迁移率族蛋白B1在新生儿脑损伤中的研究进展*

黄 铧，赵建美*

(南通大学附属医院儿科，南通 226001)

新生儿脑损伤是指围生期由于多种原因导致的脑组织功能性损伤。近年来，人们认识到中枢神经系统和外周免疫系统激活介导的炎症是新生儿脑损伤的主要致病因素。严重的新生儿脑损伤可导致长期神经系统后遗症，如癫痫、脑瘫、认知和智力缺陷及行为问题，甚至死亡[1]。目前诊断新生儿脑损伤主要依据临床表现及影像学检查结果，但新生儿在发生神经系统损伤时，其临床症状常不典型，且往往不能早期完善神经系统影像学检查，目前尚无特定的脑损伤生物标记物常规应用于临床，从而延误治疗，故早期发现、及时诊断新生儿脑损伤具有重要意义。高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein B1,HMGB1)属于HMGB家族，最先发现于脑内，具有调节神经细胞迁移和出芽等功能，参与脑的发育，并在淋巴组织、肝、肾、心、脾等组织中广泛表达[2]。HMGB1经炎症刺激后，由神经胶质细胞和神经元主动释放，与靶细胞上的晚期糖基化终产物(receptor for advanced glycation end products,RAGE)和Toll样受体(toll-like receptors,TLR)结合，介导促炎因子的释放，是新生儿脑损伤的常见生物标志物和潜在靶点。

1 HMGB1的结构与功能

1.1 HMGB1结构 HMGB1广泛存在于真核细胞中的非组蛋白染色体结合蛋白，其相对分子质量约25 000 ku，由215个氨基酸组成。HMGB1具有3个不同的结构域：由大约80个氨基酸组成的两个串联结构域，称为“HMG结构域A和B”，A结构域位于H-MGB1分子氨基酸序列的1～79位点，B结构域位于86～162位点，两者具有超过80%的同源性，并与含有24个氨基酸的碱性N端、30个氨基酸的酸性C端末尾连接。HMG boxA、HMG boxB均含有4个信号区域(2个核迁移区域，2个核定位区域)，它们参与DNA双链的折叠和扭曲[3]。HMG boxB是HMGB1的主要细胞因子活性区域，它主要通过DNA结合区，来复制HMGB1的活性区域，产生活性细胞因子，从而引起炎症反应，释放促炎因子。而HMG boxA能取代完整的HMGB1与相应受体结合，但不介导生物学效应，故具有抑制和拮抗HMG box B促炎活性的作用。C端的30个天门冬氨酸和谷氨酸，主要以残基形式存在，能增强A结构域、B结构域与DNA结合的亲和力，同时能增强A结构域的抗炎性[4]。

1.2 HMGB1的生物学功能 生理条件下，HMGB1主要位于细胞核中，稳定细胞核中的染色体结构，并调节维持基本生命过程至关重要的基因转录。当细胞活化、坏死、凋亡后，HMGB1可转移到细胞外。细胞外的HMGB1与其特异性受体结合，介导炎症和自身免疫性疾病等的发生，如败血症、类风湿性关节炎、动脉粥样硬化、心肌炎、慢性肾病、系统性红斑狼疮及肿瘤等[5-6]。HMGB1的细胞外受体有RAGE、TLR4、TLR2、趋化因子(chemokines,CXCL)12、T细胞免疫球蛋白黏蛋白-3(T cell immunoglobulin and mucin-domain containing molecule 3,TIM-3)、髓细胞触发受体1(recombinant triggering receptor expressed on myeloid 1,TREM1)等。神经炎症中，HMGB1激活由神经元和神经胶质细胞主动释放，与免疫细胞表达的TLR4、RAGE结合，导致活化B细胞的核因子κB（nuclear factor kappa-B,NF-κB)介导产生促炎细胞因子[7]。HMGB1的第23、45和106位碱基上序列上，有3个对于氧化还原反应敏感的半胱氨酸，分别称为C23、C45和C106，HMGB1的生物学活性与这3个半胱氨酸的修饰密切关联，对维持HMGB1的趋化因子活性具有重要作用。生理状态下，HMGB1位于细胞核中，呈还原状态的全硫醇型HMGB1。当全硫醇型HMGB1释放到细胞外，可与CXCL12结合并通过CXCR4诱导其趋化性，使其向损伤组织、炎症区域、肿瘤部位迁移[8-9]。炎症等可使细胞内活性氧、活性氮等氧化信号上调，使HMGB1部分氧化形成二硫酸盐型HMGB1，其与TLR4相互作用并诱导细胞因子产生，增强炎症反应。近期研究[10]表明，发生癫痫动物脑和血液中HMGB1亚型存在动态变化，在癫痫发作之前血液中二硫酸盐型HMGB1逐渐增加，且其持续性与随后的癫痫发作有关。而HMGB1完全氧化形成的磺酸盐型HMGB1则无活性。同时，HMGBl在骨骼肌、肝脏、眼等器官损伤过程中扮演重要角色[11-12]。

2 HMGB1与新生儿脑损伤

神经炎症在感染或创伤时被触发，可导致神经毒性。小胶质细胞是中枢神经系统中的先天免疫细胞，在神经炎症过程中扮演重要角色。HMGB1通过TLR，RAGE和N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyldaspartic acid receptor,NMDAR)等受体在神经炎症中发挥重要作用。此外，X.R.CHEN等[13]在脊髓和脑损伤研究中发现HMGB1在损伤后诱导RAGE和TLR4介导神经炎症和坏死。血脑屏障由通过紧密连接的微血管内皮细胞组成，其通透性与中枢神经系统损伤、炎症密切相关。B.W.FESTOFF等[14]研究表明，HMGB1的表达、释放增加可导致血脑屏障的通透性增加、小胶质细胞激活和反应型星形胶质细胞增生，从而介导神经炎症。缺血缺氧性脑病(hypoxicischemic encephalopathy,HIE)是新生儿死亡或长期神经系统后遗症(如脑瘫、认知和智力缺陷及行为问题)的重要原因之一。在许多情况下，围生期缺血缺氧可能是由产时窒息急性发作引起，可激活神经胶质细胞、肥大细胞、单核细胞、巨噬细胞，产生促炎因子，损伤轴突和髓鞘，减少少突胶质祖细胞、神经元，进而影响大脑发育。K.OKAZAKI等[15]报道窒息患儿出生时血清HMGB1水平显著升高。在胎儿大脑缺血性脑损伤后，HMGB1从大脑皮质层中的细胞核转移到细胞质，表明胎儿脑缺氧缺血后HMGB1表达和定位的改变可导致缺血性炎症。X.D.CHEN等[16]利用Rice-Vannucci模型研究了新生大鼠缺血缺氧性脑损伤后HMGB1易位和释放的时间，发现在HIE后0 h，同侧HI半球中检测到HMGB1从细胞核到细胞质转位，6 h释放到细胞外。血清中HMGB1浓度在3 h时升高，24 h后降低。因此，HMGB1是新生儿HIE的敏感早期指标。HMGB1从脑细胞中释放后可损伤脑血管内皮细胞，从而破坏血脑屏障。这是因为RAGE介导的丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activat ed protein kinase,MAPK)和NF-κB的激活导致星形胶质细胞末端肿胀，从而分离质膜内皮基底膜和内皮细胞间的紧密连接，导致脑血管通透性增加[17]。同时巨噬细胞活化，由巨噬细胞的细胞膜上TLR2和TLR4介导的过氧化物酶产生促炎细胞因子，如TNF-α 和IL-1β，直接对周围神经元造成损伤(急性期)。IL-23可刺激T细胞，进入亚急性期，并诱导IL-17的产生，从而延长炎症病理过程。新生儿颅内出血(intracerebral hemorrhage,ICH)是新生儿围生期常见疾病，尤其是早产儿，病死率高，常留有严重的中枢神经系统后遗症。依据出血部位不同，可分为脑室周围-脑室内出血(periventricular-intraventricular haemorrhage,PVH-IVH)、原发性蛛网膜下腔出血(primary subarachnoid haemorrhage,SAH)、脑实质出血(intraparenchymal haemorrhage,IPH)、硬膜下出血(subdural haemorrhage,SDH)、小脑出血(cerebellar haemorrhage,CH)。在新生儿脑室内出血研究[18]中，IVH婴儿脐带血中HMGB1水平显着高于无IVH的婴儿，表明HMGB1可能参与早产儿IVH的发病机制。Q.SUN等[19]研究发现HMGB1在SAH后2 h即可从神经元释放，并上调TLR4、NF-κB、IL-1β 和裂解的Caspase-3。在SAH中，HMGB1促进脑组织释放促炎细胞因子，使小胶质细胞、巨噬细胞主动分泌HMGB1，与此同时，坏死的神经元可将HMGB1被动释放到细胞外，使其靶细胞膜表面的受体结合，因而NF-κB、M-APK等信号通路被激活，使促炎性细胞因子和趋化因子的表达增加，导致免疫性脑损伤。M.SCHILER等[20]研究显示，在细胞凋亡中，HMGBl向凋亡小体移位，HMGB1的被动和主动释放均参与HMGB1易位过程。然而，K.HAYAKAWA等[21]通过构建中风小鼠模型，发现梗死周围皮质中的反应型星形胶质细胞可能促进神经血管重塑，有助于神经功能恢复。研究显示，HMGB1水平在SAH后第3、5、7天血管痉挛大鼠基底动脉中上调。Y.LI等[22]发现基底动脉厚度增加，管腔直径减小，HMGB1蛋白和促炎因子的mRNA增加，抗HMGB1抗体的使用可以预防基底动脉血管痉挛，减少细胞外转运和平滑肌细胞中HMGB1表达，降低收缩进而炎症相关分子表达，降低血浆HMGB1水平，改善细胞形态和减少脑组织中皮质小胶质细胞数量，最后逐渐恢复神经功能。HMGB1单克隆抗体的使用可以抑制HMGB1易位和释放、脑水肿、小胶质细胞活化、促炎细胞因子的mRNA表达，改善SAH大鼠的神经功能[23]。

3 HMGB1与其他新生儿脑损伤检查

新生儿行为神经测定(neonatal behavioral neurological assessment,NBNA评分)是由鲍秀兰教授建立的监测新生儿脑功能简便、有效的临床方法，对早期发现新生儿脑损伤具有敏感性强、特异性高的特点。在妊娠期高血压致新生儿脑损伤的研究中，黄等通过临床试验发现脑损伤患儿脐带血中神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)水平与HMGB1水平呈正相关，且患儿脐带血NSE、HMGB1水平与NBNA评分均呈负相关，论证NSE和HMGB1是妊娠期高血压致新生儿脑损伤诊断的可靠指标[24]。振幅整合脑电图(amplitude-integrated electroencephalogram,aEEG)是常规脑电图的简化形式，电极放置数量少，所得图形便于阅读，可长时间进行床边监测，对于早期诊断新生儿脑损伤具有重要价值。X.H.ZHANG等[25]发现，在窒息新生儿脑损伤中，HMGB1、TNF-α、NSE水平的动态变化及aEEG对早期诊断新生儿脑损伤具有指导意义。由此可见，在诊断新生儿脑损伤时，HMGB1联合其他生物学标志及相关检查方法可以提高诊断新生儿脑损伤的水平。

4 HMGB1与新生儿脑损伤的治疗

在脓毒症小鼠脑损伤模型中，通过动态检测不同时间段血中HMGB1的变化来判断右美托咪定对小鼠脑损伤是否具有保护作用[26]。有研究[27]指出，脑低温治疗可降低HIE患儿血中HMGB1浓度，HMGB1参与复苏后脑功能的恢复，表明HMGB1是抑制早期炎症的指标，且低温治疗可显著降低HMGB1浓度。D.L.WANG等[28]在大鼠纹状体局部注射胶原酶Ⅳ构建ICH模型，静脉给抗HMGB1单克隆抗体，论证了抗HMGB1抗体可抑制血中HMGB1的上调，降低血脑屏障通透性，减轻脑水肿，抑制星形胶质细胞中HMGB1的易位及小胶质细胞的激活，恢复神经功能。最近研究[29]表明，抗HMGB1单克隆抗体通过抑制HMGB1易位、TLR4而表现出抗癫痫作用，被视为治疗难治性癫痫的新疗法。

新生儿脑损伤是危害儿童健康和生活质量的重要疾病之一，其病理生理学机制复杂，临床上尚未有能取得良好疗效的治疗方法。若能及早明确脑损伤的存在，并给予有效干预措施，对减少患儿后遗症发生机率、提高生活质量具有重要意义。HMGB1作为重要的炎性分子，可引起炎症反应、神经损伤、脑水肿形成脑损伤，且多个指标联合分析能为临床提供更多的参考。同时，HMGB1作为潜在的治疗靶点，其单克隆抗体能否运用于临床有待于进一步的研究。