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)的結構蛋白，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)�HMG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。這些功能包括促進細胞核中的DNA損傷修復、感應核酸和誘導胞質(zhì)中的先天免疫反應和自噬以及細胞外環(huán)境中的結合蛋白伴侶和刺激免疫受體。此外，HMGB1是一種廣泛的細胞應激傳感器，它平衡細胞死亡和存活反應，這對細胞穩(wěn)態(tài)和組織維持至關重要。HMGB1也是免疫細胞分泌的重要介質(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志物和藥物靶點，具有極大的應用潛力。

HMGB1的功能

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

核HMGB1

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

細胞外HMGB1

1999年，HMGB1被確定為小鼠內(nèi)毒素致死的介質(zhì)，開啟了HMGB1細胞外功能研究的新篇章。細胞外HMGB1在應激條件下作為損傷相關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免疫反應，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，細胞外HMGB1具有促進細胞生長和組織再生的活性，在某些情況下，還限制細菌增殖。

胞內(nèi)HMGB1

HMGB1生物學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促進小鼠成纖維細胞或人類癌細胞的自噬，以應對各種環(huán)境應激，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。例如，在患有炎癥性腸病的小鼠中，自噬減少了炎癥和相關的組織損傷；在這種情況下，胞質(zhì)HMGB1與BECN1和ATG5形成復合物，以保護這些蛋白質(zhì)免受鈣蛋白酶介導的促凋亡切割。腸上皮細胞中HMGB1的缺失會損害自噬并加速實驗性炎癥性腸病的發(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通過誘導自噬促進骨髓源性抑制細胞（MDSCs）的存活，自噬也促進了腫瘤細胞的轉化和生長。

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

膜HMGB1

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

HMGB1涉及的信號通路

HMGB1在炎癥和免疫反應中具有廣泛的作用。一旦從細胞中釋放，HMGB1可以以各種方式單獨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HMGB1在多個免疫細胞中的活性，從而產(chǎn)生促炎細胞因子和趨化因子。HMGB1與巨噬細胞和中性粒細胞上表達的髓細胞觸發(fā)受體1（TREM1）結合也可以通過NF-κB途徑誘導細胞因子的產(chǎn)生，而CD24和甲型肝炎病毒細胞受體2（HAVCR2）可以減弱HMGB1誘導的細胞因子的產(chǎn)生。CXC趨化因子受體4（CXCR4）在介導HMGB1與CXCL12復合物誘導的細胞遷移中具有特異性作用。

HMGB1可以結合來自病原體或宿主細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，從而導致細胞因子的產(chǎn)生。HMGB1介導的脂多糖（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，導致IL-1家族細胞因子（IL-1β和IL-18）的成熟、細胞焦亡和損傷相關分子模式的釋放。此外，HMGB1通過AGER激活PI3KC3途徑誘導自噬，自噬可以通過選擇性降解炎癥小體復合體的成分來負調(diào)控炎癥小體的激活。

HMGB1的病理作用

在各種實驗性感染模型中，HMGB1的抑制降低了全身炎癥反應并提高了存活率；HMGB1還通過促進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，既殺菌又促進組織損傷，這取決于病原體的免疫病理學階段和性質(zhì)。

各種無菌刺激，如創(chuàng)傷、缺血、毒素、異物、化學物質(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)性細胞死亡形式（凋亡、細胞焦亡、壞死性凋亡和鐵死亡）都可以導致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的異常表達和釋放參與了這一過程。衰老細胞具有專門的衰老相關分泌表型（SASP），包括以自分泌和/或旁分泌方式分泌HMGB1。HMGB1還可以進入循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)遠處器官的活動，從而促進與年齡相關的免疫病理學，包括腫瘤發(fā)生和神經(jīng)退行性疾病。

此外，HMGB1過表達在多種形式的癌癥中普遍存在，并通過增強抗凋亡機制、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)境中的細胞外HMGB1以多種方式促進腫瘤發(fā)展。另一方面，細胞外HMGB1可以介導免疫原性細胞死亡（ICD）并增強抗腫瘤免疫；HMGB1還可以通過其他機制激活或增強抗腫瘤免疫。

HMGB1的靶向治療

由于HMGB1參與炎癥并在細胞應激反應中釋放，其已被廣泛研究為疾病的潛在生物標志物。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。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的轉運和釋放來實現(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端結構域結合，以抑制HMGB1對小鼠巨噬細胞的細胞外促炎作用。這些發(fā)現(xiàn)可能促進開發(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)物或者可以化學合成。其中，丙酮酸乙酯通常用于抑制HMGB1的釋放，在實驗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

在50年前，HMGB1被發(fā)現(xiàn)作為DNA伴侶在維持染色質(zhì)結構和功能中的發(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胞外和胞質(zhì)HMGB1在細胞應激和免疫反應中的功能。在炎癥的早期階段，HMGB1的釋放可能刺激免疫和炎癥反應，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)細胞因子風暴，隨后導致免疫細胞死亡和免疫抑制。

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。然而未來， HMGB1的臨床應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中的具體貢獻？目前報道的HMGB1受體似乎被各種細胞類型廣泛表達，包括免疫細胞、內(nèi)皮細胞和成纖維細胞，但HMGB1在體內(nèi)結合這些受體的能力及其時間依賴性和細胞選擇性仍然未知。

其次，HMGB1在不同細胞死亡信號刺激的各種細胞死亡過程中的釋放是否介導了相同的免疫反應？死亡或垂死的細胞不僅釋放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抑制劑的設計可以考慮對特定細胞內(nèi)或細胞外功能的選擇性抑制�？傮w而言，選擇性抑制細胞內(nèi)HMGB1的自噬和核穩(wěn)態(tài)功能可能有利于腫瘤治療，干擾細胞外HMGB1活性可能有助于治療炎癥性疾病。HMGB1有幾個結合伴侶，設計一種能破壞HMGB1與某一個結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，針對這些問題進一步探索HMGB1的病理生理學將非常重要。我們期待著HMGB1發(fā)現(xiàn)的新時代，可以進入到實際的臨床應用，解決更多患者未滿足的臨床需求。

參考文獻：

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

       原文標題 : HMGB1：從發(fā)現(xiàn)到臨床應用