高遷移率族蛋白B1：自身免疫性疾病重要炎性分子

潘舒月，青玉鳳，周京國

(川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院風濕免疫科，四川南充 637000)

ChinJAllergyClinImmunol,2013,7(2)：198-202

高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)是一種核內非組蛋白，其生物活性隨著所處位置和環(huán)境的變化而變化，并受轉錄后修飾的影響。HMGB1在體內可隨著細胞的激活、損傷及死亡等轉移到細胞外。其可單獨作為炎性因子參與炎性反應，也可與其他細胞因子結合后形成免疫復合體，成為一種炎性反應警報素刺激免疫系統(tǒng)[1]。本文就HMGB1的生物學功能及其在自身免疫性疾病中的作用和研究進展作一綜述。

概　　述

分子和細胞生物學

高遷移率族蛋白包括3個家族，即高遷移率族蛋白A、高遷移率族蛋白B及高遷移率族蛋白N[2]。HMGB家族含HMGB1、HMGB2、HMGB3 3個成員[3]。其中，HMGB1是唯一可釋放至胞外并具有細胞因子活性的分子。HMGB1存在于一切真核生物中，其序列高度保守，主要位于大多數細胞的胞核和胞漿中。人HMGB1基因位于染色體13q12，經轉錄翻譯后，進行糖基化、甲基化、?；土姿峄刃揎棧翘禺愋越Y合于DNA分子雙螺旋小溝內，參與DNA組成，有利于DNA結合蛋白正確裝配到其在染色體內的結合位點參與調節(jié)轉錄[4]。HMGB1含有215個氨基酸，由2個DNA結合區(qū)域即A框和B框及一個C尾端(又稱酸性尾端, acidic tail)共同組成。A框和B框與DNA都有很高的親和力，B框是引起炎性反應的功能結構域，而A框對B框的功能具有一定的拮抗作用。

在體內，HMGB1的位置并不固定，其在以下情況可轉移至細胞質和細胞外：(1)刺激巨噬細胞、單核細胞等導致的免疫激活；(2)細胞壞死；(3)細胞凋亡；(4)組織缺氧和缺血再灌注。HMGB1的轉移機制各不相同[5-7]，通過誘導刺激，細胞內HMGB1的理化性質發(fā)生改變，其重要的賴氨酸殘基發(fā)生乙?；淖僅MGB1的核定位及核轉移，使其釋放和分泌到細胞質和細胞外；在細胞壞死過程中，HMGB1隨著細胞滲透功能喪失被釋放出來。細胞凋亡初期HMGB1的細胞核功能仍然保留著，而在細胞凋亡晚期(繼發(fā)性壞死)，細胞滲透的改變和大量的核小體衰敗將導致HMGB1轉移到細胞外。

炎性信號傳導機制

HMGB1結合糖基化終產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)、Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)2、TLR4及TLR9等不同受體后發(fā)生轉錄后修飾，包括乙?；?、磷酸化、甲基化和半胱氨酸殘基的氧化還原等，從而影響受體相互作用和下游信號傳導[8-10]。在內毒素、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等刺激下，HMGB1可促進炎性細胞活化，刺激其產生和分泌促炎因子，如白介素(interleukin，IL)-1，IL-6，IL-8等[11]；HMGB1在炎性因子等作用下可刺激中性粒細胞，增強其遷移力和黏附性[12]；HMGB1可刺激單核細胞，增加其黏附作用，從而分泌更多的細胞因子和促炎介質[13]；HMGB1免疫激活后可誘導樹突狀細胞成熟，增加其表面標志的表達及炎性細胞因子的分泌[14]；HMGB1還可通過形成免疫復合體促進產生炎性反應，這些免疫復合體中包含IL-1、內毒素及DNA分子等，且這種免疫復合體形成后可以增強促進炎性反應的能力，比上述免疫復合體單獨的促炎效應強100倍[15]。

RAGE是HMGB1較為重要、也是第一個被論述的受體。RAGE僅低表達于正常的血管平滑肌細胞、神經元細胞和單核巨噬細胞細胞膜上，而在其配體聚集部位高表達。HMGB1與RAGE具有很高的親合力，兩者結合后可激活NF-κB，誘導趨化因子和細胞因子產生，參與樹突狀細胞、T細胞等免疫細胞的成熟、遷移及其表面受體的表達[16]。Toll樣受體(TLR2、TLR4等)也是HMGB1的受體，HMGB1通過改變氧化還原狀態(tài)與TLR4結合而激活細胞，這可能是導致壞死細胞和凋亡細胞免疫激活差異的原因[9-10,17]。細胞壞死后釋放的HMGB1，其C106的半胱氨酸處于還原狀態(tài)，可啟動炎性反應；細胞凋亡初期釋放HMGB1的C106位置處于氧化狀態(tài)，無法激活TLR4，從而無法啟動炎性反應[18-19]。

總之，HMGB1可以作為一種警報素來預警細胞炎性反應，其在炎性反應信號傳導中占據著較為重要的位置。

HMGB1與自身免疫性疾病

HMGB1與類風濕關節(jié)炎

類風濕關節(jié)炎(rheumatoid arthritis, RA)是炎性關節(jié)炎較常見的一種，HMGB1在RA患者血液和滑液的異常高表達支持了其在RA發(fā)病機制中的作用。HMGB1在關節(jié)炎中參與缺氧和炎性反應環(huán)節(jié)[20]。近期研究發(fā)現，HMGB1在體外單獨作用于纖維樣滑膜細胞(fibroblast-like synoviocytes)時，無或僅有少量促炎因子活性；而HMGB1與IL-1β、脂多糖(lipopolysaccharides, LPS)組成的復合物具有明顯的促炎因子活性，可顯著增加纖維樣滑膜細胞IL-6、IL-8及基質金屬蛋白酶3(matrix metalloproteinases-3, MMP-3)的釋放；LPS通過TLR4可激活RA滑膜成纖維細胞，HMGB1可能通過與滑膜成纖維細胞表面結合，協(xié)同參與LPS的刺激作用；且HMGB1通過激活類風濕關節(jié)炎滑膜成纖維細胞參與自身免疫反應，進而參與維持RA慢性炎性反應的過程，并導致關節(jié)組織侵蝕破壞[21]。RA患者中HMGB1及外周血單核細胞表面TLR2、TLR4的表達增高與RA病情發(fā)生發(fā)展有關；HMGB1TLR通路可能是RA發(fā)病中炎性反應信號的重要啟動因素。

HMGB1與系統(tǒng)性紅斑狼瘡

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus, SLE)患者血液中HMGB1水平增加，并參與疾病活動。SLE動物模型研究表明，活化淋巴細胞來源DNA (activated lymphocyte-derived DNA，ALD-DNA)可刺激巨噬細胞分泌HMGB1，兩者結合后形成炎性復合物并通過RAGE信號通路啟動免疫應答；HMGB1高表達組小鼠經ALD-DNA免疫刺激后，其血清HMGB1水平、抗雙鏈DNA抗體和尿蛋白水平均明顯上調，腎臟病理改變更為嚴重；而胞外HMGB1阻斷劑可顯著下調ALD-DNA免疫小鼠誘導的抗雙鏈DNA抗體和尿蛋白水平，未觀察到明顯腎臟病理改變[22]。

血清HMGB1和外周血單核細胞表面TLR2、TLR4均參與了SLE的病理過程，三者表達水平增高與SLE起病及病情發(fā)展有關。在SLE中，HMGB1-DNA免疫復合物的的重要性已被證實，且研究表明該免疫復合物的產生依賴于TLR[23]。SLE患者體內可以表達抗HMGB1抗體，而這些抗體可以綁定到多種HMGB1的分子表位上，盡管這些抗體并不是狼瘡的特異性抗體，但這些抗體的水平可能與疾病的活動性有關[24-25]。

HMGB1與肌炎

肌炎(myositis)患者病理檢查顯示，其細胞質和細胞外HMGB1高表達，并可見浸潤的炎性細胞和內皮細胞；細胞質中HMGB1的表達可以促進肌纖維上主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ類分子的表達上調[26]。健康老鼠骨骼肌纖維經γ-干擾素刺激后可誘發(fā)細胞質HMGB1的表達；體外實驗證實HMGB1可刺激MHCⅠ類分子表達上調，從而導致肌纖維在強直刺激和肌肉疲勞的情況下鈣釋放減少[27]。然而，也有研究表明，在缺血后再生的肌纖維細胞中，HMGB1也有表達；肌注HMGB1還可促進血管生成和肌肉生成[28]。

綜上所述，HMGB1在肌炎中可能存在雙重身份。在疾病早期，HMGB1能促進炎性反應的發(fā)展，上調MHCⅠ類分子表達導致肌肉疲勞；隨著病情發(fā)展，也可能保護組織并促進組織再生。

HMGB1與干燥綜合征

干燥綜合征(Sjogren’s syndrome, SS)是一種以侵犯淚腺及唾液腺等外分泌腺為主的慢性自身免疫性疾病。Ek等[29]將研究對象分為SS組、Sicca 組(臨床上具有明顯口干和眼角結膜炎的癥狀卻不符合SS的診斷標準)和健康對照組。試驗發(fā)現，只在SS組患者的單核細胞中能檢測到大量分泌在細胞外的HMGB1，其他兩組則無。同時在分泌性HMGB1高聚集的部位，也發(fā)現大量TNF和IL-1的存在，提示HMGB1可能與TNF和IL-1等細胞因子形成炎性反應體系參與SS的發(fā)病。

綜上所述，HMGB1在SS患者唾液腺細胞中高表達說明HMGB1參與疾病炎性反應過程，且可能與TNF和IL-1β組成免疫炎性回路，促進SS患者腺體的慢性炎性反應。

小　　結

HMGB1是重要的炎性介質，在炎性反應后期尤為重要。研究表明，HMGB1的釋放機制決定其在細胞外的氧化還原狀態(tài)，細胞外HMGB1的狀態(tài)也影響其在體內的生物活性。HMGB1在胞外復雜多變的翻譯后修飾作用將會影響機體炎性反應和組織修復，以及機體內HMGB1的生物活性。

近年來，有學者提出將HMGB1阻滯作為一種治療方法應用于臨床患者，這種特異地抑制HMGB1的釋放和活性的治療有望用于抗炎、尤其晚期炎性反應，以及免疫調節(jié)的方案中。在今后研究中，應進一步闡明HMGB1的免疫活性及其在炎性反應中的作用機制，以調整HMGB1在自身免疫性及其他炎性疾病中的活動。

[1]Andersson U, Tracey KJ. HMGB1 is a therapeutic target for sterile inflammation and infection[J]. Annu Rev Immunol, 2011, 29：139-162.

[2]龔非力. HMGB1——一種重要的警報素[J]. 現代免疫學, 2009, 29：179-184.

[3]Dumit riu IE, Baruah P, Manf redi AA, et al. HMGB1：guiding immunity from within [J]. Trends Immunol,2005,26：381-387.

[4]Muller S,Ronfani L, Bianchi ME.Regulated expression and subcelluar localization of HMGB1, a chromat in protein with cytokine function[J].J Intern Med, 2004, 255：323-343.

[5]Rovere-Querini P, Capobianco A, Scaffidi P, et al. HMGB1 is an endogenous immune adjuvant released by necrotic cells[J]. EMBO J, 2004, 5：825-830.

[6]Bonaldi T,Talamo F,Scaffidi P, et al. Monocytic cells hyperacetylate chromatin protein HMGB1 to redirect it towards secretion[J]. EMBO J, 2003, 22：5551-5560.

[7]Bell CW, Jiang W, Reich CF 3rd, et al. The extracellular release of HMGB1 during apoptotic cell death[J]. Am J Physiol Cell Physiol, 2006,291：1318-1325.

[8]Rock KL, Lai JJ, Kono H. Innate and adaptive immune responses to cell death[J]. Immunol Rev, 2011,243：191-205.

[9]Yang H, Hreggvidsdottir HS,Palmblad K,et al. A critical cysteine is required for HMGB1 binding to Toll-like receptor 4 and activation of macrophage cytokine release[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010,107：11942-11947.

[10] Antoine DJ, Williams DP, Kipar A, et al. Diet restriction inhibits apoptosis and HMGB1 oxidation and promotes inflammatory cell recruitment during acetaminophen hepatotoxicity[J]. Mol Med, 2010,16：479-490.

[11] Tian J, Avalos AM, Mao SY, et al. Toll-like recept or 9-dependent activation by DNA-containing immune complexes ismediated by HMGB1 and RAGE [J]. Nat Immunol, 2007, 8：487-496.

[12] Orlova VV, Choi EY, Xie C, et al. A novel pathway of HMGB1-mediated inflammat orycell recrutment that requires Mac-1-integrin[J]. EMBO J, 2007, 26：1129-1139.

[13] Rouhiain en A, T umova S, Valmu L, et al. Pivotal advance： analysis of proinflammatory activity of highly purified eukaryotic recombinant HMGB1 (amphoterin) [J]. J Leukoc Biol, 2007, 81：49-58.

[14] Yang D, Chen Q, Yang H, et al. High mobility group box-1 protein induces the migration and activation of human dendriticcells and acts as an alarmin[J]. J Leukoc Biol, 2007, 81：59-66.

[15] Hreggvidsdóttir HS,Lundberq AM,Aveberqer AC, et al. HMGB1-partner molecule complexes enhance cytokine production by signaling through the partner molecule receptor[J]. Mol Med, 2012, 18：224-230.

[16] Palumbo R,Galvez BG,Pusterla T, et al. Cells migrating to sites of tissue damage in response to the danger signal HMGB1 require NF-kappa B activation[J]. J Cell Biol, 2007,179：33-40.

[17] Kazama H,Ricci JE,Herndon JM, et al. Induction of immunological tolerance by apoptotic cells requires caspase-dependent oxidation of high-mobility group box-1 protein[J]. Immunity, 2008, 29：21-32.

[18] Tian J,Avalos AM,Mao SY, et al. Toll-like receptor 9-dependent activation by DNA-containing immune complexes is mediated by HMGB1 and RAGE[J]. Nat Immunol, 2007,8：487-496.

[19] Huan Yang, Peter Lundb?k, 2 Lars Ottosson,et al. Redox Modification of Cysteine Residues Regulates the Cytokine Activity of High Mobility Group Box-1 (HMGB1) [J]. Mol Med, 2012, 18：250-259.

[20] Hamada T,Torikai M,Kuwazuru A, et al. Extracellular high mobility group box chromosomal protein 1 is a coupling factor for hypoxia and inflammation in arthritis[J]. Arthritis Rheum, 2008, 58：2675-2685.

[21] 賀琤雯,沈茜. HMGB1與LPS協(xié)同激活類風濕性關節(jié)炎滑膜成纖維細胞產生基質金屬蛋白酶的分子機制[D].上海：第二軍醫(yī)大學, 2011.

[22] 虞珊珊,熊思東.HMGB1在ALD-DNA誘導巨噬細胞活化及SLE發(fā)病中的作用[D].上海：復旦大學, 2011.

[23] Urbonaviciute V,Fürnrohr BG, Meister S, et al. Induction of inflammatory and immune responses by HMGB1-nucleosome complexes： implications for the pathogenesis of SLE[J]. J Exp Med, 2008, 205：3007-3018.

[24] Abulahad DA, Westra J, Bijzet J, et al. High mobility group box 1 (HMGB1) and anti-HMGB1 antibodies and their relation to disease characteristics in systemic lupus erythematosus[J]. Arthritis Res Ther, 2011,13：71.

[25] Barnay-Verdier S, Gaillard C, Messmer M，et al. PCA-ELISA： A sensitive method to quantify free and masked forms of HMGB1[J]. Cytokine, 2011,55：4-7.

[26] Ulfgren AK, Grundtman C, Borg K, et al. Down-regulation of the aberrant expression of the inflammation mediator high mobility group box chromosomal protein 1 in muscle tissue of patients with polymyositis and dermatomyositis treated with corticosteroids[J]. Arthritis Rheum, 2004,50： 1586-1594.

[27] Grundtman C, Bruton J, Yamada T, et al. Effects of HMGB1 on in vitro responses of isolated musclefibers and functional aspects in skeletal muscles of isiopathic inflammatory myopathies[J]. FASEB J, 2010,24： 570-578.

[28] Vezzoli M, Castellani P, Corna G, et al. High mobility group box 1 release and redox regulation accompany regeneration and remodeling of skeletal muscle[J]. Antioxid Redox Signal, 2011,15： 2161-2174.

[29] Ek M, Popovic K, Harris HE, et al. Increased extracellular levels of the novel proinflammatory cytokine high mobility group box chromosomal protein 1 in minor salivary glands of patients with Sjo ren’s syndrome [J]. Arthritis Rheum, 2006, 54：2289-2294.