高遷移率族蛋白B1（High Mobility Group box 1 protein，HMGB1）是一種高度保守的核蛋白，存在于所有細(xì)胞類型中，其因在凝膠電泳過程中的快速遷移而得名^[1]。

HMGB1作為含量豐富的HMG蛋白家族成員，在典型哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的豐度可達(dá)約1×10?個(gè)細(xì)胞，其分布密度約為每10-15個(gè)核小體對(duì)應(yīng)1個(gè)HMGB1分子^[2]。HMGB1廣泛表達(dá)于各種器官中，通常存在于細(xì)胞核中^[3]。HMGB1蛋白是由一條215個(gè)氨基酸組成的單鏈多肽，其結(jié)構(gòu)包含三個(gè)特征性功能域：N端A-box（AA1-79）、中央B-box（AA89-162）和C端酸性尾（AA186-215）^[4]。人類HMGB1基因定位于13q12染色體，其基因組包含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子。此外，HMGB1基因啟動(dòng)子區(qū)域不僅具有典型的TATA盒啟動(dòng)子，其還整合了數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)以及一個(gè)沉默元件，這種復(fù)合調(diào)控機(jī)制使得HMGB1于穩(wěn)態(tài)條件中可維持相對(duì)平穩(wěn)的基礎(chǔ)表達(dá)量^[5]。與此同時(shí)，HMGB1還在不同物種中展現(xiàn)出高度的序列同源性，其中，大鼠與小鼠的HMGB1蛋白序列一致，同源性高達(dá)100%，且相較于人類HMGB1蛋白，僅存在C末端重復(fù)序列2個(gè)殘基的置換差異^[6]。

功能及作用機(jī)制

Ⅰ、功能

HMGB1于亞細(xì)胞定位中呈現(xiàn)功能多樣性：在細(xì)胞核中主要參與DNA損傷修復(fù)、穩(wěn)定染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)等過程；在細(xì)胞質(zhì)中則發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)，線粒體穩(wěn)態(tài)維持、神經(jīng)細(xì)胞生長促進(jìn)等生理功能^[7]。此外，當(dāng)HMGB1通過壞死、凋亡細(xì)胞釋放或免疫細(xì)胞主動(dòng)分泌至胞外后，其可與晚期糖基化終產(chǎn)物受體（Receptor for Advanced Glycation End Products，RAGE）特異性結(jié)合，啟動(dòng)下游信號(hào)通路。作為多效性細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)樞紐，RAGE-HMGB1信號(hào)通路可在炎癥應(yīng)答、細(xì)胞分化調(diào)控及腫瘤轉(zhuǎn)移等病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。最近的研究表明，中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞中HMGB1可通過Toll樣受體（TLR）-2和TLR-4受體復(fù)合物激活MyD88依賴性的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)NF-κB轉(zhuǎn)錄因子的活化^[8]。

圖1.HMGB1調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、細(xì)胞死亡和轉(zhuǎn)移^[9]

Ⅱ、作用機(jī)制

HMGB1的生物學(xué)功能主要由PI3K/Akt、NF-κB（p65）和MAPK（ERK1/2，p38）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)。

① PI3K/Akt信號(hào)通路

HMGB1通過結(jié)合RAGE或TLR2/4受體，直接或間接激活PI3K/Akt通路，影響細(xì)胞存活、炎癥和疾病進(jìn)展。PI3K由一個(gè)催化結(jié)構(gòu)域（p110）和一個(gè)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域（p85）組成，可被G蛋白偶聯(lián)受體、RTK、IGF-R和B細(xì)胞受體激活。激活的PI3K催化PIP2向PIP3的轉(zhuǎn)化，生成的PIP3進(jìn)一步激活PDK1，從而介導(dǎo)PDK1對(duì)AKT蛋白Thr308位點(diǎn)的磷酸化激活。此外，PDK2也可通過磷酸化AKT蛋白的Ser473位點(diǎn)，激活PI3K/AKT信號(hào)通路。激活的AKT可通過與許多下游信號(hào)分子（如p21、p27、TGFβ、ataxin-1、GABA受體、Bad、NF-κB和mTOR）相互作用來調(diào)節(jié)增殖、凋亡、遷移、侵襲、分化與血管生成等細(xì)胞生物學(xué)功能。

圖2.PI3K/AKT信號(hào)通路的激活過程^[10]

②經(jīng)典NF-κB信號(hào)通路

HMGB1在炎癥微環(huán)境中通過激活NF-κB信號(hào)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。在經(jīng)典NF-κB激活通路中，IκB激酶（IKK）復(fù)合物作為核心催化單元，其結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)催化亞基（IKKα/IKKβ）和一個(gè)調(diào)控亞基（IKKγ）。當(dāng)IKK復(fù)合體被激活后，通過特異性磷酸化IκB蛋白的N端調(diào)控域，觸發(fā)IκB的泛素化修飾及蛋白酶體依賴性降解。這一級(jí)聯(lián)反應(yīng)最終導(dǎo)致p50/RelA異源二聚體從IκB介導(dǎo)的胞質(zhì)滯留中釋放，釋放后的NF-κB二聚體可通過特定的翻譯后修飾作用，進(jìn)一步促進(jìn)其易位到細(xì)胞核。進(jìn)入細(xì)胞核后，NF-κB二聚體能夠與靶基因啟動(dòng)子或增強(qiáng)子區(qū)域的特定κB位點(diǎn)結(jié)合，從而驅(qū)動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。

圖3.經(jīng)典NF-κB信號(hào)通路機(jī)制示意圖^[11]

③MAPK信號(hào)通路

MAPK的激活是細(xì)胞內(nèi)磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)的最終步驟，經(jīng)典的MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)包括MAPKKKK(如Ras、Rho)一MAPKK激酶(MAPKKK)一將MAPKK絲氨酸/蘇氨酸磷酸化一激活的MAPKK將MAPK的蘇氨酸/酪氨酸雙重磷酸化，激活MAPK。MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中存在的增強(qiáng)因子，可與MAPKKKs、MAPKKs和MAPKs結(jié)合，增加上游激酶對(duì)它們的激活能力。

MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）通路有三級(jí)的信號(hào)傳遞過程：MAPK，MAPK激酶（MEK或MKK）以及MAPK激酶的激酶（MEKK或MKKK）。這三種激酶能依次激活，共同調(diào)節(jié)著細(xì)胞的生長、分化、應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等多種重要的生理/病理效應(yīng)。

到目前為止，研究廣泛的哺乳動(dòng)物MAPK組是ERK1/2、JNK和p38亞型,其中HMGB1執(zhí)行ERK1/2，p38通路。

圖4.有絲分裂原、細(xì)胞因子和細(xì)胞應(yīng)激促進(jìn)不同MAPK通路的激活^[12]

^{臨床應(yīng)用}

01

炎癥性疾病

HMGB1在多種炎癥性疾病中發(fā)揮核心作用。它通過激活免疫細(xì)胞、促進(jìn)炎癥因子釋放和加劇組織損傷，參與膿毒癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）和炎癥性腸病（IBD）等疾病的發(fā)病過程。因此HMGB1在炎癥性疾病中既是關(guān)鍵促炎介質(zhì)，也是潛在治療靶點(diǎn)。

02

自身免疫性疾病

HMGB1通過促進(jìn)自身抗原呈遞、增強(qiáng)炎癥反應(yīng)和破壞免疫耐受，加劇疾病進(jìn)展，并在系統(tǒng)性紅斑狼瘡、糖尿病發(fā)揮重要作用。HMGB1促進(jìn)腎臟巨噬細(xì)胞浸潤和系膜細(xì)胞增殖，加劇腎損傷，同時(shí)HMGB1在1型糖尿病患者血清和胰島中高表達(dá)，促進(jìn)胰島β細(xì)胞破壞，并在肥胖和2型糖尿病患者血清中升高。這說明HMGB1在自身免疫性疾病進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。

03

敗血癥和失血性休克

HMGB1在敗血癥和失血性休克表現(xiàn)出特征性的延遲釋放模式，在TNF刺激巨噬細(xì)胞下介導(dǎo)晚期炎癥反應(yīng)。此外，HMGB1不僅自身作為晚期炎癥介質(zhì)，還能刺激其他致炎因子釋放，形成正反饋循環(huán)，在膿毒癥繼發(fā)性器官損傷和休克后炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。

04

腫瘤的雙重作用

HMGB1在腫瘤微環(huán)境（TME）中具有雙重作用：一方面HMGB1可通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)新生腫瘤血管生成、塑造免疫抑制環(huán)境以及增強(qiáng)促侵襲轉(zhuǎn)移特性等機(jī)制發(fā)揮促癌作用；另一方面，HMGB1可介導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡（Immunogenic Cell Death,ICD），提高抗腫瘤免疫力，起到抗癌的作用。這些功能可為靶向干預(yù)治療腫瘤提供重要理論依據(jù)。

05

神經(jīng)元發(fā)育調(diào)控功能

HMGB1在神經(jīng)系統(tǒng)中呈現(xiàn)特異性的亞細(xì)胞分布特征，其高表達(dá)于神經(jīng)元胞體與軸突的胞質(zhì)區(qū)室，并與外周膠質(zhì)細(xì)胞器存在共定位現(xiàn)象。功能研究表明，在大鼠原代神經(jīng)元體外培養(yǎng)體系中，抗HMGB1抗體可顯著抑制軸突生長。這說明HMGB1在神經(jīng)生長發(fā)育過程中起著非常重要的作用。

06

影響凝血、纖溶系統(tǒng)功能

HMGB1是一種強(qiáng)有力的肝素結(jié)合蛋白，不僅可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞釋放纖溶蛋白酶原激活因子抑制物和組織型纖溶蛋白酶原激活物，還能間接促進(jìn)細(xì)胞表面纖溶酶原的產(chǎn)生。HMGB1通過結(jié)合肝素并調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞釋放PAI-1和t-PA，同時(shí)促進(jìn)纖溶酶原生成，破壞凝血-纖溶平衡，增加血栓形成風(fēng)險(xiǎn)。這表明HMGB1在凝血、纖溶系統(tǒng)進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。

相關(guān)產(chǎn)品

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