HMGB1：从发现到临床应用

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1973年，高迁徙率族卵白B1（HMGB1）首次在小牛胸腺中被发现并判定出来，其作为染色质的构造卵白，有助于将DNA包装到染色体中。今朝，凭据其特征功能序列基序将HMG卵白分为三个亚家眷——HMGA（HMG-14和HMG-17）、HMGB（HMG-1和HMG-2）和HMGN（HMG-I和HMG-Y）。很多HMG卵白如今已知在分歧的位置具有分歧的功能。

个中研究最普遍的是HMGB1，其介入了很多主要的生理和病理过程。这些功能包罗促进细胞核中的DNA伤害修复、感应核酸和诱导胞质中的先天免疫回响和自噬以及细胞外情况中的连系卵白伴侣和刺激免疫受体。此外，HMGB1是一种普遍的细胞应激传感器，它均衡细胞灭亡和存活回响，这对细胞稳态和组织维持至关主要。HMGB1也是免疫细胞排泄的主要介质，介入一系列病理状况，包罗传染性疾病、缺血再灌注伤害、自身免疫、心血管和神经变性疾病、代谢杂乱和癌症。HMGB1作为人类疾病的生物标记物和药物靶点，具有极大的应用潜力。

HMGB1的亚细胞定位在决意其功能及其与其他细胞成分的互相感化方面起着要害感化。这里总结了HMGB1在细胞核、胞质、细胞膜和细胞外空间的功能。

核HMGB1

人HMGB1是一种包含215个氨基酸的卵白质，由三个构造域构成：两个带正电荷的DNA连系构造域（A-box和B-box）和一个带负电荷的C末尾（酸性尾部）。HMGB1在生理前提下首要存在于细胞核中，经由与DNA和组卵白连系，HMGB1有助于维持核小体的构造，并限制诱变剂和光子进入DNA，从而防止DNA伤害。此外，HMGB1调节组卵白与DNA互相感化的强度，从而影响DNA在染色质中的包装。此外，HMGB1能够经由促进核小体滑动来调节基因表达。

细胞外HMGB1

1999年，HMGB1被确定为小鼠内毒素致死的介质，开启了HMGB1细胞外功能研究的新篇章。细胞外HMGB1在应激前提下作为伤害相关分子模式或危险旌旗施展感化，并经由与各类受体互相感化介导免疫回响，包罗Toll样受体4（TLR4）和晚期糖基化终产品特异性受体（AGER）。此外，细胞外HMGB1具有促进细胞生长和组织再生的活性，在某些情形下，还限制细菌增殖。

胞内HMGB1

HMGB1生物学中一个历久悬而未决的问题是胞质HMGB1的功能。2010年，研究发现胞质HMGB1促进小鼠成纤维细胞某人类癌细胞的自噬，以应对各类情况应激，包罗饥饿和氧化伤害。HMGB1依靠性自噬与几种炎症性疾病有关。例如，在患有炎症性肠病的小鼠中，自噬削减了炎症和相关的组织伤害；在这种情形下，胞质HMGB1与BECN1和ATG5形成复合物，以珍爱这些卵白质免受钙卵白酶介导的促凋亡切割。肠上皮细胞中HMGB1的缺失会损害自噬并加快实验性炎症性肠病的成长。HMGB1依靠性自噬也经由维持肿瘤微情况中的炎症和免疫按捺介入肿瘤病理过程。例如，HMGB1经由诱导自噬促进骨髓源性按捺细胞（MDSCs）的存活，自噬也促进了肿瘤细胞的转化和生长。

胞质HMGB1的另一个主要功能是与游离核酸形成复合物，进而激活先天免疫的TLR和cGAS-STING途径，促进核酸介导的先天免疫回响。

膜HMGB1

HMGB1不常见于大多数细胞的膜中，除了介入轴突生长和血小板激活。在传染时代，HMGB1能够响应氧化应激旌旗转移到血小板膜上，并与中性粒细胞上的TLR4或AGER连系，以促进中性粒细胞外陷阱（NETs）的形成。HMGB1诱导的NETs经由各类机制加剧脑、肺和心脏内的炎症伤害。雷同于细胞外HMGB1，膜HMGB1能够调节各类细胞类型之间的通信以响应炎症刺激。

HMGB1在炎症和免疫回响中具有普遍的感化。一旦从细胞中释放，HMGB1能够以各类体式零丁或与分歧的免疫介质组合激活各类受体。

TLR4和AGER是HMGB1研究最深入的两种受体，它们经由激活NF-κB和干扰素调节因子3（IRF3）途径介导HMGB1在多个免疫细胞中的活性，从而发生促炎细胞因子和趋化因子。HMGB1与巨噬细胞和中性粒细胞上表达的髓细胞触发受体1（TREM1）连系也能够经由NF-κB途径诱导细胞因子的发生，而CD24和甲型肝炎病毒细胞受体2（HAVCR2）能够削弱HMGB1诱导的细胞因子的发生。CXC趋化因子受体4（CXCR4）在介导HMGB1与CXCL12复合物诱导的细胞迁徙中具有特异性感化。

HMGB1能够连系来自病原体或宿主细胞的核酸来激活各类DNA传感途径或受体，包罗内体中的TLR3、TLR7和TLR9，以及胞质中的cGAS-STING1通路，从而导致细胞因子的发生。HMGB1介导的脂多糖（LPS）经由AGER递送到胞质激活胱天卵白酶11（CASP11）依靠性炎症小体，导致IL-1家眷细胞因子（IL-1β和IL-18）的成熟、细胞焦亡和伤害相关分子模式的释放。此外，HMGB1经由AGER激活PI3KC3途径诱导自噬，自噬能够经由选择性降解炎症小体复合体的成分来负调控炎症小体的激活。

在各类实验性传染模型中，HMGB1的按捺降低了全身炎症回响并提高了存活率；HMGB1还经由促进NET的形成对很多病原体具有杀伤活性。是以，HMGB1在病原体传染中具有双重功能，既杀菌又促进组织伤害，这取决于病原体的免疫病理学阶段和性质。

各类无菌刺激，如创伤、缺血、毒素、异物、化学物质、抗原和器官移植，也能够经由释放DAMP激发炎症，而HMGB1在这方面具有稀奇主要的意义。常见的调节性细胞灭亡形式（凋亡、细胞焦亡、坏死性凋亡和铁灭亡）都能够导致HMGB1的释放，从而激发无菌炎症。HMGB1被充裕证实是组织I/R伤害、自身免疫、心血管和神经退行性疾病以及代谢杂乱等疾病中无菌炎症的介质。

衰老增加了人类对大多数疾病的易感性，尤其是癌症、心血管疾病和神经变性。衰老过程中发生的首要转变之一是显现慢性、低度全身炎症。HMGB1的非常表达和释放介入了这一过程。衰老细胞具有专门的衰老相关排泄表型（SASP），包罗以自排泄和/或旁排泄体式排泄HMGB1。HMGB1还能够进入轮回系统调节远处器官的运动，从而促进与岁数相关的免疫病理学，包罗肿瘤发生和神经退行性疾病。

此外，HMGB1过表达在多种形式的癌症中遍及存在，并经由增加抗凋亡机制、炎症、免疫系统逃避和有氧糖酵解而具有致癌感化。肿瘤微情况中的细胞外HMGB1以多种体式促进肿瘤成长。另一方面，细胞外HMGB1能够介导免疫原性细胞灭亡（ICD）并增加抗肿瘤免疫；HMGB1还能够经由其他机制激活或增加抗肿瘤免疫。

因为HMGB1介入炎症并在细胞应激回响中释放，其已被普遍研究为疾病的潜在生物标记物。阻断HMGB1的释放和活性在普遍的临床前炎症疾病模型中获得了伟大成功，证实了HMGB1是急性传染性和无菌性炎症前提下有吸引力的治疗靶点。按捺HMGB1的策略可分为直接按捺和间接按捺：直接按捺包罗与HMGB1连系以干扰其免疫活性的小分子或中和抗体；间接按捺首要经由药物或非药物方式损坏HMGB1的转运和释放来实现。

例如甘草酸是一种自然三萜，是第一个报道的HMGB1的直接按捺剂。甘草酸具有普遍的抗炎特征，并在动物模型中防止了败血症和I/R伤害；二甲双胍能够直接与HMGB1的C端构造域连系，以按捺HMGB1对小鼠巨噬细胞的细胞外促炎感化。这些发现或者促进斥地出更有效、更直接、更高特异性的HMGB1按捺剂。另一大类化合物能够按捺HMGB1的释放。这种按捺剂能够起原于自然产品或许能够化学合成。个中，丙酮酸乙酯平日用于按捺HMGB1的释放，在实验性败血症或无菌组织伤害的小鼠模型中按捺促炎途径。

在50年前，HMGB1被发现作为DNA伴侣在维持染色质构造和功能中的施展主要感化。在随后的几十年中，研究更多地集中于判定细胞外和胞质HMGB1在细胞应激和免疫回响中的功能。在炎症的早期阶段，HMGB1的释放或者刺激免疫和炎症回响，有助于微生物消灭和伤口愈合。然而，慢性炎症和HMGB1的释放会激发细胞因子风暴，随后导致免疫细胞灭亡和免疫按捺。

比来的研究表明，HMGB1拮抗剂在普遍的临床前疾病模型中显露出伟大的成功，稀奇是传染性和无菌性炎症疾病，这表明HMGB1是一个有吸引力的治疗靶点。然而将来， HMGB1的临床应用仍然面临着一些挑战：首先，我们若何区分每个HMGB1受体在形成免疫回响中的具体进献？今朝报道的HMGB1受体似乎被各类细胞类型普遍表达，包罗免疫细胞、内皮细胞和成纤维细胞，但HMGB1在体内连系这些受体的能力及当时间依靠性和细胞选择性仍然未知。

其次，HMGB1在分歧细胞灭亡旌旗刺激的各类细胞灭亡过程中的释放是否介导了沟通的免疫回响？灭亡或病笃的细胞不光释放HMGB1，还释放其他非免疫原性和免疫原性分子。与报道的HMGB1和其他DAMP的协同感化相反，细胞灭亡发生的非免疫原性DAMP对HMGB1炎症调节功能的影响仍知之甚少。

第三，仍然缺乏高效和选择性的HMGB1按捺剂。HMGB1按捺剂的设计能够考虑对特定细胞内或细胞外功能的选择性按捺。总体而言，选择性按捺细胞内HMGB1的自噬和核稳态功能或者有利于肿瘤治疗，干扰细胞外HMGB1活性或者有助于治疗炎症性疾病。HMGB1有几个连系伴侣，设计一种能损坏HMGB1与某一个连系伴侣的互相感化而不影响其他的按捺剂或者非常具有挑战性。

总之，针对这些问题进一步索求HMGB1的病理生理学将非常主要。我们等候着HMGB1发现的新时代，能够进入到实际的临床应用，解决更多患者未知足的临床需求。

参考文献：

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

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