前言?

1973年，高遷移率族蛋白B1（HMGB1）首次在小牛胸腺中被發(fā)現(xiàn)并鑒定出來，其作為染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白，有助于將DNA包裝到染色體中。目前，根據(jù)其特征功能序列基序?qū)MG蛋白分為三個亞家族——HMGA（HMG-14和HMG-17）、HMGB（HMG-1和HMG-2）和HMGN（HMG-I和HMG-Y）。許多HMG蛋白現(xiàn)在已知在不同的位置具有不同的功能。

其中研究最廣泛的是HMGB1，其參與了許多重要的生理和病理過程。這些功能包括促進(jìn)細(xì)胞核中的DNA損傷修復(fù)、感應(yīng)核酸和誘導(dǎo)胞質(zhì)中的先天免疫反應(yīng)和自噬以及細(xì)胞外環(huán)境中的結(jié)合蛋白伴侶和刺激免疫受體。此外，HMGB1是一種廣泛的細(xì)胞應(yīng)激傳感器，它平衡細(xì)胞死亡和存活反應(yīng)，這對細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和組織維持至關(guān)重要。HMGB1也是免疫細(xì)胞分泌的重要介質(zhì)，參與一系列病理狀況，包括感染性疾病、缺血再灌注損傷、自身免疫、心血管和神經(jīng)變性疾病、代謝紊亂和癌癥。HMGB1作為人類疾病的生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)，具有極大的應(yīng)用潛力。

(資料圖片僅供參考)

HMGB1的功能

HMGB1的亞細(xì)胞定位在決定其功能及其與其他細(xì)胞成分的相互作用方面起著關(guān)鍵作用。這里總結(jié)了HMGB1在細(xì)胞核、胞質(zhì)、細(xì)胞膜和細(xì)胞外空間的功能。

核HMGB1

人HMGB1是一種包含215個氨基酸的蛋白質(zhì)，由三個結(jié)構(gòu)域組成：兩個帶正電荷的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（A-box和B-box）和一個帶負(fù)電荷的C末端（酸性尾部）。HMGB1在生理?xiàng)l件下主要存在于細(xì)胞核中，通過與DNA和組蛋白結(jié)合，HMGB1有助于維持核小體的結(jié)構(gòu)，并限制誘變劑和光子進(jìn)入DNA，從而防止DNA損傷。此外，HMGB1調(diào)節(jié)組蛋白與DNA相互作用的強(qiáng)度，從而影響DNA在染色質(zhì)中的包裝。此外，HMGB1可以通過促進(jìn)核小體滑動來調(diào)節(jié)基因表達(dá)。

細(xì)胞外HMGB1

1999年，HMGB1被確定為小鼠內(nèi)毒素致死的介質(zhì)，開啟了HMGB1細(xì)胞外功能研究的新篇章。細(xì)胞外HMGB1在應(yīng)激條件下作為損傷相關(guān)分子模式或危險信號發(fā)揮作用，并通過與各種受體相互作用介導(dǎo)免疫反應(yīng)，包括Toll樣受體4（TLR4）和晚期糖基化終產(chǎn)物特異性受體（AGER）。此外，細(xì)胞外HMGB1具有促進(jìn)細(xì)胞生長和組織再生的活性，在某些情況下，還限制細(xì)菌增殖。

胞內(nèi)HMGB1

HMGB1生物學(xué)中一個長期懸而未決的問題是胞質(zhì)HMGB1的功能。2010年，研究發(fā)現(xiàn)胞質(zhì)HMGB1促進(jìn)小鼠成纖維細(xì)胞或人類癌細(xì)胞的自噬，以應(yīng)對各種環(huán)境應(yīng)激，包括饑餓和氧化損傷。HMGB1依賴性自噬與幾種炎癥性疾病有關(guān)。例如，在患有炎癥性腸病的小鼠中，自噬減少了炎癥和相關(guān)的組織損傷；在這種情況下，胞質(zhì)HMGB1與BECN1和ATG5形成復(fù)合物，以保護(hù)這些蛋白質(zhì)免受鈣蛋白酶介導(dǎo)的促凋亡切割。腸上皮細(xì)胞中HMGB1的缺失會損害自噬并加速實(shí)驗(yàn)性炎癥性腸病的發(fā)展。HMGB1依賴性自噬也通過維持腫瘤微環(huán)境中的炎癥和免疫抑制參與腫瘤病理過程。例如，HMGB1通過誘導(dǎo)自噬促進(jìn)骨髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）的存活，自噬也促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和生長。

胞質(zhì)HMGB1的另一個重要功能是與游離核酸形成復(fù)合物，進(jìn)而激活先天免疫的TLR和cGAS-STING途徑，促進(jìn)核酸介導(dǎo)的先天免疫反應(yīng)。

膜HMGB1

HMGB1不常見于大多數(shù)細(xì)胞的膜中，除了參與軸突生長和血小板激活。在感染期間，HMGB1可以響應(yīng)氧化應(yīng)激信號轉(zhuǎn)移到血小板膜上，并與中性粒細(xì)胞上的TLR4或AGER結(jié)合，以促進(jìn)中性粒細(xì)胞外陷阱（NETs）的形成。HMGB1誘導(dǎo)的NETs通過各種機(jī)制加劇腦、肺和心臟內(nèi)的炎癥損傷。類似于細(xì)胞外HMGB1，膜HMGB1可以調(diào)節(jié)各種細(xì)胞類型之間的通訊以響應(yīng)炎癥刺激。

HMGB1涉及的信號通路

HMGB1在炎癥和免疫反應(yīng)中具有廣泛的作用。一旦從細(xì)胞中釋放，HMGB1可以以各種方式單獨(dú)或與不同的免疫介質(zhì)組合激活各種受體。

TLR4和AGER是HMGB1研究最深入的兩種受體，它們通過激活NF-κB和干擾素調(diào)節(jié)因子3（IRF3）途徑介導(dǎo)HMGB1在多個免疫細(xì)胞中的活性，從而產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和趨化因子。HMGB1與巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞上表達(dá)的髓細(xì)胞觸發(fā)受體1（TREM1）結(jié)合也可以通過NF-κB途徑誘導(dǎo)細(xì)胞因子的產(chǎn)生，而CD24和甲型肝炎病毒細(xì)胞受體2（HAVCR2）可以減弱HMGB1誘導(dǎo)的細(xì)胞因子的產(chǎn)生。CXC趨化因子受體4（CXCR4）在介導(dǎo)HMGB1與CXCL12復(fù)合物誘導(dǎo)的細(xì)胞遷移中具有特異性作用。

HMGB1可以結(jié)合來自病原體或宿主細(xì)胞的核酸來激活各種DNA傳感途徑或受體，包括內(nèi)體中的TLR3、TLR7和TLR9，以及胞質(zhì)中的cGAS-STING1通路，從而導(dǎo)致細(xì)胞因子的產(chǎn)生。HMGB1介導(dǎo)的脂多糖（LPS）通過AGER遞送到胞質(zhì)激活胱天蛋白酶11（CASP11）依賴性炎癥小體，導(dǎo)致IL-1家族細(xì)胞因子（IL-1β和IL-18）的成熟、細(xì)胞焦亡和損傷相關(guān)分子模式的釋放。此外，HMGB1通過AGER激活PI3KC3途徑誘導(dǎo)自噬，自噬可以通過選擇性降解炎癥小體復(fù)合體的成分來負(fù)調(diào)控炎癥小體的激活。

HMGB1的病理作用

在各種實(shí)驗(yàn)性感染模型中，HMGB1的抑制降低了全身炎癥反應(yīng)并提高了存活率；HMGB1還通過促進(jìn)NET的形成對許多病原體具有殺傷活性。因此，HMGB1在病原體感染中具有雙重功能，既殺菌又促進(jìn)組織損傷，這取決于病原體的免疫病理學(xué)階段和性質(zhì)。

各種無菌刺激，如創(chuàng)傷、缺血、毒素、異物、化學(xué)物質(zhì)、抗原和器官移植，也可以通過釋放DAMP引發(fā)炎癥，而HMGB1在這方面具有特別重要的意義。常見的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡形式（凋亡、細(xì)胞焦亡、壞死性凋亡和鐵死亡）都可以導(dǎo)致HMGB1的釋放，從而引發(fā)無菌炎癥。HMGB1被充分證明是組織I/R損傷、自身免疫、心血管和神經(jīng)退行性疾病以及代謝紊亂等疾病中無菌炎癥的介質(zhì)。

衰老增加了人類對大多數(shù)疾病的易感性，尤其是癌癥、心血管疾病和神經(jīng)變性。衰老過程中發(fā)生的主要變化之一是出現(xiàn)慢性、低度全身炎癥。HMGB1的異常表達(dá)和釋放參與了這一過程。衰老細(xì)胞具有專門的衰老相關(guān)分泌表型（SASP），包括以自分泌和/或旁分泌方式分泌HMGB1。HMGB1還可以進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)處器官的活動，從而促進(jìn)與年齡相關(guān)的免疫病理學(xué)，包括腫瘤發(fā)生和神經(jīng)退行性疾病。

此外，HMGB1過表達(dá)在多種形式的癌癥中普遍存在，并通過增強(qiáng)抗凋亡機(jī)制、炎癥、免疫系統(tǒng)逃避和有氧糖酵解而具有致癌作用。腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞外HMGB1以多種方式促進(jìn)腫瘤發(fā)展。另一方面，細(xì)胞外HMGB1可以介導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡（ICD）并增強(qiáng)抗腫瘤免疫；HMGB1還可以通過其他機(jī)制激活或增強(qiáng)抗腫瘤免疫。

HMGB1的靶向治療

由于HMGB1參與炎癥并在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)中釋放，其已被廣泛研究為疾病的潛在生物標(biāo)志物。阻斷HMGB1的釋放和活性在廣泛的臨床前炎癥疾病模型中獲得了巨大成功，證實(shí)了HMGB1是急性感染性和無菌性炎癥條件下有吸引力的治療靶點(diǎn)。抑制HMGB1的策略可分為直接抑制和間接抑制：直接抑制包括與HMGB1結(jié)合以干擾其免疫活性的小分子或中和抗體；間接抑制主要通過藥物或非藥物方法破壞HMGB1的轉(zhuǎn)運(yùn)和釋放來實(shí)現(xiàn)。

例如甘草酸是一種天然三萜，是第一個報道的HMGB1的直接抑制劑。甘草酸具有廣泛的抗炎特性，并在動物模型中防止了敗血癥和I/R損傷；二甲雙胍可以直接與HMGB1的C端結(jié)構(gòu)域結(jié)合，以抑制HMGB1對小鼠巨噬細(xì)胞的細(xì)胞外促炎作用。這些發(fā)現(xiàn)可能促進(jìn)開發(fā)出更有效、更直接、更高特異性的HMGB1抑制劑。另一大類化合物可以抑制HMGB1的釋放。這種抑制劑可以來源于天然產(chǎn)物或者可以化學(xué)合成。其中，丙酮酸乙酯通常用于抑制HMGB1的釋放，在實(shí)驗(yàn)性敗血癥或無菌組織損傷的小鼠模型中抑制促炎途徑。

小結(jié)

在50年前，HMGB1被發(fā)現(xiàn)作為DNA伴侶在維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能中的發(fā)揮重要作用。在隨后的幾十年中，研究更多地集中于鑒定細(xì)胞外和胞質(zhì)HMGB1在細(xì)胞應(yīng)激和免疫反應(yīng)中的功能。在炎癥的早期階段，HMGB1的釋放可能刺激免疫和炎癥反應(yīng)，有助于微生物清除和傷口愈合。然而，慢性炎癥和HMGB1的釋放會引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴，隨后導(dǎo)致免疫細(xì)胞死亡和免疫抑制。

最近的研究表明，HMGB1拮抗劑在廣泛的臨床前疾病模型中顯示出巨大的成功，特別是感染性和無菌性炎癥疾病，這表明HMGB1是一個有吸引力的治療靶點(diǎn)。然而未來， HMGB1的臨床應(yīng)用仍然面臨著一些挑戰(zhàn)：首先，我們?nèi)绾螀^(qū)分每個HMGB1受體在形成免疫反應(yīng)中的具體貢獻(xiàn)？目前報道的HMGB1受體似乎被各種細(xì)胞類型廣泛表達(dá)，包括免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，但HMGB1在體內(nèi)結(jié)合這些受體的能力及其時間依賴性和細(xì)胞選擇性仍然未知。

其次，HMGB1在不同細(xì)胞死亡信號刺激的各種細(xì)胞死亡過程中的釋放是否介導(dǎo)了相同的免疫反應(yīng)？死亡或垂死的細(xì)胞不僅釋放HMGB1，還釋放其他非免疫原性和免疫原性分子。與報道的HMGB1和其他DAMP的協(xié)同作用相反，細(xì)胞死亡產(chǎn)生的非免疫原性DAMP對HMGB1炎癥調(diào)節(jié)功能的影響仍知之甚少。

第三，仍然缺乏高效和選擇性的HMGB1抑制劑。HMGB1抑制劑的設(shè)計可以考慮對特定細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外功能的選擇性抑制?？傮w而言，選擇性抑制細(xì)胞內(nèi)HMGB1的自噬和核穩(wěn)態(tài)功能可能有利于腫瘤治療，干擾細(xì)胞外HMGB1活性可能有助于治療炎癥性疾病。HMGB1有幾個結(jié)合伴侶，設(shè)計一種能破壞HMGB1與某一個結(jié)合伴侶的相互作用而不影響其他的抑制劑可能非常具有挑戰(zhàn)性。

總之，針對這些問題進(jìn)一步探索HMGB1的病理生理學(xué)將非常重要。我們期待著HMGB1發(fā)現(xiàn)的新時代，可以進(jìn)入到實(shí)際的臨床應(yīng)用，解決更多患者未滿足的臨床需求。

參考文獻(xiàn)：

1.?Themultifunctional protein HMGB1: 50 years of discovery. Nat Rev Immunol.?2023 Jun 15.

原文標(biāo)題?:?HMGB1的50年：從發(fā)現(xiàn)到臨床應(yīng)用