HMGB1与动脉粥样硬化相关疾病的研究进展

钟 港，孙雨婷，王梦恬，袁婷婷，卢瑶瑶，冯瑞玲，梁景岩

(扬州大学医学院 江苏省中西医结合老年病防治重点实验室，江苏 扬州 225001)

高迁移率族蛋白(high mobility group protein,HMG)是一类普遍存在的DNA结合因子，因在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的高迁移率而得名[1]。其中HMGB1被证明是一种在真核生物体内广泛表达的双功能型蛋白质。在细胞内起核蛋白的作用，在胞外空间主要作为炎症介质，通过靶细胞的模式识别受体，如晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)，传递相关细胞信号，引起机体炎症细胞因子的释放来介导炎症反应[2]。研究表明，在动脉粥样硬化形成过程中，血管内皮细胞、内膜平滑肌细胞和巨噬细胞大量表达HMGB1，并一直伴随着脂质沉积到纤维斑块形成等动脉粥样硬化的病理过程[3]。除此之外，研究证实细胞外HMGB1能够促进肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH)模式大鼠的疾病进展，抑制HMGB1的活性，还可明显提高大鼠的存活率[4]。并且相关研究还发现在其他动脉粥样硬化相关疾病，如冠心病、缺血性脑卒中、高血压患者的血清及其病变组织中HMGB1也显著高表达，提示HMGB1可能在动脉粥样硬化相关疾病进程中扮演重要角色。现对HMGB1在动脉粥样硬化相关疾病的研究进展予以综述。

1 HMGB1主要结构和功能

HMGB1是影响人类许多细胞活动过程的一种非组蛋白核因子，由高度保守的位于N端的A box、C端的B box以及30个重复的天冬氨酸和谷氨酸构成的酸性末端[5-6]三个部分组成。A box主要诱发炎症反应，并且与TLR-4亲和力较高。He等[7]通过阻断HMGB1与TLR-4的信号交流，发现可以限制HMGB1发挥其促炎功能，提示TLR-4在A box介导的炎症反应中发挥重要作用。白细胞介素(interleukin,IL)是炎症反应中的调节因子，研究表明A box通过抑制IL-1β介导的HMGB1释放，能够在脑损伤模式小鼠中逆转脑水肿和神经系统功能的恶化[8]，揭示A box在大脑炎症反应过程中的双重效应。B box主要产生抑制炎症的作用，基本功能与A box相反。Bandala-Sanchez等[9]证实，糖蛋白52可结合B box，并与T细胞上的Siglec-10受体结合，抑制T细胞的部分免疫功能，提示B box也可能参与机体免疫抑制功能的产生。而酸性末端则主要负责调节HMGB1与DNA分子以及HMGB1与TLR-2受体的结合[10]。

HMGB1往往由坏死的细胞释放，也可以由受到刺激的炎细胞如巨噬细胞或单核细胞等主动分泌。细胞内的HMGB1经分子乙酰化后，从细胞核转移到溶酶体，再以胞外溶血磷脂酰胆碱或腺苷三磷酸为载体运输到细胞外[11]。Park等[12]通过降解细胞内组蛋白去乙酰化酶4，发现HMGB1在脂多糖活化的巨噬细胞中的乙酰化得到促进，表明组蛋白去乙酰化酶4可能介入HMGB1分子乙酰化的过程并调控HMGB1的表达。

HMGB1在细胞核内主要作为核蛋白，通过分子识别功能发挥调控基因转录和稳定DNA的功能。鼠类肉瘤病毒癌基因(KRAS)启动子元件负责细胞大部分的转录过程，Amato等[13]发现，HMGB1可以结合并稳定KRAS启动子元件的G四链体，而且抑制HMGB1能够增加KRAS的表达，提示HMGB1可能经G四链体调控基因转录。此外，Funayama等[14]证实细胞核内过表达HMGB1可以通过抑制DNA的损伤，阻止心力衰竭模式小鼠的心肌肥厚和心力衰竭的发展，这也体现了HMGB1在心力衰竭过程中的两面性。

而HMGB1在胞外可作为炎症介质，与神经内分泌、免疫应答的监管、血管的无菌性炎症反应等过程密切相关[15]。近年来研究发现，胞外HMGB1还可能通过单核细胞趋化蛋白1诱导细胞自噬引起内皮细胞缺血再灌注损伤，并通过炎症小体增加血管平滑肌细胞IL-1β表达量，进而促进动脉粥样硬化的产生和发展[16-17]。

2 HMGB1主要受体和相关信号转导

RAGE和TLRs是HMGB1信号传递的主要受体。普遍认为，HMGB1通过RAGE和TLRs之间的信号转导，可以在组织损伤区募集炎症细胞介导炎症反应并通过上调血管黏附分子等细胞因子的表达促进血管损伤。

RAGE在单核细胞、树突状细胞、巨噬细胞、动脉粥样硬化斑块中活化的内皮细胞、血管平滑肌细胞以及许多肿瘤细胞中表达水平较高。细胞外HMGB1可能主要通过RAGE介导的内吞作用进入溶酶体内，之后与其他胞外促炎分子结合，破坏溶酶体膜的稳定性，再经激活细胞分裂周期蛋白/Rho鸟苷三磷酸酶通路和促分裂原活化的蛋白激酶/核因子κB途径引起溶酶体渗漏，最终促进活性氧类的生成和细胞黏附因子等炎症因子的分泌[18]。在干细胞的分化和血管内皮细胞增殖过程中，RAGE也扮演重要角色。经RAGE引发的溶酶体发生渗漏后，细胞内迅速生成的活性氧类具有强大的氧化作用，能够解除HMGB1对多能血管干细胞向平滑肌细胞分化的抑制作用，促进血管平滑肌细胞的增生[19]。同时HMGB1还通过与RAGE相互作用，诱导骨髓间充质干细胞向血管内皮细胞的迁移和分化[20]。Zhou等[21]研究发现，放射线辐射可以促进HMGB1和RAGE的表达，激活促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，上调基质金属蛋白酶2和基质金属蛋白9表达并降低紧密连接蛋白中胞质附属蛋白1的表达，进而损伤血管内皮细胞屏障，这也提示RAGE信号通路引起的血管损伤可能是多方面的。在某些情况下，可溶性RAGE还能够竞争性降低RAGE配体的结合，从而降低体内动脉粥样硬化的发生率[22]，表明RAGE不同的存在状态也可能具有不同的生理功能。

HMGB1在与TLRs有关的信号传递过程中，可能主要通过TLR-2和TLR-4经Ras相关C3肉毒杆菌毒素底物-1/磷脂酰肌醇-3-羟激酶/细胞分裂周期蛋白42通路和Toll-IL-1受体域接头蛋白/IL-1受体相关激酶/髓样分化因子88依赖的核因子κB激活通路传递HMGB1信号，刺激骨髓和浆细胞样树突状细胞等分泌IL-6、IL-12、肿瘤坏死因子等细胞因子[23]。因此，HMGB1与RAGE以及TLRs之间的信号转导是HMGB1诱导血管炎症反应的重要环节。

3 HMGB1与动脉粥样硬化相关疾病

3.1HMGB1与PAH PAH是临床常见的疾病之一，以内皮功能障碍、成纤维细胞和平滑肌细胞的活化、血管壁内皮细胞间的相互作用以及循环内皮祖细胞参与的肺血管重构为主要特征[24]，其中动脉粥样硬化是PAH的重要诱因。同时有关动物实验证实HMGB1可能通过激活TLR-4和RAGE信号通路参与肺动脉血管平滑肌细胞和内皮细胞的功能障碍以及实验性PAH的发生[25]。研究证实，在PAH病理过程中，HMGB1刺激蛋白激酶p38、细胞外信号调节激酶、c-Jun氨基端激酶的磷酸化以及下游转录激活蛋白1中c-Fos和c-Jun的活化[26]，促进肺动脉平滑肌细胞和内皮细胞的增殖，引发肺血管的重构。此外Li等[27]也发现在肺动脉血管平滑肌细胞中，HMGB1可能主要通过激活转化生长因子-β1、细胞外信号调节激酶1/2和p38促分裂原活化的蛋白激酶途径，增加肺动脉细胞外基质沉积，促进细胞缺氧，最终导致PAH。HMGB1还调节内皮祖细胞，触发其归巢，并通过RAGE激活细胞凋亡的方式活跃真核翻译起始因子2α通路，引起内皮祖细胞的凋亡。同时血小板经凝血酶活化并分泌HMGB1，激活中性粒细胞，并通过P选择素刺激中性粒细胞产生能够氧化胞外HMGB1、可溶或相关的血小板膜或血小板源微粒的活性氧类，从而显著提高胞外HMGB1激活血液中白细胞的能力，进一步加强PAH血管内皮细胞的损伤以及白细胞等细胞的浸润[28-29]。此外，Bauer等[30]证实HMGB1还可通过TLR-4和干扰素3产生抑制肺动脉内皮细胞迁移的作用，影响肺脏动脉血管的再生。上述因素的相互叠加，诱导了动脉粥样硬化的出现，增加了PAH的发生风险。

体外实验表明，甲氧苄啶可下调HMGB1的表达水平，抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖[31]；甘草酸能够抑制HMGB1的表达，延缓PAH的进展[32]。两者均能明显减轻肺脏重构，改善肺脏功能，具有很大的临床应用前景。

3.2HMGB1与冠心病 冠心病患者血清中HMGB1水平普遍升高，其中以急性心肌梗死患者升高程度最高，并且升高程度与10年内发生冠心病的风险呈正相关[33]。Yao等[34]通过检测冠心病患者血清中HMGB1、高敏C反应蛋白、心肌肌钙蛋白I的水平发现三者的变化趋势具有很大的一致性。此外，Huang等[35]认为血清HMGB1水平还可作为冠心病患者多环芳烃的生物标志物，评估血管重塑程度。相关实验也证实HMGB1参与冠状动脉粥样斑块的形成，并且在单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、血管平滑肌细胞等驱动斑块重塑过程的细胞中高表达[36]。这些研究均明确了HMGB1与心肌损伤以及冠心病之间的紧密联系。

HMGB1可能通过引起巨噬细胞极化、血小板活化和血管平滑肌的迁移等过程介导冠心病的形成和发展。Karuppagounder等[37]利用快速老化模型小鼠,发现HMGB1可通过TLR-2/TLR-4信号级联诱导模型小鼠心脏中经典活化的M1型巨噬细胞极化、扩大炎症反应、促进心脏组织损伤，尤其是与TLR-2的相互作用，还可明显抑制成纤维细胞自噬，导致心脏的纤维化[38]。血小板作为冠心病产生的核心要素，在由凝血酶激活后，与HMGB1结合并且上调血小板表面RAGE的表达，激发血小板的聚集黏附，促进冠状动脉血栓的形成[39]。同时HMGB1还能够通过提高RAGE在心外膜脂肪组织中的表达，减少脂联素、葡萄糖转运蛋白4和乙二醛酶1表达，增加TLR-4和髓样分化因子88的表达，进而增加心外膜脂肪组织厚度以及脂质的沉积[40]。聚腺苷二磷酸核糖聚合酶是细胞凋亡核心成员半胱天冬酶的切割底物，Li等[41]研究发现多腺苷二磷酸核糖聚合酶1可与HMGB1结合，加速HMGB1从细胞核到细胞质的转运，最终引起心肌细胞肥大，这也提示心脏重塑过程也伴有心肌细胞核内因素的参与。

此外，HMGB1还通过TLR-4依赖的磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路诱导血管平滑肌细胞迁移，参与血管损伤后新生血管内膜的形成[42]。He等[43]经过动物实验也发现，通过局部心内注射HMGB1可诱导冠状动脉结扎大鼠的心肌细胞再生，同时降低心肌胶原蛋白的含量，减弱心肌重塑，改善心肌细胞的功能。这也体现了HMGB1在冠心病中的两面性。

3.3HMGB1与缺血性脑卒中 脑卒中的主要原因是动脉粥样硬化，Le等[44]发现卒中患者循环血液中HMGB1水平越高病情越严重。研究也证实细胞外HMGB1参与卒中后损伤、血脑屏障破坏、外周免疫抑制等缺血性脑卒中的过程[45]。除此之外，相关研究也同时表明HMGB1还具有内皮激活、神经突生长增强、神经元存活等有益作用[46]，并证实这种双相生物学特性与其半胱氨酸残基的氧化还原修饰密切相关[47]。HMGB1在缺血性脑卒中疾病中，主要可能通过与血小板、巨噬细胞、少突胶质细胞中TLRs和RAGE的相互作用，诱导IL和基质金属蛋白酶的表达，引发动脉粥样硬化，促进神经细胞的炎症以及脑部动脉血管中血栓的形成。

另外，坏死的脑细胞还可以释放过氧化物酶家族蛋白，激活TLR-2和TLR-4，刺激巨噬细胞中致炎因子如IL-23的表达，继而促进神经细胞死亡。IL-23还可进一步激活巨噬细胞刺激γδT细胞释放IL-17，加重血管栓塞和脑缺血的程度[48-49]。

脑缺血后的炎症反应也可以激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，发挥细胞外HMGB1的保护作用[50]。缺血脑组织中濒死的少突胶质细胞释放HMGB1，经TLR-2受体，在缺血条件下还能够对少突胶质细胞和髓鞘产生自分泌营养作用[51]，促进缺血区神经细胞存活。miR-381作为细胞增殖分化以及凋亡的调控因子，可以下调HMGB1的表达，减少肌肉组织的炎症和巨噬细胞的浸润[52]，有数据表明，miR-381还能够通过HMGB1产生抑制神经性疼痛发生的作用[53]。所以，HMGB1和miR-381在缺血性脑卒中的有益一面对下一步的疾病研究有重要意义。

Hu等[54]发现，在2型糖尿病大鼠中注射骨髓基质细胞可显著降低HMGB1和RAGE的表达，减少血脑屏障渗漏，改善卒中后功能预后。重组人可溶性溶栓调节素通过HMGB1抑制机制改善大脑中动脉闭塞小鼠模型梗死面积和运动协调性等脑缺血损伤，且无出血并发症，提出了新的治疗可能性[55]。迷走神经刺激术可抑制缺血诱导的免疫激活，并减轻大鼠组织损伤和功能缺损的程度，对脑卒中动物模型具有一定的保护作用[56]。因此，注射骨髓基质细胞、重组人可溶性溶栓调节素以及迷走神经刺激术也可能作为未来临床治疗缺血性脑卒中的新方法。

3.4HMGB1和高血压 研究发现，血管紧张素Ⅱ能够增强巨噬细胞中HMGB1的乙酰化和释放，并正反馈加强血管紧张素Ⅱ的上调[57]，促进血压的升高，提示高血压发生的其他可能机制。Masson等[58]研究发现，抑制HMGB1-TLR-4信号通路可以明显减轻血管诱导效应以及核因子κB和活性氧类介导肾上皮细胞的炎症。因而，HMGB1-TLR-4信号通路有可能作为高血压伴肾功能障碍研究的其他思路。

4 小 结

大量研究表明，HMGB1与动脉粥样硬化相关疾病密切相关。HMGB1与相关受体的相互作用，激活特定的信号转导通路，通过诱发血管的炎症反应，介导动脉的粥样硬化，参与PAH、冠心病、缺血性脑卒中等动脉粥样硬化相关疾病的产生和进展过程。然而除上述主要的作用外，HMGB1还能改善冠心病中的心肌细胞的损伤，并可以促进缺血性脑卒中病程中的神经细胞存活，但上述作用具体的产生机制尚不十分明确。因而HMGB1在动脉粥样硬化形成过程中详细的信号传递、细胞迁移、脂质沉积以及在某些情况下双重的生物学效应，将是未来探索研究的重点。