高迁移率族蛋白（high-mobility group proteins，HMG）于1973年发现，因其在凝胶电泳中速度快而得名。HMG蛋白家族依据其基因编码序列的不同分为三个超家族，HMGA家族富含A/T序列，HMGB家族共用一个HMG-Box序列，HMGN家族共用一个核小体结合序列。其中HMGB1蛋白含量最丰富、分布也最广泛。HMGB1分子在进化上高度保守，其氨基酸序列在小鼠与大鼠来源上有100%同源性，在大鼠与人类来源上有99%的同源性，细胞定位研究显示HMGB1可以在胞核与胞质间穿梭循环。近年来关于HMGB1在基因、生化和细胞生物学领域的研究已大为深入，研究表明HMGB1参与包括DNA相关活动、生长、分化、衰老、肿瘤及炎症方面等多种病理生理活动 ^［1］。

HMGB1是一个分子结构上高度保守的蛋白其一级结构由两个DNA结合区（HMG A box和HMGB box）以及一个酸性C尾组成。研究表明，HMGB1分子内部不同区域可识别不同的受体进行信号转导，行使不同的功能。150-183位氨基酸序列识别RAGE受体，89-108位氨基酸序列识别TLR4 ^［2］（图38-1）。HMGB1一般位于细胞核内，但可以由免疫细胞（如单核巨噬细胞、树突状细胞）主动分泌，或由受损的、即将死亡的细胞被动释放。其释放机制包括PARP-1介导的坏死途径、caspase3/7介导的凋亡途径、ATG介导的自噬途径、ROS和Ca ²⁺超载途径、PKR介导的免疫复合物激活途径、分泌型溶酶体介导的胞外分泌途径等多种形式 ^［1］。

迄今为止发现的HMGB1的受体很多，包括RAGE，TLRMac-1，syndecan-1（CD138），CD24，CXCR4，TIM-3等。HMGB1通过与RAGE结合可激活nuclear factor（NF）-κB 与mitogen-activated protein kinase（MAPK）通路，产生多种促炎因子、趋化因子，诱导细胞生长、增殖、迁移。RAGE还通过Dia/GTPase/cyto-skeleton轴介导HMGB1的促细胞迁移功能 ^［3］。TLRs家族的TLR2，TLR4与TLR9也可通过激活NF-κB和MAPKs通道参与HMGB1的信号转导 ^［4］。Mac-1（CD11b/CD18，aMb3）是一种白细胞表面整合素，有研究表明，HMGB1不仅增强Mac-1的表达，而且可以促进其与RAGE的相互作用，该机制是HMGB1介导中性粒细胞募集的一个重要机制 ^［5］。此外，HMGB1还能通过aV b3整合素抑制巨噬细胞的吞噬功能 ^［6］。HMGB1通过与趋化因子CXCL12结合，可作用于CXCR4促进炎症细胞的趋化活性，该机制不依赖于RAGE和TLR4 ^［7］。CD24和TIM-3是负调控受体，在巨噬细胞与肿瘤相关DC细胞中抑制HMGB1介导的免疫放大效应 ^［8］。TREM-1在多种免疫细胞中介导TLR激活后的免疫增强反应，HMGB1通过与其直接结合进一步放大NF-κB通路的激活状态 ^［9］。体外实验研究表明，HMGB1能激活多种细胞产生炎症反应，相关研究总结如下：

离体条件下HMGB1介导多种细胞产生炎症反应

•激活单核/巨噬细胞释放TNF及其他细胞因子 ^{［10，11］}

•诱导平滑肌细胞迁移与骨架蛋白重塑 ^［12］

•增加Caco-2单层细胞的通透性 ^［13］

•诱导人内皮细胞表达RAGE和黏附分子（ICAM-1，VCAM-1） ^［14］

•激活内皮细胞释放TNF，IL-8 ^［14］

•激活人中性粒细胞MAPK P13K信号通路并促其表达促炎因子 ^［15］

•通过结合凋亡中性粒细胞表面的磷脂酰丝氨酸，抑制其被巨噬细胞吞噬 ^［16］

Changchun Hou等研究表明，与对照组相比，HMGB1的表达在哮喘患者痰液中显著增加，且与哮喘分级，%FEV（1）和FEV（1）/FVC值负相关。RAGE的内源性拮抗形式esRAGE在哮喘患者痰液中也显著增加，但与哮喘分级不显著相关 ^［17］。M. B.等发现，与非中性粒浸润型哮喘及COPD患者相比，sRAGE水平在中性粒浸润型哮喘及COPD患者BALF中显著降低，几乎检测不到。多元回归分析显示，中性粒细胞浸润是sRAGE组间差异的唯一独立危险因素，而肺部病原体种类、肺功能等对sRAGE的组间差异均没有贡献。HMGB1与amyloidA（SAA）水平在四组内均没有显著差异。该研究还发现esRAGE与sRAGE水平正相关，也有组间差异 ^［18］。E. -J. Shim等的研究表明，HMGB1在哮喘患者体内明显增高，且与TNF-α、IL-5、IL-13水平正相关。动物研究方面，在Ovalbumin（卵清蛋白OVA）诱导的小鼠急性哮喘模型中，HMGB1抗体预处理能减轻肺部病理损伤、降低气道阻力、减少BALF细胞计数及GM-CSF、IL-5水平。HMGB1还降低了淋巴组织中CD11b-CD11c+标记的DC细胞表面TLR2、RAGE的表达，但对TLR4的表达没有影响 ^［19］。Chen-Chen Lee等发现，在OVA诱导的小鼠慢性哮喘模型中，HMGB1抗体减少了肺部黏液形成、胶原蛋白沉积，以及淋巴结中Th17、Th1、Th1细胞比例及其对应分泌的IL-17，IL-4，IFN-γ表达水平，气道重塑相关细胞因子TGF-β、VEGE-1水平也降低。组化研究表明，OVA诱导后小鼠肺部TLR2、TLR4表达明显增加，而RAGE没有改变。抑制HMGB1后，RAGE仍没有改变，但支气管肺泡上皮细胞中TLR2、TLR4表达明显减少 ^［20］。Changchun Hou等研究发现，在OVA诱导的小鼠慢性哮喘模型中，拮抗HMGB1后，嗜酸性粒细胞、中性粒细胞浸润均减少，血清IgE减少，气道高反应性降低，肺组织胶原沉积、α-SMA染色也减少。体外研究发现，HMGB1增强了人胚肺成纤维细胞MRC-5的迁移能力，且促其增殖与表达α-SMA和胶原。该研究还证明在人体与动物哮喘模型中，血清HMGB1与IL-1β结合增加，且HMGB1/IL-1β复合物较它们各自单独存在能更显著的增强16-HBE、PBEC、A549细胞株表达MMP-9和VEGE ^［21］

囊性纤维化（CF，cystic fibrosis）是一种常染色体隐性遗传病，由囊性纤维化跨膜传导调节因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）蛋白编码区突变引起，在肺部表现为大量黏稠黏液聚集且不能排出，并常合并肺部多种细菌定植。Steven M. Rowe等研究发现，与对照组相比，CF患者痰液中HMGB1显著增高，且在CF加重期当中性粒细胞大量浸润时，HMGB1增高更加明显。HMGB1表达水平还与CF患者入院接受抗菌治疗的天数负相关。离体研究表明，HMGB1促进人中性粒细胞的趋化运动，且其趋化作用部分通过CXCR2介导，但对鼠中性粒细胞没有影响。在体研究表明，HMGB1促进肺部胶原蛋白降解为PGP ^［22］。Naoki Hamada等研究表明，与间质性肺炎等对照组相比，HMGB1在特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）与超敏反应性肺炎患者（hypersensitivity pneumonitis，HP）BALF中明显增高。博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型证明，随着时间推移，HMGB1表达逐渐增高，且早期主要表达于支气管上皮，晚期纤维化期则在肺泡上皮和免疫细胞中均表达 ^［23］。铜绿色假单胞菌是CF患者体内最主要的定植菌，且与肺功能下降密切相关。Maria Entezari等研究表明，HMGB1抗体预处理减少了铜绿色假单胞菌诱导后野生鼠和CFTR ^-/-囊性纤维化鼠的肺部病理损伤、中性粒细胞浸润、BALF总蛋白浓度和细菌总量。用CF患者的BALF干预RAW 264. 7细胞后，其吞噬细菌的数量减少，而抗HMGB1抗体能恢复其吞噬能力。HMGB1对巨噬细胞吞噬功能的抑制作用是通过TLR2/4实现的，TLR2/ 4敲除能部分恢复其吞噬作用 ^［24］。RAGE在肺部较全身组织相比特异性高表达，尤其在Ⅰ型肺泡上皮细胞中。关于RAGE在CF中的研究结果既复杂又矛盾。有研究表明，特发性肺纤维化患者和博来霉素、石棉诱导的肺纤维化小鼠肺部RAGE表达均减少，RAGE缺失的小鼠有自发性肺纤维化的倾向，且石棉诱导下其纤维化程度更高 ^［25-28］。但He等研究表明，RAGE缺失强烈抑制了小鼠发生博来霉素诱导的肺纤维化 ^［29］。基于此矛盾现象，Judson M等研究表明在博来霉素诱导的肺纤维化中，RAGE缺失或表达减少减轻了肺纤维化，但对石棉诱导的肺纤维化，RAGE缺失没有影响。离体实验表明，RAGE缺失促进了博来霉素干预下的肺上皮细胞迁移与修复，而不影响细胞死亡，但对石棉干预下的肺上皮细胞同样没有类似作用。研究还表明，外源性给予sRAGE不能保护博来霉素或石棉诱导的小鼠肺纤维化 ^［6］。

脓毒症常伴全身器官损害，肺损伤常伴随发生。研究表明，HMGB1在脓毒症患者血清中明显升高，且在非幸存者血清中较幸存者相比，升高更为显著 ^［30］。动物实验表明，不论在LPS还是肠穿孔诱导的脓毒症小鼠模型中，HMGB1都有重要作用 ^{［30，31］}。与TNF-α、IFN-r等早期即明显升高的促炎因子不同，HMGB1升高较晚，且当其开始显著升高时，伴随着小鼠死亡率骤升，拮抗HMGB1能明显降低小鼠死亡率。Hiroshi Ueno等研究表明，ALI/ARDS患者BALF HMGB1表达明显增高，15mg/kg LPS诱导小鼠急性肺损伤后BALF HMGB1也增高，抗HMGB1处理能减轻肺部通透性增加。肺内直接注入HMGB1，而不是HMGB2，能诱导小鼠产生急性肺损伤 ^［32］。

Raymond LC Kao等在失血性休克复苏小鼠模型中发现，外周血HMGB1在24h即开始明显增加，且用A-box拮抗剂减轻了肺部中性粒浸润与肺蛋白渗漏，但对肠通透性没有影响 ^［33］。A. K. Sharma等在肺缺血再灌注小鼠模型中发现，RAGE敲除、外源性给予sRAGE、抗HMGB1抗体均能显著减轻肺损伤、中性粒浸润、促炎因子分泌和肺水肿。外源性给予HMGB1增强了野生鼠肺缺血再灌注损伤，但对RAGE敲除小鼠没有影响。在Jα 18-/-特异性敲除小鼠（iNKT细胞特异性缺失）体内导入RAGE-/- iNKT细胞，肺损伤明显减轻，导入WT iNKT细胞则重建了肺缺血再灌注损伤。体外实验进一步证明，HMGB1由巨噬细胞产生，IL-17由iNKT细胞产生，且iNKT产生IL-17依赖于RAGE受体。这些结果表明，在小鼠肺缺血再灌注损伤中，巨噬细胞分泌的HMGB1通过iNKT表面的RAGE受体激活其分泌IL-17，进而介导了肺损伤 ^［34］。Jie Fan等研究发现，失血性休克小鼠4h后BALF HMGB1显著增高，且通过TLR4/ MyD88-IRAK4-p38 MAPK and Akts轴激活了中性粒细胞NAD（P）H氧化酶，促进其产生ROS，进而介导了肺部损伤 ^［35］。

关于机械通气相关肺损伤，Ning Ding等研究表明，单纯静脉给予小剂量LPS（5mg/kg）或者单独小潮气量（10ml/kg）机械通气均不能导致BALF HMGB1的增加，但当二者合用时能导致明显的HMGB1增加，且在此情况下NF-κB、p38、JNK、ERK这四个通路都被激活。抑制NF-κB、p38能降低HMGB1表达，但抑制JNK、ERK不能降低HMGB1表达 ^［36］。Eileen N.等研究表明，大潮气量机械通气（30ml/kg）下，BALF HMGB1显著增加，而小潮气量（8ml/kg）下没有明显增加。抑制HMGB1减轻了大潮气量下肺部微血管通透性增加，减少了中性粒浸润、TNF-α水平，提高了血氧饱和度。免疫荧光显示，大潮气量机械通气下HMGB1主要来源于巨噬细胞，在中性粒和内皮上皮细胞中也有增加 ^［37］。Vivek S.等研究发现，小鼠吸72h纯氧后接种铜绿色假单胞（PA）菌，24h内几乎全部死亡。而吸21%氧气的小鼠接种PA菌后能存活到24h以上，且肺部细菌数量降低了6倍。吸纯氧后BALF HMGB1显著增加，吸21%氧气后则没有增加。HMGB1抗体显著降低了肺部细菌总量与BALF总蛋白浓度。离体实验表明，纯氧暴露削弱了中性粒细胞与巨噬细胞的吞噬能力，HMGB1抗体预处理后吞噬作用显著增强。关于金黄色葡萄球菌感染导致的细菌性肺炎，HMGB1治疗则不是很显著 ^［38］。Ahmed Achouiti等研究发现，HMGB1在金黄色葡萄球菌感染后24h达峰值，48h即降低。抗HMGB1治疗与RAGE敲除能较微弱的减轻早期6h时肺病理损伤和肺水肿，降低TNF-α、KC水平和BALF细菌总量，但对后续时间点均没有影响。TLR敲除对金黄色葡萄球菌诱导的肺损伤完全没有影响。这三种干预均没有影响中性粒细胞浸润 ^［38］。

Bernhard Moser等研究表明，与主动脉狭窄（AVS）等对照患者相比，慢性栓塞型肺动脉高压（CTEPH）和特发型肺动脉高压（iPAH）患者血清中esRAGE、sRAGE均显著升高，且CTEPH患者血清HMGB1也显著升高。iPAH患者与CTEPH患者相比，血清sRAGE更高。肺动脉内膜剥离术、肺移植术前后，CTEPH与iPAH患者血清sRAGE的表达没有明显变化 ^［40］。Yukari等在动物研究中表明，在野百合碱（monocrotaline，MCT）诱导的大鼠肺动脉高压模型中，1周后BALF HMGB1显著增加并达到峰值，3w后BALF TNF-α、MCP-1开始显著增加，4周后血清HMGB1显著增加，同时伴随大鼠死亡率显著增加。抗HMGB1抗体减少了BALF中内皮素-1、TNF-α、MCP-1、IL-1β水平，减弱了肺动脉壁增厚与右室收缩压的增高，并降低了死亡率 ^［41］。

阻断HMGB1的释放及阻断其下游信号转导已成为研究治疗的靶点。目前已有研究表明，有多种化合物及多种途径可以阻断HMGB1的信号途径，然而都没有进入临床试验。抗HMGB1单克隆抗体可中和HMGB1，HMGB1的无功能区A box衍生物可竞争性抑制HMGB1与其受体的结合，RNA干扰可直接抑制HMGB1表达。针对缺血再灌注损伤常伴随HMGB1表达增高，研究表明灌流前采用Sulfate-Cellulofine吸附珠特异性吸附血清中HMGB1可减轻灌注相关肝损伤。一些临床药物也被证明可阻止HMGB1的表达、释放，如降脂药物他汀类，丹参酮ⅡA，地塞米松，氯喹等，一些中药也被证明有类似功能，如甘草，当归，丹参，绿茶等。此外针对HMGB1的受体RAGE、TLR的干预也是治疗靶点，如利用可溶性RAGE（sRAGE）竞争性消耗HMGB1，可减少HMGB1与RAGE、TLRs的结合 ^［42］。

在呼吸系统各种疾病模型中，从急性期、慢性期到纤维化期，HMGB1均参与其中。急性肺部疾病中，HMGB1在重型肺损伤中有重要作用，如大潮气量呼吸机相关肺炎、致死性脓毒症与LPS相关肺损伤、失血性休克相关肺损伤、长期纯氧暴露等，并与死亡率紧密相关。慢性纤维化相关肺部疾病中，HMGB1促进了气道重塑与纤维化、肺动脉壁增厚、成纤维细胞增殖，并影响DC、NK、Th等淋巴细胞的比例及其对应细胞因子的分泌。HMGB1还削弱了巨噬细胞、中性粒细胞的细菌吞噬功能，但能促进中性粒细胞的趋化效应。尽管关于HMGB1的研究进展丰富，HMGB1的释放通路、膜受体、胞内信号通路还未完全阐明。更重要的，关于HMGB1在人体肺部相关疾病中的作用，还需临床上加大样本量研究。HMGB1的特异性拮抗剂在亚临床动物模型水平被证明有效，但在人体水平的有效性还需通过严格的临床对照试验来证明。