HMGB1在呼吸系统疾病中的研究进展

陈炎堂（综述），曾 勉，黄炎明（审校）

（1.江门市中心医院重症医学科，广东 江门 529030;2.中山大学附属第一医院MICU，广州 510080;3.江门市中心医院呼吸科，广东 江门 529030）

高迁移率族蛋白B1（high mobility group box-1，HMGB1）于20世纪70年代在胸腺中与染色体DNA一起纯化而被发现，因其相对分子质量小，在聚丙稀酰胺凝胶电泳中的高迁移性而被命名［1］。HMGB1最初定义为转录因子样蛋白，现时也被认为是细胞因子样分子［2，3］。HMG蛋白是与孤立染色质结合的非组蛋白，结构上分为HMGB家族、HMGN家族和HMGA家族，其成员包含独一无二的“AT钩状”区域［4］。HMGB1需与胞膜受体结合才能发挥其生物学效应［5］。HMGB在维持核小体稳定及 DNA重组、复制、修复及基因转录中发挥着重要作用。此外，它在感染、炎症及免疫反应中也发挥重要的作用［6］。HMGB1 的致炎细胞因子作用是炎症损伤的研究热点之一。

1 HMGB1与肺纤维化

1.1 HMGB1在肺纤维化中的表达 肺泡灌洗液中，特发性肺纤维化及过敏性肺炎患者的HMGB1的浓度较正常人HMGB1要高。通过免疫组化方法检测特发性肺纤维化及非特异性间质性肺炎患者肺部组织HMGB1的表达。结果提示，在正常人的肺组织中，除了部分肺泡巨噬细胞，其他细胞没被检测出HMGB1，但在特发性肺纤维化及过敏性肺炎患者受损的渗透性炎性细胞、肺泡巨噬细胞、上皮细胞的细胞核中，HMGB1的表达明显增多，部分细胞中出现胞质染色阳性［2］。

在小鼠模型中，注射博来霉素诱发小鼠肺纤维化（急性肺纤维化引发的肺损伤），在注射博来霉素的1 d后，小鼠气管上皮表达的HMGB1开始上调;至第5 d，小鼠的肺泡上皮细胞、气管上皮细胞、炎性细胞的胞质及细胞核都出现了阳性信号（检测出HMGB1）;至第7～14 d，气管上皮细胞的阳性染色下降，但肺泡上皮细胞及炎性细胞的阳性染色上升，并在7～14 d，阳性细胞及纤维损害的阳性染色最为突出［2］。在小鼠关节炎模型、风湿性关节炎、炎症滑膜细胞与软骨细胞的单核细胞核及胞质中也有类似发现。

1.2 HMGB1可能与成纤维细胞的增殖相关 尽管HMGB1在肺纤维化中的准确作用需要进一步证实，但已有研究探讨两者之间的关系。平滑肌细胞的再生是肺纤维化的特征之一。Palumbo等［7］的研究认为，细胞外HMGB1及其受体晚期糖基化终末产品受体导致血管相关性干细胞的迁移及增殖，因此可能在肌肉组织的再生中起一定作用。另外，血管生成被认为与小鼠博来霉素所致肺纤维化的病理过程相关。HMGB1被认为可激活巨噬细胞从而产生血管再生因子，如血管内皮生长因子、肿瘤坏死因子 α及白细胞介素（interleukin，IL）8等。Schlueter等［8］的研究认为，在体外研究中，外源性HMGB1能引导内皮细胞的迁移及长出，而且存在剂量依赖性。此外，研究还发现，尽管HMGB1对细胞凋亡或胶原合成没有影响，但能刺激人类成纤维细胞的增殖。

1.3 阻断HMGB1的功能可能减轻肺纤维化的严重程度 抗HMGB1抗体或者丙酮酸乙酯能保护小鼠产生博来霉素导致的肺部纤维化，其主要机制可能是通过减轻炎症、细胞凋亡及纤维化来实现的。因此，认为阻断HMGB1的功能可能有效对抗肺纤维化。

2 HMGB1与急性肺损伤

近年来，HMGB1已被证明是急性肺损伤的重要介质，它的作用主要是由中性粒细胞引发的，能被α趋化因子受体阻滞剂所降低［9］。中性粒细胞黏附于内皮细胞、上皮细胞或者间质性基质，能引发蛋白水解氧化酶、活性氧化物及活性氮化物的失控释放，导致组织损伤及释放出生长因子、趋化因子及其他细胞因子，加强炎性反应［10，11］。急性肺损伤的最早期表现是微血管中中性粒细胞的积聚，但是单纯的中性粒细胞积聚并不足以引起严重的肺组织损伤，引起组织损伤要激活中性粒细胞。急性肺损伤患者肺多形核中性粒细胞的数量相比正常人明显增多，可占肺泡灌洗（bronchoalvelar lavage，BAL）中总细胞数80%或以上，而正常人中只有2%～3%［12］。聚集在肺部的中性粒细胞与肺泡-毛细血管膜的严重损伤相关，会导致肺泡水肿，从而阻断正常的气体交换，导致严重的低氧血症。研究证明，中性粒细胞的作用与α趋化因子相关［13］，而α趋化因子受体阻滞剂能有效阻断α趋化因子受体1和受体2，因此能抑制小鼠的急性肺损伤［14，15］。

有研究以盲肠结扎及穿刺穿孔诱发腹膜炎，最终发展为脓毒症的小鼠为研究对象，结果显示，小鼠的肺组织可检测出HMGB1，在肺部注入重组小鼠HMGB1（rHMGB1）18 h后行BAL，BAL中白细胞积聚与rHMGB1成剂量依赖性，适量的rHMGB1（少至0.5 μg）可使 BAL 中的白细胞有 8～10 倍的增加［9］;而当中性粒细胞的比例上升至（72.6±14.9）%［以注入生理盐水的小鼠为对照组，其BAL中的中性粒细胞比例只为（2.3±1.3）%］时，研究者认为，0.5 μg rHMGB1引起的中性粒细胞的增加与 5 μg 脂多糖引起的效果相当［9］。如果在注射前用胰蛋白酶消化了rHMGB1，那么rHMGB1聚集炎性细胞的能力就消失了，证明HMGB1可以单独作为肺部炎症及损伤的重要因素。

3 HMGB1与慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）的异常是呼吸道及肺实质的持续炎症及重塑的反应，反映了无序的、主要针对炎症所致的慢性损害的组织修复。COPD患者及动物模型的研究提出，在其急性及慢性炎症过程中，针对HMGB1的治疗可能会是一种策略。

3.1 COPD患者的HMGB1 有研究针对从不吸烟、吸烟的COPD者及吸烟的非COPD者进行研究，调查研究者近端和远端呼吸道的HMGB1及晚期糖基化终末产品受体的表达，以探讨HMGB1与COPD的相关关系，调查结果显示，吸烟的 COPD者 BAL中HMGB1水平为 0.0439～0.0775 ng/L，比从不吸烟COPD患者及吸烟的非COPD患者的水平要高［6］。气管活检的结果表示，从不吸烟者的气管黏膜细胞的HMGB1阳性细胞数量少，吸烟者的COPD者或非COPD患者的HMGB1阳性细胞数量较多;而在上皮细胞中也有类似的结论。吸烟的COPD者相对于不吸烟者或吸烟的非COPD者，肺段组织内肺泡巨噬细胞的数目为最多（138.3/mm2），这可能导致BAL中HMGB1的升高［6］。在吸烟的COPD者及非COPD者中发现了肿瘤坏死因子-IL-1β-HMGB1复合物。

3.2 HMGB1与肺功能指标的关系 BAL中HMGB1的浓度与患者的某些肺功能指标有相关关系，有研究显示，COPD患者BAL中HMGB1的量与使用支气管扩张剂前后第一秒用力呼气量和弥散功能相关［16］。吸烟的 COPD者或非 COPD者，及单纯的COPD者BAL中HMGB1水平与气流阻塞程度相关，而气流阻塞程度及弥散功能至少部分反映了疾病的严重程度。

3.3 HMGB1的作用机制 针对动脉损伤的血管平滑肌细胞的研究显示，晚期糖基化终末产品受体的激活参与了细胞的迁移与增殖，及细胞因子及氧基的产生，对动脉粥样硬化形成及血管堵塞有影响［17］。与此相似，COPD患者的HMGB1与晚期糖基化终末产品受体的结合参与呼吸道平滑肌的增厚及功能异常。

IL-1β在COPD患者中增高，与炎症程度相关，而且以往的研究已证明IL-1β与炎症、纤维化及该病的肺气肿成分相关［18］。吸烟的COPD和非COPD者的BAL上清液及休眠的肺泡巨噬细胞中检测出HMGB1-IL-1β复合物，但在从不吸烟者中没有发现。以往的研究证实，HMGB1可能与IL-1β作用介导的肿瘤坏死因子α合成，局部分泌的HMGB1与白细胞介素1β形成复合物可能增强并延长COPD患者的呼吸道炎症及重塑反应，而IL-1RA阻止了HMGB1-IL-1β复合物的协同作用。

4 HMGB1与肺炎

有学者对377例2个月至16岁的肺炎或脑膜炎患儿进行研究，比较了5种检测指标，包括降钙素原、C反应蛋白、髓系细胞触发受体、CD163、HMGB1对诊断及预后的作用，结果发现，HMGB1并不是最佳的协助诊断及推测预后的指标，而以降钙素原为最佳［19］。国内也有研究认为，在汉族患儿的细菌性肺炎或病毒性肺炎的诊断中，HMGB1浓度协助诊断的准确性不及白细胞计数，但是，在所涉及的13种因子中，HMGB1是区分合并感染（细菌性及病毒性）与单一感染（细菌性或病毒性）的最佳指标，当HMGB1表达＜1.0256时，可以排除大部分的合并感染（阴性预测值 ＞ 89.7%）［20］。另外，也有研究表明，细菌性肺炎合并流感病毒感染的患者中，其血浆HMGB1浓度比中度细菌性肺炎患者的高，而且HMGB1的浓度与白细胞计数相关，提示了HMGB1参与了该疾病的病理过程［21］。

5 结语

HMGB1是一种重要的晚期炎性介质，与呼吸系统疾病的发展密切相关。它与多种炎性介质相互作用，参与疾病的病理过程，能放大炎性反应，造成组织损伤。因此，其浓度水平与疾病的严重程度相关。此外，HMGB1还能协助临床诊断，并与疾病的预后相关。其作用机制为诊断及治疗提供了新的思路，相对来说，其与肺炎（尤其是重症肺炎）的研究还需要进一步探讨。

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