作者：胡智慧，房维，武汉大学口腔医院口腔颌面创伤与颞下颌关节外科

颞下颌关节骨关节炎（temporomandibular joint osteoarthritis，TMJOA）是临床常见疾病，可出现关节疼痛、杂音及功能障碍等临床症状，严重影响患者生活，到目前为止病因尚未清楚。

近期研究发现高迁移率族蛋白1（high mobility group box-1protein，HMGB1）在TMJOA 组织中表达，本文对HMGB1在TMJOA中的研究现状进行综述。

1.HMGB1生物学特点

HMGB1是一种染色体结合蛋白，1973年由Goodwin等从牛胸腺细胞中提取并进行氨基酸分析和分子量测定，因其在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的高迁移能力而得名。在小鼠内毒素血症模型中，巨噬细胞释放肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）和白细胞介素（interleukin，IL）-1β增多，但应用TNF和IL-1抑制剂无明显疗效，直到1999年，Wang等发现用细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激小鼠后8~32h，血清HMGB1水平明显增加，注射HMGB1抗体可减轻内毒素血症，证明HMGB1可作为细胞因子在炎症晚期发挥作用。

1.1 HMGB1 的释放

高迁移率族蛋白（high mobility group box protein，HMGB）家族包括HMGB1、HMGB2、HMGB3和HMGB4，其中HMGB1是含量最丰富的非组蛋白核蛋白，表达于所有真核细胞。生理状态下，HMGB1位于细胞核和细胞质中，并且不断穿梭于两者之间。在病理环境下HMGB1可由多种免疫活性细胞（如巨噬细胞、单核细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞等）主动释放，也可由损伤或坏死细胞被动释放，这两种机制都能释放大量HMGB1。

主动释放HMGB1需要其从细胞核穿梭到细胞质或防止新合成的HMGB1进入细胞核。当效应细胞等受到刺激并活化后，HMGB1分子中两个核定位序列中的多个赖氨酸高度乙酰化，阻止其再次进入细胞核，促使HMGB1在细胞质中积累，因其不含前导序列，所以通过分泌溶酶体的胞吐作用释放至细胞外。在受损组织细胞坏死过程中，细胞完整性丧失，细胞核裂解，释放HMGB1。主动释放和被动释放到细胞外的HMGB1均可诱发及促进炎症。研究发现，虽然凋亡细胞释放HMGB1明显较少，但吞噬了凋亡细胞碎片的巨噬细胞会释放大量HMGB1。

HMGB1也是凋亡细胞不产生炎症反应的主要原因，凋亡过程中虽然HMGB1由于细胞通透性增加以及核小体降解而被动释放，但此类HMGB1具有诱导免疫耐受的作用，而不是促炎作用。研究发现在细胞凋亡过程中，HMGB1分子中的第106 位半胱氨酸残基被氧化，而HMGB1的细胞因子活性依赖于23、45和106位的3个保守半胱氨酸残基的氧化还原状态，触发炎症需要还原状态的第106位半胱氨酸残基，而具有氧化状态第106位半脱氨酸残基的HMGB1只能促进免疫耐受而不能引发炎症。

血小板是活性HMGB1的另一来源，血小板含有大量HMGB1，血管损伤诱导大量HMGB1释放。此外，濒临死亡的细胞可通过自噬释放HMGB1，缺氧、辐射、应用抗肿瘤药物条件下的细胞也可释放HMGB1。

1.2 HMGB1的细胞因子活性

HMGB1分子中的第23、45和106位半胱氨酸，其氧化还原状态随细胞内和细胞外环境中的氧化还原平衡变化而变化，随之产生3种同种型，即还原型HMGB1、部分氧化型HMGB1 和氧化型HMGB1。在炎症性疾病的发生过程中，HMGB1根据其氧化还原状态起着动态作用，还原型HMGB1具有化学趋化性，部分氧化型HMGB1作为促炎细胞因子发挥作用，而氧化型HMGB1 既没有趋化性也没有促炎活性。因此，HMGB1的氧化还原状态对于确定其在炎症性疾病发展过程中的作用至关重要。

1.3 HMGB1的受体及信号转导通路

HMGB1一旦被释放到细胞外环境中，便与效应细胞表面受体结合，激活一系列信号转导通路，引发炎症反应。介导HMGB1信号传导的受体很多，包括晚期糖基化终产物受体（the receptor for advanced glycation end products，RAGE）、Toll样受体（Toll like receptor，TLR）2、TLR4等，迄今为止，研究较多的是RAGE和TLR4。

1.3.1 RAGE

RAGE是免疫球蛋白超家族的多配体受体，是HMGB1的主要受体之一。RAGE与HMGB1结合并激活两种主要的信号传导途径：一种是细胞分裂周期蛋白42/Ras相关的C3肉毒素底物1（cell division control protein42/Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Cdc42/Rac1），可调节细胞重建和运动；另一种是丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路，包括细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）和c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK），最终激活核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB），诱导炎症相关基因的表达，包括TNF、IL-1β、IL-8等。研究显示，RAGE启动子中NF-κB结合位点可以增加RAGE表达从而产生正反馈效应。因此，HMGB1介导的RAGE激活可通过上调RAGE表达来放大该反应。

1.3.2 TLRs

TLRs属于Ⅰ型跨膜蛋白，其胞外部分是富含亮氨酸重复序列的结构域，与负责信号传递的胞内结构域相连接。HMGB1可以与TLR2、TLR4、TLR9结合并激活NF-κB信号通路，产生各种细胞因子和趋化因子。目前，研究最多的是TLR4。TLR4活性及其与配体的结合需要细胞外衔接蛋白髓样分化蛋白2（myeloid differentiation protein 2，MD-2）的协作。TLR4不能直接与LPS结合，而是与MD-2结合，后者识别并结合LPS形成复合物，最终形成活化的异源二聚体LPS/MD-2/TLR4，从而启动细胞内信号传导。

HMGB1像LPS一样结合TLR4/MD-2复合物的MD-2组分以诱导TLR4依赖性细胞因子产生。在MD-2敲除实验中，与对照组相比，敲除组在HMGB1 刺激后NF-κB活化和TNF释放都明显减少，表明HMGB1-TLR4信号转导模式需要MD-2。在识别HMGB1后，TLR4激活IκB激酶（IκB kinase，IKK）-β和IKK-α并使活化的NF-κB核移位，导致包括TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）在内的各种促炎和促血管生成细胞因子的释放。

2. HMGB1与TMJOA

骨关节炎的病理特征是关节软骨破坏、骨赘形成和软骨下骨硬化。健康的关节软骨内无血管，细胞外基质更新较慢，软骨细胞保持分解代谢和合成代谢的平衡，这有助于维持软骨组织的完整性。在OA发展过程中，进行性软骨丧失主要是由于蛋白酶的过度生成，包括基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和蛋白聚糖酶，导致代谢活动改变，组织稳态受到干扰，分解代谢占优势，最终导致软骨丧失。

在炎症性疾病的发展过程中，HMGB1的功能与其位置、氧化还原状态、分子结合配体有关。在细胞活化或损伤后，HMGB1从细胞核转移到细胞质，参与炎症小体激活和细胞坏死，释放到细胞外后，HMGB1作为促炎细胞因子与RAGE、TLR2、TLR4等结合，激活一系列信号转导通路，诱导炎症相关基因的表达，包括与关节软骨破坏相关的各种蛋白酶。

研究显示，膝关节骨关节炎患者的滑膜、滑液、软骨中，HMGB1表达均升高。炎性环境下，骨关节炎患者滑膜细胞可释放HMGB1，骨关节炎患者和健康小鼠的软骨细胞在炎症介质（包括IL-1β 和TNF-α）刺激下也释放HMGB1。此外，用HMGB1刺激骨关节炎患者软骨细胞导致IL-8、一氧化氮、IL-1β和TNF的释放。

另一项研究表明，与健康对照者相比，骨关节炎患者膝关节中HMGB1和RAGE水平上调。用HMGB1刺激关节软骨细胞，通过RAGE活化ERK和NF-κB信号通路，引起MMP-13过表达，但抑制RAGE并不能完全抑制MMP-13表达，说明其他受体也参与调节HMGB1对软骨细胞的作用，如TLR2、TLR4。除直接刺激细胞外，HMGB1可与细胞因子或其他内源性、外源性因子形成免疫刺激复合物。在骨关节炎患者滑膜细胞培养物中，HMGB1与IL-1α、IL-1β、LPS结合，形成促进炎症和分解代谢的细胞外复合物，这表明在OA发展过程中，HMGB1的部分功能需要与其他促炎因子相互作用。

在TMJOA患者滑膜和穿孔关节盘中，HMGB1被释放到细胞外基质且表达升高，在关节盘靠近穿孔部分，HMGB1表达明显增加，远离穿孔部位，HMGB1表达下降。通过TMJ炎症动物模型发现，在髁突软骨细胞中，原先细胞核内表达的HMGB1逐渐出现在细胞质和细胞外，随着炎症转归，HMGB1的表达逐渐减弱，分布也逐渐回归细胞核，同时发现IL-1β可调控HMGB1的表达。近来研究发现，在穿孔关节盘细胞中，HMGB1使低氧诱导因子-1α（hypoxiainduced factors-1α，HIF-1α）和VEGF表达增加，导致关节盘血管化，并加速穿孔关节盘的退行性改变。

HMGB1的的表达升高与多种疾病的发病机制直接相关，包括败血症、关节炎、癌症和糖尿病在内的许多疾病都表现出炎性组织损伤，控制炎症可以降低炎症介质造成的组织损伤。细胞外HMGB1是典型的炎症介质，这使其成为一种有广阔前景的治疗靶点，目前已有针对HMGB1或其受体信号传导的多种方法，例如抗HMGB1抗体、肽拮抗剂、可溶性受体、基因靶向、抑制分子等。

HMGB1作为一种炎症因子，与骨关节炎的发生发展密切相关，但其在TMJOA中的作用机制尚未明确，通过进一步研究HMGB1与TMJOA的关系，为治疗TMJOA提供新的思路。

来源：胡智慧,房维.高迁移率族蛋白1在颞下颌关节骨关节炎中的研究进展[J].口腔医学研究,2020,36(12):1099-1102.