周　天(综述)，丁家望，郑霞霞(审校)

(三峡大学第一临床医学院，宜昌市中心人民医院心内科，湖北 宜昌 443003)



高迁移率族蛋白B1对Th17/Treg平衡的调节

周天△(综述)，丁家望※，郑霞霞(审校)

(三峡大学第一临床医学院，宜昌市中心人民医院心内科，湖北 宜昌 443003)

摘要：辅助性T 细胞17 (Th17)细胞在自身免疫性疾病、移植排斥反应和感染性疾病中发挥促炎作用，而调节性T细胞(Treg细胞)则抑制炎症反应。Th17/Treg平衡在维持机体免疫稳态中发挥重要作用。高迁移率族蛋白B1(HMGB1)作为一种晚期炎性介质可作用于Th17、Treg细胞上的Toll 样受体或糖基化终产物受体，从而直接调节其分化及功能。HMGB1还可通过调节其他免疫细胞(树突状细胞、单核细胞等)炎性因子的分泌来影响Th17细胞和Treg细胞分化、转化，从而调节Th17/Treg平衡。

关键词：高迁移率族蛋白B1；辅助性T细胞17；调节性T细胞

初始CD4+T细胞在不同细胞因子环境下可被诱导分化为辅助性T 细胞1 (T helper cell 1,Th1)、Th2、Th17细胞和调节性T细胞(regulatory T cell，Treg细胞)。Th17细胞和Treg细胞在机体免疫应答过程中分别发挥促进炎症反应和免疫抑制的功能，两者的平衡与多种自身免疫性疾病、肿瘤、移植排斥反应及感染性疾病的发生、发展密切相关[1]。高迁移率族蛋白B1(high mobility group box B1,HMGB1)是一种高度保守的核蛋白，具有晚期促炎作用。现就HMGB1对Treg/Th17平衡的调节作以下综述。

1HMGB1的结构和功能

HMGB1是广泛分布于哺乳动物体内的核内非组蛋白。人类HMGB1是由215个氨基酸组成的小分子蛋白，其包含3个结构域：两个串联的DNA结合域(A盒和B盒)和一条30个氨基酸组成的酸性尾端[2]。在细胞核内，HMGB1结合DNA以稳定核小体、调节基因转录和DNA修复。表达于细胞膜上的HMGB1能促进神经生长和血小板激活。此外，HMGB1是一种晚期炎性介质，可通过活化的免疫细胞主动分泌和坏死及受损的细胞被动释放至细胞外，随后迁移至炎症器官和组织与相应受体，如Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)2、TLR4、TLR9、晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)结合而发挥其免疫学活性，包括诱导细胞因子产生，调节细胞增殖、分化、趋化以及血管生成等[3]。

2Th17细胞与Treg细胞的平衡

人Th17细胞的分化通过转化生长因子β(transforming growth factor β,TGF-β)和白细胞介素21(interleukin-21，IL-21)启动，而小鼠Th17细胞的分化则由TGF-β和IL-6诱导。IL-1β、IL-6、IL-21和IL-23可放大和维持Th17细胞的分化[4]。活化的Th17细胞表达特异性转录因子维甲酸相关孤核受体C[retinoic acid-related orphan nuclear receptor C(RORC)，在小鼠中为RORγt]并产生多种效应因子(IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22和肿瘤坏死因子α等)，从而促进炎症反应。

Treg细胞分为两类：由胸腺发育而来的天然Treg(natural Treg，nTreg)和在外周经初始T细胞分化而来的诱导性Treg(induced or inducible Treg，iTreg)，后者主要包括Tr1和Th3。Treg细胞的分化依赖TGF-β、IL-2及翼状头转录因子P3(forkhead box protein P3，FoxP3)的参与。nTreg细胞和iTreg细胞分别通过细胞间接触的方式和分泌抑制性因子及代谢产物(TGF-β、IL-10、腺苷等)的方式发挥免疫抑制作用[1]。

Th17细胞和Treg细胞均为CD4+T细胞的重要亚型，两者的分化紧密相关。在体外用TGF-β单独刺激初始CD4+T细胞能诱导其表达FoxP3和RORγt，由于FoxP3能抑制RORγt功能，从而促使初始CD4+T细胞向iTreg细胞分化。当加入IL-6或IL-21或IL-23与TGF-β共同刺激初始CD4+T细胞时，这些细胞因子通过信号转导及转录活化子3信号通路削弱FoxP3对RORγt的抑制作用并下调FoxP3的表达，促使初始CD4+T细胞向Th17细胞分化[5]。全反式维甲酸也能通过阻断IL-6受体的表达来促进iTreg细胞的分化[1]。在炎性环境下，nTreg能转化为Th17及其他效应T细胞并失去其免疫抑制功能，而iTreg不能转化为除Th1外的其他效应T细胞，并始终保留其免疫抑制活性[6]。此外，Th17、Treg细胞生长还受到代谢作用的调节，缺氧诱导因子1α能感受细胞的缺氧状态并上调糖酵解途径相关基因以支持Th17细胞的分化，并通过增强RORγt表达和诱导FoxP3降解来促进Th17细胞的分化发育[1,7]。

3HMGB1对Th17/Treg平衡的调节

Th17细胞、Treg细胞以及其他免疫细胞(树突状细胞和单核细胞)均表达TLRs和RAGE。HMGB1作为这些受体的内源性配体可作用于上述细胞并调节其功能。树突状细胞和单核细胞可通过分泌相关炎性细胞因子来调节Th17细胞及Treg细胞的分化和转化。因此，HMGB1可能通过直接作用于Th17细胞和Treg细胞或经其他免疫细胞(树突状细胞和单核细胞)间接作用来调节Th17/Treg平衡。

3.1HMGB1直接作用于Th17细胞和Treg细胞Foxp3是控制Treg细胞生长、分化及功能的主要调控因子。细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated anti-gen-4,CTLA-4)、IL-10以及Treg细胞对CD4+CD25-T淋巴细胞(effector T cell,Teff)增殖的抑制作用可反映Treg细胞的抑制性免疫功能活性。因此，FoxP3、CTLA-4、IL-10以及Treg细胞对Teff增殖的抑制率常被用作反映Treg细胞表型和活性的可靠指标。多项研究显示，在体外以较低浓度(≤1000 μg/L)重组HMGB1(rHMGB1)刺激小鼠脾Treg细胞或慢性乙型肝炎肝衰竭患者外周血Treg细胞可显著下调CTLA-4、FoxP3和IL-10的表达以及FoxP3 mRNA的生成，Treg细胞对Teff增殖的抑制率也显著降低[8-9]，而TLR4信号可能介导HMGB1对Treg细胞的这一抑制作用[9]。此外，以高浓度(10 000 μg/L)重组HMGB1或天然HMGB1复合物(来自坏死细胞或肿瘤)孵育人外周血Treg细胞或大鼠热损伤模型脾Treg细胞可显著上调FoxP3、CTLA-4和IL-10的表达[10-11]，并且增强Treg对Teff增殖的抑制效应[10,12]，而这一现象可被α-TLR4或α-RAGE 抗体所抑制[10]。因此，可以推测TLR4和RAGE均参与HMGB1对Treg细胞标志性分子(CTLA-4、FoxP3和IL-10)表达和Treg细胞免疫抑制作用的调控，但不同浓度的HMGB1对Treg的调节可能相反，研究表明，低浓度(≤1000 μg/L)的HMGB1可抑制Treg细胞活性，而较高浓度(10 000 μg/L)的HGMB1则起到促进作用。实验所使用的rHMGB1浓度大小以及HMGB1的来源不同可能是导致HMGB1对Treg调节作用相反结果的原因之一。此外，HMGB1参与调节Treg细胞的迁移趋化、抗凋亡[10,12]以及Treg细胞诱导的Th1向Th2细胞的漂移[8]。

Th17在清除胞外病原体、诱导炎症反应和介导自身免疫性疾病方面发挥重要作用。在风湿性关节炎和乙型肝炎患者外周血中，Th17细胞相关因子(RORγt、IL-17和IL-23)和HMGB1的蛋白及mRNA水平较健康人显著增高[13-14]。给实验性自身免疫性心肌炎小鼠注射抗HMGB1单克隆抗体可缓解心肌纤维化，降低Th17细胞的心肌浸润以及IL-17、TGF-β和IL-6表达[15]。在体外，用rHMGB1(0.1～100 μg/L)刺激小鼠脾CD4+T细胞能显著上调RORγt及IL-17 的mRNA水平，并增加CD4+IL-17+T细胞比例[13,15]。而RAGE竞争剂能显著减弱rHMGB1上调乙型肝炎患者外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中IL-17水平的作用[14]。上述数据表明，HMGB1能在体内外促进Th17的极化和扩增并导致炎症反应的放大及免疫失衡，最终促进自身免疫性疾病及炎性疾病的发生、发展，RAGE信号通路可能参与这一调节，但HMGB1是否也是通过TLRs发挥对Th17细胞的调节作用及其相关机制的还有待进一步研究。

最近研究显示，在慢性乙型肝炎患者中HMGB1能通过HMGB1-TLR4-IL-6轴来调节Treg/Th17平衡[16]。rHMGB1可上调CD4+T细胞FoxP3及RORγt的表达和非CD4+T细胞(PBMC经CD4+T细胞分离后的残余细胞)TLR4及IL-6的表达。但rHMGB1刺激分离的CD4+T细胞则不能引起上述改变[16]。因此，HMGB1的这种调节作用需要CD4+T细胞与非CD4+T细胞之间相互作用的参与，可以推测HMGB1能通过作用于其他免疫细胞(树突状细胞、单核巨噬细胞等)对Treg/Th17平衡进行调节。

3.2HMGB1通过树突状细胞调节Th17/Treg平衡树突状细胞是功能最强的专职抗原呈递细胞，在免疫反应中起重要作用。研究显示，rHMGB1能刺激离体髓样树突状细胞产生IL-23并促进幼稚淋巴细胞分泌IL-17A[17]。在中性粒细胞性哮喘小鼠模型中，抗-HMGB1 IgG抗体通过下调HMGB1表达来抑制抗原呈递细胞产生IL-23从而降低Th17细胞应答及呼吸道炎症[17]。在急性移植排斥反应小鼠模型中已证实，HMGB1通过刺激树突状细胞分泌IL-6来诱导同种反应性T细胞产生IL-17[18]。可以推断，由抗原呈递细胞(树突状细胞和巨噬细胞等)和坏死及损伤细胞释放的HMGB1能通过RAGE调节树突状细胞细胞分化和功能，促进树突状细胞分泌IL-6和IL-23等Th17分化所需因子。这些细胞因子可通过信号传导及转录活化子3信号通路削弱FoxP3对RORγt的抑制作用并下调FoxP3的表达，与TGF-β协同作用促使初始CD4+T细胞向Th17细胞分化并诱导Treg向分泌IL-17的表型转化从而调节Th17/Treg平衡[5]。

3.3HMGB1通过调节单核细胞活性影响Th17/Treg平衡免疫细胞和坏死及损伤细胞释放的HMGB1能诱导单核细胞分泌促炎细胞因子从而持续放大炎症反应。在类风湿关节炎患者PBMC中CD14+单核细胞比例显著增加，其表达TLR2水平也增强。以HMGB1刺激离体单核细胞则上调TLR2水平并显著增加IL-17、IL-6及IL-23表达，而抗-TLR2抗体则显著减少上述细胞因子的产生[19]。HMGB1刺激类风湿关节炎患者PBMC则增加Th17数量[19]。因此，HMGB1可能通过TLR2信号介导单核细胞分泌Th17分化相关因子(IL-17、IL-6和IL-23)来促进Th17细胞分化从而影响Th17/Treg平衡。

4小结

HMGB1在自身免疫性疾病(类风湿关节炎、自身免疫性心肌炎等)、急性移植排斥反应及感染性疾病(肝炎等)的发生、发展中起重要作用。促炎免疫细胞的活化及Treg细胞功能和数量的降低是这类疾病的共同特征[13,15-16,18-19]。相反，在肿瘤疾病微环境中丰富的HMGB1则通过抑制传统T细胞功能和激活Treg细胞的免疫抑制活性来促进免疫逃逸[11-12]。HMGB1能直接调节Th17及Treg细胞的分化与功能，并且能通过调节树突状细胞和单核细胞活性来影响Th17和Treg细胞的分化、转化从而调节Th17/Treg平衡。TLR2/4及RAGE信号可能参与这一调节过程。甘草素作为HMGB1最常见的抑制剂已被证实通过TLR4或RAGE途径降低IL-6、IL-23、IL-17A 等炎性因子表达来减轻心肌缺血/再灌注损伤[20]以及外伤性脑损伤炎症反应[21]。穿心莲内酯、黄芩素等制剂在抑制HMGB1及IL-6等炎性因子的表达及防治脓毒症研究中取得了长足进展[22-23]。而上述HMGB1抑制剂是否可通过调节Th17/Treg平衡来影响炎症反应以及是否可作为防治与Th17/Treg失衡相关疾病的新途径还有待进一步研究。

参考文献

[1]Kleinewietfeld M,Hafler DA.The plasticity of human Treg and Th17 cells and its role in autoimmunity [J].Semin Immunol,2013,25(4):305-312.

[2]Musumeci D,Roviello GN,Montesarchio D.An overview on HMGB1 inhibitors as potential therapeutic agents in HMGB1-related pathologies[J].Pharmacol Ther,2014,141(3):347-357.

[3]Yang H,Antoine DJ,Andersson U,etal.The many faces of HMGB1:molecular structure-functional activity in inflammation,apoptosis,and chemotaxis[J].J Leukoc Biol,2013,93(6):865-873.

[4]Noack M,Miossec P.Th17 and regulatory T cell balance in autoimmune and inflammatory diseases[J].Autoimmun Rev,2014,13(6):668-677.

[5]Jadidi-Niaragh F,Mirshafiey A.The deviated balance between regulatory T cell and Th17 in autoimmunity[J].Immunopharmacol Immunotoxicol,2012,34(5):727-739.

[6]Zheng SG.Regulatory T cells vs Th17:differentiation of Th17 versus Treg,are the mutually exclusive?[J].Am J Clin Exp Immunol,2013,2(1):94-106.

[7]Barbi J,Pardoll D,Pan F.Metabolic control of the Treg/Th17 axis[J].Immunol Rev,2013,252(1):52-77.

[8]Zhang Y,Yao YM,Huang LF,etal.The potential effect and mechanism of high-mobility group box 1 protein on regulatory T cell-mediated immunosuppression[J].J Interferon Cytokine Res,2011,31(2):249-257.

[9]Zhu XM,Yao YM,Liang HP,etal.High mobility group box-1 protein regulate immunosuppression of regulatory T cells through toll-like receptor 4[J].Cytokine,2011,54(3):296-304.

[10]Wild CA,Bergmann C,Fritz G,etal.HMGB1 conveys immunosuppressive characteristics on regulatory and conventional T cells[J].Int Immunol,2012,24(8):485-494.

[11]Liu Z,Falo LD Jr,You Z.Knockdown of HMGB1 in tumor cells attenuates their ability to induce regulatory T cells and uncovers naturally acquired CD8 T cell-dependent antitumor immunity[J].J Immunol,2011,187(1):118-125.

[12]Wild CA,Brandau S,Lotfi R,etal.HMGB1 is overexpressed in tumor cells and promotes activity of regulatory T cells in patients with head and neck cancer[J].Oral Oncol,2012,48(5):409-416.

[13]Shi Y,Sandoghchian Shotorbani S,Su Z,etal.Enhanced HMGB1 expression may contribute to Th17 cells activation in rheumatoid arthritis[J].Clin Dev Immunol,2012,2012:295081.

[14]Kim HY,Kim CW,Yoon SK,etal.Basic,Research:The Pathogenic Role of the Interaction of the Receptor for Advanced Glycation End Productsligand and T Helper 17 Cells in Chronic Hepatitis B[J].KASL,2013,2013(1):140.

[15]Su Z,Sun C,Zhou C,etal.HMGB1 blockade attenuates experimental autoimmune myocarditis and suppresses Th17-cell expansion[J].Eur J Immunol,2011,41(12):3586-3595.

[16]Li J,Wang FP,She WM,etal.Enhanced high-mobility group box 1 (HMGB1) modulates regulatory T cells (Treg)/T helper 17 (Th17) balance via toll-like receptor (TLR)-4-interleukin (IL)-6 pathway in patients with chronic hepatitis B[J].J Viral Hepat,2014,21(2):129-140.

[17]Zhang F,Huang G,Hu B,etal.Anti-HMGB1 neutralizing antibody ameliorates neutrophilic airway inflammation by suppressing dendritic cell-mediated Th17 polarization[J].Mediators Inflamm,2014,2014:257930.

[18]Duan L,Wang CY,Chen J,etal.High-mobility group box 1 promotes early acute allograft rejection by enhancing IL-6-dependent Th17 alloreactive response[J].Lab Invest,2011,91(1):43-53.

[19]He Z,Shotorbani SS,Jiao Z,etal.HMGB1 promotes the differentiation of Th17 via up-regulating TLR2 and IL-23 of CD14+monocytes from patients with rheumatoid arthritis[J].Scand J Immunol,2012,76(5):483-490.

[20]Zhu H,Li J,Wang S,etal.Hmgb1-TLR4-IL-23-IL-17A axis promote ischemia-reperfusion injury in a cardiac transplantation model[J].Transplantation,2013,95(12):1448-1454.

[21]Okuma Y,Liu K,Wake H,etal.Glycyrrhizin inhibits traumatic brain injury by reducing HMGB1-RAGE interaction[J].Neuropharmacology,2014,85:18-26.

[22]Lee W,Ku S,Yoo H,etal.Andrographolide inhibits HMGB1-induced inflammatory responses in human umbilical vein endothelial cells and in murine polymicrobial sepsis[J].Acta Physiol (Oxf),2014,211(1):176-187.

[23]Chen HM,Liou SF,Hsu JH,etal.Baicalein inhibits HMGB1 Release and MMP-2/-9 expression in lipopolysaccharide-induced cardiac hypertrophy[J].Am J Chin Med,2014,42(4):785-797.

HMGB1：Regulator of Th17/Treg BalanceZHOUTian,DINGJia-wang,ZHENGXia-xia.(TheFirstCollegeofClinicalMedicalScience,ChinaThreeGorgesUniversity，DepartmentofCardiology,YichangCentralPeople′sHospital,Yichang443003,China)

Abstract:Th17 cells play a pro-inflammatory role in autoimmune diseases,allograft rejection and inflammatory diseases,while Treg cells function to restrain excessive effector T-cells immune responses.The Th17/Treg balance is crucial for the maintenance of immune homeostasis.As a late inflammatory mediator,high mobility group box 1(HMGB1) can directly regulate the development,differentiation and function activity of Th17 and Treg cells through acting on Toll-like receptors and the receptor for advanced glycation end-products expressed on the two cells.In addition,HMGB1 can indirectly influence the differentiation and conversion of Th17 as well as Treg cells through regulating the function and cytokine secretion of other immune cells,such as dendritic cells and monocytes.

Key words:High mobility group box B1; T helper cell 17; Regulatory T cell

收稿日期：2014-09-24修回日期：2014-12-22编辑：伊姗

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.14.009

中图分类号：R392.11

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)14-2519-03