高迁移率族蛋白B1在儿科疾病中的研究进展

赖珊莹，朱惠芳，罗开源

（1. 赣南医学院2018级硕士研究生；2. 赣南医学院第一附属医院儿童医学中心，江西 赣州 341000）

高迁移率族蛋白B1（High mobility group protein box 1，HMGB1）是1973年发现的一种高度保守的进化蛋白，是一种染色质结合分子，具有很高的电泳迁移率［1］。HMGB1 广泛分布于哺乳动物组织的各种细胞中［2］，在胞内可调节DNA 复制、基因转录，参与细胞自噬反应，被分泌到细胞外环境中时，则作为炎症的强大介质，参与炎症反应和免疫应答。本文就HMGB1在相关儿科疾病中的研究进展做一综述。

1 HMGB1的结构和功能

HMGB1是一种多功能核蛋白，分子量约30 kD，定位于染色体13q12，是215个氨基酸组成的警报蛋白［3］，由2 个DNA 结合域N 端（A box 和B box）和一个带负电荷的C 末端组成，B box 是HMGB1 发挥促炎作用的主要功能域，A box 对B box 有拮抗作用［4］。C末端既能调控A box、B box与DNA 结合的亲和力，又能增强A box的抗炎作用［5］。

HMGB1 在细胞中位置不同其功能不同。在细胞核中高度表达，调节DNA 复制、基因转录及核小体结构和数量［6］；在细胞质中，胞内的HMGB1 可参与细胞自噬反应［7］。

此外，HMGB1 可由受损细胞迅速释放，也可由免疫细胞主动分泌。且HMGB1 可被凋亡细胞的浓缩染色质所保留。与其他促炎细胞因子不同，分泌的HMGB1 是炎症的延迟介质，通过非经典的分泌途径被延迟释放［6］。一旦释放，HMGB1 可与可溶性或细胞结合形式的晚期糖基化终产物受体（Recep-tor for ad vanced glycation end products，RAGE）、Toll样受体2（TLR2）和Toll样受体4（TLR4）结合，通过核因子-κB（NF-κB）信号通路的正反馈环激活肿瘤坏死因子（TNF）和白介素6 等其他促炎细胞因子的表达和释放［2］。细胞外HMGB1 通过与脂多糖（LPS）、细胞因子白介素1β 等炎症介质结合进而介导炎症反应。一些危险信号或促炎刺激可诱导HMGB1 高乙酰化和核转位，同时伴有双链RNA 依赖激酶（PKR）自磷酸化。激活的PKR 与炎性小体成分核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3）相互作用，并促进炎性小体激活，最终通过焦亡作用驱动HMGB1释放［6］。

2 HMGB1主要的受体

据报道，至少有14种不同的受体系统被细胞外的HMGB1 所激活［8］。到目前为止，只有2 个受体系统，Toll 样受体（Toll like family of receptors，TLRs）和RAGE，在分子系统中得到了广泛的研究，并在大量研究中被证实是HMGB1重要的受体。

TLRs是参与宿主防御的跨膜分子家族，结构相似，但亚细胞定位和配体不同［9］。据报道，TLR 家族中有3个成员参与了HMGB1信号通路：TLR2、TLR4和Toll 样受体9（TLR9），它们可以激活NF-κB 和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路，调节各种免疫和炎症介质的基因表达［10］。TLR2 和TLR4 与HMGB1相互作用，导致NF-κB 的核移位和中性粒细胞、巨噬细胞中促炎细胞因子的表达。TLR2/HMGB1 轴促进自然杀伤细胞和癌症干细胞的激活［6］。TLRs也在肿瘤细胞上表达，死亡肿瘤细胞释放的HMGB1激活Toll 样受体-髓样分化因子88（TLRs-MyD88）信号通路，产生抗癌或促癌作用［7］。Toll样受体4-骨髓分化因子2（TLR4/MD-2）是巨噬细胞产生HMGB1诱导的细胞因子的强制性受体系统，当HMGB1 单独作用时，这种相互作用需要HMGB1 的二硫氧化还原亚型［8］。

RAGE 是一种多配体、促炎性受体，在多种细胞类型中均有表达，是一种在NF-κB 调控下在细胞活化过程中转运到细胞表面的细胞内分子［11］。研究表明，在HMGB1 中发现了一个额外的结合表位位于A box（序列23-50），并与RAGE 相互作用逆转了树突状细胞的凋亡诱导耐受性。HMGB1 与RAGE的结合介导了HMGB1 的动力依赖内吞作用，导致巨噬细胞吞噬外源性HMGB1［8］。HMGB1 与RAGE的结合可通过激活NF-κB 和MAPK 通路，介导细胞增殖、生长、迁移、趋化和上调细胞表面受体［10］。有研究表明，细胞外HMGB1 与LPS 形成复合物，通过RAGE 进入内溶体系统，HMGB1 破坏了溶酶体膜，使LPS 能够到达细胞质半胱氨酸天冬氨酸酶-11（caspase-11），从而导致多个关键炎症介质的形成和细胞焦亡［11］。

3 HMGB1在儿科疾病中的研究进展

3.1 HMGB1与感染性疾病

3.1.1 HMGB1 与儿童脓毒症脓毒症被认为是一种失调性炎症反应，该综合征在病理上是由免疫细胞释放多种促炎细胞因子（如TNF 和HMGB1）介导的［2］。大量致死性脓毒症的临床研究提供了令人信服的证据，证明HMGB1 在最终常见的死亡途径中起主要的致病作用，并且它可以作为治疗的优势靶点［12-13］。许多研究表明，HMGB1 通过抑制中性粒细胞清除细菌的能力，从而诱发持续性炎症，加重脓毒症引起的器官功能障碍和死亡。TADIE 等［14］研究表明，HMGB1 通过RAGE 依赖机制，可减少中性粒细胞对细菌的杀灭及减少烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶的激活。另一则研究也得出相似的结论，HMGB1/RAGE 介导的中性粒细胞NADPH氧化酶功能障碍，发生在脓毒症小鼠和脓毒症休克存活患者中。脓毒症患者血浆HMGB1 的水平长期升高及中性粒细胞上的RAGE 产物和TLR4表达增加，而抗HMGB1 抗体治疗可显著减少脓毒症小鼠引起的中性粒细胞NADPH 氧化酶活性障碍［15］。乔晓辉等［16］研究发现，儿童脓毒症时血清HMGBl 水平明显升高，且其水平与病情严重程度相关。这些结果表明，HMGB1在儿童脓毒症发挥着关键的作用，之后期待能开发出可以运用于小儿临床的抗HMGB1药物。

3.1.2 HMGB1 与其他感染性疾病HMGB1 除了在脓毒症中发挥关键作用外，近年来，在其他感染性（如病毒、支原体）疾病中也有研究。有研究报道，在小鼠腺病毒肺炎模型中，HMGB1 通过TLR-4、TLR-9 和RAGE 受体促进人腺病毒7 型的复制和信号，激活NF-κB，刺激炎症介质的释放，促进腺病毒的病理过程［17］。DING 等［18］研究发现在儿童肺炎支原体肺炎中，HMGB1是鉴别难治性肺炎支原体肺炎（RMPP）和非RMPP的良好生物标志物；肺炎支原体的脂质相关膜蛋白可通过TLR2 途径诱导免疫细胞表达HMGB1。HOSAKOTE 等［19］研究表明，呼吸道合胞病毒感染引起的气道上皮细胞释放的HMGB1可能是一种旁分泌因子，启动气道上皮细胞和单核细胞对炎症刺激的反应。另一则研究表明，通过对西尼罗病毒感染小鼠的大脑样本进行动态蛋白组学研究，HMGB1分别在临床症状出现之前和之后的脑水平上被观察到上调，结果显示HMGB1 可作为识别西尼罗病毒感染严重程度的候选生物标志物［20］。HMGB1 在感染疾病中发挥着作用，在今后，需要在更多感染性疾病上深入研究，也许会有更多更大的发现。

3.2 HMGB1与儿童恶性肿瘤

3.2.1 HMGB1 与儿童白血病白血病是儿童肿瘤中是常见的恶性肿瘤。HMGB1 诱导自噬的研究表明了HMGB1 在白血病自噬中的重要性［21-22］。有研究报道，靶向自噬复合物的转化或HMGB1 的易位，可能抑制自噬，从而克服白血病的化疗耐药性［23］。HMGB1 诱导的自噬与儿童急性髓系白血病（AML）有关，YASINSKA 等［24］研究发现，HMGB1 可能作为T细胞免疫球蛋白粘蛋白结构域3（TIM-3）和其他免疫受体的配体，对AML 的进展发挥至关重要的作用，支撑AML 细胞的存活或者增殖。ZHANG等［25］报道，miR-142-3P 可负性调节HMGB1 表达，通过靶向HMGB1，抑制AML自噬，提高AML的化疗敏感性。急性早幼粒细胞白血病（APL）是AML 的一个亚型，具有独特的形态学特征。YANG 等［26］研究报道，HMGB1是活性氧诱导细胞分化的重要调节因子，可能成为APL 治疗干预的潜在药物靶点。KONG等［23］研究纳入30例B细胞急性淋巴细胞白血病（ALL）患儿和8 例非恶性血液病对照组，结果显示，在所有的原发性、复发性或非缓解性白血病患者获得的骨髓单个核细胞中，HMGB1 均表达上调，而所有表现为完全缓解的患者，其表达水平与非恶性血液病患者一样低，得出HMGB1 的表达与ALL的临床状态相关。因此，HMGB1是儿童白血病研究的重要研究方向，抗HMGB1 抗体有望成为治疗儿童白血病的靶向药物。

3.2.2 HMGB1 与其他儿童恶性肿瘤近年来研究发现，HMGB1 在儿童其他的恶性肿瘤上也有关联。在MARI 等［27］研究中，结果显示，HMGB1 通过受损细胞和肿瘤细胞释放，上调了两种人神经母细胞瘤衍生细胞系中的miR-221/222 致癌簇，与低致瘤性细胞系相比，未分化的细胞系更能表达致癌簇miRs 221/222，而外源性的HMGB1 能增加这种表达。SINGH等［28］研究表明，HMGB1 mRNA表达与视网膜母细胞瘤（Rb）分期、临床分型、肿瘤分化差及视神经侵犯等相关。HMGB1 在低分化肿瘤和有组织病理学高危因素的肿瘤中表达较多，HMGB1可能有助于肿瘤侵袭，并可作为Rb 预后不良的标志物。因此，在儿童恶性肿瘤上的研究还有很大的探索空间，待进一步深入研究后，期待能有更大的发现。

3.3 HMGB1与儿童缺氧缺血性疾病近年来，越来越多研究证实HMGB1 与缺氧缺血性疾病相关，在儿童中的研究也逐渐增多。赵菁等［29］研究表明，以出生1～3 天乳鼠脑细胞实验，得出缺氧/复氧脑细胞内HMGBl 和内质网应激（ERS）相关分子表达水平均显著上调，而沉默HMGBl基因可明显抑制上述分子的表达水平，缺血/再灌注-HMGB1-内质网应激（I/R-HMGBl-ERS）路径可能参与脑缺血/再灌注损伤的发生机制。SUN等［30］研究报道，HMGB1可能导致大脑皮层M1/M2 小胶质细胞极化失衡，从而引起神经元损伤，药物阻断HMGB1 信号可能减弱小胶质细胞的这种不平衡极化，可以作为治疗围生期缺氧缺血性脑损伤的策略。围产期窒息新生儿常出现持续性肺动脉高压（PPHN）；有研究报道，PPHN新生儿血清HMGB1 水平较健康对照组明显升高，PPHN 消退后显著降低，得出HMGB1 与缺氧诱导的PPHN 发病有关，HMGB1 的变化可作为诊断缺氧性PPHN 的早期指标，并评价其改善情况［31］。因此，HMGB1在缺氧缺血性疾病的发病、诊断等方面发挥作用，也许能探索出一种新的诊疗思路。

3.4 HMGB1与儿童神经系统疾病

3.4.1 HMGB1 与儿童癫痫癫痫是在小儿时期常见的一种神经系统疾病。目前对癫痫的发病机制尚不清楚，但有证据表明神经炎症可能参与后天性脑损伤后癫痫的发生和发展。研究表明，HMGB1可能参与了癫痫的发病机制，作为神经炎症的起始和放大因子，其激活与动物模型中癫痫的发展有关［4］。FU 等［32］研究表明，在给小鼠使用促惊厥药（匹罗卡品）后，发现HMGB1 释放入中枢神经系统和外周血中，可导致血脑屏障的破坏和炎症介质的激活，从而导致癫痫。又一则研究表明，抗HMGB1单抗在人癫痫脑片上的抗癫痫作用不可排除，抗HMGB1 单抗与HMGB1 结合牢固，具有潜在的长期抗癫痫活性［33］。近期研究报道，HMGB1-TLR4 轴可能通过p38蛋白激酶信号通路在内侧颞叶癫痫发病中起重要作用［34］。局灶性皮质发育不良（Focal cortical dysplasia，FCD）是导致难治性癫痫的主要原因之一，也是儿童癫痫中最常见的组织病理类型。ZHANG等［35］研究表明，在局灶性皮质发育不良Ⅱ型病变的神经元和星形胶质细胞中，HMGB1-TLR4 通路上调，HMGB1-TLR4 上调导致下游促炎细胞因子的释放增加。一项临床研究报道，癫痫发作后24 h内HMGB1 的血清浓度明显高于健康对照组，受试者工作特性曲线显示血清HMGB1浓度96.25 ng·dL-1的阈值曲线下面积为0.947，灵敏度为80.6%，特异性为92.5%，可用于预测癫痫发作频率，HMGB1 对儿童癫痫预后有一定的预测价值［36］。这些结果表明，HMGB1 是一个值得进一步探讨的新兴概念，增加对HMGB1 在癫痫中的认识，将为设计新的治疗策略铺平道路。因此，HMGB1可作为癫痫的治疗靶点，并有望开发出可提供临床所用的药物。

3.4.2 HMGB1 与儿童创伤性脑损伤WEBSTER等［37］研究结果显示创伤性脑损伤（Traumatic brain injuries，TBI）后HMGB1 的时间分布在成人组小鼠和儿童组小鼠之间存在差异，在儿童TBI 小鼠中发现外周血HMGB1 升高，而成人组血清中未见明显升高。他们最后得出HMGB1 和下游细胞炎症反应受年龄的影响，可能是改善TBI 治疗策略的一个重要考虑因素。ANEJA 等［38］的研究结果表明，条件敲除HMGB1 小鼠与野生型对照相比具有神经保护作用，表现为挫伤体积显著减少。但他们的另外两个发现是：（1）缺乏HMGB1 对创伤后脑水肿或脑血脑屏障通透性都无益处；（2）缺乏HMGB1 对初生小鼠的空间记忆能力受损。他们得出HMGB1 在TBI 中的作用可能是一把“双刃剑”，尽管缺失HMGB1 对继发性损伤的某些方面有好处，但它的持续缺失可能会损害认知功能。因此，HMGB1 在儿童TBI 的作用还有继续探索的空间，有待进一步深入研究，期待日后有更多的研究来完善其发病机制。

3.5 HMGB1 与儿童自身免疫性疾病HMGB1 在儿童自身免疫疾病扮演的角色越来越重要，研究报道也越来越多，在川崎病、系统性红斑狼疮、幼年特发性关节炎中陆续有研究报道。JIA 等［39］研究表明，依赖NLRP3 的内皮细胞焦亡被HMGB1/RAGE/组织蛋白酶B 信号激活，内皮细胞焦亡可能在川崎病冠状动脉内皮损伤中发挥重要作用。黄莉等［40］研究报道，外周血HMGB1 水平和HMGB1-mRNA 表达量在系统性红斑狼疮（Systemic lupus erythematosus，SLE）活动组患儿中明显高于稳定组和健康对照组，SLE 患儿外周血单个核细胞可分泌HMGB1，可导致外周血血清HMGB1水平升高，并可能通过CD14/TLR-4 参与SLE 肾脏损害。在一项对照横断面研究表明，儿童系统性红斑狼疮（Pediatric systemic lupus erythematosus，pSLE）患 者 血 清HMGB1 表达明显高于对照组，狼疮性肾炎（LN）患者血清HMGB1显著高于正常肾脏患者。LN患者血清HMGB1与SLE活动指数呈正相关，与24小时尿蛋白呈正相关，与肌酐清除率呈负相关。在≥40 ng·dL-1的临界点，血清HMGB1对pSLE有较好的诊断价值，其敏感性和特异性分别为98%和95%，血清HMGB1可能是pSLE诊断和病情监测的可靠生物标志物，尤其是在LN［41］。在一项前瞻性随访研究中，患有经放射学证实的破坏性关节炎超过10 年的患儿血清HMGB1 水平是未患关节炎的儿童的4 倍，他们的研究结果表明HMGB1是幼年特发性关节炎（JIA）儿童炎症活动的标志物，较高的血清HMGB1 水平与更具破坏性的JIA 有关，可作为JIA 疾病的不良预后标志物［42］。这些结果表明，HMGB1参与了儿童自身免疫性疾病的发病机制，可能是诊断、预后的指标，也许可以成为治疗的靶点。近年来HMGB1 在各种儿童疾病临床病例的研究汇总见表1。

4 小结与展望

HMGB1是近年来在儿童的感染性疾病、恶性肿瘤、缺血缺氧性疾病、神经系统、自身免疫系统疾病中研究非常多的一个因子，具有重要的研究价值。HMGB1 与多种儿科疾病的发生发展相关，表1 总结了近年来HMGB1 在儿童相关疾病中的临床意义，为相关儿童疾病的发病机制、诊断、治疗、预后提供了新的思路。待进一步深入研究后，HMGB1有望成为一个广谱疾病的治疗靶点。

表1 近年来HMGB1在各种儿童疾病临床病例的研究汇总表