HMGB1調控IL-17分泌與中性粒細胞性哮喘的研究進展

王慧虹, 張秀峰

海南醫學院第二附屬醫院,海南?？?570145

哮喘是一種異質性疾病,以氣流阻塞和氣道高反應性為特征。反復咳嗽、喘息和胸悶是哮喘的主要癥狀;吸煙、過敏原和運動等是其誘因。哮喘分為輔助性T細胞2(T helper cell 2,Th2)型哮喘和非Th2型哮喘[1]。Th2型哮喘主要是Th2淋巴細胞及其分泌的細胞因子如白細胞介素(interleukin,IL)-4、IL-5、IL-13和IL-17等介導的嗜酸性粒細胞哮喘,通常為輕、中度哮喘,在兒童中更為普遍[2]。而中性粒細胞性哮喘是非Th2型哮喘的典型代表,與Th17細胞免疫反應升高有關,是一種嚴重的類固醇抵抗性哮喘[3]。最近高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)在中性粒細胞性哮喘發病機制中的作用備受關注。晚期糖基化終產物受體(receptor for advanced glycation end products,RAGE)和Toll樣受體(toll-like receptors,TLR)是HMGB1的主要受體,HMGB1作為一組非組蛋白核蛋白與RAGE、TLR結合,通過激活下游信號通路啟動功能反應,這導致免疫細胞活性激活和促炎細胞因子分泌,參與炎癥發生發展[4]。HMGB1表達上調與中性粒細胞性哮喘相關,但中性粒細胞性哮喘發生發展的潛在機制仍未完全闡明。本綜述旨在總結HMGB1調控IL-17分泌與中性粒細胞性哮喘的關系。

1 IL-17與中性粒細胞性哮喘

全球目前達3.58億哮喘患者,其中5%～10%的患者患有重癥哮喘,預計到2025年患者數將增漲至4億,每年約有25萬哮喘患者死亡[5-7]。中國成人哮喘現患病率已達4.2%,相當于4 570萬中國成年人患有哮喘[8]。哮喘的患病率高并持續上升,造成了嚴重的經濟和社會負擔。

Th17細胞是CD4+T輔助細胞的一個獨特的亞群,表現出特有的轉錄調節因子視黃酸相關孤兒受體γt(retinoid-related rrphan receptor ramma t,Rorγt)的高表達,于2005年首次被發現[9]。Th17細胞是促炎細胞,通過分泌IL-17細胞因子家族(包括IL-17A和IL-17F),從而刺激促炎分子的分泌,進一步參與對細菌或真菌感染的免疫,以及自身免疫或代謝性疾病的發病機制[10]。而IL-17通過調節幾種趨化因子(包括CXCL1、CXCL2和CXCL5)的表達,在中性粒細胞募集到氣道中發揮關鍵作用。在哮喘小鼠模型和哮喘患者研究中,發現哮喘嚴重程度與中性粒細胞計數、IL-17密切相關[11]。在脂多糖/卵清蛋白致敏的嗜中性粒細胞哮喘小鼠模型中,觀察到中性粒細胞浸潤顯著減少,并且伴隨IL-17減少[12]。綜上所述,IL-17是中性粒細胞性哮喘的獨立危險因素。

IL-17是中性粒細胞哮喘的重要標志。Th17細胞參與了中性粒細胞性哮喘的發生和發展,但其介導的哮喘免疫反應失調的潛在分子機制仍不清楚。部分哮喘患者不能從皮質類固醇的抗炎治療中獲益。因此,需要不斷探索新的中性粒細胞性哮喘標記物,不斷為某些類型的哮喘開發新的治療方法,尋找針對中性粒細胞性哮喘的替代策略。

2 HMGB1生物學特征

1973年首次在小牛胸腺中發現了一組具有高電泳遷移率的非組蛋白核蛋白,命名為HMG蛋白[13]。HMGB1是HMG家族成員中含量最高的蛋白質,在細胞核中作為一種結構染色質結合因子,通過各種刺激從免疫細胞或非免疫細胞釋放到細胞外環境中才能發揮細胞因子的作用。其可由炎癥免疫細胞主動分泌,也可由非免疫細胞壞死或受損后被動釋放。HMGB1易位至細胞外,通常意味著被激活[14]。

人類HMGB1具有215個氨基酸殘基,主要分為3個結構域:2個DNA結合基,稱為HMG A-box和HMG B-box,以及一個酸性羧基端[15]。HMGB1的2個HMG boxes在結構上由3個阿爾法螺旋和2個L形環組成[16]。A-box和B-box是HMGB1的DNA結合域,而帶負電荷的尾部可以結合組蛋白[17]。細胞外B-box可以復制轉錄促炎活性蛋白,A-box可以作為HMGB1拮抗劑[18]。HMGB1 A-box的抗炎活性在與C端酸尾融合后得到增強[19]。A-box拮抗HMGB1的細胞因子活性,主要是A-box與HMGB1競爭活化巨噬細胞表面的結合位點,并減弱HMGB1誘導的促炎細胞因子的釋放[20]。C端酸性尾巴調節HMGB1與DNA的相互作用,最終促進HMGB1結構的破壞[21]。酸性尾巴和其他氨基酸,特別是半胱氨酸殘基對HMGB1寡聚體形成起著重要作用,這些寡聚體可能參與炎癥性疾病的進展[22]。

有研究證明HMGB1經歷了各種翻譯后修飾(如甲基化)[23],導致其從細胞核移位到細胞質,最終釋放,從而參與疾病的發生發展,包括哮喘在內,但具體機制尚不明確。

3 HMGB1與IL-17在中性粒細胞性哮喘發病中的作用

HMGB1可以通過影響IL-17的表達來參與不同疾病的發生發展,如亞急性帕金森病[24]、血栓閉塞性脈管炎[25]、膿毒癥[26]等。HMGB1在樹突狀細胞、肺泡巨噬細胞等中均有表達[26],并可通過調控Th17細胞分化參與中性粒細胞性哮喘的發生發展。

3.1 HMGB1是中性粒細胞性哮喘患者的新生物標志物

HMGB1通過調節IL-17的分泌參與中性粒細胞性哮喘的發病成為了研究熱點。使用OVA/LPS誘導復制的中性粒細胞哮喘小鼠模型,發現肺組織中IL-17a、HMGB1等相關促炎癥因子升高[27];使用LPS/IL-13誘導的細胞模型中,細胞中IL-17a、HMGB1等相關促炎癥因子亦升高。使用鐵下垂抑制劑利普司他汀-1(liproxstatin-1,Lip-1)處理,發現細胞模型中Lip-1能抑制HMGB1的釋放,從而減少IL-17a的表達水平;哮喘小鼠模型中,HMGB1和IL-17a的表達水平下降,哮喘炎癥程度改善。

在小鼠致敏前通過氣管內給與可溶性RAGE(soluble form of RAGE,sRAGE),sRAGE通過抑制呼吸道CD11c+抗原提呈細胞中RAGE和IL-23的表達,抑制重組高遷移率蛋白1(recombinant high mobility group box 1,rHMGB1)激活的樹突狀細胞在體外誘導的Th17細胞極化,導致HMGB1表達降低;出現中性粒細胞炎癥反應和Th17型反應均顯著降低,減輕了重度哮喘的嚴重程度[28]。哮喘患者誘導痰標本中的HMGB1與哮喘嚴重程度呈正相關,重度哮喘患者與輕中度哮喘患者及健康人群相比,支氣管活檢氣道平滑肌中HMGB1的表達明顯增加[29]。本研究發現,重度哮喘患者誘導痰中中性粒細胞比例明顯高于正常對照組和輕度哮喘患者,且痰中HMGB1含量明顯高于正常對照組,HMGB1水平與一秒用力呼氣容積和第一秒用力呼氣量占所有呼氣量的比例呈負相關[30],表明HMGB1是哮喘中性粒細胞氣道炎癥的調節因子,HMGB1與哮喘的嚴重程度相關。

以上研究提示,HMGB1是中性粒細胞參與重度哮喘氣道炎癥的中介因素,可能是中性粒細胞性哮喘患者新的生物標志物。

3.2 HMGB1通過激活核因子-ΚB途徑影響IL-17的分泌

核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)作為一種轉錄因子,可調節細胞增殖和凋亡相關基因、炎癥和免疫反應相關基因的表達,并可誘導T細胞和B細胞的分化和活化。NF-κB激活途徑包括經典途徑和替代途徑。NF-κB通道能影響IL-17的分泌。用OVA刺激和致敏豚鼠建立變應性鼻炎(allergic rhinitis,AR)豚鼠模型,發現在豚鼠AR模型中,經黃芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)處理后,豚鼠組織和血清中Treg關鍵轉錄因子叉頭盒蛋白P3(forkhead box protein P3,Foxp3)和IL-10水平上調,而IL-17水平下調[31]。將慢病毒包裝的NF-κB注入豚鼠,使其過表達NF-κB,發現NF-κB過表達可逆轉上述結果,研究認為NF-κB過表達可逆轉APS對AR豚鼠Treg/Th17失衡的改善作用。

HMGB1易位到細胞外,與TLR和RAGE等模式識別受體結合,隨之激活NF-κB途徑,并增加促炎性細胞因子的產生和釋放。ZHANG等[32]復制肺缺血再灌注損傷模型,使用鹽酸納美芬進行干預,發現鹽酸納美芬高劑量組和低劑量組肺組織中TLR4、HMGB1、NF-κB的蛋白表達水平和mRNA表達水平均明顯低于對照組。提示在肺缺血再灌注損傷中,HMGB1與TLR4結合,激活NF-κB途徑,進而導致各種炎癥因子的表達水平增加,從而導致損傷;鹽酸納美芬可通過抑制TLR4及HMGB1的表達水平,而減少HMGB1與TLR4結合,減少NF-κB的活化,以減輕肺缺血再灌注損傷。

Yu等[33]認為丙酮酸乙酯抑制了AVMC小鼠中HMGB1的表達和釋放,下調了RAGE、磷酸化NF-κB p65和磷酸化-IκBα水平,抑制IκBα的降解,減少RAGE的表達,抑制NF-κB的活化,從而降低IL-17的產生和釋放,改善柯薩奇病毒B3誘導的急性病毒性心肌炎。

Byun等[25]研究發現,血栓閉塞性脈管炎患者血漿中HMGB1、RoRγt、RAGE和IL-17的mRNA水平均高于正常對照組。去整合素金屬蛋白酶10(A disintegrin and metalloproteinase 10,ADAM10)是RAGE的分解酶,負責RAGE裂解的膜蛋白酶,當ADAM10干預后,抑制血栓閉塞性脈管炎患者NF-κB的磷酸化水平,降低RAGE的表達,減少HMGB1/RAGE結合,從而抑制Th17細胞分化成熟,減少Th17細胞數量,減少IL-17的分泌,減輕血栓閉塞性脈管炎的內皮炎癥。

上述研究提示HMGB1通過NF-κB信號通路調節IL-17的分泌,參與各種疾病的發生發展。

4 展 望

綜上所述,非Th2型哮喘以中性粒細胞性哮喘為主,以中性粒細胞增多及細胞因子如IL-17的分泌增加相關。皮質類固醇可以延長中性粒細胞的存活時間,并延遲其在哮喘中的清除,可認為該類型哮喘應用皮質類固醇效果不佳。而HMGB1作為中性粒細胞趨化劑,是哮喘中性粒細胞氣道炎癥的調節因子,減輕了重度哮喘的嚴重程度。因此,HMGB1可能成為中性粒細胞性哮喘的生物標志物,明確HMGB1與中性粒哮喘的關系,將有益于這一哮喘亞群的新治療策略的開發,為尋求類固醇抵抗性哮喘的有效治療提供了新思路。另一方面,HMGB1通過NF-κB信號通路調節IL-17的分泌,參與各種疾病的發生發展,但在中性粒細胞性哮喘發生、發展的分子機制的研究還尚未有發現。因此HMGB1與NF-κB信號通路、IL-17及中性粒細胞性哮喘之間具體的內在關系仍然需要更深入的探索。今后還應繼續關注中性粒細胞性哮喘患者中HMGB1、IL-17的表達情況,以及HMGB1在NF-κB信號通路上的研究。