高迁移率族蛋白1——新的“晚期”促炎性细胞因子

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刘峰姚咏明*

（解放军总医院第304临床部全军烧伤研究所，北京100037）

通讯作者简介：姚咏明(1965-)，男，博士后(奥地利)，教授，博士生导师。现任中国微生物学会微生物毒素分会副主任委员、中国中西医结合急救学会常委、国家自然科学基金重点项目评委等职。《中华外科杂志》等14种杂志副主编或编委，Crit Care Med等9种杂志英文编审或特约审稿人等。主持国际合作、国家、军队和省部级科研项目共计17项，包括国家杰出青年基金、国家“973”项目等。在国内外期刊发表论文312篇(SCI收录40篇，ISTP收录6篇，被SCI引用530余次)，主编及参编专著18部，获国际希拉格奖1项，中国青年科技奖1项，国家科技进步二等奖2项、三等奖1项，北京市和军队科技进步一、二等奖8项。主要研究方向为细菌内/外毒素血症、休克、脓毒症和多器官功能障碍综合征发病机制、诊断方法与防治策略。

摘要：高迁移率族蛋白1（HMGB1）是一种高度保守的核蛋白，普遍存在于哺乳动物细胞。最近发现可由激活的单核/巨噬细胞等主动分泌或由坏死细胞被动释放到细胞外，在感染及炎症时血浆HMGB1水平显著升高，起到重要的促炎效应，包括激活单核/巨噬细胞产生多种细胞因子，诱导内皮黏附分子的表达及损伤上皮细胞屏障功能等；可引起发热和厌食，参与多种疾病尤其是脓毒症、关节炎、结肠炎等发病过程。在“早期”炎症介质释放后，给予抗HMGB1抗体，仍可对致命性内毒素血症、脓毒症及急性肺损伤动物发挥保护作用，为临床提供了更加宽广的治疗时机与新的干预途径。

关键词高迁移率族蛋白1；细胞因子；炎症；脓毒症；晚期糖基化终末产物受体

中图分类号：R364.5 文献标识码：A文章编号：1673－2588（2005）05－0377－04

收稿日期：2005－10－08

*通讯作者，E－mail：c-ff@

基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(G1999054203，2005CB522602)、国家杰出青年基金(30125020)

脓毒症（sepsis）作为感染引起的致命性炎症反应，其较高的发病率与病死率一直无法得到有效控制。人们针对脓毒症的发病机制及合理的治疗措施，进行了大量的工作，但目前在临床上没有一种抗炎性因子治疗是确切有效的。分析其原因，是因为肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-1(IL-1)等炎性因子通常在病因作用后早期（几分钟至2 h内）释放，因而TNF-α和IL-1等拮抗剂只是在菌血症初期使用有效，但临床上针对早期炎性介质治疗的时间窗( therapeutic window)显然是难以把握的。并且在脓毒症后期，虽然TNF-α和IL-1水平往往已恢复至正常，但是患者病情仍持续加重直至死亡。近年来，有研究发现高迁移率族蛋白 1 (high mobility group box 1 protein, HMGB1)作为新的晚期炎症介质参与了脓毒症的发病过程[1, 2]，是内毒素致死效应的重要晚期因子。这一发现为临床上治疗病死率很高的脓毒症、脓毒性休克及多器官功能障碍综合征(MODS)提供新的理论依据。

1 HMGB1的结构与功能

HMGB1因其在凝胶电泳中迁移速度快而得名，是一种非组蛋白染色体蛋白。HMG超家族可分为HMGB、HMGN、HMGA3个家族[3]。神经元的表面(如突触)有HMG表达，可促进神经轴突生长，在肿瘤细胞增殖及转移过程中具有重要作用。其基因可在肝细胞、纤维细胞、神经细胞、胶质细胞、中性粒细胞、血小板及造血干细胞的细胞核、胞浆及胞膜上表达。HMGB家族有HMGB1，HMGB2和HMGB3 3个成员。HMGB1结构上可分为两个同源性DNA结合区：A区、B区及一个酸性C末端区，是一条含215个氨基酸残基，分子量约30 kDa的单链多肽（附图）。HMGB1系进化中高度保守的染色质蛋白，在哺乳动物的氨基酸序列同源性高达98%以上。它们自身不是转录因子，但与DNA有较高的非特异性亲和力，参

与DNA复制、转录和修饰；可以稳定核小体，在细胞核内与DNA双螺旋的小沟结合后使DNA构象发生变化，暴露与其他转录因子的结合位点，可以调节类固醇激素受体、NF-κB、p53等的转录活性[4]。HMGB1基因缺失小鼠由于继发引起糖皮质激素受体功能缺陷，很快因低血糖而死亡。虽然HMGB1作为核蛋白已发现了30余年，但其胞外促炎症因子的作用新近才被认识到。

2 胞外HMGB1的产生

为了寻找比TNF-α及IL-1产生更晚的细胞因子，将巨噬细胞与内毒素共同孵育，人们发现了一种新的蛋白——HMGB1，出现在内毒素刺激后16-24 h，产生明显晚于其他早期炎性因子，并且持续时间更长。HMGB1的这一动力学特点与TNF-α和IL-1β等“早期”炎性细胞因子明显不同，因而推测HMGB1是一种潜在“晚期”炎性介质[1, 2]。其具体的分泌机制目前还不清楚，有研究证明细胞外的HMGB1是从细胞核内分泌而来，通过非经典的、囊介导的分泌通路，由溶血磷脂胆碱激发溶酶体的胞吐作用而产生。除内毒素外，TNF-α，IL-1及γ-干扰素也能特异性刺激HMGB1的产生。研究发现γ-干扰素诱导HMGB1的产生是通过TNF-α途径介导，给予TNF-α中和抗体可以使HMGB1产生量减少50%[5]。同样，抑制Janus 激酶2的活性，可以显著减少γ-干扰素诱导的HMGB1 释放。血小板的胞浆中也含有HMGB1，并在激活时释放，但其机制尚不清楚。HMGB1产生的另一途径是坏死及损伤的细胞[6]，这可能是坏死组织可引起炎症反应的原因，也有助于解释非感染因素包括缺血、挤压伤及烧伤诱导的炎症现象。HMGB1基因敲除小鼠的坏死细胞炎症反应显著减弱，表明HMGB1是坏死细胞激发炎症反应的主要因子；而在凋亡细胞无HMGB1的释放，也无炎症反应的发生。目前认为危重病患者的HMGB1水平可反映炎症及组织损伤的程度。

3 HMGB1可能受体与信号转导机制

HMGB1可通过晚期糖基化终末产物受体（RAGE）起作用，后者属于免疫球蛋白超家族，是一种跨膜蛋白，在内皮细胞、平滑肌细胞、单核细胞、神经元、上皮细胞等存在。HMGB1与RAGE的结合力是晚期糖基化终产物（AGE）的7倍，现有证据表明HMGB1的促炎效应大部分是通过RAGE起作用的[7]，通过RAGE 激活NF-κB、MAPK、纤溶酶原激活抑制物、Cdc42与Rac。但应用RAGE抗体或RAGE基因敲除方法，并不能完全抑制HMGB1引起的炎症反应。此外，目前还无法解释为何激活的单核细胞中RAGE迅速活化，而HMGB1诱导的炎症反应却