高迁移率族蛋白因其在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的高迁移能力而得名, 包括HMGA、HMGB、HMGN 3个家族, 而HMGB家族有3个成员即HMGB1、HMGB2、HMGB3, 三者在氨基酸序列上有80%的一致性。HMGB1先前也称HMG1, 在进化过程中氨基酸序列高度保守, 啮齿类动物与人的HMGB1由215个氨基酸组成, 仅存在2个氨基酸的差异, 相对分子质量约30 000, 广泛分布于淋巴组织、脑、肝、肺、心、脾、肾等组织细胞中。HMGB1在肝、脑组织中主要存在于胞浆, 而在大多数其他组织中存在于胞核。HMGB1分子包含2个与DNA结合的结构域即A-box(985 氨基酸)和B-box(88162氨基酸)以及一个高度重复并富含酸性氨基酸的C-末端(186215氨基酸), HMGB1释放至胞外后, B-box是引起炎症反应的功能结构域, 而A-box对B-box有一定的拮抗作用; 胞核HMGB1与DNA非特异性结合, 亲和力低, 在细胞核内参与细胞分化、DNA修复、DNA重组及类固醇激素调控等生命活动。人HMGB1基因位于染色体13q12, 蛋白翻译后进行糖基化、酰基化、甲基化和磷酸化等修饰加工。

胞内HMGB1可通过活化细胞[如受内毒素、肿瘤坏死因子(TNF)等激活后]的主动分泌和坏死细胞的被动释放进入胞外, 因此炎症、创伤等将引起HMGB1胞外释放增加, 但凋亡细胞由于HMGB1紧密结合于染色体而不能释放HMGB1。HMGB1因缺乏引导肽结构而不能以高尔基体/内质网途径分泌, 但活化细胞可通过非经典途径(如分泌溶酶体)主动分泌到细胞外, 并与CD14、TNF有关^[2]。胞外HMGB1需与相应胞膜受体结合才能发挥其生物学效应, 研究显示晚期糖基化终末产物受体(RAGE)与HMGB1具有高亲和力, 是HMGB1的主要受体, Toll样受体2(TLR2)和Toll样受体4(TLR4) 也可能参与HMGB1的信号转导。

HMGB1除了核内功能外, 近年的诸多研究证实胞外HMGB1为一种重要的炎症介质和致炎细胞因子, 参与多种疾病的发病过程。HMGB1释放明显晚于TNF、白细胞介素-1等其他炎症介质, 因此HMGB1作为一种晚期炎症介质有较宽的治疗窗口期, 对临床开展HMGB1靶向治疗具有重要意义。

1.脓毒症 脓毒症患者血清HMGB1水平变化及其意义已有不少报道^[3~6]。研究显示脓毒症患者血清HMGB1水平明显升高, 血清HMGB1水平与脓毒症严重程度未见相关性。但Gaï ni等^[7]研究显示, 严重脓毒症患者血清HMGB1水平[6.7 ng/mL, 四分位间距(IQR)4.1~11.1]显著高于脓毒症患者(4.3 ng/mL, IQR 2.9~7.1)。血清HMGB1水平与脓毒症患者预后(生存或死亡)的关系目前观点尚未一致。Karlsson等^[3]认为血清HMGB1水平与脓毒症患者的预后(生存或死亡)无关, Sundé n-Cullberg等^[5]还意外发现脓毒症死亡者血清HMGB1水平明显低于存活者, 但Wang等^[1]研究显示脓毒症死亡者血清HMGB1水平明显高于存活者。Gibot等^[6]报道, 42例脓毒性休克患者入院12 h内动脉血清HMGB1水平中位数为4.4 ng/mL(IQR 1.2~12.5), 与患者的预后(生存或死亡)无关, 但在入院后第1至第3天间, 随后生存者血清HMGB1水平逐渐下降, 而随后死亡者血清HMGB1水平升高, 血清HMGB1水平用于预测患者存活的敏感性、特异性分别为66%和67%。血清HMGB1水平与脓毒症患者预后(生存或死亡)的关系可能与血液标本采集时间有关。

Gaï ni等^[4]调查结果显示, 非感染性(包括呼吸道疾病、心血管病、风湿病、中枢神经系统疾病等)、感染性(无全身炎症反应综合征)、脓毒症和严重脓毒症患者血清HMGB1水平明显高于健康对照组, 并发现血清HMGB1水平与血清C-反应蛋白、降钙素原、脂多糖结合蛋白、白细胞介素-6水平及白细胞计数等炎症指标间具有一定的相关性。Van Zoelen等^[8]通过对肺炎、腹膜炎、泌尿道感染等所致脓毒症患者不同日期血浆HMGB1水平变化的观察, 提示HMGB1释放动力学因感染原发部位不同而有所差异; 腹膜炎所致脓毒症患者的腹水HMGB1水平为血浆HMGB1水平的10倍以上, 肺炎所致脓毒症患者的支气管肺泡灌洗液HMGB1水平明显高于正常对照组, 提示HMGB1释放可能主要发生在感染部位。

2.关节炎 左晓霞等^[9]研究结果显示, 活动期、相对稳定期类风湿关节炎患者和健康对照者外周血单个核细胞HMGB1 mRNA表达水平差异无统计学意义, 而活动期类风湿关节炎患者血浆HMGB1水平显著增高, 并与红细胞沉降率、C-反应蛋白水平呈正相关。风湿性关节炎患者关节滑液中HMGB1高表达, Kokkola等^[10]报道15例风湿性关节炎患者中有14例关节滑液HMGB1水平为1.8~10.4 μ g/mL, Taniguchi等^[11]报道风湿性关节炎患者关节滑液HMGB1水平明显高于骨关节炎患者。但风湿性关节炎患者血清或血浆中HMGB1水平未见升高^[12]。HMGB1与风湿性关节炎发病密切相关, 可能成为新的治疗靶点。

3.急性胰腺炎 Yasuda等^[13]报道, 重症急性胰腺炎患者血清HMGB1[(5.4± 1.3) ng/mL)]明显高于健康对照组[(1.7± 0.3) ng/mL)], 血清HMGB1水平与该病严重程度有关, 并与乳酸脱氢酶、C-反应蛋白及总胆红素指标等呈显著正相关。

4.肺炎 Angus等^[14]研究结果显示, 93.7%的社区获得性肺炎患者血清HMGB1水平升高, 单纯性社区获得性肺炎与并发严重脓毒症社区获得性肺炎患者之间血清HMGB1水平未见显著性差异, 但并发严重脓毒症后死亡者血清HMGB1水平要高于存活者。Kosai等^[15]报道, 并发流感病毒感染的严重细菌性肺炎患者血浆HMGB1水平显著高于单纯细菌性肺炎患者, 且前者血浆HMGB1水平与白细胞计数呈较好的相关性(r=0.612, P< 0.05)。另有学者报道, 并发严重脓毒症或脓毒性休克的急性肺损伤患者血浆HMGB1水平升高。

5.乙型肝炎 彭建平等^[16]报道慢性乙型肝炎患者外周血单个核细胞 HMGB1 mRNA表达水平增高, 并与病情、血浆内毒素水平等相关。刘洪波等^[17]研究结果显示, 慢性乙型肝炎患者血清HMGB1水平与病情的严重程度密切相关, 并提示HMGB1可能在慢性重型乙型肝炎患者肝衰竭的发生中起重要作用。

6.脑膜炎 Tang等^[18]报道脑膜炎患者脑脊液HMGB1水平升高, 而细菌性脑膜炎患者脑脊液HMGB1水平为非细菌性脑膜炎患者的4倍, 并与白细胞计数呈较好的正相关。

7.获得性免疫缺陷综合征 Nowak等^[19]报道, 1型人类免疫缺陷病毒(HIV-1)感染患者血浆HMGB1水平(中位数5.3 ng/mL)显著高于HIV阴性健康对照组(中位数1.4 ng/mL), 血浆HMGB1水平与性别、年龄、病毒量、CD4或CD8 T细胞数等无显著相关性。

8.心血管疾病 Taira等^[20]报道, 变应性肉芽肿性血管炎(亦称Churg-Strauss综合征)患者血清HMGB1水平明显高于哮喘患者和健康者, 与血清可溶性白细胞介素-2受体、可溶性血栓调节素、嗜酸性细胞阳离子蛋白等水平呈显著正相关, 患者经激素治疗后血清HMGB1水平下降, 另外变应性肉芽肿性血管炎患者嗜酸性细胞HMGB1表达水平也明显高于哮喘患者, 提示HMGB1可能参与变应性肉芽肿性血管炎的发病机制。Yamada等^[21]研究结果显示, 随后发生心搏停止或急性心肌梗死致死的急性冠状动脉综合征患者血清HMGB1水平(2.236 ng/mL)明显高于未发生心脏意外者(0.434 ng/mL), 如果以血清HMGB1水平0.6 ng/mL为界值, 血清HMGB1水平用于预测急性冠状动脉综合征患者1个月内发生心脏意外的特异性和敏感性分别为87%和71%。有学者报道高原慢性肺心病患者急性期、缓解期外周血HMGB1 阳性率分别为72.9%和44.4%, 而对照组仅为5.6%。

9.失血性休克 失血性休克患者在休克后24 h内血清HMGB1水平升高, 72 h达到峰值, 96 h开始下降, 而患者血压恢复和临床症状改善后, 血清HMGB1水平也恢复正常。失血性休克后血清HMGB1水平升高的机制还不清楚, 可能是休克后的TNF反应性升高激活免疫细胞而释放HMGB1, 或由损伤细胞或死亡细胞释放HMGB1^[4]。Goldstein等^[22]报道, 急性冠状动脉综合征和大脑缺血患者血清HMGB1水平明显升高, 提示血清HMGB1水平与缺血性疾病有关。有研究显示, 弥散性血管内凝血使血浆HMGB1水平显著升高。

10.外科术后 Suda等^[23]通过对经胸食管切除手术前后的癌症患者血清HMGB1水平的检测显示, 术前血清HMGB1水平与术后患者全身炎症反应综合征、机械进氧及重症监护病房(ICU)监护时间有关, 术后无并发症者血清HMGB1水平于术后24 h内升高, 保持高值于术后第2、3天, 然后逐渐降低至第7天, 而术后有严重并发症(脓毒症、急性肺损伤)者各时间点(术后第2天除外)血清HMGB1水平均明显高于术后无并发症者, 提示术后血清HMGB1水平测定有助于术后并发症的监测。

目前, 胞外HMGB1检测有蛋白免疫印迹法(Western blotting, WB)^[2]和酶联免疫吸附试验(ELISA)^{[21, 24]}2种方法。WB操作繁琐费时, 敏感性低, 检测结果准确性差, 适合于HMGB1定性或半定量检测。近年Yamada等^{[21, 24]}用抗HMGB1单克隆抗体建立了HMGB1的ELISA, 敏感性、准确性、特异性明显提高, 与HMGB2无交叉反应, 且操作方便, 可成批检测, 已应用于科研和临床标本中HMGB1的定量测定。Yamada等建立的ELISA中, 以辣根过氧化物酶为标记酶, 而底物有四甲基联苯胺(TMB)、PS-1和PS-atto, 前者为比色分析, 后二者为发光分析; 以PS-1为底物的ELISA, 其有效检测范围为2~100 ng/mL, 批间、批内变异系数分别< 10%和< 5%, 回收率为92%~111%, 与WB的线性回归方程Y(WB)=1.067X(ELISA)-2.86; 而以TMB、PS-atto为底物的ELISA, 其检测线性范围分别为1~100和0.3~160 ng/mL, 批间、批内变异系数分别为4.8%~8.5%和2.9%~4.9%, 人标本回收率为92%~111%, 动物标本回收率为85%117%。目前市场已有HMGB1的ELISA商品化试剂盒供应, 日本Shino-Test公司供应的以TMB为底物的ELISA试剂盒, 其批间、批内变异系数分别< 8%和< 5%, 血清或血浆标本回收率为80%~120%, HMGB1最低检测浓度为< 1 ng/mL。因细胞溶解可能释放HMGB1, 因此HMGB1检测的血液标本应立即分离血清或血浆。标本中一些干扰因素如抗HMGB1抗体的存在可能影响HMGB1的准确定量^[12], 应引起重视。

由于HMGB1在血液、体液、细胞培养液、灌洗液等标本中一般含量较低, 采用WB和ELISA时常难以检出或准确定量, 因此我们正在建立时间分辨荧光免疫分析法(TRFIA)测定HMGB1, 并已取得进展, 其敏感性、准确性将有进一步提高。

胞外HMGB1作为一种重要的炎症介质已引起广泛重视, 随着HMGB1 ELISA的建立, 使之胞外HMGB1研究试验更为方便。近年国际上开始重视胞外HMGB1的临床研究, 以探索胞外HMGB1在临床疾病发病机制中的作用, 探讨胞外HMGB1测定在疾病风险预测、临床疾病诊断、预后判断中的意义, 以及开辟临床疾病的HMGB1靶向治疗新途径。