高迁移率族蛋白B1在免疫应答中作用的研究进展

唐一锋(综述)，石 蓓(审校)

(遵义医学院附属医院心内科，贵州 遵义 563003)

高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)是一种DNA结合蛋白，通过与多种转录因子、复制蛋白、甾体受体作用参与DNA重组、修复、基因转录调控，细胞复制和分化成熟等生命活动，HMGB1在细胞外有细胞因子功能，能启动免疫反应，引起细胞炎性效应。HMGB1能够促发细胞的炎性反应，甚至是在没有微生物感染的时候。坏死细胞能够释放HMGB1，其具有控制炎症的作用，在应对微生物和促炎刺激时，免疫系统细胞能够积极分泌HMGB1。该文就HMGB1分子特征及其受体在免疫应答中的作用机制方面予以综述。

1 HMGB1分子特征

HMGB1以相对分子质量为30×103特征，含有丰富的非组蛋白核蛋白质，表达在所有的真核细胞，进化高度保守(哺乳动物中99%一致)[1]。HMGB1的215片段被组织成2个DNA结合域,分别称为一个“HMG盒”和一个带负电的C端(30个氨基酸残基，第186～215位氨基酸)。A盒(78个氨基酸残基，第2～79位氨基酸)和B盒(85个氨基酸残基，第89～163位氨基酸)DNA结合域相似，两者氨基酸同源性只有20%[2]。结构分析显示，重组A盒作为一个特定的拮抗剂，能减弱HMGB1诱导的巨噬细胞分泌促炎性细胞因子[3]。B盒是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。C端是高度重复且富含天冬氨酸和谷氨酸残基，参与调节HMGB1与DNA结合的亲和力，有研究称C端能抑制DNA复制[4]。第150～183位氨基酸序列是HMGB1与晚期糖基化终产物受体(receptor advanced glycation endproducts，RAGE)结合部位[5]。

HMG盒上的a螺旋结构具有非特异亲和力，能与DNA小凹槽结合，形成弯曲的螺旋结构。这种结合方式可使DNA和各种因子交互作用，包括p53、核因子κB、同源蛋白质、重组活化基因1/2蛋白质和类固醇激素受体。胞核HMGB1是必不可少的，实验证明HMGB1敲除小鼠出生后不久就死亡[6]。表型特征包括体积小，皱褶和紊乱的毛皮和缺乏脂肪。

2 HMGB1从胞核释出后成为炎性因子

HMGB1是晚期内毒素中介调节物。研究证明，HMGB1是由脂多糖、肿瘤坏死因子α或白细胞介素1(interleukin，IL-1)刺激单核细胞和巨噬细胞而分泌[4]。在垂体后叶，也可对肿瘤坏死因子α、IL-1的刺激产生应答进而释放HMGB1。在体外，HMGB1表现出延迟的分泌动力学(刺激后18～24 h)。在内毒素模型血清中，脂多糖处理后16～32 h HMGB1增加。此外，中和抗HMGB1抗体可以使其免受脂多糖致伤性调节。这些数据表明，HMGB1有晚期内毒素调节作用[7]。在小鼠盲肠的结扎和穿刺模型结果表明，HMGB1在败血症发病机制中起关键作用[8]。局麻的大鼠行结扎盲肠，随后结扎的盲端行穿孔诱导腹腔内感染(腹膜炎)和败血症。使用抗体或重组A盒抑制内源性HMGB1，即使治疗被推迟到诱导腹膜炎后24 h，治疗仍能改善预后。另外，乙基丙酮酸和尼古丁能抑制巨噬细胞分泌HMGB1，在严重脓毒症实验模型中可以改善存活率[9]。这些研究表明，细胞外HMGB1在调节全身炎性反应中是一个潜在的干预治疗靶点。

3 HMGB1到达外部环境的途径

研究显示，细胞释放HMGB1至胞外发挥促进细胞分化、触发及调节炎症等作用，其释放至胞外主要通过两种机制[4]：①通过受损组织中损伤或坏死细胞而非凋亡细胞被动释放，坏死细胞释放的HMGB1作为危险信号诱导其他细胞发生非生理性死亡；②包括巨噬细胞和中性粒细胞在内的炎性细胞主动分泌，在这一主动分泌过程中，HMGB1首先经乙酰化并由核内转移至溶酶体内，继而在腺苷三磷酸和溶血磷脂胆碱两种分泌信号作用下转移至细胞外。

HMGB1蛋白结构缺少缩氨酰引导肽，且不能穿出内质网和高尔基体，但仍可释放到细胞质，甚至细胞外。机械损伤和坏死的细胞可以将其核内的HMGB1释放至细胞外[10]。由炎性细胞主动分泌的HMGB1是高度乙酰化，而坏死细胞被动释放的HMGB1则没有。急性炎症损伤反应后至关重要的是杀死微生物，清除死亡细胞、释放生长因子和细胞因子。这需要不同细胞类型协调修复受损组织，同时激活保护性免疫反应。坏死细胞释放HMGB1后通过死亡细胞去标记组织损伤，启动修复应答。氧化应激(过氧化氢刺激)也可刺激单核细胞和巨噬细胞主动和被动释放HMGB1[11]。此外，一氧化氮能促进脂多糖诱导的RAW264.7细胞释放HMGB1。

HMGB1在活细胞中迅速和染色质结合与解离，并不断在胞核与胞质间作用。随着炎性刺激，HMGB1由核迁移至胞质[12]。这是HMGB1的赖氨酸残基乙酰化结果。HMGB1缺乏分泌信号序列，并不是经由内质网和高尔基体路径。反而是在释放至胞外前形成分泌溶酶体，造血细胞中存在一个特定溶酶体体系[13]。一旦释放，HMGB1激活单核细胞分泌细胞因子，包括肿瘤坏死因子α和IL-1[14]。对比经典的促炎刺激，如脂多糖、HMGB1能诱发肿瘤坏死因子α延迟和双相释放[14]。所以，HMGB1在应答中是巨噬细胞分泌的促炎刺激物。HMGB1生物活性改变可能取决于其翻译后的变化。

4 HMGB1受体

125I-HMGB1配体结合分析显示，RAGE与HMGB1具有高亲和力，是HMGB1的主要受体。膜结合HMGB1以高亲和力绑定在RAGE受体上，并且增加RAGE在神经母细胞瘤细胞上的表达[15]。RAGE是Ig超家族成员，由单核细胞和巨噬细胞、树突状细胞(dendritic cell，DC)、内皮细胞和血管平滑肌细胞表达。它与慢性退行性疾病和癌症的发病机制相关[16]。在巨噬细胞和内皮细胞上，阻滞RAGE能抑制HMGB1的促炎作用[17]。盲肠穿孔引起的败血症模型中，应用抗RAGE抗体发现HMGB1表达下调。使用抗RAGE抗体仅能部分抑制HMGB1的炎性反应。RAGE与配体结合后主要通过激活核因子κB信号通路和丝裂原活化蛋白激酶通路，鼠胶质瘤细胞膜上的RAGE与HMGB1结合后可活化p21ras、甲基乙基酮、丝裂原活化蛋白激酶和核因子κB[18]。

Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)2和TLR4，通过巨噬细胞表达[18]。TLR2和TLR4的负显性突变体转染小鼠巨噬细胞后HMGB1的活性降低；中性粒细胞及巨噬细胞中HMGB1与TLR2和TLR4受体结合活化MyD88依赖性核因子κB信号通路，从而促进炎性反应。HMGB1同多种TLR相互作用使其成为在固有免疫中一个重要蛋白分子。

5 HMGB1诱导树突状细胞成熟和发挥其功能

DCs识别病原体和使其成熟的过程，使他们能够迁移到二级淋巴器官和抗原特异性T细胞。在体内的细胞死亡时，濒死的细胞释放内源性因子，如单钠尿酸盐和热激蛋白，能够通过激活的DCs增强免疫原性[19]。胞外的HMGB1促炎作用和胞内大量的HMGB1表明，它可能参与DCs预警旁邻细胞的死亡，也可能参与免疫反应启动和维持。在体外实验中，使用坏死细胞上清，通过诱导抗体阻滞HMGB1或重组A盒能减缓DCs成熟，HMGB1敲除细胞的上清液不会诱导DC成熟[20]。在体外实验中，重组HMGB1激活人类单核细胞来源的DCs[21]。重组HMGB1能诱导树突状细胞表型成熟，表明DCs将内源性核HMGB1加入到自身成熟的过程，在旁分泌及自分泌循环中加强免疫应答。

6 小 结

HMGB1作为细胞核内的结构蛋白，参与核小体的构建及维持，同时在DNA重组、复制及基因转录过程中发挥重要作用。胞外HMGB1作为信号分子同细胞表面不同受体结合，激活多条信号转导通路，执行多种生物学功能，如诱导炎性反应、细胞迁移、组织修复、启动适应性免疫应答等。然而，对于调节HMGB1释放的准确机制，其他细胞表面受体和下游信号转导途径，HMGB1促炎活性的生理调控机制，这些仍是未决问题。HMGB1是如何帮助机体的免疫系统识别自身抗原和外来抗原，如何平衡HMGB1对机体的炎性作用和激活免疫应答反应仍需要进一步研究。

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