高遷移率族蛋白B1在多發性硬化中的作用機制研究進展

封佑琪，陳 珊，汪鴻浩，頓玲露，周哲屹

(1.廣西中醫藥大學，廣西 南寧 530200；2.柳州市中醫醫院神經內科，廣西 柳州 545002；3.南方醫科大學附屬南方醫院神經內科，廣東 廣州 510515)

多發性硬化(Multiple sclerosis,MS)是一種自身免疫介導的慢性炎癥性疾病。以髓鞘脫失、神經元和軸突變性、膠質細胞增生以及免疫細胞浸潤為病理特征。MS患者數量已呈逐年增長的趨勢，在廣泛的相關研究中，已有一些研究集中在高遷移率族蛋白B1(High mobility group protein B1,HMGB1)與MS發病機制的關系，但其潛在的發病機制至今尚未完全明確。目前認為其發生和發展階段都是針對于髓鞘抗原的自身免疫反應，此外，遺傳易感性和環境誘因被認為是該疾病的始發因素[1]。在疾病的初期，免疫細胞浸潤中樞神經系統內，浸潤的免疫細胞導致脫髓鞘、少膠質細胞釋放、星形膠質細胞增多以及神經元和軸突變性[2]。有報告表明，MS的發病可能與HMGB1密切相關，這有望為治療MS提供一個新靶點。本研究旨在闡明HMGB1對MS的作用及相關機制，以期對MS在未來診療研究中提供新的目標分子，為改善疾病提供一個誘人的臨床機會并在實驗研究中提供新的依據和策略。

1 HMGB1的結構

高遷移率族(High mobility group,HMG)蛋白根據其特質和特性分成了三大類家族，即高遷移率族蛋白A(HMGA),高遷移率族蛋白B(HMGB)和高遷移率族蛋白C(HMGC)。其中HMGB家族存在著4名成員，HMGB1屬于HMGB家族中的一員。它表達著214個氨基酸，由DNA結合區A box和B box和高度保守的帶負電荷的C末端尾部組成，包含30個連續的谷氨酸和天冬氨酸，HMGB1是核內廣泛存在的蛋白，也是目前為止含量最豐富的HMG類蛋白[3-4]。HMGB1的細胞因子刺激活性取決于半胱氨酸的氧化狀態，半胱氨酸位于HMGB1的B box DNA結合域，B box重現了全長HMGB1的細胞外細胞因子活性，并能有效地促進炎癥因子釋放，因此該區域對刺激細胞因子釋放和炎癥至關重要[5]。通常情況下，HMGB1與DNA的小凹槽結合，調節基因轉錄和重組，參與修復受損的DNA[6]。HMGB1作為炎癥時期的關鍵調控因子，可以驅動促炎反應，也可以靶向先天免疫信號，介導自身免疫和無菌損傷的機制可能與其特殊結構息息相關[7-8]。

2 HMGB1的來源及信號傳導通路

HMGB1的釋放需要兩個關鍵步驟：一是將核HMGB1轉移到細胞質，將產生位于兩個核定位位點的關鍵賴氨酸殘基的乙酰化。HMGB1的這種分子修飾阻止了HMGB1在細胞質和細胞核之間的持續雙向穿梭，并導致了高乙酰化的HMGB1在細胞質中的積累。二是逐步誘導程序性、前炎性細胞死亡(下垂)，使細胞質HMGB1進入細胞外空間或通過分泌溶酶體的胞吐將HMGB1運送到細胞外[3]。HMGB1可來自活化的免疫細胞、神經細胞的分泌而游離之外，還可來自壞死細胞的被動游離。免疫細胞(如巨噬細胞、單核細胞等)在炎癥或損傷時期被激活后會釋放出HMGB1，同時一些促炎細胞因子[如白介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)]活化后，HMGB1也均能被其釋放[9]。實驗報告表明，在樹突狀細胞、肝細胞、膠質細胞和神經元等多種細胞類型中也均檢測到了HMGB1的活性分泌[10]。因此HMGB1的釋放不僅來源于免疫細胞、促炎細胞因子、神經元，也可來自小膠質細胞和星形膠質細胞。

HMGB1作為一種強大的炎癥介質，它的跨膜信號通路可能主要通過激活Toll樣受體(Toll-like recepotor，TLRs)和晚期糖基化終產物受體(Receptor for advanced glycation end products，RAGE)介導參與體內重要炎性信號轉導通路，從而啟動炎癥反應[11-12]。 當MS發生時，HMGB1得以被活化后的免疫細胞釋放。HMGB1被釋放后會與其主要受體(TLR4、TLR2、RAGE)結合，從而激活各種蛋白激酶，活化核轉錄因子-κB(NF-κB)途徑等信號轉導通路[13-15]。巨噬細胞和神經元早期釋放HMGB1及其與RAGE或TLRs的相互作用已被證明有助于脊髓損傷急性期的促炎癥級聯反應[16]。

3 HMGB1對MS的作用機制

在許多研究報告中均證實了MS的發病機制有著HMGB1的參與，其中包括HMGB1誘導炎癥因子的釋放介導MS；HMGB1與自噬因子結合參與自噬調節從而參與MS；HMGB1作用免疫細胞從而影響MS；HMGB1與膠質細胞二者相互影響從而促進MS進展等。下面將從HMGB1調節炎癥因子、自噬因子、免疫細胞、膠質細胞四個方面在MS發病方面的影響進行分述：

3.1 炎癥因子 HMGB1在核內基因及相關下游靶基因的表達和轉錄調控過程中發揮著重要作用[17]。其從核內穿梭到細胞質分泌到胞外環境中，HMGB1將獲得一種新的身份，即作為強大炎癥介質存在。在感染、炎癥的刺激下，增殖活化的免疫細胞(如巨噬細胞等)不僅釋放出自身抗原，并能促使胞內釋放HMGB1、RAGE等到胞外，其生物學作用從而得到表達[10]。HMGB1可作為免疫刺激信號與免疫細胞結合誘導TNF-α、IL-6、IL-17、IL-8等促炎細胞因子高濃度分泌，進而上調粘附分子和E-選擇素的表達[18-21]。此外，IL-6、IL-17在調節MS的免疫反應的病理機制中扮演著十分重要的角色。其被誘導分泌后會促使輔助T細胞1、輔助T細胞17的分化，繼而作用于腦內皮細胞穿過血腦屏障，不僅破壞了血腦屏障的緊密連接，也觸發可溶性介質的產生，并啟動其他炎癥細胞的募集，從而浸潤中樞神經系統造成神經損傷，加重腦損害[22-23]。實驗研究表明，MS發生時，IL-17、IL-6分泌會增加。同時HMGB1的釋放與IL-17、IL-6的分泌水平存在著協同上升趨勢[24]。在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)模型中使用抗HMGB1單抗治療研究中也證實了這一點,使用抗HMGB1單抗后，小鼠脊髓的細胞浸潤和脫髓鞘得到減少，并降低了炎癥指數，而參與MS發病的IL-6、IL-17也相應的減少，這再一次對HMGB1 及 IL-17、IL-6介導免疫損傷反應過程參與 MS發病機制提供了有力證據[25]。其可能的機制是HMGB1與TRLs受體結合，信號轉導通路被激活后分泌IL-17、IL-6等炎癥因子，從而致使免疫反應的發生以及產生炎性損傷，導致了脫髓鞘，引起MS的病理改變[13-15]。同時IL-17、IL-6等細胞因子被激活后也會負反饋作用于膠質細胞等，致其活化破裂，再次誘導釋放出更多的HMGB1，從而產生級聯放大生物效應，加重炎性損傷[24]。

3.2 自噬因子 HMGB1蛋白移位到細胞質可以與自噬因子(Beclin1)結合并增強細胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma 2，Bcl-2)的磷酸化，從而致使Beclin1與Bcl-2進入脫離狀態[26-27]。Beclin1的釋放是自噬激活的先決條件[28]。HMGB1可進一步促進Beclin1與Ⅲ型磷酸肌醇3激酶的結合，促進離體膜的成核過程，從而啟動自噬。此前研究證實，細胞自噬可致使MS病理的發生，HMGB1細胞質轉位是自噬的關鍵因素，在EAE中Beclin-1的表達和Bcl-2的磷酸化水平與對照組存在明顯差異[29]。因此認為HMGB1很有可能通過細胞自噬調節從而參與了MS的發病[30]。

3.3 免疫細胞 在MS疾病的發生、發展過程中，T細胞和B細胞發揮著主導作用。RAGE與HMGB1高親和力結合，結合后會大量浸入到炎性組織中，且主要存在于T細胞中。HMGB1可能通過與RAGE或TLRs受體結合促進T細胞的活化和增殖，來調控免疫功能。有研究報告顯示，通過阻斷HMGB1的表達和釋放后，進一步阻斷了中樞T細胞的浸潤，同時阻斷系統CD4+T細胞對髓鞘表位的反應，減少中樞神經系統髓鞘脫失和炎癥反應，減少CD3+T淋巴細胞浸潤，從而改善MS病理[31]。HMGB1以三種異構體存在，即完全復原的HMGB1、二硫鍵HMGB1和磺酰基HMGB1[32]。二硫鍵HMGB1是當中唯一具備細胞因子誘導活性的化合物。HMGB1的使用和隨后的生物活性需取決于B細胞中半胱氨酸的氧化狀態。在對HMGB1進行的一項薈萃分析研究中發現，MS患者脊髓液中外周血單個核細胞中HMGB1及其受體的mRNA高表達，這可能是炎性脫髓鞘和神經元壞死參與了MS的病理過程，從而誘導HMGB1的分泌和釋放，同時MS患者腦脊液和外周血單個核細胞中HMGB1的濃度升高也可能增加MS的發病風險[30]。

3.4 膠質細胞 EAE特點是通過中樞神經系統膠質細胞的炎性激活增加，在疾病的所有階段促成EAE的病理[33]。在實驗中可用于解剖疾病分期，研究星形膠質細胞和膠質細胞介導的神經免疫性疾病的過程和機制，完美地復制了MS的病理生理學[34]。EAE被建立探究的這種自身免疫性疾病由CD4+T細胞所驅動，表現為CD4+T 和單核細胞的血管周圍炎癥以及中樞神經系統中逐漸發生的原發性軸突脫髓鞘。有數據顯示，當EAE的動物腦組織表現單個核細胞浸潤、出血、血管充血、斑塊，并伴有神經元變性時，使用少突膠質細胞糖蛋白所誘導的EAE在所有疾病階段(發病前、發病后、峰期和緩解期)表現出血清HMGB1濃度升高，并逐漸降低腦脊液水平。HMGB1介導的小膠質細胞激活被證實在髓鞘脫失和神經細胞死亡中發揮著關鍵作用。從關于MS/EAE的已有報告來看，在EAE和MS的活動性病變中，HMGB1在小膠質細胞的細胞質中高表達。最近有報告稱，在EAE中血清HMGB1上升，無論在發病前，還是發病后，任何抗HMGB1抗體給藥中都能改善癥狀。同時，HMGB1從缺血腦組織釋放的增加及其與激活的小膠質細胞上RAGE的相互作用已被證明介導了壞死性腦損傷[35]。免疫介導和神經退行性過程都有助于解釋MS相關的異質性病理和臨床結果。小膠質細胞的激活和星形膠質細胞的增殖促進了MS的進展。星形膠質細胞作為先天免疫系統的參與者，作為細胞毒性因子的來源，通過形成膠質瘢痕阻止重新髓鞘形成和軸突再生，并導致軸突線粒體功能障礙。在脫髓鞘的病灶中小膠質細胞和星形膠質細胞的激活和增殖被證明明顯存在，由此可看出，通過延緩EAE進展，可減少炎癥和脫髓鞘，阻斷小膠質細胞和星形膠質細胞的激活，并抑制HMGB1的釋放。

4 小 結

HMGB1在完善MS治療的策略中具有重要意義，將來很有可能作為一個新興的抗MS治療靶點。目前發現，MS發生時，HMGB1濃度升高；HMGB1發生變化時，相應的也會影響MS。HMGB1在阻斷驅動MS自身免疫的炎性環路中起著很關鍵的作用。HMGB1與MS之間的相互作用是確切的，但是MS中HMGB1的確切來源和靶細胞以及HMGB1在MS發病機制中的具體作用仍在闡明中，這都需要更多的、更直接的研究數據證明。HMGB1作為一個潛在的生物標志物、值得探索的MS候選靶點，這無疑給防治MS提供了一個新的方向和機會。