HMGB1的研究进展及其在白癜风发病过程中的作用机制

张 群，李岩峰，王忠永

（滨州医学院附属医院，山东 滨州 256600）

高迁移率族蛋白1（high mobility group protein 1，HMGB1）也叫两性霉素，是一种高度保守的核蛋白，其广泛存在于所有有核动物的细胞和血小板中。在细胞核内，HMGB1 参与许多与DNA 有关的活动，如DNA 的复制、转录、重组、修复等。在细胞外，HMGB1 扮演着更复杂的角色，包括调节细胞的增殖、自噬、炎症和免疫。作为损伤模式相关（damage-associated molecular pattern，DAMP） 分子（ 也叫警报素分子），HMGB1 与多种受体〔如晚期糖基化终产物受体（receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）、Toll 样受体（toll-like receptors，TLRs）等〕均可相互作用，导致核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和其他类似的转录因子被激活[1-2]。自发现以来，HMGB1 已被证实与多种自身免疫性疾病的发生发展有关。白癜风是一种由于皮肤黑素细胞被破坏，导致皮肤因黑色素缺乏而出现白斑的一种疾病。本文就HMGB1 的研究进展及其在白癜风发病过程中的作用机制进行论述。

1 HMGB1 的生物学特征

1.1 HMGB1 的结构

HMGB 蛋白家族是一种高度保守的蛋白质家族，包含HMG 框结构域，是以三个α 螺旋为特征的DNA 结合基序。哺乳动物体内有四种不同的HMGB 蛋白，即HMGB1、HMGB2、HMGB3、HMGB4，其中HMGB1 表达最为丰富。HMGB1是一种相对较小的蛋白质[1]，位于细胞核内，其流动性极强。HMGB1 包含215 个氨基酸残基，其序列的同一性为99%。HMGB1 包含3 个结构域，分别为2 个带正电荷的DNA 结合结构域（HMG-盒A 和盒B）和1 个酸性C 末端尾（由带负电荷的30 个重复且连续的氨基酸残基构成）。大量带正、负电荷的氨基酸使HMGB1 成为一个独特的带双极性电荷的分子，这就是HMGB1 也被称为两性霉素的原因[3]。在功能上，HMGB1 的A 盒（AA1-79） 和B 盒（AA89-162） 可与DNA 相互作用，使DNA 的双螺旋结构弯曲[4]。B 盒具有细胞因子样活性，能诱导巨噬细胞分泌促炎细胞因子。这种细胞因子活性可被重组A 盒竞争性抑制。HMGB1 中的AA150-183 负责与RAGE 结合，AA89-108 负责与TLRs 结合[4]。HMGB1 的C 末端尾部（AA186-215）结构有助于A 盒、B 盒的空间排列，并通过与其他蛋白相互作用调节核内HMGB1 DNA 的亲和力[1，5]。

1.2 HMGB1 的受体及其信号通路

与典型促炎细胞因子〔如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α）、 白细胞介素-1（interleukin，IL-1）〕的区别是，HMGB1 可通过受体信号转导而导致细胞出现炎症反应[6]。据报道，至少有14 种不同的受体参与该信号转导途径，如RAGE、Toll 样受体2（Toll Like Receptor 2，TLR2）、Toll 样受体4（TLR4）、趋化因子受体4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4） 等。RAGE 和TLR4 是HMGB1 的主要受体[7]。RAGE是一种多配体促炎性Ⅰ型跨膜受体，在细胞激活的过程中，RAGE 可在NF-κB 的控制下转移到细胞表面[8]。对于HMGB1 诱导的细胞增殖、迁移、炎症反应、自噬和免疫来说，RAGE 在其中发挥着重要作用[1]。细胞外的HMGB1 可与不同的炎症因子形成复合物，并通过RAGE 被内吞至溶酶体内[9]。这种胞吞作用可导致细胞焦亡，从而完成内化外源性HMGB1 的过程。内化的HMGB1 会破坏溶酶体膜的稳定性，渗漏的溶酶体能使HMGB1接触到促炎胞质受体，最终会导致炎症激活、细胞焦亡和促炎介质的释放[7]。细胞表面的RAGE在与其他配体结合时也会被内化，这种内化是产生后续胞内反应的基础[10]。HMGB1 激活巨噬细胞释放细胞因子需要TLR4 的参与。RAGE 敲除的巨噬细胞和TLR2 敲除的巨噬细胞可产生TNF，而TLR4 敲除的巨噬细胞则不产生TNF。TLR4 是介导巨噬细胞活化、细胞因子释放和组织损伤的HMGB1 的主要受体。HMGB1 可与TLR4- 髓样分化蛋白-2（myeloid differentiation protein-2，MD2）结合，并刺激巨噬细胞释放TNF。上述细胞之间的结合和信号传导均需要C106 位点上的半胱氨酸参与，因此阻断这个位点可阻止HMGB1与TLR4 的结合[6]。TLR4 活化后可释放大量的HMGB1，这一过程是通过干扰素（interferon，IFN）活化诱导JAK/STAT1 信号所致[3]。

1.3 HMGB1 的释放途径及其功能

HMGB1 的释放途径分为主动释放和被动释放。HMGB1 的被动释放发生在细胞坏死时，由细胞完整性受损引发，这一释放过程几乎是瞬间的。当巨噬细胞、树突细胞、血小板和其他免疫细胞受到病原体相关分子模式、内源性炎症介质的影响时，就会分泌HMGB1[6]。HMGB1 的主动释放需要两个关键步骤，第一步是核HMGB1 转移到胞质中，这依赖于JAK/STAT1 信号的转导[11]；第二步是诱导细胞焦亡，通过溶酶体的胞吐作用使胞质HMGB1 到达胞外[12]。在细胞外，HMGB1可与RAGE 或TLRs 结合，激活细胞内信号级联，诱导NF-kB 的产生，分泌各种促炎细胞因子（如IL-1、IL-6、TNF-α 等），并放大炎症反应[2]。

2 HMGB1 与白癜风的关系

白癜风是一种慢性炎症性疾病，其特征为黑素细胞破坏导致皮肤色素脱失。目前，临床上尚未彻底阐明白癜风的病因，一般认为此病的发生可能与遗传因素、自身免疫因素、氧化应激因素、外界环境因素等有关。白癜风患者体内黑素细胞的破坏归因于几种病因学理论，包括可直接导致黑素细胞凋亡的氧化应激和能够特异性破坏黑素细胞的CD8+细胞毒性T 淋巴细胞的产生[13]。虽然自身免疫因素、遗传因素等与白癜风的发生有关，但细胞内外的氧化应激因素可能是导致此病发生的关键。研究表明，氧化应激有助于暴露来源于黑素细胞的自身抗原，而该抗原对于自身反应性T 淋巴细胞的激活至关重要。此外，氧化应激可促进角质形成细胞分泌趋化因子，介导白癜风皮损中T 淋巴细胞的皮肤浸润[13]。由此可见，在白癜风的发病机制中，氧化应激可辅助形成针对黑素细胞的自身免疫反应。角质形成细胞释放HMGB1 可由紫外线B（ultraviolet radiation B，UVB）照射诱导，这可能将HMGB1 与皮肤的某些病理状况联系起来[14]。角质形成细胞释放的HMGB1 可作为DAMP 分子，并通过与某些模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）结合来触发炎症反应，常见的PRRs 有RAGE、TLR2 和TLR4。HMGB1 作为一种经典的DAMP分子，参与了多种自身免疫性皮肤病的发生，包括银屑病、特应性皮炎和扁平苔藓等[13]。近年来的多项研究表明，HMGB1 可能参与了白癜风的免疫发病机制，但其在白癜风发生、发展过程中的具体作用机制还未被彻底阐明。皮肤是人体最大的器官，若其长期暴露在UVB、病原体等有害元素下，UV 辐射和活性氧可通过DAMP 分子（包括HMGB1、中枢神经特异性蛋白、热休克蛋白等）对皮肤产生损害。现已证实DAMP 分子参与了白癜风的发病机制。研究证实，热休克蛋白70是白癜风小鼠模型中色素脱失所必需的蛋白，而位于内质网的钙网蛋白也会促进白癜风患者外周血中炎症因子的表达。Kim 等[13]研究发现，角质形成细胞分泌的HMGB1 可影响黑素细胞的存活和黑素生成相关分子的表达，这一机制可能是导致白癜风发生的关键。此外，Cui 等[14]发现黑素细胞在氧化应激下分泌的HMGB1 能促进角质形成细胞分泌趋化因子，诱导CD8+T 淋巴细胞的皮肤浸润和树突状细胞的成熟，从而可进一步导致黑素细胞被破坏。该研究还指出HMGB1 是参与白癜风进展的关键炎症因子。由此可推测，血清HMGB1 是监测白癜风患者疾病活动的一个有前途的生物标志物，抑制HMGB1 从黑素细胞中释放可能是预防白癜风快速进展的一个潜在策略。

细胞凋亡是一个复杂的细胞死亡过程，由激活的caspase 介导， 信号传导由启动因子（caspase-8、9）和执行因子（caspase-3、7）介导。基于这些重要的活性，caspase-3 的激活可作为HMGB1 诱导黑素细胞凋亡的标志。研究指出，外部刺激源（如UVB 辐射和氧化应激）可刺激角质形成细胞释放HMGB1，导致黑素细胞凋亡及黑素生成相关分子的表达水平下降，进而诱发白癜风[13，15]。HMGB1 必须与某些PRRs 结合才能发挥其促炎功能。Cui 等[14]研究发现，RAGE只有受到重组人HMGB1（recombinant human HMGB1，rhHMGB1）刺激时其在白癜风患者的皮损处和角质形成细胞中的表达才会增高。RAGE的敲除可明显降低用rhHMGB1 处理的角质形成细胞中CXC 趋化因子配体16 和IL-8 的产生[13]。由此可见，RAGE 可能是介导角质形成细胞促炎作用的主要PRRs，尽管TLR2 和TLR4 的促炎作用在未来的研究中仍需排除。来自黑素细胞的自身抗原需通过成熟的树突状细胞来呈递，这一机制对于白癜风发病过程中细胞毒性T 淋巴细胞的激活至关重要，而细胞毒性T 淋巴细胞可攻击黑素细胞，导致黑素细胞凋亡。事实上，阻断树突状细胞的激活可促进白癜风患者体内黑素的再生。先前的研究表明，HMGB1 能够加速树突状细胞的成熟[13]。因此，氧化应激诱导的黑素细胞释放HMGB1 可能通过促进皮肤浸润和细胞毒性T 淋巴细胞的活化而在白癜风患者的免疫发病机制中起到双重作用。一方面，HMGB1 会通过caspase-3的激活导致黑素细胞凋亡及黑素生成相关分子表达水平的降低；另一方面，HMGB1 在促进角质形成细胞分泌趋化因子及树突状细胞成熟中发挥着关键作用。因此，HMGB1 可能成为临床上治疗白癜风的一个有前途的靶点。

3 小结

核分子HMGB1 是迄今为止最适合用来研究自身免疫性疾病的一个警报素分子。HMGB1 的独特之处在于，它可以作为环境的警报信号，警告细胞外环境的濒危稳态。HMGB1 与多种自身免疫性疾病之间存在联系，但其在白癜风发病过程中的作用机制尚未彻底阐明。HMGB1 在炎症反应发生、发展中的核心作用使其有望成为多种自身免疫性疾病的标志物，并为靶向治疗此类疾病创造了新的可能性。