高迁移率蛋白B1在严重烧伤中的作用研究进展

段建兴 刘文军 李晓庆 曾跃勤 王迪 张高飞

1昆明医科大学附属第二医院烧伤科（昆明 650500）；2昆明医科大学分子临床医学研究院（昆明 650500）

严重烧伤属于一种全身性疾病，可引起病理、生化、免疫等复杂变化，常可危及患者的生命。患者在经过严重烧伤后，烧伤创面的变性和坏死、缺血缺氧反应、创面感染的发生及应激反应释放大量的致炎因子，包括组胺、氧自由基、血小板活化因子、TNF-α和高迁移率族蛋白B1（high-mobility group box 1 protein，HMGB-1）等；它们与组织损伤及细胞再生或释放炎性因子具有很强的相关性，这些炎症因子进一步活化导致脓毒血症及多器官功能障碍综合征（MODS）的发生。最近的研究［1］发现HMGB-1作为一种炎症介质在免疫、炎症和癌症等方面扮演着重要的角色，特别是在急性创伤、伤口修复、脓毒血症的发生中有很强的警报作用［2-3］。鉴于HMGB-1对烧伤患者的相关性，近几年来国内外烧伤学者对这个炎症因子进行了深入的研究，意在为烧伤的治疗及预后提供新的思路和方法。现对HMGB-1在烧伤疾病演变的作用及现阶段的研究进展进行综述。

1 HMGB-1的结构及功能

HMGB-1是一种25 kDa的蛋白质，表达分布广泛，并且进化上高度保守。HMGB-1在大多数哺乳动物细胞中大量表达，早在1973年，HMGB-1便从小牛胸腺染色质中萃取并分离出来［4］，因具有高电泳迁移率的非组蛋白染色质结合蛋白而得名。HMGB-1的主要结构特征是两个DNA结合结构域A区、B区以及带负电荷的C端酸性区。其中的B区被认为是发挥炎症效应的关键区，A区对B区具有拮抗作用，C末端尾部被认为介导HMGB-1的三维结构从塌陷到更线性构象的变化，其最可能调节HMGB-1与其配体的结合［5］。HMGB-1含有两个核定位序列（NLS），它们被核输入复合物识别并导致HMGB-1在生理条件下进行核定位［6］。

HMGB-1在细胞内及细胞外均有生物学作用，早期研究表明核内HMGB-1具有稳定染色质结构、调节基因转录、并通过弯曲DNA螺旋结构促进DNA损伤修复［7］，HMGB-1可以通过坏死和受损细胞被动释放，也可以通过免疫细胞激活时触发的活性机制释放［8］，释放途径主要可通过依赖于caspase-1的非典型分泌性囊泡途径主动分泌，也可以单独或与RNA，DNA或与核小体复合从受损细胞中被动释放。一旦进入细胞外空间，HMGB-1会以游离形式或与几乎所有种类的核酸以及脂多糖（LPS）形成复合物，并与RAGE、TLRs等受体结合［9］。不管是游离的还是复合物形式，HMGB-1可引起单核巨噬细胞分泌TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8及NO等炎症因子的产生，而这些炎症因子又可加重HMGB-1的释放，形成恶性循环。但它同时也可以促进单核细胞，树突细胞和中性粒细胞的迁移、血管生成从而促进创面的修复与重建［10-11］。

2 HMGB-1与烧伤创面

烧伤创面不同于其他伤口的创面，除了局部血管扩征及液体外渗外，坏死和损伤细胞还可大量释放HMGB-1，细胞因子诱导的细胞增殖和迁移是组织修复的基本要素，如生长因子、促炎因子、血小板衍生因子等，其中ERK1/2激活是细胞增殖的主要信号。体外研究表明在皮肤中HMGB-1主要位于成纤维细胞的细胞核中，在添加H2O2诱导成纤维细胞坏死后可导致HMGB-1释放到细胞外介质中，HMGB-1可通过激活ERK1/2途径与RAGE受体结合而促进成纤维细胞增殖和迁移而使伤口愈合［12］。和其他细胞释放的趋化因子一样HMGB-1也趋化中性粒细胞和单核巨噬细胞向炎症向创面迁移［10］，这些细胞反应有助于吞噬和清洁烧伤组织释放的坏死组织和毒素，同时HMGB-1可激活人微血管内皮细胞，导致内皮细胞上调ICAM-1和VCAM-1并作为促血管生成细胞因子的作用［11］。

研究发现HMGB-1与烧伤创面的愈合具有剂量相关性：小剂量（200～800 ng）的HMGB-1可促进血管生成并刺激创面愈合，大剂量的HMGB-1则可加重炎症反应并促进瘢痕的形成［13-15］。代蕾［16］通过将外源性的小剂量HMGB-1（400 ng）注射大鼠早期创面缺血区皮下后发现其可通过促VEGF和CD31的表达途径来增加缺血区的血管生成。高小春［17］也研究发现小剂量的 HMGB-1（200 ng）能促进HIF-1α因子的表达来降低创面淤血带组织中的坏死面积从而延缓烧伤创面的早期进展，而HIF-1α因子具有促进细胞迁移及血管再生的作用。通常严重烧伤患者需要进行皮肤移植，HOLMES等［18］研究发现那些移植皮肤出现坏死、感染与患者烧伤移植物供体皮肤及烧伤边缘皮肤高表达HMGB-1和Caspase 3有关，而源头又指向了患者表皮胆碱能介质和炎性、凋亡分子的缺陷。

文献报道HMGB-1与肝、肾、肺和心肌组织中的纤维化疾病的关系，这又暗示着HMGB-1与瘢痕形成有着紧密的联系，故有学者对此研究：在无瘢痕形成的胚胎小鼠创面中注射小剂量重组HMGB-1（200或400 ng）时能促进伤口愈合，随着HMGB-1量的增加瘢痕也逐渐增加［14］。KIM等［19］进一步的研究发现HMGB-1促进正常和瘢痕疙瘩成纤维细胞迁移几乎与TGF-β相当，且通过晚期糖基化终产物（RAGE）-底物激活蛋白激酶（MAPK）和NF-κB相互作用信号通路的受体激活成纤维细胞。

3 HMGB-1与烧伤脓毒血症

严重烧伤后坏死细胞可首先释放HMGB-1，参与组成损伤相关分子模式DAMPs（HMGB-1、mtDNA和ATP），其在先天免疫的激活中起关键作用，并通过Toll样受体（TLR）介导激活单核细胞，活化的单核细胞能不受控制地释放炎性介质，很多研究表明DAMPs可指示或监测疾病损伤严重程度并可以促进巨噬细胞的迁移和刺激该细胞释放各种早期炎性细胞因子，如TNF-α、白介素、NO等［20-22］。肝脏里库普弗细胞Kupffer被认为烧伤后炎症反应因子的主要来源，CHEN等［23］研究发现大鼠重度烧伤24 h后，HMGB-1的mRNA在肝脏表达显著增高，并持续升高至72 h。HMGB-1可上调KCs中TNF-α和IL-1β mRNA的表达和增强炎症信号p38 MAPK、JNK和NF-κB。通过使用TLR2和TLR4抗体均能明显抑制HMGB-1对KCs的激活作用。因此HMGB-1/TLRs依赖性的信号通路能够诱导重度烧伤大鼠KCs释放促炎细胞因子，加重烧伤后的炎症反应。在另一方面严重烧伤细胞缺血及缺氧等情况下，HMGB-1可结合C1q后以抗体非依赖性方式激活补体系统的经典途径而加剧无菌炎症［24］。

HMGB-1也可作为晚期炎症因子介质参与烧伤脓毒血症的形成：严重烧伤患者面积大、程度深，坏死的组织和蛋白可成为微生物的培养基，上皮屏障的破坏微生物病原体侵入且通过释放病原体相关分子模式PAMPs（ds-RNA、CpG-DNA和LPS）引发先天免疫应答。PAMPs与各自受体的结合引发单核/巨噬细胞的早期TNF-α、IL-1和IFN-γ和晚期HMGB-1促炎介质的释放，而HMGB-1又可再次刺激巨噬细胞分泌相关炎症因子，形成恶性循环并进一步放大细胞因子风暴和细胞损伤［3］。因此HMGB-1是炎症瀑布反应的中心分子，能进一步促进和发展脓毒血症。

肖锦华等［25］对严重烧伤患者的血清进行检测发现HMGB-1和TNF-α都异常升高，特别是在烧伤面积＞70%的特重度烧伤HMGB-1的升高更为突出，而且死亡组明显高于生存组。最近COLEMAN等［26］研究发现HMGB-1除了参与形成损伤相关分子模式DAMPs，在大面积烧伤后HMGB-1和无活性的Pro-IL-1β（IL-1β的前体）结合形成复合物HMGB-1/IL-1β并储存在血浆微泡（microvesicles）中并同时激活IL-1β，复合物可增强IL-6和IFNβ的反应导致烧伤脓毒血症的发生（IL-6是大面积烧伤后病死率相关，IFNβ可增加对细菌感染的易感性），而这些微泡被鉴定为这些免疫介质的新型储库。大面积烧伤后由于应激及免疫功能的紊乱，可破坏肠黏膜屏障造成正常菌群的移位，也可作为脓毒血症的感染来源。研究显示在HMGB-1结构的B区可增加Caco-2肠细胞单层的通透性并损害小鼠的肠屏障功能［27］。同时过表达HMGB-1的A区可通过体外HMGB-1/TLR4信号通路降低脂多糖诱导的肠道炎症［28］，这也进一步论证了A区对B区的炎症拮抗作用。韩亚龙等［29］研究发现在大鼠60%深度烧伤后肠组织内的HMGB-1激活TLR4信号通路并释放IFN-γ、IL-4和IL-10引起炎症反应，从而参与大鼠Th1细胞和Th2细胞介导的免疫功能障碍。

4 HMGB-1与烧伤MODS

MODS是导致严重烧伤患者死亡的主要原因，同时也是较为常见的并发症。不同于其他创伤，烧伤患者由于血管通透性增加、组织灌注不足缺血缺氧、内毒素、微血栓形成、大量炎症因子的释放造成全身炎症反应综合征（SIRS）等，这些因素在MODS中的发生扮演着重要的角色。HMGB-1作为晚期炎症介质参与DAMPs的释放，其结合多种受体如TLR并刺激先天免疫系统。一旦被激活，先天免疫反应可导致炎症、SIRS和炎症并发症，如急性呼吸窘迫综合征（ARDS）或 MODS［22］。李峥［30］观察到严重烧伤患者MODS组伤后高表达HMGB-1，并通过降低T淋巴细胞增殖活性以及CD4+/CD8+损害MODS的患者细胞免疫功能。同时有研究发现HMGB-1/RAGE增强多形核白细胞（PMNs）向受损组织的募集，并通过NF-κB转录因子激活扩增炎症反应，HMGB-1还可以在缺血再灌注损伤期间通过结合TLR4或TLR7受体激活PMNs，而PMNs的激活会导致SIRS，心血管衰竭和远端器官损伤的发生［31］。

吸入性损伤造成的进行性缺氧是MODS发生的重要原因，研究［32］发现大面积烧伤合并吸入性损伤的患者肺泡灌洗液中HMGB-1的水平可反映肺功能及肺损伤程度。不仅仅是吸入性损伤，在烧伤面积超过总体表面积（TBSA）的30%时便有可能发生急性肺损伤（ALI）及ARDS，有研究发现通过抑制HMGB-1的表达便可减少中性粒细胞浸润和氧化应激从而减轻大面积烧伤的肺部炎症反应［33］。血栓形成也可进一步加快MODS的发生，STARK等［34］研究发现在小鼠静脉血栓栓塞（VTE）模型中，HMGB-1可通过促进RAGE依赖性NET形成和血小板活化，这在静脉血栓形成的发展中起关键作用。血管通透性的增加造成烧伤病人液体的流失使组织灌注不足可恶化烧伤患者MODS，虽然没有直接的文献报道HMGB-1在烧伤患者血管通透性增加的相关性，但有研究发现通过拮抗DAMPs的受体TLR4可显著降低DAMPs诱导的血管通透性［35］。

5 总结及展望

烧伤出现的大面积细胞坏死，一开始就释放出HMGB-1参与炎症反应，特别是严重烧伤患者所释放的HMGB-1甚至是不可估量的，HMGB-1参与着炎性因子的恶性循环不可控制的介导着炎症反应使烧伤创面加深、单核细胞激活，随着病情的发展HMGB-1作为晚期炎症介质参与DAMPs导致SIRS并最后发展为脓毒血症及MODS使病人走向死亡。故研究HMGB-1参与的损伤相关分子模式DAMPs对救治严重烧伤病人变得尤为重要，通过HMGB-1这一中心炎症介质快速有效的阻断烧伤炎症因子释放的机制有待研究。少量的HMGB-1可促进烧伤创面的愈合，临床上对于严重烧伤患者释放的大量HMGB-1是否可以控制其适当的效应既能减少炎症瀑布的发展又能促进创面的愈合，并减少烧伤后瘢痕的形成值得探讨。HMGB-1还可作为创面愈合、脓毒血症及MODS预后的评价指标，这对于烧伤救治方法的比较提供了新的理论依据。因此研究严重烧伤患者的HMGB-1对指导临床的实践及新药的产生提供新的研究靶点，并有望使严重烧伤患者的病死率下降。