【关键词】 心肌再灌注损伤;HMGB1;炎症反应;心肌再生
高迁移率族蛋白(HMG)，因在聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)中具有高迁移能力而得名，是一类广泛分布于高等真核生物细胞核内的非组DNA结合蛋白，是维持核小体稳调控、基因复制、重组、转录等过程中不可缺乏的调控蛋白。其家族成员之一的HMGB1可在细胞坏死或损伤后，释放到细胞外或血清中产生广泛细胞生物学效应，在许多炎症性疾病的发病机制中发挥重要作用。近年发现，HMGB1在心肌缺血再灌注损伤的作用机制中具有重要作用。
1HMGB-1的结构特征及分布
HMGB1是真核细胞大量存在的一种染色体结合蛋白，其基因定位于人染色体13q12带，含5个外显子，是一个高度保守的序列。HMGB1分子量约为25 kD，由219个氨基酸残基组成，在进化过程中其序列高度保守，在所有哺乳动物中，HMGB1的同源性高达99%。其分子含与DNA结合的结构域A盒(aa1～79)和B盒(aa89～163)及1个高度重复并富含酸性氨基酸的C末端(aa186～215)。其中B盒是HMGB1诱导细胞因子产生的部分，其活性区位于前20个氨基酸残基上〔1〕，重组的B盒蛋白能够模拟全长分子，刺激单核/巨噬细胞和中性粒细胞分泌TNF-α等致炎细胞因子。而重组A盒蛋白则能拮抗全长分子和重组B框蛋白的致炎症作用。HMGB1广泛分布于淋巴组织、脑、肝、肺、心、脾、肾等组织中，除肝、脑组织中主要存在于细胞质外，在大多数组织中HMGB1存在于细胞核。
2HMGB1的生物学功能
2.1细胞核内HMGB1的生理作用细胞核中HMGB1的主要作用是与DNA结合。通过与多种转录因子、 复制蛋白、 RAG1重组酶和甾体受体作用，参与DNA的重组、 修复、 基因转录调控、细胞复制及分化成熟等生命活动。HMGB1基因剔除大鼠出生后不久即死去，说明HMGB1对动物生存不可缺凡。在细胞有丝分裂期和细胞间期，HMGB1与DNA的结合都是非特异性的，它在核结合态与胞质溶解态之间转变迅速。HMGB1的这一特性在其致炎作用中有着十分重要的意义〔2〕 。
2.2HMGB1的胞外生物学效应
2.2.1介导炎症反应核内的HMGB1可通过炎症细胞的主动分泌和坏死细胞的被动释放转移至胞外。HMGB1释放至胞外后，可视为“损伤坏死的标志物或损伤相关的病原分子”而被免疫系统识别。胞外的HMGB1在炎症免疫应答中，扮演着“双重”的角色〔3〕：一方面，坏死细胞被动释放HMGB1，启动早期炎症应答，及时清除异物对损伤组织或器官起到 修复作用;另一方面，单核巨噬细胞主动分泌HMGB1，作为促炎细胞因子样物质，启动晚期炎症应答，在趋化因子的作用下，使更多的炎症细胞浸润到受损的组织，使病理损伤进一步加重，RAGE的广泛分布也使得HMGB1参与多种疾病的致病。研究显示，胞外的HMGB1参与了脓毒血症的发生，肿瘤转移和浸润，急慢性的炎症，如肺炎，滑膜炎，关节炎甚至冠状动脉粥样硬化和血管的再狭窄等〔4〕。
2.2.2HMGB1参与适应性免疫应答①HMGB1及其功能域B盒可上调人单核细胞来源的树突细胞(DC)表达CD83、CD54、CD80、CD40及 MHC Ⅱ类分子等，并促使其分泌 IL-12、IL-6、IL-1 、IL-8、TNF-α及 RANTES等促炎细胞因子。HMGB1通过促使DC从 CCL5 敏感(未成熟表型) 转变为对CCL21敏感(成熟表型)有利于DC迁移至次级淋巴结〔5〕。 因此，HMGB1是DC发挥功能所必需的重要因子。②成熟的DC通过分泌HMGB1而促进CD4+T细胞增殖、生存和分化 为Th1细胞。此外，HMGB1可参与自身反应性B细胞活化〔6〕。
2.2.3HMGB1参与组织的修复HMGB1作为组织损伤的主要信号，可通过刺激干细胞的迁移、 增殖、分化，参与组织的修复和致病。干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官的功能，可通过增殖参与组织的修复过程 。Palumbo等〔7〕证实，HMGB1的干细胞趋化吸附作用具有普遍性，可诱导 Mesoangioblasts (一种血管相关性造血干细胞)进入营养不良性肌肉参与组织再生且对 mesoangioblasts细胞穿透内皮细胞单层的趋化作用显著强于VEGF。Degryse等〔8〕通过对大鼠胸主动脉平滑肌的研究发现，HMGB1加入培养基可诱导平滑肌细胞迁移可促进伤口愈合。研究还发现，损伤的内皮细胞和 (或 )炎性细胞释放的 HMGB1引发平滑肌细胞迁移和增殖。在动脉粥样硬化(AS)早期，巨噬细胞侵入血管内膜，晚期可见坏死细胞积聚，二者均可释放HMGB1，促进平滑肌细胞侵入内膜。因此，HMGB1是机械损伤和 (或 )炎症引发的血管重构的强力刺激因子，在AS和再狭窄的血管重构中发挥作用。
3HMGB1信号转导途径
迄今为止，HMGB1的信号转导受体主要有:①晚期糖基终产物受体RAGE(RAGE)〔9〕。RAGE为跨膜蛋白，属免疫球蛋白超家族成员，广泛表达于多种细胞表面，能和多种配体结合〔10〕，例如晚期糖基终末化产物(AGEs)、S100/钙颗粒素、β淀粉样肽类和β折叠片状纤维。但与HMGB1的亲和力远远高于其他配体。结构功能分析显示，HMGB1序列的第150～183个氨基酸残基与RAGE结合有关。与HMGB1结合后，RAGE介导包括NF-κB，JAK/STAT和MAPK家族在内的多条细胞内信号通路，诱导趋化因子和细胞因子产生，并参与免疫细胞成熟、迁移和表面受体表达。②Toll样受体2和Toll样受体4。HMGB1与TLRs受体结合后通过活化MyD88、TIRAP、IRAK-1、IRAK-2和IRAK-4，最终导致NF-κB的活化，引起一系列的 炎症反应。巨噬细胞上的HMGB1即通过与TLR2和TLR4结合而最终导致NF-κB的活化。但中性粒细胞似乎不通过此途径，采用TLR2敲除鼠和C3H/HeJ型不表达TLR4受体的鼠，却同样发现有NF-κB的活化〔11〕。
4HMGB1与心肌缺血再灌注损伤
近年来的研究表明HMGB1不仅作为炎症因子参与了心肌的缺血再灌注损伤过程，而且可作为组织损伤信号参与了心肌细胞的再生。
4.1HMGB1在心肌缺血再灌注损伤中介导炎症反应的作用局部和全身的炎症反应为心肌缺血再灌注损伤的特征。HMGB1作为早期炎症介质，参与了心肌缺血再灌注损伤。体内外试验均证明心肌在缺血缺氧30 min后HMGB1的表达即升高。用重组HMGB1A盒预处理能使症状减轻，其发挥作用可能是通过MAPK-N-jun激酶，细胞外信号调节激酶1/2和NF-KB的活化来介导的。Hu〔12〕等在动物缺血再灌注损伤模型中给予HMGB1预处理，发现HMGB1预处理可以保护心肌的IRI损伤，降低心梗的面积、 LDH、 CK、TNF-α和 IL-6 的水平，其可能的机制是HMGB1预处理诱导了HMGB1的耐受，从而发挥了对心肌IR损伤的保护作用。另作RAGE(-/-)小鼠，同样采取重组HMGB1A盒预处理，发现与野生型小鼠相比并没有使心梗面积减少，心肌损伤减轻。由此推测HMGB1可能是通过与RAGE结合，导致胞内外信号转导通路的激活，促进致炎细胞因子的释放来介导心肌IR损伤的〔13〕。
【关键词】 心肌再灌注损伤;HMGB1;炎症反应;心肌再生
高迁移率族蛋白(HMG)，因在聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)中具有高迁移能力而得名，是一类广泛分布于高等真核生物细胞核内的非组DNA结合蛋白，是维持核小体稳调控、基因复制、重组、转录等过程中不可缺乏的调控蛋白。其家族成员之一的HMGB1可在细胞坏死或损伤后，释放到细胞外或血清中产生广泛细胞生物学效应，在许多炎症性疾病的发病机制中发挥重要作用。近年发现，HMGB1在心肌缺血再灌注损伤的作用机制中具有重要作用。
1HMGB-1的结构特征及分布
HMGB1是真核细胞大量存在的一种染色体结合蛋白，其基因定位于人染色体13q12带，含5个外显子，是一个高度保守的序列。HMGB1分子量约为25 kD，由219个氨基酸残基组成，在进化过程中其序列高度保守，在所有哺乳动物中，HMGB1的同源性高达99%。其分子含与DNA结合的结构域A盒(aa1～79)和B盒(aa89～163)及1个高度重复并富含酸性氨基酸的C末端(aa186～215)。其中B盒是HMGB1诱导细胞因子产生的部分，其活性区位于前20个氨基酸残基上〔1〕，重组的B盒蛋白能够模拟全长分子，刺激单核/巨噬细胞和中性粒细胞分泌TNF-α等致炎细胞因子。而重组A盒蛋白则能拮抗全长分子和重组B框蛋白的致炎症作用。HMGB1广泛分布于淋巴组织、脑、肝、肺、心、脾、肾等组织中，除肝、脑组织中主要存在于细胞质外，在大多数组织中HMGB1存在于细胞核。
2HMGB1的生物学功能
2.1细胞核内HMGB1的生理作用细胞核中HMGB1的主要作用是与DNA结合。通过与多种转录因子、 复制蛋白、 RAG1重组酶和甾体受体作用，参与DNA的重组、 修复、 基因转录调控、细胞复制及分化成熟等生命活动。HMGB1基因剔除大鼠出生后不久即死去，说明HMGB1对动物生存不可缺凡。在细胞有丝分裂期和细胞间期，HMGB1与DNA的结合都是非特异性的，它在核结合态与胞质溶解态之间转变迅速。HMGB1的这一特性在其致炎作用中有着十分重要的意义〔2〕 。
2.2HMGB1的胞外生物学效应
2.2.1介导炎症反应核内的HMGB1可通过炎症细胞的主动分泌和坏死细胞的被动释放转移至胞外。HMGB1释放至胞外后，可视为“损伤坏死的标志物或损伤相关的病原分子”而被免疫系统识别。胞外的HMGB1在炎症免疫应答中，扮演着“双重”的角色〔3〕：一方面，坏死细胞被动释放HMGB1，启动早期炎症应答，及时清除异物对损伤组织或器官起到 修复作用;另一方面，单核巨噬细胞主动分泌HMGB1，作为促炎细胞因子样物质，启动晚期炎症应答，在趋化因子的作用下，使更多的炎症细胞浸润到受损的组织，使病理损伤进一步加重，RAGE的广泛分布也使得HMGB1参与多种疾病的致病。研究显示，胞外的HMGB1参与了脓毒血症的发生，肿瘤转移和浸润，急慢性的炎症，如肺炎，滑膜炎，关节炎甚至冠状动脉粥样硬化和血管的再狭窄等〔4〕。
2.2.2HMGB1参与适应性免疫应答①HMGB1及其功能域B盒可上调人单核细胞来源的树突细胞(DC)表达CD83、CD54、CD80、CD40及 MHC Ⅱ类分子等，并促使其分泌 IL-12、IL-6、IL-1 、IL-8、TNF-α及 RANTES等促炎细胞因子。HMGB1通过促使DC从 CCL5 敏感(未成熟表型) 转变为对CCL21敏感(成熟表型)有利于DC迁移至次级淋巴结〔5〕。 因此，HMGB1是DC发挥功能所必需的重要因子。②成熟的DC通过分泌HMGB1而促进CD4+T细胞增殖、生存和分化 为Th1细胞。此外，HMGB1可参与自身反应性B细胞活化〔6〕。
2.2.3HMGB1参与组织的修复HMGB1作为组织损伤的主要信号，可通过刺激干细胞的迁移、 增殖、分化，参与组织的修复和致病。干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官的功能，可通过增殖参与组织的修复过程 。Palumbo等〔7〕证实，HMGB1的干细胞趋化吸附作用具有普遍性，可诱导 Mesoangioblasts (一种血管相关性造血干细胞)进入营养不良性肌肉参与组织再生且对 mesoangioblasts细胞穿透内皮细胞单层的趋化作用显著强于VEGF。Degryse等〔8〕通过对大鼠胸主动脉平滑肌的研究发现，HMGB1加入培养基可诱导平滑肌细胞迁移可促进伤口愈合。研究还发现，损伤的内皮细胞和 (或 )炎性细胞释放的 HMGB1引发平滑肌细胞迁移和增殖。在动脉粥样硬化(AS)早期，巨噬细胞侵入血管内膜，晚期可见坏死细胞积聚，二者均可释放HMGB1，促进平滑肌细胞侵入内膜。因此，HMGB1是机械损伤和 (或 )炎症引发的血管重构的强力刺激因子，在AS和再狭窄的血管重构中发挥作用。
3HMGB1信号转导途径
迄今为止，HMGB1的信号转导受体主要有:①晚期糖基终产物受体RAGE(RAGE)〔9〕。RAGE为跨膜蛋白，属免疫球蛋白超家族成员，广泛表达于多种细胞表面，能和多种配体结合〔10〕，例如晚期糖基终末化产物(AGEs)、S100/钙颗粒素、β淀粉样肽类和β折叠片状纤维。但与HMGB1的亲和力远远高于其他配体。结构功能分析显示，HMGB1序列的第150～183个氨基酸残基与RAGE结合有关。与HMGB1结合后，RAGE介导包括NF-κB，JAK/STAT和MAPK家族在内的多条细胞内信号通路，诱导趋化因子和细胞因子产生，并参与免疫细胞成熟、迁移和表面受体表达。②Toll样受体2和Toll样受体4。HMGB1与TLRs受体结合后通过活化MyD88、TIRAP、IRAK-1、IRAK-2和IRAK-4，最终导致NF-κB的活化，引起一系列的 炎症反应。巨噬细胞上的HMGB1即通过与TLR2和TLR4结合而最终导致NF-κB的活化。但中性粒细胞似乎不通过此途径，采用TLR2敲除鼠和C3H/HeJ型不表达TLR4受体的鼠，却同样发现有NF-κB的活化〔11〕。
4HMGB1与心肌缺血再灌注损伤
近年来的研究表明HMGB1不仅作为炎症因子参与了心肌的缺血再灌注损伤过程，而且可作为组织损伤信号参与了心肌细胞的再生。
4.1HMGB1在心肌缺血再灌注损伤中介导炎症反应的作用局部和全身的炎症反应为心肌缺血再灌注损伤的特征。HMGB1作为早期炎症介质，参与了心肌缺血再灌注损伤。体内外试验均证明心肌在缺血缺氧30 min后HMGB1的表达即升高。用重组HMGB1A盒预处理能使症状减轻，其发挥作用可能是通过MAPK-N-jun激酶，细胞外信号调节激酶1/2和NF-KB的活化来介导的。Hu〔12〕等在动物缺血再灌注损伤模型中给予HMGB1预处理，发现HMGB1预处理可以保护心肌的IRI损伤，降低心梗的面积、 LDH、 CK、TNF-α和 IL-6 的水平，其可能的机制是HMGB1预处理诱导了HMGB1的耐受，从而发挥了对心肌IR损伤的保护作用。另作RAGE(-/-)小鼠，同样采取重组HMGB1A盒预处理，发现与野生型小鼠相比并没有使心梗面积减少，心肌损伤减轻。由此推测HMGB1可能是通过与RAGE结合，导致胞内外信号转导通路的激活，促进致炎细胞因子的释放来介导心肌IR损伤的〔13〕。
4.2HMGB1参与心肌缺血再灌注损伤的缺血心肌再生作用心肌缺血再灌注损伤会导致大量细胞凋亡或死亡，HMGB1可通过参与缺血心肌的再生从而使心肌修复。Federic等〔14〕证实，在缺血心肌研究中注射纯化 HMGB1可显著改善左心室功能，使缺血区新生细胞数量较多。这些新生细胞，体积明显小于发育成熟的心肌细胞，细胞器较少，且横纹肌辅肌动蛋白α、心肌细胞增强因子和 Ki67等心肌标志蛋白呈阳性表达。研究证实，HMGB1刺激心脏内源性造血干细胞C-Kit+细胞的增殖、分化，参与缺血心肌的再生。此外，Federica等〔15〕还发现源于缺血损伤心肌释放的HMGB1在诱导干细胞增殖过程中发挥不可或缺的作用，这些干细胞增殖参与了心肌组织的修复。
5结语
目前对HMGB1在心肌缺血再灌注损伤中作用的研究尚处在起步阶段，深入了解其在心肌缺血再灌注损伤中的变化规律、病理生理作用及其调控机制，将有助于从新的角度认识发病机制，为探索心肌缺血再灌注损伤的防治方法提供新思路。
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