HMGB1的研究進展及其在白癜風發病過程中的作用機制

張 群，李巖峰，王忠永

（濱州醫學院附屬醫院，山東 濱州 256600）

高遷移率族蛋白1（high mobility group protein 1，HMGB1）也叫兩性霉素，是一種高度保守的核蛋白，其廣泛存在于所有有核動物的細胞和血小板中。在細胞核內，HMGB1 參與許多與DNA 有關的活動，如DNA 的復制、轉錄、重組、修復等。在細胞外，HMGB1 扮演著更復雜的角色，包括調節細胞的增殖、自噬、炎癥和免疫。作為損傷模式相關（damage-associated molecular pattern，DAMP） 分子（ 也叫警報素分子），HMGB1 與多種受體〔如晚期糖基化終產物受體（receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）、Toll 樣受體（toll-like receptors，TLRs）等〕均可相互作用，導致核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和其他類似的轉錄因子被激活[1-2]。自發現以來，HMGB1 已被證實與多種自身免疫性疾病的發生發展有關。白癜風是一種由于皮膚黑素細胞被破壞，導致皮膚因黑色素缺乏而出現白斑的一種疾病。本文就HMGB1 的研究進展及其在白癜風發病過程中的作用機制進行論述。

1 HMGB1 的生物學特征

1.1 HMGB1 的結構

HMGB 蛋白家族是一種高度保守的蛋白質家族，包含HMG 框結構域，是以三個α 螺旋為特征的DNA 結合基序。哺乳動物體內有四種不同的HMGB 蛋白，即HMGB1、HMGB2、HMGB3、HMGB4，其中HMGB1 表達最為豐富。HMGB1是一種相對較小的蛋白質[1]，位于細胞核內，其流動性極強。HMGB1 包含215 個氨基酸殘基，其序列的同一性為99%。HMGB1 包含3 個結構域，分別為2 個帶正電荷的DNA 結合結構域（HMG-盒A 和盒B）和1 個酸性C 末端尾（由帶負電荷的30 個重復且連續的氨基酸殘基構成）。大量帶正、負電荷的氨基酸使HMGB1 成為一個獨特的帶雙極性電荷的分子，這就是HMGB1 也被稱為兩性霉素的原因[3]。在功能上，HMGB1 的A 盒（AA1-79） 和B 盒（AA89-162） 可與DNA 相互作用，使DNA 的雙螺旋結構彎曲[4]。B 盒具有細胞因子樣活性，能誘導巨噬細胞分泌促炎細胞因子。這種細胞因子活性可被重組A 盒競爭性抑制。HMGB1 中的AA150-183 負責與RAGE 結合，AA89-108 負責與TLRs 結合[4]。HMGB1 的C 末端尾部（AA186-215）結構有助于A 盒、B 盒的空間排列，并通過與其他蛋白相互作用調節核內HMGB1 DNA 的親和力[1，5]。

1.2 HMGB1 的受體及其信號通路

與典型促炎細胞因子〔如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α）、 白細胞介素-1（interleukin，IL-1）〕的區別是，HMGB1 可通過受體信號轉導而導致細胞出現炎癥反應[6]。據報道，至少有14 種不同的受體參與該信號轉導途徑，如RAGE、Toll 樣受體2（Toll Like Receptor 2，TLR2）、Toll 樣受體4（TLR4）、趨化因子受體4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4） 等。RAGE 和TLR4 是HMGB1 的主要受體[7]。RAGE是一種多配體促炎性Ⅰ型跨膜受體，在細胞激活的過程中，RAGE 可在NF-κB 的控制下轉移到細胞表面[8]。對于HMGB1 誘導的細胞增殖、遷移、炎癥反應、自噬和免疫來說，RAGE 在其中發揮著重要作用[1]。細胞外的HMGB1 可與不同的炎癥因子形成復合物，并通過RAGE 被內吞至溶酶體內[9]。這種胞吞作用可導致細胞焦亡，從而完成內化外源性HMGB1 的過程。內化的HMGB1 會破壞溶酶體膜的穩定性，滲漏的溶酶體能使HMGB1接觸到促炎胞質受體，最終會導致炎癥激活、細胞焦亡和促炎介質的釋放[7]。細胞表面的RAGE在與其他配體結合時也會被內化，這種內化是產生后續胞內反應的基礎[10]。HMGB1 激活巨噬細胞釋放細胞因子需要TLR4 的參與。RAGE 敲除的巨噬細胞和TLR2 敲除的巨噬細胞可產生TNF，而TLR4 敲除的巨噬細胞則不產生TNF。TLR4 是介導巨噬細胞活化、細胞因子釋放和組織損傷的HMGB1 的主要受體。HMGB1 可與TLR4- 髓樣分化蛋白-2（myeloid differentiation protein-2，MD2）結合，并刺激巨噬細胞釋放TNF。上述細胞之間的結合和信號傳導均需要C106 位點上的半胱氨酸參與，因此阻斷這個位點可阻止HMGB1與TLR4 的結合[6]。TLR4 活化后可釋放大量的HMGB1，這一過程是通過干擾素（interferon，IFN）活化誘導JAK/STAT1 信號所致[3]。

1.3 HMGB1 的釋放途徑及其功能

HMGB1 的釋放途徑分為主動釋放和被動釋放。HMGB1 的被動釋放發生在細胞壞死時，由細胞完整性受損引發，這一釋放過程幾乎是瞬間的。當巨噬細胞、樹突細胞、血小板和其他免疫細胞受到病原體相關分子模式、內源性炎癥介質的影響時，就會分泌HMGB1[6]。HMGB1 的主動釋放需要兩個關鍵步驟，第一步是核HMGB1 轉移到胞質中，這依賴于JAK/STAT1 信號的轉導[11]；第二步是誘導細胞焦亡，通過溶酶體的胞吐作用使胞質HMGB1 到達胞外[12]。在細胞外，HMGB1可與RAGE 或TLRs 結合，激活細胞內信號級聯，誘導NF-kB 的產生，分泌各種促炎細胞因子（如IL-1、IL-6、TNF-α 等），并放大炎癥反應[2]。

2 HMGB1 與白癜風的關系

白癜風是一種慢性炎癥性疾病，其特征為黑素細胞破壞導致皮膚色素脫失。目前，臨床上尚未徹底闡明白癜風的病因，一般認為此病的發生可能與遺傳因素、自身免疫因素、氧化應激因素、外界環境因素等有關。白癜風患者體內黑素細胞的破壞歸因于幾種病因學理論，包括可直接導致黑素細胞凋亡的氧化應激和能夠特異性破壞黑素細胞的CD8+細胞毒性T 淋巴細胞的產生[13]。雖然自身免疫因素、遺傳因素等與白癜風的發生有關，但細胞內外的氧化應激因素可能是導致此病發生的關鍵。研究表明，氧化應激有助于暴露來源于黑素細胞的自身抗原，而該抗原對于自身反應性T 淋巴細胞的激活至關重要。此外，氧化應激可促進角質形成細胞分泌趨化因子，介導白癜風皮損中T 淋巴細胞的皮膚浸潤[13]。由此可見，在白癜風的發病機制中，氧化應激可輔助形成針對黑素細胞的自身免疫反應。角質形成細胞釋放HMGB1 可由紫外線B（ultraviolet radiation B，UVB）照射誘導，這可能將HMGB1 與皮膚的某些病理狀況聯系起來[14]。角質形成細胞釋放的HMGB1 可作為DAMP 分子，并通過與某些模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）結合來觸發炎癥反應，常見的PRRs 有RAGE、TLR2 和TLR4。HMGB1 作為一種經典的DAMP分子，參與了多種自身免疫性皮膚病的發生，包括銀屑病、特應性皮炎和扁平苔蘚等[13]。近年來的多項研究表明，HMGB1 可能參與了白癜風的免疫發病機制，但其在白癜風發生、發展過程中的具體作用機制還未被徹底闡明。皮膚是人體最大的器官，若其長期暴露在UVB、病原體等有害元素下，UV 輻射和活性氧可通過DAMP 分子（包括HMGB1、中樞神經特異性蛋白、熱休克蛋白等）對皮膚產生損害。現已證實DAMP 分子參與了白癜風的發病機制。研究證實，熱休克蛋白70是白癜風小鼠模型中色素脫失所必需的蛋白，而位于內質網的鈣網蛋白也會促進白癜風患者外周血中炎癥因子的表達。Kim 等[13]研究發現，角質形成細胞分泌的HMGB1 可影響黑素細胞的存活和黑素生成相關分子的表達，這一機制可能是導致白癜風發生的關鍵。此外，Cui 等[14]發現黑素細胞在氧化應激下分泌的HMGB1 能促進角質形成細胞分泌趨化因子，誘導CD8+T 淋巴細胞的皮膚浸潤和樹突狀細胞的成熟，從而可進一步導致黑素細胞被破壞。該研究還指出HMGB1 是參與白癜風進展的關鍵炎癥因子。由此可推測，血清HMGB1 是監測白癜風患者疾病活動的一個有前途的生物標志物，抑制HMGB1 從黑素細胞中釋放可能是預防白癜風快速進展的一個潛在策略。

細胞凋亡是一個復雜的細胞死亡過程，由激活的caspase 介導， 信號傳導由啟動因子（caspase-8、9）和執行因子（caspase-3、7）介導。基于這些重要的活性，caspase-3 的激活可作為HMGB1 誘導黑素細胞凋亡的標志。研究指出，外部刺激源（如UVB 輻射和氧化應激）可刺激角質形成細胞釋放HMGB1，導致黑素細胞凋亡及黑素生成相關分子的表達水平下降，進而誘發白癜風[13，15]。HMGB1 必須與某些PRRs 結合才能發揮其促炎功能。Cui 等[14]研究發現，RAGE只有受到重組人HMGB1（recombinant human HMGB1，rhHMGB1）刺激時其在白癜風患者的皮損處和角質形成細胞中的表達才會增高。RAGE的敲除可明顯降低用rhHMGB1 處理的角質形成細胞中CXC 趨化因子配體16 和IL-8 的產生[13]。由此可見，RAGE 可能是介導角質形成細胞促炎作用的主要PRRs，盡管TLR2 和TLR4 的促炎作用在未來的研究中仍需排除。來自黑素細胞的自身抗原需通過成熟的樹突狀細胞來呈遞，這一機制對于白癜風發病過程中細胞毒性T 淋巴細胞的激活至關重要，而細胞毒性T 淋巴細胞可攻擊黑素細胞，導致黑素細胞凋亡。事實上，阻斷樹突狀細胞的激活可促進白癜風患者體內黑素的再生。先前的研究表明，HMGB1 能夠加速樹突狀細胞的成熟[13]。因此，氧化應激誘導的黑素細胞釋放HMGB1 可能通過促進皮膚浸潤和細胞毒性T 淋巴細胞的活化而在白癜風患者的免疫發病機制中起到雙重作用。一方面，HMGB1 會通過caspase-3的激活導致黑素細胞凋亡及黑素生成相關分子表達水平的降低；另一方面，HMGB1 在促進角質形成細胞分泌趨化因子及樹突狀細胞成熟中發揮著關鍵作用。因此，HMGB1 可能成為臨床上治療白癜風的一個有前途的靶點。

3 小結

核分子HMGB1 是迄今為止最適合用來研究自身免疫性疾病的一個警報素分子。HMGB1 的獨特之處在于，它可以作為環境的警報信號，警告細胞外環境的瀕危穩態。HMGB1 與多種自身免疫性疾病之間存在聯系，但其在白癜風發病過程中的作用機制尚未徹底闡明。HMGB1 在炎癥反應發生、發展中的核心作用使其有望成為多種自身免疫性疾病的標志物，并為靶向治療此類疾病創造了新的可能性。