高遷移率族蛋白B1的奧妙！

高遷移率族蛋白B1基本信息

高遷移率族蛋白于1973年在牛胸腺中被提取和鑒定，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的高遷移能力而得名。具體可參見Ferrari S, Finelli P, Rocchi M, Bianchi ME (July 1996). "The active gene that encodes human high mobility group 1 protein (HMG1) contains introns and maps to chromosome 13". Genomics 35 (2): 367–71. doi:10.1006/ge996.0369. PMID8661151.。根據(jù)分子質(zhì)量大小、序列相似性和DNA結(jié)構(gòu)特性，HMG可進(jìn)一步分為HMGA、HMGB、HMGN 3個家族。而HMGB家族又有3個成員，即HMGB1、HMGB2和HMGB3，三者在氨基酸序列上有80%的一致性。HMGB1是含量zui豐富的HMG蛋白，在典型的哺乳動物細(xì)胞內(nèi)約有106個分子，平均10～15個核小體即可含有1個HMGB1分子。HMGB1廣泛分布于淋巴組織、腦、肝、肺、心、脾、腎等組織中，HMGB1除在肝、腦組織中主要存在于胞漿外，在大多數(shù)組織中存在于胞核；而HMGB2/3分布較局限，HMGB2僅分布在和淋巴組織中，HMGB3僅在胚胎中被發(fā)現(xiàn)，二者可能與胚胎發(fā)育有關(guān)。HMGB1先前也稱HMG1，在進(jìn)化過程中其氨基酸序列高度保守，嚙齒類動物與人的氨基酸序列同源性高達(dá)98%以上，小鼠與大鼠氨基酸序列同源性更是高達(dá)100%。

高遷移率族蛋白B1結(jié)構(gòu)

（1）人類HMGB1基因位于13q12染色體上。HMGB1基因包括5個外顯子和4個內(nèi)含子[5]。HMGB1基因有十分強(qiáng)大的TATA盒啟動子。它的zui大活性是猴病毒40(SV 40)啟動子的18倍。這個啟動子還包括數(shù)個轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，如激活蛋白1(AP1)。此外還包含一個沉默元件(silencer element)，因此，在一般環(huán)境條件下，HMGB1的表達(dá)量維持在基礎(chǔ)水平[6]。HMGB1基因敲除后幼鼠仍能存活，但存在廣泛的形態(tài)畸形，多于出生24 h內(nèi)死亡。

(2)人類HMGB1的初級氨基酸序列中含有219個氨基酸殘基，成熟HMGB1分子質(zhì)量為30 ku。HMGB1蛋白由3個*的結(jié)構(gòu)域組成。其中A-box位于N-末端，進(jìn)化高度保守；C-tail在羧基末端，包含30個重復(fù)的天冬氨酸和谷氨酸殘基，可參與調(diào)節(jié)HMGB1與DNA結(jié)合的親和力；B-box位于二者之間。A-box和B-box均由3個α螺旋組成，并帶有強(qiáng)烈的正電荷，構(gòu)成HMGB1的非特異性DNA結(jié)合區(qū)。HMGB1釋放至胞外后，B-box是引起炎癥反應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)域，而A-box對B-box有一定的拮抗作用[7]。此外，人們把一個與A-box和B-box結(jié)構(gòu)域同源，約含85個氨基酸的重復(fù)區(qū)命名為DNA結(jié)合基元，為區(qū)別起見，將DNA結(jié)合基元的蛋白稱為HMG-box。HMG-box起源古老，其中包括序列特異性DNA結(jié)合蛋白和非特異性結(jié)合蛋白，系辨認(rèn)和結(jié)合變形DNA所必需的結(jié)構(gòu)[8]。HMGB1在不同的物種中高度保守，大鼠與小鼠的HMGB1蛋白序列*一致，與人類HMGB1蛋白的不同點(diǎn)只是C末端重復(fù)序列中有2個殘基被置換。

高遷移率族蛋白B1生物效應(yīng)

細(xì)胞骨架蛋白并參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié) 胞核中HMGB1的主要生物學(xué)功能是與DNA結(jié)合。當(dāng)HMGB1被特異性結(jié)合蛋白募集至靶點(diǎn)時，可通過與DNA雙鏈小槽的結(jié)合，促使雙鏈局部變形，這可能是DNA三維結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制之一[9]。核內(nèi)HMGB1與特定結(jié)構(gòu)的染色質(zhì)DNA如四臂DNA、十字形DNA、超螺旋DNA等結(jié)合，通過影響靶序列的結(jié)構(gòu)，參與DNA的重組、修復(fù)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞復(fù)制及分化成熟等生命活動。但在細(xì)胞有絲分裂期和細(xì)胞間期，HMGB1與DNA的結(jié)合都是松散的，它在核結(jié)合態(tài)與胞質(zhì)溶解態(tài)之間的轉(zhuǎn)變迅速，HMGB1的這一特性在其致炎作用中有著十分特殊且重要的意義。誘導(dǎo)炎性反應(yīng) 近年的研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1一旦分泌到細(xì)胞外，即可發(fā)揮致炎作用。現(xiàn)在認(rèn)為，HMGB1是一種重要的晚期致炎因子，且較之TNF、IL-1等早期速發(fā)型炎性因子具有更重要的研究意義。

機(jī)械損傷和壞死的細(xì)胞可將核內(nèi)HMGB1釋放至細(xì)胞外誘導(dǎo)炎性反應(yīng)。受損細(xì)胞與巨噬細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)可致巨噬細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)核內(nèi)轉(zhuǎn)移，并產(chǎn)生類似組織壞死后引起的炎性反應(yīng)；HMGB1基因剔除小鼠的受損細(xì)胞與巨噬細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)，則炎性反應(yīng)的強(qiáng)度顯著降低。這表明HMGB1的被動釋放在組織壞死性炎性反應(yīng)中有重要作用。凋亡細(xì)胞中組蛋白普遍乙酰化不足，所以凋亡細(xì)胞中HMGB1可與核小體緊密結(jié)合，不會被釋放，也不會導(dǎo)致炎性反應(yīng)；相反，如果抑制細(xì)胞內(nèi)的脫乙酰作用，炎性反應(yīng)就會發(fā)生。內(nèi)毒素及多種炎性因子均可誘導(dǎo)HMGB1釋放介導(dǎo)炎性反應(yīng)。1999年Wang等[1]報道HMGB1作為一種晚期炎性介質(zhì)參與了膿毒癥的發(fā)病過程。小鼠實驗證實，注射LPS、IL-1、TNF-α 8 h后，單核巨噬細(xì)胞開始分泌HMGB1，并在隨后的24 h中血清HMGB1濃度維持較高水平，HMGB1抗體可以改善LPS引起的內(nèi)毒素血癥；反過來，HMGB1也可刺激單核巨噬細(xì)胞分泌某些促炎因子，如TNF-α、IL-1、II-6、IL-8，但不包括IL-10和IL-12[11]。與LPS相比，HMGB1引起的TNF-α分泌曲線呈明顯的雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在3 h和8～10 h，其意義對于延長和維持炎性反應(yīng)起重要作用。注射HMGB1小鼠出現(xiàn)內(nèi)毒素休克樣癥狀。人體檢測也發(fā)現(xiàn)，膿毒癥患者血清HMGB1水平升高，并且升高的程度與感染嚴(yán)重性相關(guān)。

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