泌TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8及NO等炎癥因子的產生，而這些炎癥因子又可加重HMGB-1的釋放，形成惡性循環。但它同時也可以促進單核細胞，樹突細胞和中性粒細胞的遷移、血管生成從而促進創面的修復與重建［10-11］。

2 HMGB-1與燒傷創面

燒傷創面不同于其他傷口的創面，除了局部血管擴征及液體外滲外，壞死和損傷細胞還可大量釋放HMGB-1，細胞因子誘導的細胞增殖和遷移是組織修復的基本要素，如生長因子、促炎因子、血小板衍生因子等，其中ERK1/2激活是細胞增殖的主要信號。體外研究表明在皮膚中HMGB-1主要位于成纖維細胞的細胞核中，在添加H2O2誘導成纖維細胞壞死后可導致HMGB-1釋放到細胞外介質中，HMGB-1可通過激活ERK1/2途徑與RAGE受體結合而促進成纖維細胞增殖和遷移而使傷口愈合［12］。和其他細胞釋放的趨化因子一樣HMGB-1也趨化中性粒細胞和單核巨噬細胞向炎癥向創面遷移［10］，這些細胞反應有助于吞噬和清潔燒傷組織釋放的壞死組織和毒素，同時HMGB-1可激活人微血管內皮細胞，導致內皮細胞上調ICAM-1和VCAM-1并作為促血管生成細胞因子的作用［11］。

研究發現HMGB-1與燒傷創面的愈合具有劑量相關性：小劑量（200～800 ng）的HMGB-1可促進血管生成并刺激創面愈合，大劑量的HMGB-1則可加重炎癥反應并促進瘢痕的形成［13-15］。代蕾［16］通過將外源性的小劑量HMGB-1（400 ng）注射大鼠早期創面缺血區皮下后發現其可通過促VEGF和CD31的表達途徑來增加缺血區的血管生成。高小春［17］也研究發現小劑量的 HMGB-1（200 ng）能促進HIF-1α因子的表達來降低創面淤血帶組織中的壞死面積從而延緩燒傷創面的早期進展，而HIF-1α因子具有促進細胞遷移及血管再生的作用。通常嚴重燒傷患者需要進行皮膚移植，HOLMES等［18］研究發現那些移植皮膚出現壞死、感染與患者燒傷移植物供體皮膚及燒傷邊緣皮膚高表達HMGB-1和Caspase 3有關，而源頭又指向了患者表皮膽堿能介質和炎性、凋亡分子的缺陷。

文獻報道HMGB-1與肝、腎、肺和心肌組織中的纖維化疾病的關系，這又暗示著HMGB-1與瘢痕形成有著緊密的聯系，故有學者對此研究：在無瘢痕形成的胚胎小鼠創面中注射小劑量重組HMGB-1（200或400 ng）時能促進傷口愈合，隨著HMGB-1量的增加瘢痕也逐漸增加［14］。KIM等［19］進一步的研究發現HMGB-1促進正常和瘢痕疙瘩成纖維細胞遷移幾乎與TGF-β相當，且通過晚期糖基化終產物（RAGE）-底物激活蛋白激酶（MAPK）和NF-κB相互作用信號通路的受體激活成纖維細胞。

3 HMGB-1與燒傷膿毒血癥

嚴重燒傷后壞死細胞可首先釋放HMGB-1，參與組成損傷相關分子模式DAMPs（HMGB-1、mtDNA和ATP），其在先天免疫的激活中起關鍵作用，并通過Toll樣受體（TLR）介導激活單核細胞，活化的單核細胞能不受控制地釋放炎性介質，很多研究表明DAMPs可指示或監測疾病損傷嚴重程度并可以促進巨噬細胞的遷移和刺激該細胞釋放各種早期炎性細胞因子，如TNF-α、白介素、NO等［20-22］。肝臟里庫普弗細胞Kupffer被認為燒傷后炎癥反應因子的主要來源，CHEN等［23］研究發現大鼠重度燒傷24 h后，HMGB-1的mRNA在肝臟表達顯著增高，并持續升高至72 h。HMGB-1可上調KCs中TNF-α和IL-1β mRNA的表達和增強炎癥信號p38 MAPK、JNK和NF-κB。通過使用TLR2和TLR4抗體均能明顯抑制HMGB-1對KCs的激活作用。因此HMGB-1/TLRs依賴性的信號通路能夠誘導重度燒傷大鼠KCs釋放促炎細胞因子，加重燒傷后的炎癥反應。在另一方面嚴重燒傷細胞缺血及缺氧等情況下，HMGB-1可結合C1q后以抗體非依賴性方式激活補體系統的經典途徑而加劇無菌炎癥［24］。

HMGB-1也可作為晚期炎癥因子介質參與燒傷膿毒血癥的形成：嚴重燒傷患者面積大、程度深，壞死的組織和蛋白可成為微生物的培養基，上皮屏障的破壞微生物病原體侵入且通過釋放病原體相關分子模式PAMPs（ds-RNA、CpG-DNA和LPS）引發先天免疫應答。PAMPs與各自受體的結合引發單核/巨噬細胞的早期TNF-α、IL-1和IFN-γ和晚期HMGB-1促炎介質的釋放，而HMGB-1又可再次刺激巨噬細胞分泌相關炎癥因子，形成惡性循環并進一步放大細胞因子風暴和細胞損傷［3］。因此HMGB-1是炎癥瀑布反應的中心分子，能進一步促進和發展膿毒血癥。

肖錦華等［25］對嚴重燒傷患者的血清進行檢測發現HMGB-1和TNF-α都異常升高，特別是在燒傷面積＞70%的特重度燒傷HMGB-1的升高更為突出，而且死亡組明顯高于生存組。最近COLEMAN等［26］研究發現HMGB-1除了參與形成損傷相關分子模式DAMPs，在大面積燒傷后HMGB-1和無活性的Pro-IL-1β（IL-1β的前體）結合形成復合物HMGB-1/IL-1β并儲存在血漿微泡（microvesicles）中并同時激活IL-1β，復合物可增強IL-6和IFNβ的反應導致燒傷膿毒血癥的發生（IL-6是大面積燒傷后病死率相關，IFNβ可增加對細菌感染的易感性），而這些微泡被鑒定為這些免疫介質的新型儲庫。大面積燒傷后由于應激及免疫功能的紊亂，可破壞腸黏膜屏障造成正常菌群的移位，也可作為膿毒血癥的感染來源。研究顯示在HMGB-1結構的B區可增加Caco-2腸細胞單層的通透性并損害小鼠的腸屏障功能［27］。同時過表達HMGB-1的A區可通過體外HMGB-1/TLR4信號通路降低脂多糖誘導的腸道炎癥［28］，這也進一步論證了A區對B區的炎癥拮抗作用。韓亞龍等［29］研究發現在大鼠60%深度燒傷后腸組織內的HMGB-1激活TLR4信號通路并釋放IFN-γ、IL-4和IL-10引起炎癥反應，從而參與大鼠Th1細胞和Th2細胞介導的免疫功能障礙。

4 HMGB-1與燒傷MODS

MODS是導致嚴重燒傷患者死亡的主要原因，同時也是較為常見的并發癥。不同于其他創傷，燒傷患者由于血管通透性增加、組織灌注不足缺血缺氧、內毒素、微血栓形成、大量炎癥因子的釋放造成全身炎癥反應綜合征（SIRS）等，這些因素在MODS中的發生扮演著重要的角色。HMGB-1作為晚期炎癥介質參與DAMPs的釋放，其結合多種受體如TLR并刺激先天免疫系統。一旦被激活，先天免疫反應可導致炎癥、SIRS和炎癥并發癥，如急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）或 MODS［22］。李崢［30］觀察到嚴重燒傷患者MODS組傷后高表達HMGB-1，并通過降低T淋巴細胞增殖活性以及CD4+/CD8+損害MODS的患者細胞免疫功能。同時有研究發現HMGB-1/RAGE增強多形核白細胞（PMNs）向受損組織的募集，并通過NF-κB轉錄因子激活擴增炎癥反應，HMGB-1還可以在缺血再灌注損傷期間通過結合TLR4或TLR7受體激活PMNs，而PMNs的激活會導致SIRS，心血管衰竭和遠端器官損傷的發生［31］。

吸入性損傷造成的進行性缺氧是MODS發生的重要原因，研究［32］發現大面積燒傷合并吸入性損傷的患者肺泡灌洗液中HMGB-1的水平可反映肺功能及肺損傷程度。不僅僅是吸入性損傷，在燒傷面積超過總體表面積（TBSA）的30%時便有可能發生急性肺損傷（ALI）及ARDS，有研究發現通過抑制HMGB-1的表達便可減少中性粒細胞浸潤和氧化應激從而減輕大面積燒傷的肺部炎癥反應［33］。血栓形成也可進一步加快MODS的發生，STARK等［34］研究發現在小鼠靜脈血栓栓塞（VTE）模型中，HMGB-1可通過促進RAGE依賴性NET形成和血小板活化，這在靜脈血栓形成的發展中起關鍵作用。血管通透性的增加造成燒傷病人液體的流失使組織灌注不足可惡化燒傷患者MODS，雖然沒有直接的文獻報道HMGB-1在燒傷患者血管通透性增加的相關性，但有研究發現通過拮抗DAMPs的受體TLR4可顯著降低DAMPs誘導的血管通透性［35］。

5 總結及展望

燒傷出現的大面積細胞壞死，一開始就釋放出HMGB-1參與炎癥反應，特別是嚴重燒傷患者所釋放的HMGB-1甚至是不可估量的，HMGB-1參與著炎性因子的惡性循環不可控制的介導著炎癥反應使燒傷創面加深、單核細胞激活，隨著病情的發展HMGB-1作為晚期炎癥介質參與DAMPs導致SIRS并最后發展為膿毒血癥及MODS使病人走向死亡。故研究HMGB-1參與的損傷相關分子模式DAMPs對救治嚴重燒傷病人變得尤為重要，通過HMGB-1這一中心炎癥介質快速有效的阻斷燒傷炎癥因子釋放的機制有待研究。少量的HMGB-1可促進燒傷創面的愈合，臨床上對于嚴重燒傷患者釋放的大量HMGB-1是否可以控制其適當的效應既能減少炎癥瀑布的發展又能促進創面的愈合，并減少燒傷后瘢痕的形成值得探討。HMGB-1還可作為創面愈合、膿毒血癥及MODS預后的評價指標，這對于燒傷救治方法的比較提供了新的理論依據。因此研究嚴重燒傷患者的HMGB-1對指導臨床的實踐及新藥的產生提供新的研究靶點，并有望使嚴重燒傷患者的病死率下降。