高迁移率族蛋白B1及其生物学效应研究进展

［摘要］ 高迁移率族蛋白B1（high mobility group protein，HMGB1）是一种高度保守的核蛋白，广泛分布于哺乳动物细胞。随着其晚期促炎作用的发现，HMGB1成为近年来危重医学研究的热点之一。本文就其家族分类、基因和蛋白结构、细胞生物学效应方究进展进行综述。

［关键词］ 高迁移率族蛋白B1；生物学效应

脓毒症(sepsis)指由感染引起的全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)，是严重创伤、烧伤、休克、感染、大手术后常见的并发症。早期的研究认为，肿瘤坏死因子(TNF)和白细胞介素-1(IL-1)等在脓毒症炎性反应中发挥重要促炎作用。然而，TNF-α、IL-1拮抗剂的临床应用并未取得明显效果。原因可能是多方面的，其中重要的一点可能与脓毒症初期致炎介质迅速释放，临床治疗难以做到早期或预防性干预有关。另有资料证实［1］，以致死剂量的内毒素攻击小鼠，部分动物5天后才死亡，而此时TNF-α、IL-1的水平早已恢复至正常范围。此外，给TNF缺陷小鼠注入内毒素数天后亦可导致死亡。这提示可能还存在TNF-α等早期致炎因子以外的其他重要细胞因子参与介导内毒素致死效应。Wang等［1］发现LPS刺激16 h，TNF等早期炎性因子释放高峰过后，巨噬细胞开始释放出一种核蛋白，即高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)。HMGB1抗体治疗可显著降低LPS小鼠死亡率，表明HMGB1是内毒素致死效应的晚期重要炎症介质。这一发现为从本质上了解和防治脓毒症提供新的理论根据。 本文来自中国科教评价网

1 高迁移率族蛋白家族

事实上，早在20世纪60年代高迁移率族蛋白(high mobility group protein，HMG)已由Johns发现，并于1973年首次在牛胸腺中被提取和鉴定，因其在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的高迁移能力而得名。根据分子质量大小、序列相似性和DNA结构特性，HMG可进一步分为HMGA、HMGB、HMGN 3个家族［2］。而HMGB家族又有3个成员，即HMGB1、HMGB2和HMGB3，三者在氨基酸序列上有80%的一致性。HMGB1是含量最丰富的HMG蛋白，在典型的哺乳动物细胞内约有106个分子，平均10～15个核小体即可含有1个HMGB1分子。HMGB1广泛分布于淋巴组织、脑、肝、肺、心、脾、肾等组织中，HMGB1除在肝、脑组织中主要存在于胞浆外，在大多数组织中存在于胞核［3］；而HMGB2/3分布较局限，HMGB2仅分布在睾丸和淋巴组织中，HMGB3仅在胚胎中被发现，二者可能与胚胎发育有关。HMGB1先前也称HMG1，在进化过程中其氨基酸序列高度保守，啮齿类动物与人的氨基酸序列同源性高达98%以上，小鼠与大鼠氨基酸序列同源性更是高达100%［4］。

2 HMGB1基因与蛋白质结构

（1）人类HMGB1基因位于13q12染色体上。HMGB1基因包括5个外显子和4个内含子［5］。HMGB1基因有十分强大的TATA盒启动子。它的最大活性是猴病毒40(SV 40)启动子的18倍。这个启动子还包括数个转录因子结合位点，如激活蛋白1(AP1)。此外还包含一个沉默元件(silencer element)，因此，在一般环境条件下，HMGB1的表达量维持在基础水平［6］。HMGB1基因敲除后幼鼠仍能存活，但存在广泛的形态畸形，多于出生24 h内死亡。(2)人类HMGB1的初级氨基酸序列中含有219个氨基酸残基，成熟HMGB1分子质量为30 ku。HMGB1蛋白由3个独特的结构域组成（图1）。其中A-box位于N-末端，进化高度保守；C-tail在羧基末端，包含30个重复的天冬氨酸和谷氨酸残基，可参与调节HMGB1与DNA结合的亲和力；B-box位于二者之间。A-box和B-box均由3个α螺旋组成，并带有强烈的正电荷，构成HMGB1的非特异性DNA结合区。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［7］。此外，人们把一个与A-box和B-box结构域同源，约含85个氨基酸的重复区命名为DNA结合基元，为区别起见，将DNA结合基元的蛋白称为HMG-box。HMG-box起源古老，其中包括序列特异性DNA结合蛋白和非特异性结合蛋白，系辨认和结合变形DNA所必需的结构［8］。HMGB1在不同的物种中高度保守，大鼠与小鼠的HMGB1蛋白序列完全一致，与人类HMGB1蛋白的不同点只是C末端重复序列中有2个残基被置换。