HMGB1調(diào)控IL-17分泌與中性粒細(xì)胞性哮喘的研究進(jìn)展

王慧虹, 張秀峰

海南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院,海南?？?570145

哮喘是一種異質(zhì)性疾病,以氣流阻塞和氣道高反應(yīng)性為特征。反復(fù)咳嗽、喘息和胸悶是哮喘的主要癥狀;吸煙、過敏原和運(yùn)動(dòng)等是其誘因。哮喘分為輔助性T細(xì)胞2(T helper cell 2,Th2)型哮喘和非Th2型哮喘[1]。Th2型哮喘主要是Th2淋巴細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-4、IL-5、IL-13和IL-17等介導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞哮喘,通常為輕、中度哮喘,在兒童中更為普遍[2]。而中性粒細(xì)胞性哮喘是非Th2型哮喘的典型代表,與Th17細(xì)胞免疫反應(yīng)升高有關(guān),是一種嚴(yán)重的類固醇抵抗性哮喘[3]。最近高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)在中性粒細(xì)胞性哮喘發(fā)病機(jī)制中的作用備受關(guān)注。晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products,RAGE)和Toll樣受體(toll-like receptors,TLR)是HMGB1的主要受體,HMGB1作為一組非組蛋白核蛋白與RAGE、TLR結(jié)合,通過激活下游信號(hào)通路啟動(dòng)功能反應(yīng),這導(dǎo)致免疫細(xì)胞活性激活和促炎細(xì)胞因子分泌,參與炎癥發(fā)生發(fā)展[4]。HMGB1表達(dá)上調(diào)與中性粒細(xì)胞性哮喘相關(guān),但中性粒細(xì)胞性哮喘發(fā)生發(fā)展的潛在機(jī)制仍未完全闡明。本綜述旨在總結(jié)HMGB1調(diào)控IL-17分泌與中性粒細(xì)胞性哮喘的關(guān)系。

1 IL-17與中性粒細(xì)胞性哮喘

全球目前達(dá)3.58億哮喘患者,其中5%～10%的患者患有重癥哮喘,預(yù)計(jì)到2025年患者數(shù)將增漲至4億,每年約有25萬哮喘患者死亡[5-7]。中國成人哮喘現(xiàn)患病率已達(dá)4.2%,相當(dāng)于4 570萬中國成年人患有哮喘[8]。哮喘的患病率高并持續(xù)上升,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)擔(dān)。

Th17細(xì)胞是CD4+T輔助細(xì)胞的一個(gè)獨(dú)特的亞群,表現(xiàn)出特有的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子視黃酸相關(guān)孤兒受體γt(retinoid-related rrphan receptor ramma t,Rorγt)的高表達(dá),于2005年首次被發(fā)現(xiàn)[9]。Th17細(xì)胞是促炎細(xì)胞,通過分泌IL-17細(xì)胞因子家族(包括IL-17A和IL-17F),從而刺激促炎分子的分泌,進(jìn)一步參與對細(xì)菌或真菌感染的免疫,以及自身免疫或代謝性疾病的發(fā)病機(jī)制[10]。而IL-17通過調(diào)節(jié)幾種趨化因子(包括CXCL1、CXCL2和CXCL5)的表達(dá),在中性粒細(xì)胞募集到氣道中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在哮喘小鼠模型和哮喘患者研究中,發(fā)現(xiàn)哮喘嚴(yán)重程度與中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)、IL-17密切相關(guān)[11]。在脂多糖/卵清蛋白致敏的嗜中性粒細(xì)胞哮喘小鼠模型中,觀察到中性粒細(xì)胞浸潤顯著減少,并且伴隨IL-17減少[12]。綜上所述,IL-17是中性粒細(xì)胞性哮喘的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。

IL-17是中性粒細(xì)胞哮喘的重要標(biāo)志。Th17細(xì)胞參與了中性粒細(xì)胞性哮喘的發(fā)生和發(fā)展,但其介導(dǎo)的哮喘免疫反應(yīng)失調(diào)的潛在分子機(jī)制仍不清楚。部分哮喘患者不能從皮質(zhì)類固醇的抗炎治療中獲益。因此,需要不斷探索新的中性粒細(xì)胞性哮喘標(biāo)記物,不斷為某些類型的哮喘開發(fā)新的治療方法,尋找針對中性粒細(xì)胞性哮喘的替代策略。

2 HMGB1生物學(xué)特征

1973年首次在小牛胸腺中發(fā)現(xiàn)了一組具有高電泳遷移率的非組蛋白核蛋白,命名為HMG蛋白[13]。HMGB1是HMG家族成員中含量最高的蛋白質(zhì),在細(xì)胞核中作為一種結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)合因子,通過各種刺激從免疫細(xì)胞或非免疫細(xì)胞釋放到細(xì)胞外環(huán)境中才能發(fā)揮細(xì)胞因子的作用。其可由炎癥免疫細(xì)胞主動(dòng)分泌,也可由非免疫細(xì)胞壞死或受損后被動(dòng)釋放。HMGB1易位至細(xì)胞外,通常意味著被激活[14]。

人類HMGB1具有215個(gè)氨基酸殘基,主要分為3個(gè)結(jié)構(gòu)域:2個(gè)DNA結(jié)合基,稱為HMG A-box和HMG B-box,以及一個(gè)酸性羧基端[15]。HMGB1的2個(gè)HMG boxes在結(jié)構(gòu)上由3個(gè)阿爾法螺旋和2個(gè)L形環(huán)組成[16]。A-box和B-box是HMGB1的DNA結(jié)合域,而帶負(fù)電荷的尾部可以結(jié)合組蛋白[17]。細(xì)胞外B-box可以復(fù)制轉(zhuǎn)錄促炎活性蛋白,A-box可以作為HMGB1拮抗劑[18]。HMGB1 A-box的抗炎活性在與C端酸尾融合后得到增強(qiáng)[19]。A-box拮抗HMGB1的細(xì)胞因子活性,主要是A-box與HMGB1競爭活化巨噬細(xì)胞表面的結(jié)合位點(diǎn),并減弱HMGB1誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的釋放[20]。C端酸性尾巴調(diào)節(jié)HMGB1與DNA的相互作用,最終促進(jìn)HMGB1結(jié)構(gòu)的破壞[21]。酸性尾巴和其他氨基酸,特別是半胱氨酸殘基對HMGB1寡聚體形成起著重要作用,這些寡聚體可能參與炎癥性疾病的進(jìn)展[22]。

有研究證明HMGB1經(jīng)歷了各種翻譯后修飾(如甲基化)[23],導(dǎo)致其從細(xì)胞核移位到細(xì)胞質(zhì),最終釋放,從而參與疾病的發(fā)生發(fā)展,包括哮喘在內(nèi),但具體機(jī)制尚不明確。

3 HMGB1與IL-17在中性粒細(xì)胞性哮喘發(fā)病中的作用

HMGB1可以通過影響IL-17的表達(dá)來參與不同疾病的發(fā)生發(fā)展,如亞急性帕金森病[24]、血栓閉塞性脈管炎[25]、膿毒癥[26]等。HMGB1在樹突狀細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞等中均有表達(dá)[26],并可通過調(diào)控Th17細(xì)胞分化參與中性粒細(xì)胞性哮喘的發(fā)生發(fā)展。

3.1 HMGB1是中性粒細(xì)胞性哮喘患者的新生物標(biāo)志物

HMGB1通過調(diào)節(jié)IL-17的分泌參與中性粒細(xì)胞性哮喘的發(fā)病成為了研究熱點(diǎn)。使用OVA/LPS誘導(dǎo)復(fù)制的中性粒細(xì)胞哮喘小鼠模型,發(fā)現(xiàn)肺組織中IL-17a、HMGB1等相關(guān)促炎癥因子升高[27];使用LPS/IL-13誘導(dǎo)的細(xì)胞模型中,細(xì)胞中IL-17a、HMGB1等相關(guān)促炎癥因子亦升高。使用鐵下垂抑制劑利普司他汀-1(liproxstatin-1,Lip-1)處理,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞模型中Lip-1能抑制HMGB1的釋放,從而減少IL-17a的表達(dá)水平;哮喘小鼠模型中,HMGB1和IL-17a的表達(dá)水平下降,哮喘炎癥程度改善。

在小鼠致敏前通過氣管內(nèi)給與可溶性RAGE(soluble form of RAGE,sRAGE),sRAGE通過抑制呼吸道CD11c+抗原提呈細(xì)胞中RAGE和IL-23的表達(dá),抑制重組高遷移率蛋白1(recombinant high mobility group box 1,rHMGB1)激活的樹突狀細(xì)胞在體外誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞極化,導(dǎo)致HMGB1表達(dá)降低;出現(xiàn)中性粒細(xì)胞炎癥反應(yīng)和Th17型反應(yīng)均顯著降低,減輕了重度哮喘的嚴(yán)重程度[28]。哮喘患者誘導(dǎo)痰標(biāo)本中的HMGB1與哮喘嚴(yán)重程度呈正相關(guān),重度哮喘患者與輕中度哮喘患者及健康人群相比,支氣管活檢氣道平滑肌中HMGB1的表達(dá)明顯增加[29]。本研究發(fā)現(xiàn),重度哮喘患者誘導(dǎo)痰中中性粒細(xì)胞比例明顯高于正常對照組和輕度哮喘患者,且痰中HMGB1含量明顯高于正常對照組,HMGB1水平與一秒用力呼氣容積和第一秒用力呼氣量占所有呼氣量的比例呈負(fù)相關(guān)[30],表明HMGB1是哮喘中性粒細(xì)胞氣道炎癥的調(diào)節(jié)因子,HMGB1與哮喘的嚴(yán)重程度相關(guān)。

以上研究提示,HMGB1是中性粒細(xì)胞參與重度哮喘氣道炎癥的中介因素,可能是中性粒細(xì)胞性哮喘患者新的生物標(biāo)志物。

3.2 HMGB1通過激活核因子-ΚB途徑影響IL-17的分泌

核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)作為一種轉(zhuǎn)錄因子,可調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡相關(guān)基因、炎癥和免疫反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá),并可誘導(dǎo)T細(xì)胞和B細(xì)胞的分化和活化。NF-κB激活途徑包括經(jīng)典途徑和替代途徑。NF-κB通道能影響IL-17的分泌。用OVA刺激和致敏豚鼠建立變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis,AR)豚鼠模型,發(fā)現(xiàn)在豚鼠AR模型中,經(jīng)黃芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)處理后,豚鼠組織和血清中Treg關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒蛋白P3(forkhead box protein P3,Foxp3)和IL-10水平上調(diào),而IL-17水平下調(diào)[31]。將慢病毒包裝的NF-κB注入豚鼠,使其過表達(dá)NF-κB,發(fā)現(xiàn)NF-κB過表達(dá)可逆轉(zhuǎn)上述結(jié)果,研究認(rèn)為NF-κB過表達(dá)可逆轉(zhuǎn)APS對AR豚鼠Treg/Th17失衡的改善作用。

HMGB1易位到細(xì)胞外,與TLR和RAGE等模式識(shí)別受體結(jié)合,隨之激活NF-κB途徑,并增加促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放。ZHANG等[32]復(fù)制肺缺血再灌注損傷模型,使用鹽酸納美芬進(jìn)行干預(yù),發(fā)現(xiàn)鹽酸納美芬高劑量組和低劑量組肺組織中TLR4、HMGB1、NF-κB的蛋白表達(dá)水平和mRNA表達(dá)水平均明顯低于對照組。提示在肺缺血再灌注損傷中,HMGB1與TLR4結(jié)合,激活NF-κB途徑,進(jìn)而導(dǎo)致各種炎癥因子的表達(dá)水平增加,從而導(dǎo)致?lián)p傷;鹽酸納美芬可通過抑制TLR4及HMGB1的表達(dá)水平,而減少HMGB1與TLR4結(jié)合,減少NF-κB的活化,以減輕肺缺血再灌注損傷。

Yu等[33]認(rèn)為丙酮酸乙酯抑制了AVMC小鼠中HMGB1的表達(dá)和釋放,下調(diào)了RAGE、磷酸化NF-κB p65和磷酸化-IκBα水平,抑制IκBα的降解,減少RAGE的表達(dá),抑制NF-κB的活化,從而降低IL-17的產(chǎn)生和釋放,改善柯薩奇病毒B3誘導(dǎo)的急性病毒性心肌炎。

Byun等[25]研究發(fā)現(xiàn),血栓閉塞性脈管炎患者血漿中HMGB1、RoRγt、RAGE和IL-17的mRNA水平均高于正常對照組。去整合素金屬蛋白酶10(A disintegrin and metalloproteinase 10,ADAM10)是RAGE的分解酶,負(fù)責(zé)RAGE裂解的膜蛋白酶,當(dāng)ADAM10干預(yù)后,抑制血栓閉塞性脈管炎患者NF-κB的磷酸化水平,降低RAGE的表達(dá),減少HMGB1/RAGE結(jié)合,從而抑制Th17細(xì)胞分化成熟,減少Th17細(xì)胞數(shù)量,減少IL-17的分泌,減輕血栓閉塞性脈管炎的內(nèi)皮炎癥。

上述研究提示HMGB1通過NF-κB信號(hào)通路調(diào)節(jié)IL-17的分泌,參與各種疾病的發(fā)生發(fā)展。

4 展 望

綜上所述,非Th2型哮喘以中性粒細(xì)胞性哮喘為主,以中性粒細(xì)胞增多及細(xì)胞因子如IL-17的分泌增加相關(guān)。皮質(zhì)類固醇可以延長中性粒細(xì)胞的存活時(shí)間,并延遲其在哮喘中的清除,可認(rèn)為該類型哮喘應(yīng)用皮質(zhì)類固醇效果不佳。而HMGB1作為中性粒細(xì)胞趨化劑,是哮喘中性粒細(xì)胞氣道炎癥的調(diào)節(jié)因子,減輕了重度哮喘的嚴(yán)重程度。因此,HMGB1可能成為中性粒細(xì)胞性哮喘的生物標(biāo)志物,明確HMGB1與中性粒哮喘的關(guān)系,將有益于這一哮喘亞群的新治療策略的開發(fā),為尋求類固醇抵抗性哮喘的有效治療提供了新思路。另一方面,HMGB1通過NF-κB信號(hào)通路調(diào)節(jié)IL-17的分泌,參與各種疾病的發(fā)生發(fā)展,但在中性粒細(xì)胞性哮喘發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制的研究還尚未有發(fā)現(xiàn)。因此HMGB1與NF-κB信號(hào)通路、IL-17及中性粒細(xì)胞性哮喘之間具體的內(nèi)在關(guān)系仍然需要更深入的探索。今后還應(yīng)繼續(xù)關(guān)注中性粒細(xì)胞性哮喘患者中HMGB1、IL-17的表達(dá)情況,以及HMGB1在NF-κB信號(hào)通路上的研究。