高迁移族率蛋白B1活化肝星状细胞在肝纤维化中的作用

田小星 孙 航

(重庆医科大学附属二院病毒性肝炎所，重庆 400010)

肝星状细胞(HSCs)是导致肝纤维化的主要效应细胞，HSCs的活化启动、增殖、合成细胞外基质(ECM)是肝纤维化发生发展的中心环节〔1〕。HSCs激活和增殖受到多种细胞因子网络调控。在众多的细胞因子中，高迁移族率蛋白(HMG)B1在胞外作为损伤相关分子模式(DAMPs)成员之一具有强大的致炎细胞因子活性〔2〕。一方面，HMGB1作为晚期炎症介质成为慢性炎症持续存在维持HSCs持久化激活的基础；另一方面，细胞外的HMGB1通过多种信号通路，放大炎症效应造成炎症反应失控迁延〔3，4〕，参与肝纤维化的发生、发展。本文对HMGB1通过HSCs引起肝纤维化的研究进行综述。

1 HMGB1理化及生物学性质

HMGB1属于HMG家族成员之一，是一类核蛋白，约30 kD，因其分子质量小，在聚丙烯酰胺凝胶电泳时速度快而得名。HMGB1广泛分布于淋巴组织、脑、肝、肺、心、脾、肾等组织细胞中，在肝、脑组织中主要存在于胞质，而在大多数组织中存在于胞核，进化上高度保守。人类HMGB1基因位于13q12染色体上，包括4个内含子及5个外显子，基因序列中包含TATA盒启动子及数个转录因子结合位点。人HMGB1含有215个氨基酸，含有2个功能同源的L型结构域，即A box(9～85氨基酸)、B box(88～162氨基酸)及一个高酸性的重复C末端(186～215氨基酸)构成。其中B box是HMGB1诱导细胞因子产生的部分，活性区位于前20个氨基酸残基，而A box对B box有一定的拮抗作用。HMGB1在细胞内外功能各异，胞内作为“DNA伴侣”，参与了稳定染色质结构、细胞分化成熟、DNA修复及重组、类固醇激素调控及基因转录调控等重大生命活动。HMGB1还出现在胞质，作为细胞因子样分子行驶功能。HMGB1除由激活的巨噬细胞、成熟的树突细胞组(mDC)及自然杀伤(NK)细胞主动分泌外，还可由坏死细胞被动释放至细胞外，招募炎症细胞，促使产生炎症细胞因子如肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-6等，激活内皮细胞，在启动、促进炎症反应中起着重要作用〔5〕。坏死细胞由于HMGB1与染色体解离游离释放到细胞外，但在程序性细胞死亡即凋亡过程中，染色体不发生乙酰化，HMGB1不与染色体分离，从而HMGB1不释放到细胞外。早期研究认为HMGB1缺少信号肽，不能像传统的细胞因子通过高尔基体及内质网，而是以一种非典型的囊泡方式释放，但目前研究表明，HMGB1通过经典型蛋白激酶C途径发生磷酸化以钙依赖机制分泌到胞外〔6〕。

2 HSCs与肝纤维化

HSCs是一种肝脏的非实质细胞，占肝细胞总量的5%～10%，主要分布于Disse间隙内，其正常生理功能与脂肪存储及维生素A代谢有关，增殖活性和合成胶原能力低，不表达α-平滑肌动蛋白(α-SMA)。持续的炎症反应通过激活机体固有免疫系统，导致细胞免疫反应异常，引起机体持续释放大量炎性细胞因子〔TNF-α、转化生长因子(TGF)-β、IL-6、IL-1、血小板衍生生长因子(PDGF)等〕，一方面造成肝细胞持续性损伤，损伤的肝细胞进一步释放炎症性细胞因子和可溶性介质；另一方面激活各种致纤维化通路〔TGF-131、人结缔组织生长因子(CTGF)、有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)等〕活化HSCs，活化的HSCs增殖，转变为表达α-SMA的肌成纤维细胞(MBF)，大量合成Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原、金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)，使ECM合成增多，降解减少，最终导致ECM积聚而发生肝纤维化乃至肝硬化〔7〕。因此，HSCs的激活、增殖并大量产生ECM是肝纤维化发生发展的中心环节，而HSCs激活过程包括早期启动激活和后期的“持久化”激活，并且激活的“持久化”是维持HSCs处于激活状态并增殖、持续产生ECM引起肝纤维化和肝硬化的必要条件。

3 HMGB1介导持续炎症反应维持HSCs持久激活

细胞因子在HSCs的激活、增殖和产生ECM中起着十分关键的作用，其中HMGB1作为晚期炎症介质，因其出现晚、持续时间长的特点，具有维持和放大炎症反应的作用，成为肝纤维化中HSCs激活“持久化”的基础，并与脓毒症、关节炎、肝炎等发病关系密切。在受试小鼠腹腔注射LPS后8 h，可检出血清HMGB1于16～32 h到达并维持峰值浓度〔8〕，此时TNF峰已过，表明HMGB1作为晚期炎症介质参与炎症反应并且持续时间较长，成为“持久化”的基础。采集外周血单核细胞，用重组HMGB1(rHMGB1)刺激，可显著释放TNF、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、分子印迹聚合物(MIP)-1α、MIP-1β；且HMGB1与LPS相比，HMGB1诱导TNF合成具有延迟及双向性，即HMGB1刺激后，TNF释放在3 h出现一高峰后，又在8～10 h出现另一更高峰，而单独予LPS刺激TNF释放仅在1 h产生高峰；予小鼠亚致死量rHMGB1于6 h内可引起血清中TNF-α的释放。表明HMGB1刺激可促进炎细胞活化及促炎细胞因子的产生和分泌〔9，10〕，维持放大炎症反应，持续活化HSCs；同时HMGB1可通过上调血管内皮细胞表面细胞间黏附分子(ICAM)-1和血管细胞黏附分子(VCAM)-1的表达，增加黏附作用并刺激血管内皮细胞释放TNF-α、IL-8和MCP-1增强局部炎症环境，持续活化HSCs。HMGB1还通过与其他促炎因子正反馈效应在炎症后期对炎症反应起维持作用，激活T淋巴细胞通过死亡配体和受体相互结合诱导肝细胞凋亡，淋巴细胞进一步激活巨噬细胞，导致多种炎症细胞因子释放，产生细胞死亡级联反应，介导肝损伤〔11〕，使得炎症反应持续并活化HSCs。此外，Mouri等〔12〕研究报道，胞内HMGB1协同单核-巨噬细胞所特有的Ets转录因子家族成员之-PU.1，反式作用于人类IL-1β基因的启动子，在胞内通过活化IL-1β转录放大炎症反应，持续活化HSCs。

4 HMGB1活化HSCs的可能分子机制

HMGB1可能是肝纤维化中HSCs持续活化的关键细胞因子，但其活化HSCs的机制尚未阐明。细胞外HMGB1通过与相应的细胞膜受体如晚期糖基化受体(RAGE )和Toll样受体(TLRs)结合，由胞内信号传导而发挥生物学效应。HSCs表面可表达TLR2、TLR4，有学者报道慢性肝炎患者中HMGB1 mRNA 水平显著高于正常人〔13〕，韩红莉等〔14〕研究显示肝纤维化模型中HMGB1在纤维间隔区域，变性坏死区及炎细胞聚集区有阳性表达，提示HMGB1是肝纤维化发生发展的直接或间接关键因子。因此推测HMGB1与HSCs表面的TLR2、TLR4结合后，激活细胞内的NF-κB和MAPK信号传导通路，活化HSCs的主要途径为以下2条：①NF-κB信号通路：HMGB1与HSCs表面的TLR2、TLR4受体结合，可激活MyD88-IRAKs-TRAF6-NF-κB 这一信号通路，最终使得磷酸化；②MAPK信号通路：HMGB1与HSCs表面的TLR2、 TLR4受体结合，可以激活MAPK家族中三种重要的信号通路亚类，p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)、胞外信号调节激酶1和2(ERK1/2)、c-Jun氨基末端激酶(JNKs)〔15〕。MAPK信号通路的激活，最终导致激活蛋白(AP)-1活化。NF-κB和AP-1活化后转位进入细胞核，调控纤维化相关基因转录，从而活化HSCs，促进HSCs增殖，合成大量的ECM，并使基质金属蛋白酶(MMPs)合成减少，TIMP-1、TIMP-2合成增加，导致ECM降解下降，最终导致ECM积聚而发生肝纤维化乃至肝硬化〔16，17〕。此外，TGF-β是肝纤维化中重要的细胞因子之一，在肝纤维化中的主要作用是促进ECM的合成及降解，也有间接促进HSCs的增殖作用，TGF-β还抑制MMPs及TIMPs等的生成使ECM降解减少。同时TGF-β构成活化HSCs的自分泌循环。HMGB1与TRL4结合后，促进HSCs增殖并自分泌TGF-β，分泌的TGF-β又可上调HMGB1表达，形成HMGB1与HSCs自分泌TGF-β相互作用，加重肝纤维化发生发展〔18〕。

5 总结与展望

长期以来，肝纤维化被认为是慢性炎症的结果，众多细胞因子形成了一个促纤维化的微环境，促进一系列基因的转录，使HSCs激活并持续活化，导致ECM在组织器官生成和大量沉积导致肝纤维化发生发展乃至成为肝硬化。众多细胞因子中，HMGB1在细胞因子网络中具有核心作用，一方面作为早期启动因子从坏死细胞中被动释放，还可作为晚期炎症介质从巨噬细胞主动释放维持慢性炎症反应持续活化HSCs；另一方面细胞外的HMGB1与其配体晚期糖基化终产物受体(RAGE)和Toll样受体结合，激活细胞内信号转导通路，活化NF-κB和MAPK通路，进一步促进各种炎性细胞因子的释放，放大炎症效应；而被诱生的炎性细胞因子反过来又促进HMGB1产生与释放，形成正反馈协同效应，造成炎症反应失控迁延，持续活化HSCs，促进肝纤维化发生发展。

由于HMGB1具有炎性介质和致炎细胞因子的特殊动力学特点，拮抗HMGB1在治疗脓毒症、重症急性胰腺炎等急慢性炎性疾病中成为热点〔19，20〕，但尚无报道其用于抗肝纤维化治疗。探讨HMGB1引起HSCs持续活化逐渐受到重视，有望成为抗纤维化治疗的靶点。但HMGB1不同受体及信号转导途径的区别及其相关机制，HMGB1拮抗剂的安全性及实用性有待进一步探索。

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