HMGB1在脓毒性急性肺损伤中的调控机制

The Regulatory Mechanism of HMGB1 in Septic Acute Lung Injury

摘要: 急性肺损伤(Acute Lung Injury, ALI)是脓毒症常见的临床并发症之一，其发病机制包含复杂的炎症反应与细胞损伤，高迁移率族蛋白B1 (High mobility group box 1, HMGB1)属于脓毒症急性肺损伤后期产生的炎症介质，在该病病理进程中起到重要的调节效果。这篇文献综述汇总了脓毒症急性肺损伤的发病机理，并着重论述了HMGB1的调节功效及同其它炎症介质之间的交互情况。研究成果显示，HMGB1可以在细胞质中调控肺泡巨噬细胞的自噬与凋亡从而起到保护作用，同时在炎症等应激条件下，HMGB1转移至细胞外引起炎症因子的过度激活，导致肺损伤。二者结合影响着脓毒症急性肺损伤的严重程度和预后情况，这或许意味着HMGB1成为了脓毒症急性肺损伤潜在的医治靶标，给临床上的干预策略给予了新方向。

Abstract: Acute Lung Injury (ALI) is one of the common clinical complications of sepsis, the pathogenesis of which involves complex inflammatory response and cellular damage, and High mobility group box 1 (HMGB1) belongs to the inflammatory mediators produced in the late stage of acute lung injury in sepsis, and plays an important regulatory role in the pathological process of this disease. This review summarizes the pathogenesis of acute lung injury in sepsis and focuses on the regulatory effects of HMGB1 and its interactions with other inflammatory mediators. The results show that HMGB1 regulates autophagy and apoptosis in alveolar macrophages in the cytoplasm to play a protective role, while under stress conditions such as inflammation, HMGB1 translocates to the extracellular compartment to cause hyperactivation of inflammatory factors, leading to lung injury. The combination of the two influences the severity and prognosis of acute lung injury in sepsis, which may imply that HMGB1 has become a potential therapeutic target for acute lung injury in sepsis, giving a new direction for clinical intervention strategies.

1. 引言

脓毒症属于一种发病机制较为复杂的危重疾病，常常引发多处器官受损，急性肺损伤(ALI)就是比较常见的一种表现形式。近些年来，随着对脓毒症展开持续深入的研究，科学家们意识到高迁移率族蛋白B1 (HMGB1)在这一进程里有着非常重要的影响，这是一种重要的晚期炎症介质，涉及细胞调控以及宿主免疫反应，在相关研究当中被证明HMGB1参与到脓毒症炎症的启动和发展过程之中，并且也会影响自噬、凋亡这些生物学过程。肺泡巨噬细胞(Alveolar Macrophage, AM)是肺部免疫系统的关键部分，它具备消灭与吞噬病原微生物的能力[1]。深入探究HMGB1对于肺泡巨噬细胞自噬造成的影响以及其在脓毒症急性肺损伤中的调控机理，会赋予脓毒症诱发的ALI的临床诊断与治疗更多的新思路和办法，这篇综述意图细致梳理现有文献来给予这个领域一个更为全面和深刻的视角。

2. 脓毒症急性肺损伤的发病机制

急性肺损伤是脓毒症严重的并发症之一，它主要由失调的炎症反应、肺泡上皮细胞及微血管内皮细胞受损、弥漫性肺间质和肺泡水肿引起[2]。在脓毒症早期，脂多糖以病原体相关分子模式(PAMPs)通过刺激Toll样受体(TLRs)激活免疫细胞[3]，同时TLRs的激活诱导早期损伤信号迅速释放到循环系统中[4]，从而促进大量的炎症介质如TNF-α、IL-1和IL-6的释放[5]。这些炎症介质激活巨噬细胞和中性粒细胞，产生大量的活性氧和蛋白酶，造成肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞损伤，从而引起并加重急性肺损伤[6]。脓毒症还影响肺部血流动力学。肺泡上皮细胞和微血管内皮细胞的损伤使肺泡毛细血管屏障的通透性增加，导致肺水肿、肺不张，最终发生急性低氧性呼吸衰竭[7]。

3. HMGB1的基本特征与功能

3.1. HMGB1的结构

高迁移率族蛋白B1 (HMGB1)是核蛋白中高度保守的一种蛋白质，它由215个氨基酸残基组成，分子量大约是27 kDa，它的结构由三个不同的结构域所构成，A盒，B盒还有C端酸性尾部。有实验证明细胞外的B盒有着促炎活性，而A盒由于有着与B盒结合的能力，可以作为HMGB1拮抗剂，发挥抗炎作用[8]。C端酸性尾部位含有30个重复出现的天冬氨酸和谷氨酸残基，在与A盒融合后，A盒抗炎活性得到增强[9]。

3.2. HMGB1的生物学功能

HMGB1在细胞核、细胞质、细胞外有多种生物学作用，且各种应激条件下，它可以从细胞核转移到细胞质，然后进入细胞外[10]。在细胞核中，HMGB1是重要的染色质相关蛋白，参与DNA复制、转录及修复等过程，与DNA结合时，会影响DNA结构稳定性，进而调控基因表达及细胞复制、成熟[11]。这些功能使HMGB1对保持基因组稳定和正常细胞生理功能不可缺少。细胞质里，最近有研究显示HMGB1在调节自噬时起着重要作用，自噬是一种细胞内降解过程，受损或者多余的细胞器和蛋白质被自噬体包围，然后分解成氨基酸之类的小分子，细胞可以再次使用这些小分子[12]。HMGB1同自噬相关蛋白发生相互作用，从而调节自噬体的形成和降解，进而影响细胞的稳定和存活[10]。这种特别的细胞质调节机制彰显了HMGB1在维持细胞平衡方面的重要意义，有些研究者觉得，HMGB1所引发的自噬调节同它在炎症和免疫反应中的功能存在联系，二者共同影响疾病的发展和结局[13]。而在细胞外，HMGB1充当晚期炎症介质，它可与多种细胞表面受体结合，比如晚期糖基化终末产物受体(RAGE)和Toll样受体，激活下游信号通路，诱发或加强炎症反应[14]。HMGB1促使炎症细胞募集并被激活，引发细胞因子生成，加重组织损伤及炎症，进而影响疾病发展和预后[15]。

4. HMGB1在脓毒症急性肺损伤中的调节机制

4.1. HMGB1的分泌和释放

在各种应激条件下，HMGB1可以通过各种修饰(如乙酰化和去乙酰化、甲基化、N-糖基化、磷酸化等)实现在细胞核和细胞质之间穿梭的功能[16] [17]。此外，有研究观察到热休克蛋白90α家族成员1 (HSP90AA1)可以通过与HMGB1直接相互作用，调节HMGB1从细胞核到细胞质的转位及其分泌[18]。这些分泌机制使得HMGB1处于不同位置并发挥其作用。

4.2. HMGB1与肺泡巨噬细胞

肺泡巨噬细胞是一种位于肺组织中的免疫细胞，在炎症反应中释放炎性因子和趋化因子，招募中性粒细胞、淋巴细胞等免疫细胞，共同清除病原体并促进修复[19]。同时，AM还可以调节免疫反应的强度和类型，避免诱发过度炎症损伤肺组织[20]。HMGB1是一种多功能蛋白，有多个研究表明它可以直接促进肺泡巨噬细胞的自噬，体外实验发现HMGB1处理后肺泡巨噬细胞中的自噬体数量明显增多，说明HMGB1可以诱导自噬体的形成[21]。丁学等人也发现HMGB1可以与晚期糖基化终末产物受体(RAGE)结合，上调自噬相关蛋白的表达，进而增强自噬活性[22]。这些发现不仅证明HMGB1可以促使肺泡巨噬细胞进行自噬，还表明它或许会通过调节自噬在肺部疾病当中起到保护效果，因为自噬会清除那些已受损的细胞器以及蛋白质，从而减轻细胞所承受的应激状况并抑制凋亡过程[23]。要是自噬受到损伤或者不能满足细胞的需求，HMGB1也许就会推动凋亡去清除那些被严重破坏或者无法修复的细胞，这样一来就能保持肺组织的稳定并且防止疾病进一步发展[24]。

通过深入探究，发现HMGB1影响自噬与凋亡转换的机理包含诸多层面，一方面HMGB1可与Beclin-1等自噬相关蛋白结合，从而促使自噬体形成[22] [24]，还可通过调控溶酶体的活性及功能来调控自噬体的降解，以保证自噬正常开展；另一方面HMGB1可调节凋亡有关信号通路，在脓毒症中，HMGB1从细胞内被动释放，致使中性粒细胞PD-L1表达增多，抑制中性粒细胞凋亡[25]；也可通过激活PI3K/Akt等抗凋亡信号通路抑制细胞凋亡[26]。综上所述，HMGB1通过调控肺泡巨噬细胞的自噬激活和凋亡抑制双重机制，在肺部疾病进程中发挥重要的保护作用[27]。近些年，很多研究也都显示HMGB1能通过穿梭细胞核与细胞质之间而改变自噬与凋亡的改变进程[28]。但需要留意到，HMGB1对于自噬以及凋亡转化的影响很可能会被各类因素所左右或者干扰，比如环境因素、疾病状态等等。所以在今后的研究过程中还要进一步搞清楚HMGB1于脓毒症之下对肺泡巨噬细胞的具体机制，从而给疾病治疗过程给予更为精确有效的操作办法。

4.3. HMGB1与炎症因子

HMGB1在脓毒症等病理情况下会以某种方式释放到细胞外空间，成为DAMP，参与炎症反应和免疫调节[29]。HMGB1在脓毒性急性肺损伤中的作用包括HMGB1可促进炎症细胞聚集和活化，从而加剧炎症反应[14]。HMGB1可与Toll样受体等特异性受体结合，进而刺激炎症细胞因子、趋化因子、黏附分子及活性氧(ROS)的产生，加重组织细胞损伤[30]。值得一提的是，近年来有研究表明在HMGB1从细胞核转移到细胞质的期间，NADPH氧化酶和功能障碍的线粒体等来源产生的细胞内ROS氧化了细胞质中的HMGB1，然后才释放到血浆中，而HMGB1的氧化会增强其促炎信号[31]，使炎症逐渐向不可控的方向发展。HMGB1还可影响肺泡上皮细胞及微血管内皮细胞的屏障功能。研究显示HMGB1可下调紧密连接有关蛋白的表达，减小细胞之间的黏附力，致使肺泡–毛细血管屏障的完整度下降[5]，并且HMGB1会激活一些信号通路，RAGE-p38MAPK通路就是其中之一，这会改变细胞骨架的重塑过程，促使应力纤维生成，进而增大内皮细胞之间的空隙，破坏屏障功能[32]。

在脓毒症急性肺损伤中，HMGB1还和其他炎症介质之间存在着复杂的相互作用关系[33]。这些相互作用不仅会影响炎症反应的进程和强度，而且会决定肺损伤的严重程度和预后。HMGB1和其他早期炎症介质，如TNF-α、IL-1和IL-6之间存在正反馈回路。这些早期炎症介质可以诱导HMGB1的释放，而HMGB1的释放又能促进这些炎症介质的产生，这就形成了一个不断放大的炎症级联反应。这种正反馈回路使得炎症反应更加失控，肺损伤也变得更加严重[34]。第二，HMGB1会与其他炎症介质产生交互作用，二者联手对肺泡上皮细胞及微血管内皮细胞造成破坏，比如，HMGB1和ROS之间存在交互作用，这会加大氧化应激现象的强度，细胞结构和功能因此受到损害[35]。HMGB1和趋化因子以及粘附分子存在交互作用，从而推动炎症细胞迁移并深入侵入，使得肺组织里的炎症反应加重并且损害增大[36]。这种交互作用既显示出HMGB1在脓毒性急性肺损伤过程中的关键位置，又赋予人们在探寻新的治疗目标时给予线索，通过干扰HMGB1与其他炎症介质相互作用的方式来减弱肺部的炎症反应，进而改善病人的恢复情况。

5. 结论与展望

近期研究表明，HMGB1在脓毒性急性肺损伤中发挥着关键调控作用。HMGB1在细胞质内可通过促进细胞自噬在脓毒症中发挥保护作用；同时在炎症的刺激下，HMGB1会通过各种修饰转移至细胞外，加剧炎症反应，而不受控制的炎症反应会产生严重的肺损伤。基于此，后续研究可进一步探索如何通过影响HMGB1信号通路，促进其在肺泡巨噬细胞中从细胞核向细胞质转位，减少肺泡巨噬细胞HMGB1的胞外分泌以激活自噬并减少凋亡，从而减轻肺部炎症，为脓毒性急性肺损伤的治疗提供新思路。

致 谢

本研究得到了浙江省医药卫生科技计划项目(2023KY359)及浙江省医学会临床医学科研专项资金(2024ZYC-Z111)的支持。

NOTES

^*通讯作者。