高遷移率族蛋白B1在變應(yīng)性鼻炎的作用機(jī)制

林小燕，李靜，李勇，楊燁

變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis，AR)是由IgE介導(dǎo)的以發(fā)作性噴嚏、流涕及鼻塞、鼻癢為主要癥狀的鼻黏膜慢性炎癥性疾病。AR影響著全球4億患者的生活，其中20%～38%過(guò)敏性鼻炎伴發(fā)支氣管哮喘[1-2]。2005至2011年，中國(guó)人AR發(fā)病率約為17.5%，并呈上升趨勢(shì)[3]，對(duì)人們的生活質(zhì)量及工作效率產(chǎn)生了顯著的影響，同時(shí)也造成了極大的社會(huì)醫(yī)療經(jīng)濟(jì)支出。AR的具體發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，雖然現(xiàn)有的藥物可以有效的控制癥狀，但遠(yuǎn)期治療效果并不理想。因此，探討AR的發(fā)病機(jī)制以及新的治療靶點(diǎn)越來(lái)越受到學(xué)者的廣泛重視。

高遷移率族蛋白于1973年首次在牛胸腺中被提取和鑒定，因其在聚丙烯酞胺凝膠電泳中遷移速度快而得名。高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1，HMGB1)是廣泛存在真核生物細(xì)胞核中的一類(lèi)高度保守的非組蛋白[4]，其作為前炎癥因子被證實(shí)在多種疾病中起重要作用，如敗血癥、腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化、組織缺血再灌注損傷、關(guān)節(jié)炎、哮喘、慢性腎炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等，均與其促炎癥作用相關(guān)[5-6]。在一定條件下HMGB1會(huì)釋放到細(xì)胞外，與多種細(xì)胞因子及趨化因子相互作用，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的放大和持續(xù)[7]，從而介導(dǎo)炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展。大量研究已經(jīng)證明HMGB1與免疫炎癥反應(yīng)之間存在密切的聯(lián)系，而變應(yīng)性鼻炎的免疫調(diào)節(jié)失衡及上氣道慢性炎癥等機(jī)制已受到廣泛認(rèn)可。因此考慮HMGB1可能通過(guò)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化、細(xì)胞自噬以及上皮細(xì)胞損傷等幾方面參與氣道變應(yīng)性炎癥反應(yīng)，本文綜述HMGB1在AR發(fā)病中的作用。

1 HMGB1的結(jié)構(gòu)、功能和常見(jiàn)受體

人類(lèi)HMGB1基因定位于染色體13q12，HMGB1的初級(jí)氨基酸序列中含有219個(gè)氨基酸殘基，相對(duì)分子量約為24 894 Da[8]。HMGB1蛋白由3個(gè)獨(dú)特的DNA結(jié)構(gòu)域構(gòu)成(A-box、B-box和一個(gè)酸性C尾)，HMGB1依靠DNA結(jié)合位點(diǎn)與單鏈、雙鏈和扭曲的DNA無(wú)序列特異性相結(jié)合，能夠穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)DNA的構(gòu)象，促進(jìn)某些轉(zhuǎn)錄因子包括類(lèi)固醇激素受體等的結(jié)合[9]。其中A-box(9-85氨基)在N-末端，進(jìn)化過(guò)程中高度保守；酸性C尾(C-tail)在羧基末端(186-215氨基酸)，包含30個(gè)重復(fù)的天冬氨酸和谷氨酸殘基，可參與調(diào)節(jié)核內(nèi)HMGB1與DNA結(jié)合的親和力，實(shí)現(xiàn)相關(guān)生物學(xué)功能[10]；而HMG box B(89-162氨基)位于二者之間，具有細(xì)胞因子樣活性，是引起炎性反應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)域。研究證實(shí)，腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)及其他促炎細(xì)胞因子在HMGB1的作用區(qū)域定位于 HMG box B結(jié)合域的前20個(gè)氨基酸殘基區(qū)(89-108氨基)[11]，150-183氨基酸序列則可介導(dǎo)晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation endproducts，RAGE)與Toll樣受體(toll-like receptor，TLR2/TLR4)的結(jié)合。從功能上分析，細(xì)胞外的box-B引起炎性反應(yīng)，而box-A可拮抗box-B引起的炎癥反應(yīng)，且Box-A與C-tail 結(jié)合后能夠增強(qiáng)其抗炎活性[10,12]。

早期對(duì)于HMGB1的研究主要局限于其在核內(nèi)所起到的轉(zhuǎn)錄和調(diào)控作用。正常生理?xiàng)l件下，HMGB1定位于細(xì)胞核內(nèi)，參與了DNA修復(fù)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及維持基因組穩(wěn)定性等多種DNA事件；直到1999年，Wang等[13]發(fā)現(xiàn)，膿毒血癥等炎癥性疾病可刺激巨噬細(xì)胞釋放HMGB1至細(xì)胞外，作為一種重要的內(nèi)源性促炎癥因子和炎性介質(zhì)，參與多種炎癥性和免疫性疾病的病理過(guò)程。隨著對(duì)HMGB1在胞外致炎作用的深入發(fā)掘，諸多研究表明，HMGB1可作為炎癥介質(zhì)，介導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子的釋放，炎癥介質(zhì)進(jìn)一步促進(jìn)HMGB1的釋放，形成一個(gè)正反饋放大炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，影響著免疫炎癥反應(yīng)[14]。

2 HMGB1參與AR可能機(jī)制

2.1 AR與上皮細(xì)胞損傷機(jī)制

鼻黏膜上皮細(xì)胞作為呼吸道的第一道物理及免疫屏障，是機(jī)體接觸及處理過(guò)敏原的始發(fā)環(huán)節(jié)[15]。正常鼻黏膜上皮細(xì)胞(nasal epithelial cells，NECs)結(jié)構(gòu)及屏障功能的維持依賴(lài)于相鄰細(xì)胞間緊密連接，Herbert等[16]的研究結(jié)果提示，塵螨變應(yīng)原蛋白 Derp 1 可破壞黏膜上皮細(xì)胞緊密連接復(fù)合體，使黏膜上皮通透性增加，導(dǎo)致屏障受損及下游的免疫應(yīng)答。在長(zhǎng)期的慢性炎癥刺激下，纖毛上皮損傷、脫落，杯狀細(xì)胞增生以及細(xì)胞外基質(zhì)沉積，導(dǎo)致鼻黏膜重塑[17]。研究發(fā)現(xiàn)，利用HMGB1刺激鼻黏膜上皮細(xì)胞可使上皮緊密連接蛋白o(hù)ccludin、ZO-1、claudin1表達(dá)減少，通透性增加，導(dǎo)致上皮屏障功能受損[18]，屏障功能的損傷導(dǎo)致鼻黏膜更易受變應(yīng)原及外源性有害物質(zhì)的侵襲，是鼻黏膜慢性炎癥遷延不愈的關(guān)鍵原因[19]。另一項(xiàng)研究顯示，低氧誘導(dǎo)HMGB1從細(xì)胞核被釋放到組織環(huán)境中，分泌的HMGB1通過(guò)參與IL-8上調(diào)介導(dǎo)鼻黏膜慢性炎癥反應(yīng)，考慮HMGB1可作為分子標(biāo)記用于檢測(cè)器官缺氧相關(guān)組織損傷[20]，因此HMGB1有望成為降低鼻黏膜慢性炎癥性損傷的干預(yù)靶點(diǎn)之一。

2.2 HMGB1與免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞

AR是由多種免疫炎癥細(xì)胞共同介導(dǎo)的慢性炎癥性疾病。目前輔助性T淋巴細(xì)胞(helper T lymphocyte,Th)失衡機(jī)制為主導(dǎo)的免疫學(xué)說(shuō)已經(jīng)得到公認(rèn)[21-22]。正常情況下，Th1和Th2的增殖處于一種相對(duì)平衡狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入黏膜的抗原物質(zhì)為病毒、細(xì)菌時(shí)，則在機(jī)體發(fā)生Th1反應(yīng)，Th1細(xì)胞分泌IL-2、IFN-γ，介導(dǎo)抗感染的細(xì)胞免疫。而當(dāng)氣道黏膜受到變應(yīng)原刺激時(shí)，Th2 細(xì)胞過(guò)度極化引起Th2類(lèi)效應(yīng)因子(IL-4、IL-5、IL-13)優(yōu)勢(shì)表達(dá)，介導(dǎo)體液免疫，Th2細(xì)胞因子作用于B細(xì)胞，后者轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞產(chǎn)生和分泌特異性IgE，進(jìn)一步介導(dǎo)過(guò)敏反應(yīng)的發(fā)生。體外實(shí)驗(yàn)研究表明，HMGB1 對(duì)T淋巴細(xì)胞的免疫功能具有雙重影響，刺激Th1與Th2比率的降低，導(dǎo)致Th1/Th2平衡向Th2亞群優(yōu)勢(shì)分化[23]。外源性HMGB 1可通過(guò)誘導(dǎo)Th2型反應(yīng)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)中性粒細(xì)胞炎癥，加劇急性過(guò)敏性哮喘氣道炎癥，而其中和性抗體(anti-HMGB1)可有效緩解這一現(xiàn)象[24]，為HMGB1參與過(guò)敏性疾病的發(fā)生發(fā)展提供了依據(jù)。另外，HMGB1還可能通過(guò)影響Th17細(xì)胞的增殖和活化而參與某些免疫性疾病，研究顯示，重組高遷移率族蛋白(rHMGB 1)可加重哮喘小鼠氣道炎癥以及黏液生成，通過(guò)調(diào)節(jié)樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)的功能誘導(dǎo)Th2、Th17極化，而anti-HMGB1則參與阻斷Th2、Th17介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[25-26]。同時(shí)，嗜酸性細(xì)胞在Th2優(yōu)勢(shì)表達(dá)的免疫反應(yīng)中也具有重要的作用，當(dāng)鼻腔黏膜受到病原刺激時(shí)，HMGB1大量釋放至胞外導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞聚集，從而促進(jìn)了TH2介導(dǎo)的免疫炎癥反應(yīng)，TH2反應(yīng)發(fā)生后又反向刺激HMGB1的表達(dá)增多，進(jìn)一步產(chǎn)生大量炎性細(xì)胞因子，加劇了嗜酸性粒細(xì)胞的聚集[27]。

因此，HMGB1可能通過(guò)影響免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞成為免疫炎癥性疾病的潛在治療靶點(diǎn)之一。

2.3 HMGB1介導(dǎo)免疫炎癥反應(yīng)相關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)通路

研究發(fā)現(xiàn)HMGB1 是重要的炎癥調(diào)控因子。單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和未成熟樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cells，DC)受到外源性侵害時(shí)會(huì)主動(dòng)或被動(dòng)分泌HMGB1到細(xì)胞外，與相應(yīng)氣道上皮細(xì)胞表面模式識(shí)別受體(PRRs)結(jié)合，包括晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)、Toll樣受體(TLR2/TLR4)家族部分成員、CXXL12、凝血酶敏感蛋白(thrombospondin，TM)等[28-29]。RAGE是第一個(gè)被證明的HMGB1結(jié)合受體，被認(rèn)為是HMGB1參與機(jī)體炎癥反應(yīng)中最有效的受體之一[30]。Lee等[31]研究發(fā)現(xiàn)，炎癥介導(dǎo)釋放的HMGB1與細(xì)胞膜表面受體RAGE結(jié)合是觸發(fā)相關(guān)炎癥疾病的主要信號(hào)通路，可直接通過(guò)核因子-κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)通路或間接通過(guò)MAPKS等通路使NF-κB易位，進(jìn)而促進(jìn)一系列的炎癥因子比如TNF、IL-6和IFN-γ的釋放[32]，參與多種炎癥及免疫性疾病的病理過(guò)程。但應(yīng)用RAGE抗體或RAGE基因敲除方法，并不能完全抑制HMGB1引起的炎癥反應(yīng)，RAGE介導(dǎo)HMGB1的炎癥機(jī)制目前未完全清楚。

近年來(lái)，Toll樣受體在變應(yīng)性鼻炎(AR)中的免疫調(diào)節(jié)作用逐漸被人們所重視。HMGB1通過(guò)與Toll樣受體TLR4相互作用，激活NF-κB，引起該通路下游的炎癥介質(zhì)釋放[33]。一項(xiàng)研究表明，在患有鼻息肉或過(guò)敏性鼻炎的慢性鼻-鼻竇炎患者的鼻分泌物中，HMGB1的含量明顯升高，而HMGB 1可促進(jìn)鼻腔上皮細(xì)胞產(chǎn)生和分泌炎性因子IL-6和IL-8，介導(dǎo)鼻黏膜上皮的炎性反應(yīng)，但在使用TLR4抗體后，鼻黏膜上皮細(xì)胞分泌的IL-6和IL-8明顯減少，提示HMGB 1在上呼吸道炎癥的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[34]。與此同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入上氣道黏膜的變應(yīng)原可刺激TLR激活抗原提呈細(xì)胞，誘導(dǎo)氣道上皮TLR4表達(dá)升高，產(chǎn)生各種炎性介質(zhì)和趨化因子，調(diào)節(jié)輔助性 Th1/Th2 的平衡[35]。

綜上所述，HMGB1可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣道上皮細(xì)胞表面模式識(shí)別受體而參與上氣道變態(tài)反應(yīng)炎癥的調(diào)控。

2.4 HMGB1與自噬

最新研究發(fā)現(xiàn)，在炎癥應(yīng)激(如感染、氧化應(yīng)激和饑餓等)條件下，核內(nèi)HMGB1轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)中，與自噬因子Beclin-1結(jié)合從而激活并促進(jìn)細(xì)胞自噬[36-37]。HMGB1可通過(guò)主動(dòng)分泌或者在細(xì)胞發(fā)生壞死時(shí)通過(guò)被動(dòng)釋放入細(xì)胞外間隙，在細(xì)胞外間隙的 HMGB1 調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的過(guò)程主要是通過(guò)與RAGE結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)激活下游 AKT-mTOR自噬相關(guān)信號(hào)通路，促進(jìn) PI3K Class III與Beclin1結(jié)合，直接導(dǎo)致細(xì)胞的自噬增強(qiáng)；而在核內(nèi)的HMGB1在炎癥狀態(tài)下可以誘導(dǎo)微自噬而參與調(diào)控自噬過(guò)程[38]。自噬廣泛存在于真核生物的生理過(guò)程中，在進(jìn)化上高度保守[39]。正常生理情況下，細(xì)胞內(nèi)保持一個(gè)比較低的基礎(chǔ)自噬水平，而當(dāng)細(xì)胞處于應(yīng)激(如感染、氧化應(yīng)激和饑餓等)狀態(tài)時(shí)，刺激細(xì)胞自噬水平迅速上調(diào)[40]，對(duì)細(xì)胞自我更新和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持起重要作用。Dickinson等[41](使用小鼠氣道疾病模型)研究證明自噬參與了IL-13誘導(dǎo)的氣道上皮細(xì)胞黏液的分泌和氧化應(yīng)激損傷。變應(yīng)性鼻炎和哮喘為上、下氣道的變應(yīng)性疾病，在流行病學(xué)、病因?qū)W和病理生理學(xué)上的相似性。Martin等[42]研究了自噬相關(guān)基因的多態(tài)性與哮喘的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)哮喘急性發(fā)作期患者鼻黏膜上皮細(xì)胞中Atg5 mRNA的表達(dá)顯著上升，說(shuō)明自噬與變應(yīng)性炎癥反應(yīng)具有相關(guān)性。因此，HMGB1可能通過(guò)調(diào)控自噬參與過(guò)敏性疾病的發(fā)病[43]，但相關(guān)研究還比較少。

3 HMGB1與變應(yīng)性鼻炎

AR是鼻黏膜接觸特異性變應(yīng)原后發(fā)生的由IgE介導(dǎo)的變態(tài)反應(yīng)性疾病。通過(guò)上述總結(jié)，HMGB1可能通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞分化、細(xì)胞自噬以及上皮細(xì)胞損傷等參與AR的發(fā)病，因此HMGB1可能成為治療AR的一個(gè)新的且充滿(mǎn)前景的方向。研究發(fā)現(xiàn)AR兒童患者鼻腔灌洗液中HMGB1的水平明顯高于對(duì)照組，并與癥狀的嚴(yán)重程度強(qiáng)烈相關(guān)[38]。劉陽(yáng)等[44]研究發(fā)現(xiàn)HMGB1在變應(yīng)性鼻炎中鼻黏膜中表達(dá)増高，并與鼻甲黏膜中嗜酸性細(xì)胞數(shù)目呈負(fù)相關(guān)，提示HMGB1可能通過(guò)作用于嗜酸性粒細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞抑制變應(yīng)性鼻炎的發(fā)展。丙酮酸乙酯(EP)已被證明是許多氣道疾病的有效抗炎劑，可以抑制HMGB1的分泌，Chen等[45]在一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)EP的應(yīng)用可有效降低過(guò)敏性鼻炎小鼠中HMGB1的表達(dá)及在鼻黏膜上皮層的釋放，并且EP可以通過(guò)降低HMGB1表達(dá)來(lái)減弱AR的過(guò)敏反應(yīng)，同時(shí)還減輕了AR小鼠鼻黏膜中杯狀細(xì)胞増生等組織學(xué)改變。這些結(jié)果表明HMGB1可能參與了AR的發(fā)生發(fā)展，并有望成為新的治療靶點(diǎn)。

AR和哮喘由于上、下呼吸道黏膜不僅在解剖上連續(xù)，且同屬免疫系統(tǒng)相關(guān)淋巴組織，在發(fā)生、共存和相似性方面均有密切聯(lián)系，一直存在有“同一氣道，同一類(lèi)疾病”(one airway, one disease)的假說(shuō)[46-47]，過(guò)敏性鼻炎和哮喘綜合征(CARAS)這一術(shù)語(yǔ)被引入來(lái)描述具有同一疾病的兩種表現(xiàn)的患者[48-49]。早期有研究表明哮喘患者的痰液及血清HMGB-1水平明顯高于正常對(duì)照組，且與疾病的嚴(yán)重性成正相關(guān)[50]。隨后HMGB1在哮喘中的作用越發(fā)受到重視。研究發(fā)現(xiàn)在卵蛋白(OVA)誘導(dǎo)的變應(yīng)性鼻炎哮喘綜合征(CARAS)小鼠模型中，屋塵螨(HDM)致敏可誘導(dǎo)氣道上皮釋放HMGB1，激活HMGB1-RAGE軸進(jìn)而放大變態(tài)性炎癥反應(yīng)，使HMGB1成為治療干預(yù)氣道炎癥性疾病的一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)[14]。同時(shí)，Tang等[51]發(fā)現(xiàn)TLR4拮抗劑可通過(guò)抑制HMGB1-TLR4 信號(hào)通路軸，下調(diào)炎性趨化因子的表達(dá)并減少單核細(xì)胞在鼻黏膜和肺組織中的浸潤(rùn)，從而減輕CARAS小鼠模型上、下氣道癥狀。由此進(jìn)一步證實(shí)，HMGB1可能在氣道變應(yīng)性疾病中發(fā)揮重要作用，具有進(jìn)一步研究的價(jià)值。

4 總結(jié)

AR目前已成為影響全球健康問(wèn)題，該病發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，臨床上傳統(tǒng)藥物治療及特異性免疫療法均有一定的局限性。越來(lái)越多的研究證據(jù)表明，在AR致敏和效應(yīng)階段，HMGB1可能通過(guò)參與上皮細(xì)胞損傷、調(diào)節(jié)T細(xì)胞優(yōu)勢(shì)分化以及自噬等幾個(gè)方面調(diào)節(jié)上氣道免疫炎性反應(yīng)。然而目前HMGB1在 AR中的直接作用機(jī)制研究較少，以 HMGB1為治療新的干預(yù)靶點(diǎn)仍需要大量臨床試驗(yàn)支持，本文通過(guò)闡述HMGB1在變應(yīng)性鼻炎中的研究進(jìn)展及作用機(jī)制，希望能為AR的防治提供新的思路。