高遷移率族蛋白（high-mobility group proteins，HMG）于1973年發(fā)現(xiàn)，因其在凝膠電泳中速度快而得名。HMG蛋白家族依據(jù)其基因編碼序列的不同分為三個超家族，HMGA家族富含A/T序列，HMGB家族共用一個HMG-Box序列，HMGN家族共用一個核小體結(jié)合序列。其中HMGB1蛋白含量最豐富、分布也最廣泛。HMGB1分子在進化上高度保守，其氨基酸序列在小鼠與大鼠來源上有100%同源性，在大鼠與人類來源上有99%的同源性，細胞定位研究顯示HMGB1可以在胞核與胞質(zhì)間穿梭循環(huán)。近年來關(guān)于HMGB1在基因、生化和細胞生物學領(lǐng)域的研究已大為深入，研究表明HMGB1參與包括DNA相關(guān)活動、生長、分化、衰老、腫瘤及炎癥方面等多種病理生理活動 ^［1］。

HMGB1是一個分子結(jié)構(gòu)上高度保守的蛋白其一級結(jié)構(gòu)由兩個DNA結(jié)合區(qū)（HMG A box和HMGB box）以及一個酸性C尾組成。研究表明，HMGB1分子內(nèi)部不同區(qū)域可識別不同的受體進行信號轉(zhuǎn)導，行使不同的功能。150-183位氨基酸序列識別RAGE受體，89-108位氨基酸序列識別TLR4 ^［2］（圖38-1）。HMGB1一般位于細胞核內(nèi)，但可以由免疫細胞（如單核巨噬細胞、樹突狀細胞）主動分泌，或由受損的、即將死亡的細胞被動釋放。其釋放機制包括PARP-1介導的壞死途徑、caspase3/7介導的凋亡途徑、ATG介導的自噬途徑、ROS和Ca ²⁺超載途徑、PKR介導的免疫復合物激活途徑、分泌型溶酶體介導的胞外分泌途徑等多種形式 ^［1］。

迄今為止發(fā)現(xiàn)的HMGB1的受體很多，包括RAGE，TLRMac-1，syndecan-1（CD138），CD24，CXCR4，TIM-3等。HMGB1通過與RAGE結(jié)合可激活nuclear factor（NF）-κB 與mitogen-activated protein kinase（MAPK）通路，產(chǎn)生多種促炎因子、趨化因子，誘導細胞生長、增殖、遷移。RAGE還通過Dia/GTPase/cyto-skeleton軸介導HMGB1的促細胞遷移功能 ^［3］。TLRs家族的TLR2，TLR4與TLR9也可通過激活NF-κB和MAPKs通道參與HMGB1的信號轉(zhuǎn)導 ^［4］。Mac-1（CD11b/CD18，aMb3）是一種白細胞表面整合素，有研究表明，HMGB1不僅增強Mac-1的表達，而且可以促進其與RAGE的相互作用，該機制是HMGB1介導中性粒細胞募集的一個重要機制 ^［5］。此外，HMGB1還能通過aV b3整合素抑制巨噬細胞的吞噬功能 ^［6］。HMGB1通過與趨化因子CXCL12結(jié)合，可作用于CXCR4促進炎癥細胞的趨化活性，該機制不依賴于RAGE和TLR4 ^［7］。CD24和TIM-3是負調(diào)控受體，在巨噬細胞與腫瘤相關(guān)DC細胞中抑制HMGB1介導的免疫放大效應(yīng) ^［8］。TREM-1在多種免疫細胞中介導TLR激活后的免疫增強反應(yīng)，HMGB1通過與其直接結(jié)合進一步放大NF-κB通路的激活狀態(tài) ^［9］。體外實驗研究表明，HMGB1能激活多種細胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，相關(guān)研究總結(jié)如下：

離體條件下HMGB1介導多種細胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)

?激活單核/巨噬細胞釋放TNF及其他細胞因子 ^{［10，11］}

?誘導平滑肌細胞遷移與骨架蛋白重塑 ^［12］

?增加Caco-2單層細胞的通透性 ^［13］

?誘導人內(nèi)皮細胞表達RAGE和黏附分子（ICAM-1，VCAM-1） ^［14］

?激活內(nèi)皮細胞釋放TNF，IL-8 ^［14］

?激活人中性粒細胞MAPK P13K信號通路并促其表達促炎因子 ^［15］

?通過結(jié)合凋亡中性粒細胞表面的磷脂酰絲氨酸，抑制其被巨噬細胞吞噬 ^［16］

Changchun Hou等研究表明，與對照組相比，HMGB1的表達在哮喘患者痰液中顯著增加，且與哮喘分級，%FEV（1）和FEV（1）/FVC值負相關(guān)。RAGE的內(nèi)源性拮抗形式esRAGE在哮喘患者痰液中也顯著增加，但與哮喘分級不顯著相關(guān) ^［17］。M. B.等發(fā)現(xiàn)，與非中性粒浸潤型哮喘及COPD患者相比，sRAGE水平在中性粒浸潤型哮喘及COPD患者BALF中顯著降低，幾乎檢測不到。多元回歸分析顯示，中性粒細胞浸潤是sRAGE組間差異的唯一獨立危險因素，而肺部病原體種類、肺功能等對sRAGE的組間差異均沒有貢獻。HMGB1與amyloidA（SAA）水平在四組內(nèi)均沒有顯著差異。該研究還發(fā)現(xiàn)esRAGE與sRAGE水平正相關(guān)，也有組間差異 ^［18］。E. -J. Shim等的研究表明，HMGB1在哮喘患者體內(nèi)明顯增高，且與TNF-α、IL-5、IL-13水平正相關(guān)。動物研究方面，在Ovalbumin（卵清蛋白OVA）誘導的小鼠急性哮喘模型中，HMGB1抗體預處理能減輕肺部病理損傷、降低氣道阻力、減少BALF細胞計數(shù)及GM-CSF、IL-5水平。HMGB1還降低了淋巴組織中CD11b-CD11c+標記的DC細胞表面TLR2、RAGE的表達，但對TLR4的表達沒有影響 ^［19］。Chen-Chen Lee等發(fā)現(xiàn)，在OVA誘導的小鼠慢性哮喘模型中，HMGB1抗體減少了肺部黏液形成、膠原蛋白沉積，以及淋巴結(jié)中Th17、Th1、Th1細胞比例及其對應(yīng)分泌的IL-17，IL-4，IFN-γ表達水平，氣道重塑相關(guān)細胞因子TGF-β、VEGE-1水平也降低。組化研究表明，OVA誘導后小鼠肺部TLR2、TLR4表達明顯增加，而RAGE沒有改變。抑制HMGB1后，RAGE仍沒有改變，但支氣管肺泡上皮細胞中TLR2、TLR4表達明顯減少 ^［20］。Changchun Hou等研究發(fā)現(xiàn)，在OVA誘導的小鼠慢性哮喘模型中，拮抗HMGB1后，嗜酸性粒細胞、中性粒細胞浸潤均減少，血清IgE減少，氣道高反應(yīng)性降低，肺組織膠原沉積、α-SMA染色也減少。體外研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1增強了人胚肺成纖維細胞MRC-5的遷移能力，且促其增殖與表達α-SMA和膠原。該研究還證明在人體與動物哮喘模型中，血清HMGB1與IL-1β結(jié)合增加，且HMGB1/IL-1β復合物較它們各自單獨存在能更顯著的增強16-HBE、PBEC、A549細胞株表達MMP-9和VEGE ^［21］

囊性纖維化（CF，cystic fibrosis）是一種常染色體隱性遺傳病，由囊性纖維化跨膜傳導調(diào)節(jié)因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）蛋白編碼區(qū)突變引起，在肺部表現(xiàn)為大量黏稠黏液聚集且不能排出，并常合并肺部多種細菌定植。Steven M. Rowe等研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，CF患者痰液中HMGB1顯著增高，且在CF加重期當中性粒細胞大量浸潤時，HMGB1增高更加明顯。HMGB1表達水平還與CF患者入院接受抗菌治療的天數(shù)負相關(guān)。離體研究表明，HMGB1促進人中性粒細胞的趨化運動，且其趨化作用部分通過CXCR2介導，但對鼠中性粒細胞沒有影響。在體研究表明，HMGB1促進肺部膠原蛋白降解為PGP ^［22］。Naoki Hamada等研究表明，與間質(zhì)性肺炎等對照組相比，HMGB1在特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）與超敏反應(yīng)性肺炎患者（hypersensitivity pneumonitis，HP）BALF中明顯增高。博來霉素誘導的小鼠肺纖維化模型證明，隨著時間推移，HMGB1表達逐漸增高，且早期主要表達于支氣管上皮，晚期纖維化期則在肺泡上皮和免疫細胞中均表達 ^［23］。銅綠色假單胞菌是CF患者體內(nèi)最主要的定植菌，且與肺功能下降密切相關(guān)。Maria Entezari等研究表明，HMGB1抗體預處理減少了銅綠色假單胞菌誘導后野生鼠和CFTR ^-/-囊性纖維化鼠的肺部病理損傷、中性粒細胞浸潤、BALF總蛋白濃度和細菌總量。用CF患者的BALF干預RAW 264. 7細胞后，其吞噬細菌的數(shù)量減少，而抗HMGB1抗體能恢復其吞噬能力。HMGB1對巨噬細胞吞噬功能的抑制作用是通過TLR2/4實現(xiàn)的，TLR2/ 4敲除能部分恢復其吞噬作用 ^［24］。RAGE在肺部較全身組織相比特異性高表達，尤其在Ⅰ型肺泡上皮細胞中。關(guān)于RAGE在CF中的研究結(jié)果既復雜又矛盾。有研究表明，特發(fā)性肺纖維化患者和博來霉素、石棉誘導的肺纖維化小鼠肺部RAGE表達均減少，RAGE缺失的小鼠有自發(fā)性肺纖維化的傾向，且石棉誘導下其纖維化程度更高 ^［25-28］。但He等研究表明，RAGE缺失強烈抑制了小鼠發(fā)生博來霉素誘導的肺纖維化 ^［29］。基于此矛盾現(xiàn)象，Judson M等研究表明在博來霉素誘導的肺纖維化中，RAGE缺失或表達減少減輕了肺纖維化，但對石棉誘導的肺纖維化，RAGE缺失沒有影響。離體實驗表明，RAGE缺失促進了博來霉素干預下的肺上皮細胞遷移與修復，而不影響細胞死亡，但對石棉干預下的肺上皮細胞同樣沒有類似作用。研究還表明，外源性給予sRAGE不能保護博來霉素或石棉誘導的小鼠肺纖維化 ^［6］。

膿毒癥常伴全身器官損害，肺損傷常伴隨發(fā)生。研究表明，HMGB1在膿毒癥患者血清中明顯升高，且在非幸存者血清中較幸存者相比，升高更為顯著 ^［30］。動物實驗表明，不論在LPS還是腸穿孔誘導的膿毒癥小鼠模型中，HMGB1都有重要作用 ^{［30，31］}。與TNF-α、IFN-r等早期即明顯升高的促炎因子不同，HMGB1升高較晚，且當其開始顯著升高時，伴隨著小鼠死亡率驟升，拮抗HMGB1能明顯降低小鼠死亡率。Hiroshi Ueno等研究表明，ALI/ARDS患者BALF HMGB1表達明顯增高，15mg/kg LPS誘導小鼠急性肺損傷后BALF HMGB1也增高，抗HMGB1處理能減輕肺部通透性增加。肺內(nèi)直接注入HMGB1，而不是HMGB2，能誘導小鼠產(chǎn)生急性肺損傷 ^［32］。

Raymond LC Kao等在失血性休克復蘇小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，外周血HMGB1在24h即開始明顯增加，且用A-box拮抗劑減輕了肺部中性粒浸潤與肺蛋白滲漏，但對腸通透性沒有影響 ^［33］。A. K. Sharma等在肺缺血再灌注小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，RAGE敲除、外源性給予sRAGE、抗HMGB1抗體均能顯著減輕肺損傷、中性粒浸潤、促炎因子分泌和肺水腫。外源性給予HMGB1增強了野生鼠肺缺血再灌注損傷，但對RAGE敲除小鼠沒有影響。在Jα 18-/-特異性敲除小鼠（iNKT細胞特異性缺失）體內(nèi)導入RAGE-/- iNKT細胞，肺損傷明顯減輕，導入WT iNKT細胞則重建了肺缺血再灌注損傷。體外實驗進一步證明，HMGB1由巨噬細胞產(chǎn)生，IL-17由iNKT細胞產(chǎn)生，且iNKT產(chǎn)生IL-17依賴于RAGE受體。這些結(jié)果表明，在小鼠肺缺血再灌注損傷中，巨噬細胞分泌的HMGB1通過iNKT表面的RAGE受體激活其分泌IL-17，進而介導了肺損傷 ^［34］。Jie Fan等研究發(fā)現(xiàn)，失血性休克小鼠4h后BALF HMGB1顯著增高，且通過TLR4/ MyD88-IRAK4-p38 MAPK and Akts軸激活了中性粒細胞NAD（P）H氧化酶，促進其產(chǎn)生ROS，進而介導了肺部損傷 ^［35］。

關(guān)于機械通氣相關(guān)肺損傷，Ning Ding等研究表明，單純靜脈給予小劑量LPS（5mg/kg）或者單獨小潮氣量（10ml/kg）機械通氣均不能導致BALF HMGB1的增加，但當二者合用時能導致明顯的HMGB1增加，且在此情況下NF-κB、p38、JNK、ERK這四個通路都被激活。抑制NF-κB、p38能降低HMGB1表達，但抑制JNK、ERK不能降低HMGB1表達 ^［36］。Eileen N.等研究表明，大潮氣量機械通氣（30ml/kg）下，BALF HMGB1顯著增加，而小潮氣量（8ml/kg）下沒有明顯增加。抑制HMGB1減輕了大潮氣量下肺部微血管通透性增加，減少了中性粒浸潤、TNF-α水平，提高了血氧飽和度。免疫熒光顯示，大潮氣量機械通氣下HMGB1主要來源于巨噬細胞，在中性粒和內(nèi)皮上皮細胞中也有增加 ^［37］。Vivek S.等研究發(fā)現(xiàn)，小鼠吸72h純氧后接種銅綠色假單胞（PA）菌，24h內(nèi)幾乎全部死亡。而吸21%氧氣的小鼠接種PA菌后能存活到24h以上，且肺部細菌數(shù)量降低了6倍。吸純氧后BALF HMGB1顯著增加，吸21%氧氣后則沒有增加。HMGB1抗體顯著降低了肺部細菌總量與BALF總蛋白濃度。離體實驗表明，純氧暴露削弱了中性粒細胞與巨噬細胞的吞噬能力，HMGB1抗體預處理后吞噬作用顯著增強。關(guān)于金黃色葡萄球菌感染導致的細菌性肺炎，HMGB1治療則不是很顯著 ^［38］。Ahmed Achouiti等研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1在金黃色葡萄球菌感染后24h達峰值，48h即降低。抗HMGB1治療與RAGE敲除能較微弱的減輕早期6h時肺病理損傷和肺水腫，降低TNF-α、KC水平和BALF細菌總量，但對后續(xù)時間點均沒有影響。TLR敲除對金黃色葡萄球菌誘導的肺損傷完全沒有影響。這三種干預均沒有影響中性粒細胞浸潤 ^［38］。

Bernhard Moser等研究表明，與主動脈狹窄（AVS）等對照患者相比，慢性栓塞型肺動脈高壓（CTEPH）和特發(fā)型肺動脈高壓（iPAH）患者血清中esRAGE、sRAGE均顯著升高，且CTEPH患者血清HMGB1也顯著升高。iPAH患者與CTEPH患者相比，血清sRAGE更高。肺動脈內(nèi)膜剝離術(shù)、肺移植術(shù)前后，CTEPH與iPAH患者血清sRAGE的表達沒有明顯變化 ^［40］。Yukari等在動物研究中表明，在野百合堿（monocrotaline，MCT）誘導的大鼠肺動脈高壓模型中，1周后BALF HMGB1顯著增加并達到峰值，3w后BALF TNF-α、MCP-1開始顯著增加，4周后血清HMGB1顯著增加，同時伴隨大鼠死亡率顯著增加。抗HMGB1抗體減少了BALF中內(nèi)皮素-1、TNF-α、MCP-1、IL-1β水平，減弱了肺動脈壁增厚與右室收縮壓的增高，并降低了死亡率 ^［41］。

阻斷HMGB1的釋放及阻斷其下游信號轉(zhuǎn)導已成為研究治療的靶點。目前已有研究表明，有多種化合物及多種途徑可以阻斷HMGB1的信號途徑，然而都沒有進入臨床試驗。抗HMGB1單克隆抗體可中和HMGB1，HMGB1的無功能區(qū)A box衍生物可競爭性抑制HMGB1與其受體的結(jié)合，RNA干擾可直接抑制HMGB1表達。針對缺血再灌注損傷常伴隨HMGB1表達增高，研究表明灌流前采用Sulfate-Cellulofine吸附珠特異性吸附血清中HMGB1可減輕灌注相關(guān)肝損傷。一些臨床藥物也被證明可阻止HMGB1的表達、釋放，如降脂藥物他汀類，丹參酮ⅡA，地塞米松，氯喹等，一些中藥也被證明有類似功能，如甘草，當歸，丹參，綠茶等。此外針對HMGB1的受體RAGE、TLR的干預也是治療靶點，如利用可溶性RAGE（sRAGE）競爭性消耗HMGB1，可減少HMGB1與RAGE、TLRs的結(jié)合 ^［42］。

在呼吸系統(tǒng)各種疾病模型中，從急性期、慢性期到纖維化期，HMGB1均參與其中。急性肺部疾病中，HMGB1在重型肺損傷中有重要作用，如大潮氣量呼吸機相關(guān)肺炎、致死性膿毒癥與LPS相關(guān)肺損傷、失血性休克相關(guān)肺損傷、長期純氧暴露等，并與死亡率緊密相關(guān)。慢性纖維化相關(guān)肺部疾病中，HMGB1促進了氣道重塑與纖維化、肺動脈壁增厚、成纖維細胞增殖，并影響DC、NK、Th等淋巴細胞的比例及其對應(yīng)細胞因子的分泌。HMGB1還削弱了巨噬細胞、中性粒細胞的細菌吞噬功能，但能促進中性粒細胞的趨化效應(yīng)。盡管關(guān)于HMGB1的研究進展豐富，HMGB1的釋放通路、膜受體、胞內(nèi)信號通路還未完全闡明。更重要的，關(guān)于HMGB1在人體肺部相關(guān)疾病中的作用，還需臨床上加大樣本量研究。HMGB1的特異性拮抗劑在亞臨床動物模型水平被證明有效，但在人體水平的有效性還需通過嚴格的臨床對照試驗來證明。