摘要：2019年新出现的冠状病毒病（COVID-19）因不明原因导致易感人群中引起急性呼吸窘迫综合征。需要鉴定与现有治疗性化合物靶向的COVID-19相关炎症中的关键致病分子。

内源性损伤相关分子模式（DAMP）分子HMGB1通过两个单独的途径引发炎症。 二硫键HMGB1触发TLR4受体产生促炎性细胞因子释放。从死亡细胞释放或由活化的先天免疫细胞分泌的细胞外HMGB1与裂解细胞死亡后释放的细胞外DNA，RNA和其他DAMP或病原体相关分子（DAMP）分子形成复合物。这些复合物通过RAGE被内吞，，仅在肺中高水平组成性表达，然后转运至内溶酶体系统，高浓度HMGB1会破坏这些复合物。因此，危险分子可以接触到胞浆促炎症受体，从而促进炎症小体的活化。 可以想象，细胞外SARS-CoV-2 RNA可能通过HMGB1辅助转移结合溶酶体通过水解渗漏而到达细胞质。细胞外HMGB1通常存在于体内，与其他分子结合，包括PAMPs和DAMPs。从动静脉血中HMGB1血浆水平降低40%来看，这些复合物在肺中被特异性清除。大量的肺RAGE表达使得在生理HMGB1水平上溶酶体中的危险分子的内吞作用被破坏，但在高水平时却导致有害的炎症小体活化。基于这些观察，我们建议将细胞外HMGB1视为COVID-19的治疗靶点。

背景：冠状病毒是靶向人类呼吸系统的主要病原体。 最近发现的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2）可能引起肺炎，并主要利用血管紧张素转化酶2作为受体来感染呼吸道上皮细胞，从而进入细胞。年龄在60岁以上、高血压、糖尿病和冠心病被认为是COVID-19发展的主要危险因素，进展为严重急性呼吸窘迫综合征（ARDS），有时会导致死亡。有实验证据表明，衰老过程中受损的T淋巴细胞介导的细胞毒性能力的发展介导了感染结果的年龄依赖性。细胞毒性T细胞以非常特异性和选择性的方式杀死被病毒感染的细胞，从而导致靶细胞沉默死亡。由于缺乏有效的细胞毒性T细胞，先天免疫必须设法承担与感染作斗争的负担。这付出了高昂的代价。 将会杀死更多的细胞，包括病毒感染的细胞和旁观者细胞，并且细胞死亡的模式是高度促炎的，涉及坏死，凋亡。

目前还没有批准的治疗COVID-19或其他肺损伤炎症介质的方法这篇综述着重于肺损伤的致病机制，并以广泛的实验证据为基础。

我们提出了可能的和高度合理的治疗方案，通过抵消选定的内源性促炎介质来治疗，这些主要是由垂死的细胞和活化的先天免疫细胞释放的，这篇综述的重点是促炎性，内源性炎症介质高迁移率族蛋白1（HMGB1）在COVID-19的发病机理中的可能作用。

严重呼吸道炎症的内源性炎症介质选择：

高迁移率族蛋白B1（HMGB1）

病毒感染或其他应激细胞释放内源性损伤相关模式分子（DAMPs），来警告细胞内稳态失衡。HMGB1是研究最广泛的DAMP之一，参与许多传染性或无菌性炎性疾病的发病机理。它是一种普遍存在的、进化上极为保守的染色质结合蛋白，存在于所有哺乳动物有核细胞和血小板中。这种25kD的蛋白质在哺乳动物中99%相同。核内功能涉及基因转录的调节，染色质修复和其他任务。HMGB1还可以作为典型的DAMP从死亡细胞中被动释放到细胞外，或由存在于任何组织中的应激或活化细胞主动分泌。过量的细胞外HMGB1导致促炎细胞因子的释放，包括TNF、IL-1和IL-6。通过调节HMGB1核池向胞浆的移位，启动HMGB1的活性释放。1型和2型干扰素是高度有效的内源性分子，可启动HMGB1的细胞内再定位。因此，将干扰素作为治疗性抗病毒化合物给药可能会增加细胞外HMGB1水平，这可能会促进炎症而不是介导有益作用。许多慢性炎症性疾病的特点是循环中的HMGB1水平升高，这可能增加患有炎性合并症的严重COVID-19患者的预后风险。过量的细胞外HMGB1会导致组织损伤和器官功能障碍。在一项临床研究中，最初适当的抗生素和血浆HMGB1水平强烈预测了细菌性肺炎并发ARDS的致死性。在许多急性或慢性炎症疾病的临床前模型中，用HMGB1特异性拮抗剂治疗可以改善炎症和提高生存率。 但是，尚未在临床试验中研究过HMGB1特异性拮抗剂的治疗。HMGB1具有强的双极电荷，易与DNA、RNA、组蛋白、核小体、LPS、SDF-1、IL-1α、IL-1β等促炎分子复合结合。HMGB1协同放大HMGB1伴侣分子介导的促炎活性。

HMGB1的最初发现是基于其结合核DNA的能力。后来确定了细胞外HMGB1的促炎作用。实验研究表明，HMGB1通过将白细胞募集到肺进而介导急性肺损伤起关键作用。此外，HMGB1通过降低NADPH氧化酶活性诱导实验性脓毒症中性粒细胞功能障碍，而抗HMGB1抗体治疗则显著降低了脓毒症诱导的中性粒细胞功能障碍。在严重炎症性肺损伤发生之前，高氧显著增加了HMGB1在支气管肺泡灌洗液中的积聚。

与对照肽治疗的动物相比，气管内注射重组HMGB1导致白细胞向肺的浸润显著增加。中和抗HMGB1抗体可减轻肺水肿和炎症反应，表现为总蛋白含量、湿/干重比和气道白细胞数量减少。此外，长期机械通气和呼吸机相关性肺炎患者的支气管肺泡灌洗液中含有高水平的HMGB1。对潮气量大或小的机械通气兔子的研究进一步了解了局部HMGB1释放对肺气压伤的致病作用。肺组织免疫染色显示肺泡巨噬细胞和浸润性中性粒细胞是细胞外HMGB1的主要来源。

有趣地是，抗HMGB1抗体限制了微血管通透性和中性粒细胞向肺泡腔的流入并改善了氧合。最近的一项研究在分离的小鼠肺内皮细胞中发现，性别特异性应激反应和HMGB1释放。雄性细胞比雌性细胞对缺氧和线粒体功能受损的敏感性更高，它们通过坏死来响应。暴露于相同压力下的女性肺内皮细胞优先通过凋亡细胞死亡做出反应。与细胞凋亡的后果相反，坏死升高伴有明显的细胞外HMGB1释放。男性中HMGB1释放增加可能会导致已知与男性性别有关的促炎表型，这是一个明显的风险。

文献中报道的细胞外HMGB1的同源受体数目是广泛的。然而，只有两个受体系统，晚期糖基化终产物受体（RAGE）和toll样受体4（TLR4）被证实是功能性HMGB1受体。许多受体系统与HMGB1信号传导有关，但其中有几个实际上是与HMGB1结合的分子复合物的受体。

RAGE

晚期糖基化终产物受体（RAGE）在肺泡上皮细胞中高表达，而其他组织在基本条件下几乎没有RAGE表达。随后的研究将RAGE表达定位于1型肺泡上皮细胞的基底膜，RAGE已被定义为这些细胞的特异性标记物。关于RAGE在2型肺泡上皮细胞上的表达，已有不同的研究结果。在炎症反应期间，RAGE将在血管内皮细胞和巨噬细胞上表达。RAGE最初在糖尿病研究中被认为是一种细胞表面受体，产生一系列细胞内信号，包括核NF-kB移位和促炎性细胞因子释放。后来发现RAGE是一种多配体受体，而HMGB1是许多配体中的一种。HMGB1-RAGE轴在坏死后触发中性粒细胞介导的损伤放大，对急性肺损伤的发病机制具有重要意义。HMGB1-RAGE相互作用并不主要导致促炎细胞内信号传导。HMGB1-RAGE相互作用并不主要导致促炎性细胞内信号传导。表达RAGE的巨噬细胞，但被设计成缺乏TLR4表达，在任何氧化还原异构体的HMGB1刺激下不会产生促炎性细胞因子。

HMGB1伴侣分子复合物引起的炎症。 坏死细胞在细胞外释放DAMP和PAMP分子，与死亡或活化细胞释放的HMGB1形成复合物（1）; 这些复合物与肺中大量表达的RAGE结合（2）； 并被具有TLR受体（包括TLR4）的内体吞噬，其中TLR4可能被HMGB1激活（3） ；HMGB1和伴侣分子转移到溶酶体，在溶酶体中，HMGB1在酸性条件下，破坏溶酶体膜，使HMGB1伴侣分子能够进入细胞质（4）; 转移分子结合并激活相互的胞质受体，激活产生的炎症小体和其他促炎事件，最终是细胞凋亡。

TLR4

当HMGB1作为一种促发炎性的DAMP发挥作用时，HMGB1中三种半胱氨酸的氧化还原状态是关键。Cys106保留其硫醇基，形成HMGB1氧化还原亚型，就像脂多糖（LPS）一样，是一种有效的功能性TLR4配体。二硫化物HMGB1-TLR4在体内和体外诱导大量促炎细胞因子产生。TLR4特异性拮抗剂可显著改善小鼠流感感染的临床转归。一种小分子TLR4特异性拮抗剂（P5779），可选择性地阻止HMGB1-MD-2相互作用，但不阻止LPS与MD-2结合，从而保护小鼠免受流感病毒诱导的致死性并降低肺中促炎性细胞因子基因的表达。

HMGB1介导的基因传递：HMGB1是一种DNA和RNA结合蛋白，已成功应用于细胞转染实验。HMGB1转染复合物对培养的细胞无毒。因此可以想象，SARS-CoV-2病毒的RNA可能通过HMGB1辅助转运到达细胞质，最近在法国进行的一项临床试验研究表明，羟氯喹治疗可显著降低SARS-CoV-2病毒载量。治疗效果可能是由于内溶酶体系统的酸性降低所致。保留的病毒RNA随后在溶酶体中被降解。

HMGB1 / RAGE / TLR4在严重肺部炎症中的发病机制

流感：

流感病毒与SARS-CoV-2一样是RNA病毒，每年在全球范围内造成300-500万例重症病例和250-50万人死亡。 这些病毒像SARS-CoV-2病毒一样，在呼吸道上皮细胞中复制并引起坏死组织损伤。流感感染患者表现出循环中与严重肺炎发展相关的HMGB1浓度升高。基因缺陷的TLR4和基因缺陷的RAGE小鼠受到部分保护，免于流感引起的致死性。使用特异性HMGB1-、TLR4-或RAGE拮抗剂的成功的临床前治疗结果进一步支持HMGB1/RAGE/TLR4轴在流感感染的发病机理中至关重要。尽管治疗不影响病毒在肺中的传播，但抗HMGB1 mAb的治疗在流感感染的小鼠模型中提供了针对肺炎和脑病的部分保护作用。抗HMGB1 mAb和抗病毒治疗的结合提供了几乎完整的肺损伤保护。

人呼吸道合胞病毒（HRSV）：HRSV是婴儿期严重下呼吸道感染的主要原因，但在老年人和免疫功能低下的人中也可能导致严重的发病率和死亡率。HRSV在呼吸道上皮细胞中复制并促进坏死和HMGB1释放。感染儿童鼻咽分泌物中有高水平的HMGB1。实验性呼吸道合胞病毒感染对某些具有多种生物学效应的疗法反应良好，其中之一包括HMGB1拮抗作用。

细菌性肺炎：所有社区获得性肺炎患者的细胞外HMGB1水平均升高，而HMGB1升高与疾病的严重程度和死亡率相关。重症肺炎和需要机械通气的ARDS患者的ICU死亡率很高。 铜绿假单胞菌在囊性纤维化患者中引起嗜中性肺炎，所述患者在支气管肺泡灌洗液中表达高水平HMGB1。抗HMGB1单抗在临床前囊性纤维化模型中的全身治疗对铜绿假单胞菌诱导的中性粒细胞募集、蛋白渗漏和肺损伤具有显著的保护作用。在肺炎的临床前模型中使用部分脱硫的肝素治疗可降低气道HMGB1水平和中性粒细胞肺损伤。

通过使用批准用于HMGB1独立适应症的药物化合物减轻COVID-19治疗相关的HMGB1介导的炎症

感到沮丧的是，尽管对HMGB1生物学进行了二十年的深入探索，但尚未有HMGB1拮抗剂达到临床研究。这些临床前治疗研究均基于给予重组HMGB1 box A蛋白来阻断HMGB1受体或抗HMGB1单克隆抗体通过HMGB1中和来抑制细胞外促炎活性。迄今为止，成功地用于临床前研究的高效抗HMGB1 mAb的产生完全是由学术研究小组做出的。 这些抗体大多数是鼠源性的，但是到目前为止，至少已经设计了两种人源化抗HMGB1 mAb。学术界的主要障碍是缺乏能够进行临床研究的资金。但是，已经有一些化合物被批准独立用于HMGB1，，可以考虑将其用于临床，以抑制过度的HMGB1在过度的肺部炎症中的促炎活性。应当指出，这些化合物不是HMGB1特异的，但除其他公认的活性外，还具有抑制HMGB1介导的炎症的能力。

通过批准用于HMGB1独立适应症的药物化合物减轻与COVID-19相关的HMGB1介导的炎症。促炎性HMGB1伴侣分子复合物的形成被血栓调节蛋白，肝素，触珠蛋白和甘草甜素所抵消。 乙酰胆碱、肝素、他汀类药物、右美托咪定和氯胺酮可抑制RAGE-HMGB1介导的激活。乙酰胆碱，肝素，他汀类，白藜芦醇，右美托咪定和氯胺酮下调TLR4-HMGB1介导的激活。磷酸氯喹和羟基氯喹抑制HMGB1介导的溶酶体膜破裂。

结论：（1）HMGB1在先天免疫中的作用与MHC分子在适应性免疫中的作用一样重要。每个系统都呈递抗原，尽管系统的运作方向相反。被T细胞受体识别之前，MHC先在细胞表面形成MHC抗原肽复合物。HMGB1在细胞外捕获危险分子，并将危险分子复合物带入细胞内进行破坏。然而，溶酶体内高浓度的HMGB1会破坏溶酶体膜，使危险分子能够接触到介导炎症的胞浆受体。（2）在许多严重的肺炎性疾病（包括COVID-19）中，过度的宿主炎性反应是造成肺损伤和随后死亡的主要原因。由于坏死的呼吸上皮细胞与大量的细胞外HMGB1共同作用，其同源受体RAGE在肺中大量表达，因此在COVID-19中可预期高激活的HMGB1-RAGE轴。（3）动脉血HMGB1水平明显低于静脉血，认为这与全身HMGB1生物学和肺生理学有关。HMGB1危险分子复合物通过RAGE转运至溶酶体。这些复合物的适当溶酶体降解对肺功能是必不可少的。溶酶体内HMGB1浓度升高会引起溶酶体失衡，使危险分子能够接触到有效的细胞质受体，从而导致可能致命的炎症。（4）HMGB1在促炎细胞因子级联反应的上游起作用。

（5）HMGB1是一种DNA和RNA结合分子，HMGB1已被证明是一种基因传递剂。HMGB1可能附着在病毒RNA上，并通过RAGE溶酶体途径将其带到胞浆中。这意味着，除了血管紧张素转换酶2受体之外，可能还有一个额外的途径可使细胞内病毒复制。大量的临床前研究表明，HMGB1拮抗剂可缓解严重的肺部炎症，无论其是传染源还是无菌源。进一步研究HMGB1特异性拮抗剂的治疗用途是有必要的，并应寻求防止HMGB1危险分子复合物与RAGE结合的方法。

原文出自：https://link.springer.com/article/10.1186/s10020-020-00172-4