HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信号通路与脓毒症关系的研究进展

周霞，凌斌，孙洁，修光辉，朱义超，熊伟

(昆明医科大学第四附属医院，昆明650021)



·综述·

HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信号通路与脓毒症关系的研究进展

周霞，凌斌，孙洁，修光辉，朱义超，熊伟

(昆明医科大学第四附属医院，昆明650021)

高迁移率族蛋白B1(HMGB1)作为晚期炎症因子可促进早期炎症因子释放，不断触发并维持下游炎症反应，其受体主要有晚期糖基化终产物受体和Toll样受体，受体活化后可激活各种信号通路，并激活NF-κB信号转导通路枢纽，进而上调各种炎症因子，促进炎症级联反应，进一步促进脓毒血症发展。本文对HMGB1介导的信号通路HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB与脓毒症关系的研究进展作一综述。

脓毒症；高迁移率族蛋白B1；高迁移率族蛋白B1-晚期糖基化终产物受体/Toll样受体-核转录因子κB信号通路；炎症调控

脓毒症的发生与炎症介质的不可控释放、免疫功能障碍有关[1]。脓毒症的最新定义为感染引起的宿主反应失调所导致的致命性器官功能障碍[2]。由于感染的病原体毒素释放，激活机体免疫系统，多种炎症因子序贯性激活，导致机体细胞、组织器官、免疫系统发生不可逆性损害[3]。一旦机体对炎症调节失衡，将导致组织器官损伤，诱发全身各系统、多脏器的广泛损伤及功能障碍[4]。临床采用生物反应调节剂抑制早期炎症并未取得明显效果[5]。高迁移率族蛋白B1(HMGB1)作为脓毒症下游炎症反应中重要的晚期炎症因子，在脓毒症的发生、发展过程中起关键作用，有望成为新的治疗靶点。在小鼠脓毒症模型实验中，应用HMGBl抗体或特异性拮抗剂可有效提高小鼠的存活率，甚至在造模24 h后给药，仍可有效降低其血液中HMGB1的水平[6]。本文就HMGB1介导的HMGB1-晚期糖基化终产物受体(RAGE)/Toll样受体(TLRs)-核转录因子κB(NF-κB)信号通路与脓毒症关系的研究进展作一综述，为脓毒症的治疗提供新的思路。

1 HMGB1概述

HMGB1是HMGB亚族中含量丰富的核蛋白，在多种器官中均有表达。人HMGB1位于染色体13q12，由215个氨基酸残基组成，相对分子质量约24 894 Da[7]。人与多种生物的HMGB1氨基酸序列具有高度同源性。在细胞内，HMGB1参与核小体构建，DNA复制、修复,细胞分化，基因表达与调节等多种细胞生命活动；在细胞外，HMGB1可介导炎症反应、促进肿瘤生长等，具有广泛的生物学效应。

HMGB1经两种途径释放：主动分泌和被动释放。其主要由活化的单核-巨噬细胞主动分泌，也可通过坏死细胞被动释放。HMGB1作为损伤相关分子模式可促进炎症反应[8]。研究发现，在某些细胞因子、病原相关分子模式(PAMP)等多种因素作用下，自然杀伤细胞、树突状细胞、内皮细胞等也分泌HMGB1。Sun等[1]发现，在脂多糖狗脓毒症模型中，HMGB1作为晚期炎症因子可促进早期炎症因子(TNF-α和IL-6)释放，不断触发并维持下游炎症反应，促进脓毒症进一步发展。

2 HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信号通路与脓毒症的关系

HMGB1分泌到细胞外发挥促炎作用，其主要通过与其受体结合，激活下游信号通路，促进NF核内转移发挥其炎症调控作用。HMGB1的受体主要有RAGE和TLRs，如TLR2和TLR4。受体活化后可激活各种信号通路，如丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路，并激活NF-κB信号转导通路枢纽，进而上调各种炎症因子，促进炎症级联反应。

2.1 RAGE及其信号通路 RAGE是免疫球蛋白超家族中一种具有多配体的跨膜受体，主要分两类：可溶性RAGE(sRAGE)和膜性RAGE，其主要功能是与配体结合后进行信号转导[9]。RAGE表达范围广泛，如在心肌细胞、神经细胞、中性粒细胞中均有表达。其与脓毒症的发病机制主要是在炎症的发病及持续过程中，传递从病原体到活化细胞的信号。

Liliensiek等[10]研究发现，在盲肠结扎穿孔小鼠脓毒症模型中，与野生型小鼠相比，RAGE缺失型小鼠的动脉氧合升高，生存率显著改善。RAGE是HMGB1最主要的高亲和力受体，RAGE与其配体相互作用激活各种过程，如炎症、增生、细胞凋亡、细胞迁移等。Lee等[11]发现，胞外HMGB1与细胞表面受体RAGE结合是触发相关炎症疾病的主要信号通路。HMGB1与RAGE结合，引发的一系列信号转导级联,可直接通过NF-κB途径或间接通过Ras-Jun-氨基端激酶/磷脂酰肌醇-3激酶途径或MAPKs途径使NF-κB易位，促进促炎因子、趋化因子、黏附分子的产生，从而导致炎症；也可通过CDc42-Rac1途径诱导细胞骨架重排、调节轴突生长[12]。Brodsk等[13]临床研究发现，脓毒症患者28 d的病死率与sRAGE的增加有关，sRAGE预测预后的敏感度优于降钙素原、C反应蛋白和乳酸等生化指标。Ingels等[14]研究也发现，外科ICU患者入院时sRAGE的升高与不良预后有关。以上研究表明，sRAGE有望作为预测脓毒症患者预后的早期生物标记物。

2.2 TLRs及其信号通路 Bangert等[15]研究发现，在心肌炎患者中，局部和全身的HMGB1、sRAGE表达水平升高；在敲除RAGE基因的小鼠中，TLR4水平升高，这说明HMGB1的致炎作用并不只依赖RAGE，TLRs也可能参与炎症性疾病的发病机制。TLRs属于固有免疫中的模式识别受体，广泛分布于大多数细胞，胞外结构域可识别PAMP；胞内段参与启动信号转导。TLRs也是连接非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。TLR4不但可以识别外源的病原体，而且可以识别内源性物质及降解物。

TLR4/髓样分化因子88(My D88)信号转导通路主要诱导促炎因子的表达。Gao等[16]研究发现，TLR2通过募集Toll样IL-l受体相关蛋白及My D88，与Toll样IL-1受体结构域结合,进而激活NF-κB及MAPKs，调控促炎及抗炎反应；还通过抑制TLR4介导的炎症反应及氧化应激，减轻胸腹部手术导致的肺损伤。此外，Kim等[17]研究证明，HMGB1需要通过TLR4和辅助受体CD14诱发单核细胞趋化蛋白1、γ干扰素诱导蛋白10和巨噬细胞炎症蛋白1α的释放。Sodhi等[18]研究证实，创伤后的肠道上皮细胞TLR4激活会导致HMGB1释放，进一步引发肠道及肺的损伤，使用新型小分子TLR4抑制剂可减少肠道内质网的应激，降低循环中的HMGB1，保留创伤后肺的结构。

3 HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信号通路对脓毒症的调控机制

NF-κB是重要的核转录因子，通常与其抑制蛋白IκBα结合以非活性状态存在于大部分类型细胞的胞质中，只有在各种活化因素(如应激性刺激、病毒、细胞因子、氧自由基)的作用下才会被激活，使其从细胞质转到细胞核。NF-κB参与炎症因子调控、细胞凋亡、免疫细胞的活化、淋巴细胞的发育及应激反应等多种细胞活动。NF-κB及其下游靶向基因的转录在RAGE的激活后得到启动，而激活的NF-κB亦能调控RAGE的转录。

NF-κB可触发细胞因子上调，如TNF-α、IL-6，启动炎症反应和细胞凋亡的过程。Zhang等[19]研究表明，坏死细胞被动释放HMGB1，可刺激TLR4自分泌，这可能引发“无菌炎症”，产生不同的疾病状态。氧化剂主要通过TLR4激活NF-κB以增强HMGB1的促炎作用。Lee等[20～22]研究表明，胞外HMGB1作为关键性促炎因子，与单核细胞表面的RAGE/TLR结合，促进TNF-α、IL-1及IL-6等促炎因子的合成与释放，活化NF-κB的信号传导途径，促进NF-κB核内转移；这些促炎因子又会导致反应性氧化产物增多，参与血管内皮细胞的损伤、各种组织细胞的凋亡等病理生理过程。同时NF-κB可能直接参与HMGB1诱生的信号调控过程[23]。Li等[24]研究发现，对于ConA介导的肝炎小鼠，槲皮素可显著降低其血清中炎症因子，降低HMGB1和TLR2、TLR4的表达，槲皮素预处理可显著抑制IκBα的降解和调制NF-κB肝核转位,这表明槲皮素可抑制HMGB1-TLRs-NF-κB信号通路，起到抗炎作用。

脓毒症治疗未取得重大突破的关键在于缺乏精准度高的预警诊断指标和标准化的治疗方案。应用HMGB1抗体及抑制剂，抑制RAGE、TLR4活性，基因敲除相应基因，阻断这些分子的信号转导途径对于脓毒症具有正面作用，如抑制炎症反应、改善器官功能障碍、显著提高生存率等。而且临床研究表明，sRAGE有望成为预测脓毒症患者预后的生化指标。因此，探讨HMGB1-RAGE/TLRs-NF-κB信号通路在脓毒症中的作用，对完善脓毒症发病的分子机制及其治疗有重要意义。然而对于复杂的系统性炎症，很难成功地将动物研究转化为临床应用。我们可通过针对不同靶点的组合疗法进行脓毒症的治疗。这将为认识脓毒症的发病机制、改善脓毒症预后提供新的思路。

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国家自然科学基金资助项目(81360289)。

凌斌(E-mail：lingbin02@yahoo.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.37.035

R631.1

A

1002-266X(2016)37-0101-03

2016-06-12)