高迁移率族蛋白B1：自身免疫性疾病重要炎性分子

潘舒月，青玉凤，周京国

(川北医学院附属医院风湿免疫科，四川南充 637000)

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

高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)是一种核内非组蛋白，其生物活性随着所处位置和环境的变化而变化，并受转录后修饰的影响。HMGB1在体内可随着细胞的激活、损伤及死亡等转移到细胞外。其可单独作为炎性因子参与炎性反应，也可与其他细胞因子结合后形成免疫复合体，成为一种炎性反应警报素刺激免疫系统[1]。本文就HMGB1的生物学功能及其在自身免疫性疾病中的作用和研究进展作一综述。

概　　述

分子和细胞生物学

高迁移率族蛋白包括3个家族，即高迁移率族蛋白A、高迁移率族蛋白B及高迁移率族蛋白N[2]。HMGB家族含HMGB1、HMGB2、HMGB3 3个成员[3]。其中，HMGB1是唯一可释放至胞外并具有细胞因子活性的分子。HMGB1存在于一切真核生物中，其序列高度保守，主要位于大多数细胞的胞核和胞浆中。人HMGB1基因位于染色体13q12，经转录翻译后，进行糖基化、甲基化、酰基化和磷酸化等修饰，非特异性结合于DNA分子双螺旋小沟内，参与DNA组成，有利于DNA结合蛋白正确装配到其在染色体内的结合位点参与调节转录[4]。HMGB1含有215个氨基酸，由2个DNA结合区域即A框和B框及一个C尾端(又称酸性尾端, acidic tail)共同组成。A框和B框与DNA都有很高的亲和力，B框是引起炎性反应的功能结构域，而A框对B框的功能具有一定的拮抗作用。

在体内，HMGB1的位置并不固定，其在以下情况可转移至细胞质和细胞外：(1)刺激巨噬细胞、单核细胞等导致的免疫激活；(2)细胞坏死；(3)细胞凋亡；(4)组织缺氧和缺血再灌注。HMGB1的转移机制各不相同[5-7]，通过诱导刺激，细胞内HMGB1的理化性质发生改变，其重要的赖氨酸残基发生乙酰化改变HMGB1的核定位及核转移，使其释放和分泌到细胞质和细胞外；在细胞坏死过程中，HMGB1随着细胞渗透功能丧失被释放出来。细胞凋亡初期HMGB1的细胞核功能仍然保留着，而在细胞凋亡晚期(继发性坏死)，细胞渗透的改变和大量的核小体衰败将导致HMGB1转移到细胞外。

炎性信号传导机制

HMGB1结合糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)、Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)2、TLR4及TLR9等不同受体后发生转录后修饰，包括乙酰化、磷酸化、甲基化和半胱氨酸残基的氧化还原等，从而影响受体相互作用和下游信号传导[8-10]。在内毒素、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)等刺激下，HMGB1可促进炎性细胞活化，刺激其产生和分泌促炎因子，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细胞，增强其迁移力和黏附性[12]；HMGB1可刺激单核细胞，增加其黏附作用，从而分泌更多的细胞因子和促炎介质[13]；HMGB1免疫激活后可诱导树突状细胞成熟，增加其表面标志的表达及炎性细胞因子的分泌[14]；HMGB1还可通过形成免疫复合体促进产生炎性反应，这些免疫复合体中包含IL-1、内毒素及DNA分子等，且这种免疫复合体形成后可以增强促进炎性反应的能力，比上述免疫复合体单独的促炎效应强100倍[15]。

RAGE是HMGB1较为重要、也是第一个被论述的受体。RAGE仅低表达于正常的血管平滑肌细胞、神经元细胞和单核巨噬细胞细胞膜上，而在其配体聚集部位高表达。HMGB1与RAGE具有很高的亲合力，两者结合后可激活NF-κB，诱导趋化因子和细胞因子产生，参与树突状细胞、T细胞等免疫细胞的成熟、迁移及其表面受体的表达[16]。Toll样受体(TLR2、TLR4等)也是HMGB1的受体，HMGB1通过改变氧化还原状态与TLR4结合而激活细胞，这可能是导致坏死细胞和凋亡细胞免疫激活差异的原因[9-10,17]。细胞坏死后释放的HMGB1，其C106的半胱氨酸处于还原状态，可启动炎性反应；细胞凋亡初期释放HMGB1的C106位置处于氧化状态，无法激活TLR4，从而无法启动炎性反应[18-19]。

总之，HMGB1可以作为一种警报素来预警细胞炎性反应，其在炎性反应信号传导中占据着较为重要的位置。

HMGB1与自身免疫性疾病

HMGB1与类风湿关节炎

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis, RA)是炎性关节炎较常见的一种，HMGB1在RA患者血液和滑液的异常高表达支持了其在RA发病机制中的作用。HMGB1在关节炎中参与缺氧和炎性反应环节[20]。近期研究发现，HMGB1在体外单独作用于纤维样滑膜细胞(fibroblast-like synoviocytes)时，无或仅有少量促炎因子活性；而HMGB1与IL-1β、脂多糖(lipopolysaccharides, LPS)组成的复合物具有明显的促炎因子活性，可显著增加纤维样滑膜细胞IL-6、IL-8及基质金属蛋白酶3(matrix metalloproteinases-3, MMP-3)的释放；LPS通过TLR4可激活RA滑膜成纤维细胞，HMGB1可能通过与滑膜成纤维细胞表面结合，协同参与LPS的刺激作用；且HMGB1通过激活类风湿关节炎滑膜成纤维细胞参与自身免疫反应，进而参与维持RA慢性炎性反应的过程，并导致关节组织侵蚀破坏[21]。RA患者中HMGB1及外周血单核细胞表面TLR2、TLR4的表达增高与RA病情发生发展有关；HMGB1TLR通路可能是RA发病中炎性反应信号的重要启动因素。

HMGB1与系统性红斑狼疮

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus, SLE)患者血液中HMGB1水平增加，并参与疾病活动。SLE动物模型研究表明，活化淋巴细胞来源DNA (activated lymphocyte-derived DNA，ALD-DNA)可刺激巨噬细胞分泌HMGB1，两者结合后形成炎性复合物并通过RAGE信号通路启动免疫应答；HMGB1高表达组小鼠经ALD-DNA免疫刺激后，其血清HMGB1水平、抗双链DNA抗体和尿蛋白水平均明显上调，肾脏病理改变更为严重；而胞外HMGB1阻断剂可显著下调ALD-DNA免疫小鼠诱导的抗双链DNA抗体和尿蛋白水平，未观察到明显肾脏病理改变[22]。

血清HMGB1和外周血单核细胞表面TLR2、TLR4均参与了SLE的病理过程，三者表达水平增高与SLE起病及病情发展有关。在SLE中，HMGB1-DNA免疫复合物的的重要性已被证实，且研究表明该免疫复合物的产生依赖于TLR[23]。SLE患者体内可以表达抗HMGB1抗体，而这些抗体可以绑定到多种HMGB1的分子表位上，尽管这些抗体并不是狼疮的特异性抗体，但这些抗体的水平可能与疾病的活动性有关[24-25]。

HMGB1与肌炎

肌炎(myositis)患者病理检查显示，其细胞质和细胞外HMGB1高表达，并可见浸润的炎性细胞和内皮细胞；细胞质中HMGB1的表达可以促进肌纤维上主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ类分子的表达上调[26]。健康老鼠骨骼肌纤维经γ-干扰素刺激后可诱发细胞质HMGB1的表达；体外实验证实HMGB1可刺激MHCⅠ类分子表达上调，从而导致肌纤维在强直刺激和肌肉疲劳的情况下钙释放减少[27]。然而，也有研究表明，在缺血后再生的肌纤维细胞中，HMGB1也有表达；肌注HMGB1还可促进血管生成和肌肉生成[28]。

综上所述，HMGB1在肌炎中可能存在双重身份。在疾病早期，HMGB1能促进炎性反应的发展，上调MHCⅠ类分子表达导致肌肉疲劳；随着病情发展，也可能保护组织并促进组织再生。

HMGB1与干燥综合征

干燥综合征(Sjogren’s syndrome, SS)是一种以侵犯泪腺及唾液腺等外分泌腺为主的慢性自身免疫性疾病。Ek等[29]将研究对象分为SS组、Sicca 组(临床上具有明显口干和眼角结膜炎的症状却不符合SS的诊断标准)和健康对照组。试验发现，只在SS组患者的单核细胞中能检测到大量分泌在细胞外的HMGB1，其他两组则无。同时在分泌性HMGB1高聚集的部位，也发现大量TNF和IL-1的存在，提示HMGB1可能与TNF和IL-1等细胞因子形成炎性反应体系参与SS的发病。

综上所述，HMGB1在SS患者唾液腺细胞中高表达说明HMGB1参与疾病炎性反应过程，且可能与TNF和IL-1β组成免疫炎性回路，促进SS患者腺体的慢性炎性反应。

小　　结

HMGB1是重要的炎性介质，在炎性反应后期尤为重要。研究表明，HMGB1的释放机制决定其在细胞外的氧化还原状态，细胞外HMGB1的状态也影响其在体内的生物活性。HMGB1在胞外复杂多变的翻译后修饰作用将会影响机体炎性反应和组织修复，以及机体内HMGB1的生物活性。

近年来，有学者提出将HMGB1阻滞作为一种治疗方法应用于临床患者，这种特异地抑制HMGB1的释放和活性的治疗有望用于抗炎、尤其晚期炎性反应，以及免疫调节的方案中。在今后研究中，应进一步阐明HMGB1的免疫活性及其在炎性反应中的作用机制，以调整HMGB1在自身免疫性及其他炎性疾病中的活动。

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

[2]龚非力. HMGB1——一种重要的警报素[J]. 现代免疫学, 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 Lundbäk, 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] 贺琤雯,沈茜. HMGB1与LPS协同激活类风湿性关节炎滑膜成纤维细胞产生基质金属蛋白酶的分子机制[D].上海：第二军医大学, 2011.

[22] 虞珊珊,熊思东.HMGB1在ALD-DNA诱导巨噬细胞活化及SLE发病中的作用[D].上海：复旦大学, 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.