HMGB1参与调节平滑肌细胞表型转化机制的研究进展

屈东明　侯长春

【摘要】 HMGB1被认为与多种感染性和非感染性炎症疾病密切相关，比如脓毒症、关节炎、肺炎、胰腺炎、烫伤、动脉粥样硬化等。不仅如此，研究还发现HMGB1延长嗜酸性粒细胞（EOS）生存时间，并激活EOS;HMGB1增强树突状细胞抗原提呈能力，促进其细胞因子分泌，并通过相关机制促进哮喘的发生。本文旨在对HMGB1可能参与的气道平滑肌表型转化机制进行综述。

【关键词】 HMGB1; 气道平滑肌表型; 转化机制; 炎症介质; 细胞因子

Advances in Research on HMGB1 Involved in Regulating the Phenotypic Transformation Mechanism of Smooth Muscle Cells/QU Dongming，HOU Changchun.//Medical Innovation of China，2019，16（23）：-172

【Abstract】 HMGB1 is considered to be closely related to a variety of infectious and non-infectious inflammatory diseases，such as sepsis，arthritis，pneumonia，pancreatitis，scalds，atherosclerosis，and the like.In addition，the study also found that HMGB1 extended eosinophil（EOS）survival time and activated EOS.HMGB1 enhanced the ability of dendritic cell antigen to promote its cytokine secretion and promoted the occurrence of asthma through related mechanisms.The purpose of this paper is to review the mechanism of the phenotypic transformation of the airway smooth muscle which may be involved in the HMGB1.

【Key words】 HMGB1; Airway smooth muscle phenotype; Transformation mechanism; Inflammatory mediator; Cytokines

First-authors address：Nanxishan Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Guilin 541002，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.23.043

长期以来，气道平滑肌表型转化被认为是哮喘发展过程中的重要环节，主要涉及气道炎症、气道高反应性和气道重塑等。近年来，更是成为哮喘发生机制研究的热点。炎症因子HMGB1可通过多种途径参与机体多种细胞的转化，进一步调节和影响机体细胞的各项功能。深入研究HMGB1在细胞转化中的作用有助于深入解释多种疾病的发生，现就HMGB1可能参与的气道平滑肌表型转化机制做一综述。

1 HMGB1促进炎症介质、细胞因子的产生

1.1 HMGB1通过PI-3K通路诱发哮喘产生 HMGB1是一种非组蛋白染色体结合蛋白，具有高度保守性，此类非组蛋白染色体结合蛋白大多存在于哺乳动物细胞，在正常生理状态下，HMGB1在基因转录和修复过程中具有参与作用，对细胞的分化和发育具有一定影响。HMGB1在表达过程中具有增殖细胞、促进细胞迁移，对细胞分化产生诱导，抑制细胞凋亡的作用和效果。在细胞坏死以后，HMGB1可以释放到细胞外，由于细胞外HMGB1是一种比较重要致炎细胞因子和晚期炎症介质，作为关键的启动和维持炎症瀑布式反应的细胞分子，直接关系着和多种炎症性疾病的发病机制。多种细胞中都能进行HMGB1的主动释放，包括活化的单核、巨噬细胞。其次HMGB1在机体炎症反应中作为一种晚期炎症因子，具有重要作用，不仅对细胞分化起到诱导作用，还会产生不同的趋化作用，对其他炎性因子以及趋化因子的释放起到刺激性作用，如IL-1α、IL-1β、IL-6以及IL-8，还包括巨噬细胞炎症蛋白-1α（MIP-1α）以及MIP-1β等。在其他细胞中，HMGB1还具有一定的作用，包括中性粒细胞，对炎性细胞因子的表达具有增强效果。晚期糖基化终产物受体RAGE和TLRs作为HMGB1的主要受体，在DCs中两种受体具有高表达作用。通过TLR2、TLR4及RAGE等受体，HMGB1可以充分发挥作用，在促进炎症反应的同时，还有利于促进组织修复，在适应性免疫应答以及固有免疫过程中，HMGB1能够充分发挥关键作用。

1.2 HMGB1促进ECM蛋白产生，促进气道重塑 HMGB1是一种炎症介质，具有释放晚和作用时间长的特点[1]。有研究发现，随着HMGB1浓度的增加，HSC细胞分泌ECM能力也相应增加，失去HMGB1刺激，ECM的分泌也逐渐降低[2-3]。HMGB1可通过诱导小鼠心脏成纤维细胞表达转化生长因子-β1调节成纤维细胞的功能[4]。而转化生长因子-β1具有诱导人平滑肌细胞表型转化的作用[5]。此外，相关研究显示，在皮间质转化过程中HMGB1也有参与作用，在腫瘤细胞的生长、侵袭和迁移中有重要作用[6]。因为他们发现通过用砷可诱导BEAS-2B细胞发生形态改变，增殖力加强，细胞发生转化，究其原因是促进了炎性蛋白-HMGB1的表达[7]。除此之外，HMGB1还能通过TLR4途径上调VEGF-A的分泌，诱导肿瘤血管的新生，同时通过RAGE通路增强内皮细胞迁移能力。转化生长因子-β1通过PI3K-Akt-mTOR引起收缩蛋白表达以及分泌细胞因子分泌，TGF-β在表达过程中可以通过Wnt-β连环蛋白信号通路，对制糖原合成激酶-3β活化起到抑制作用，增多β连环蛋白，对收缩型ASMCs起到诱导作用，能够有效促进收缩蛋白的表达。上述信号通路各种ECM蛋白水平起到增加作用，在气道纤维化参与气道重塑过程中高水平ECM蛋白起到一定促进作用[8-9]。

1.3 HMGB1激活MAPK通路，加速ASMCs细胞表型转化 经过RAGE活化核因子-kappa B（NF-kB）通路，HMGB1在氧化应激过程进行参与。越来越多的临床研究开始更加关注HMGB1/RAGE通路在肺部疾病的作用。部分研究试验已经证实HMGB1/RAGE通路在肺部疾病的作用与机械通气相关性疾病具有密切关系，包括机械通气相关性肺损伤、肺纤维化、非小细胞肺癌等[10]。而且在机械相关性肺损伤肺部疾病以及类风湿性关节炎等相关肺外疾病中，HMGB1/RAGE具有重要作用。有研究发现，在肺发生IRI是p38MAPK信号异常活跃，伴随着肺组织HMGB1高表达，反映了肺IRI的发生及发展，提示阻断p38MAPK信号通路、抑制HMGB1水平或可抵抗肺IRI损伤[11]。还有研究发现大潮气量机械通气可引起大鼠急性肺损伤，其机制可能通过EGFR-038MAPK信号通路介导HMGB1蛋白的表达有关[12]。相反，也有研究发现，在诱发哮喘和气道重塑过程，HMGB1也具有一定的参与作用[13]。模式识别受体（PRRs）存在于气道上皮细胞表面以及胞浆中，主要表现类型为晚期糖基化终产物受体（RAGE）和Toll样受体（TLRs）。在激活模式识别受体（PRRs）以后，再衔接蛋白的信号经过一系列转导作用，对IRF-3/7、NF-κB等转录调节因子起到激活效果，对相关效应分子的基因转录起到有效的调节作用，最终表现形式为干扰素以及抗菌蛋白，对促炎因子、趋化因子的产生和释放起到促进效果，在哮喘等慢性气道炎症的维持和启动过程中具有一定的参与性。在哮喘患者病情发展过程中，气道上皮及固有免疫细胞能够有效释放DAMP（损伤相关分子模式）分子，其分子形式包括以高迁移率族蛋白1（HMGB1）为主要代表，从而进行气道固有免疫

及获得性免疫的启动，将患者起到上皮免疫能力耐受性打破，从而进行更多炎症介质的释放，由于大多炎症介质都会在气道上皮产生相互作用，形成复杂细胞因子调节网络，对哮喘疾病的发生起到引发和促进作用[14]。

2 HMGB1参与ECM蛋白的合成过程

相关研究显示，在调控ASMCs表型中ECM蛋白具有重要作用，对ASMCs增殖、存活和迁移相关生物学行为具有一定影响性[15]。与健康者比较，哮喘患者气道内会表现出明显的ECM蛋白沉积现象，其中包括层粘连蛋白、胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅲ、胶原蛋白Ⅴ、纤维连接蛋白等。

2.1 HMGB1诱导胶原蛋白合成 体外实验证实胶原蛋白Ⅰ诱导合成型ASMCs生成，促进ASMCs在生长因子作用下增殖、合成炎症介质、减缓凋亡以及减少收缩蛋白表达[16]。LPS刺激CFs后HMGB1由细胞核转移到细胞质并可主动分泌到胞外，其作用呈现一定的时间依赖性。与心肌纤维化密切相关的Ⅰ、Ⅲ型胶原在LPS刺激后表达量明显增加，提示内源性HMGB1的定位及分泌可能与脓毒症引起的心功能紊乱后期的心肌纤维化可能有一定的关系[17]。SD大鼠心肌细胞通过添加HMGB1在48 h后，和对照组相比较Ⅰ、Ⅲ型胶原mRNA的水平明显较高，当HMGB1浓度水平为0.1 mg/mL时，胶原蛋白表达处于最高状态。他们发现HMGB1在影响成纤维细胞的同时改变了胶原的表达，对直接作用于胶原以及对心脏重构充分发挥调解作用进行有效验证[18]。通过对正常对照组、CIA大鼠组分别在造模开始的第6、9周每组解剖6只大鼠进行观测，发现大鼠滑膜组织HMGB1的免疫组织化学检测结果：第6周时，正常对照组、CIA大鼠组及EP干预组表达强度分别为2.1±0.6、7.3±1.2、6.0±1.2;第9周时，分别为2.2±0.7、12.4±4.5、5.5±1.0。由此可知，HMGB1在CIA大鼠滑膜中的表达量明显增高，在晚期尤甚，推测HMGB1可能作为炎症因子参与了CIA的疾病过程，尤其作为晚期致炎因子发挥重要的作用;经EP干预后HMGB1表达量明显下降，推测EP可能对HMGB1具有拮抗作用，为RA患者提供新的治疗手段[19]。

2.2 HMGB1促进纤维链接蛋白的合成 在组织炎症、硬化、纤维化以及机体创伤修复过程中，纤连蛋白发挥着重要作用。纤连蛋白作为一种比较常见的重要调理素，对严重疾病的诊断价值具有重要影响。在产生合成型ASMCs时，纤维连接蛋白也发挥着有效的促进作用，在作用过程中增加PDGF或α-血凝酶，会增加影响作用。近年来，由于收缩型ASMCs数量在不断增加，临床以及社会上开始越来越关注气道重塑治疗。首先，纤维链接蛋白可促进伤口的修复和愈合，相关研究试验通过Nishida动物实验结果表示：在大鼠皮肤伤口表面涂抹纤维连接蛋白能够增加皮肤愈合速度[20]。对患有营养型角膜溃疡的患者，用一些介質混合纤维连接蛋白，以眼药形式对患者进行治疗，用药2 d后，表皮便开始大量增生，3周后，溃疡完全消失，未产生瘢痕及副作用。向溃疡处涂了纤维连接蛋白，在伤口处胶原结合处起到一定作用，造成纤维连接蛋白防护层的形成，不仅可以通过上皮细胞增殖迁移和增殖对修复伤口起到促进作用，而且对病菌感染起到预防效果[21]。其中最关键的内容在于，针对受到创伤的患者，在其体内进行纤维连接蛋白以后，有研究结果发现，对外周血管以及肺部功能起到积极的改善作用[22]，进一步升高了患者伤口处异物清除率，降低感染风险性，因为转化因子-β1被认为可调节纤维连接蛋白的生成。而在疾病发生时，HMGB1能明显提高机体转化因子-β1的表达，并参与哮喘的发生过程[23-24]。

2.3 HMGB1抑制返层粘连蛋白的作用 针对收缩型ASMCs增殖，层粘连蛋白具有有效的诱导作用，在哮喘气道重塑具有参与作用，针对AHR的研究试验也越来越广泛。层粘连蛋白主要由α、β以及γ链所组成，其中包括5种α链、4种β链以及3种γ链相互组合，能够形成至少15种的层粘连蛋白亚型，对合成型表型生成起到一定抑制作用，有利于对收缩表型起到维持作用，对收缩型蛋白的表达起到有效的促进作用，但是通过PI3K信号通路，胰岛素下游中包含γ1链mRNA转录和翻译、Akt1、mTOR和P70s6k诱导层粘连蛋白α1、β1，对收缩型蛋白的表达起到一定的促进作用，此外，通过活化Rho激酶依赖信号通路，胰岛素对平滑肌收缩相关特定基因的转录和表达起到有效的促进作用，同时对诱导层粘连蛋白生成收缩型ASMCs具有加强作用[25]。此外还有相关研究实验表示，通过PI3K信号通路，在层粘连蛋白与细胞膜整合素受体α7β1结合后，对收缩蛋白表达起到诱发作用，ASMCs也能够通过活化抗凋亡信号通路向收缩型转化，同时收缩型ASMCs可表达层粘连蛋白-211，ASMCs获得和维持收缩表型和内源性层粘连蛋白-211的表达具有至关重要的联系[26-27]。针对PDGF引起的表型转化，粘连蛋白具有理想的抑制作用，层粘连蛋白竞争性配体YIGSR针对哮喘合成型表型生成起到良好的抑制效果，同时在微环境中，YIGSR对ASMCs表型具有至关重要的影响，对

sm-MHC等收缩蛋白表达和ASMCs收缩性起到理想的促进作用，进而对ASMCs增殖起到抑制作用[28]。

HMGB1在表达过程中可以通过多种途径对患者机体细胞的转化产生参与作用，进一步调节和影响机体细胞的各项功能。对于HMGB1在细胞转化方面的深入研究，将有助于深入解释多种疾病的发生，为探寻有效的治疗方法提供依据。

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（收稿日期：2019-03-19） （本文编辑：张爽）