高遷移率族蛋白1（High mobility group protein box 1， HMGB1）是在哺乳動物體內廣泛表達的一種非組蛋白染色體結合蛋白，在細胞外與糖基化終末產物受體（Glycosylation receptor，RAGE）、Toll 樣受體4（Toll-like receptors 4，TLR4）等相互作用，促進炎性因子分泌、神經元細胞生長發育及腫瘤細胞生長遷移等。HMGB1 在多種神經元疾病中均有影響，尤其在急性缺血性卒中及癲癇疾病過程中起重要作用，通過易位和釋放，結合下游受體、促進細胞興奮性、損壞血腦屏障等方式促進缺血性腦卒中及癲癇的發生發展，而目前尚未發現HMGB1在缺血性卒中后癲癇中所發揮的作用，因此該篇綜述通過總結歸納 HMGB1 在缺血性腦卒中和癲癇之間的研究機制，為其在缺血性卒中后癲癇發生機制的相關性等提供新的研究思路。
引用本文： 陶敏, 馬勛泰. 高遷移率族蛋白1在缺血性卒中急性期和癲癇急性發作中的研究進展. 癲癇雜志, 2022, 8(5): 442-447. doi: 10.7507/2096-0247.202204017 復制
卒中是老年人癲癇發作的最常見原因[1]。在每年發生腦卒中的300~600 萬人中，約有 6% 最終會發生卒中后癲癇[2]。卒中后癲癇（Post-stroke epilepsy，PSE）不僅影響患者卒中后的神經功能恢復，而且會帶來一定程度的社會后果。卒中后的癲癇發作分為急性期和晚期癥狀。急性期癥狀性癲癇發作（也稱為“早期”癲癇發作，Early seizure，ES）在卒中后7天內發生[3]。晚期癥狀性癲癇發作（也稱為“晚期”癲癇發作，Late seizure，LS）是卒中后 1周以上的自發性癲癇發作。盡管急性期癥狀性癲癇在缺血性卒中發作率約為1%～4%[3]，復發風險也很低[4]，目前并不將急性期癥狀性癲癇發作診斷為癲癇[5]。但卒中后患者有明確存在顱腦組織損傷的病因，并與癲癇發作存在一定的因果關系，嚴重的缺血性腦卒中會導致更高的癲癇發作風險[3]，因此ES具有一定的診斷、治療及研究意義。ES有如下特點：① 高致死率 ES的預后與LS的預后不同，一項研究[ 4]發現，ES 30天死亡率為 41.9%，而LS 30天的死亡率為 5.0%，卒中后早期癲癇發作死亡率高于卒中后晚期癲癇；② 增加卒中后自發性癲癇發作風險腦卒中患者ES后自發性癲癇發作的風險約為 30%，一項Meta分析表明，ES是PSE自發性發作的重要危險因素［OR=4.43，95%CI （2.36，8.32），P<0.001］，增加癥狀性癲癇發作風險[6]；③ 預后不良的事件增加 ES是卒中患者mRS高評分的獨立預測因素，同時也是增加卒中患者住院時間、死亡率及合并其他系統并發癥的危險因素[7]。
因此，即使ES并不是真正意義上的癲癇，但其高致死率、增加PSE自發風險及預后不良事件增加等特點，根據國際抗癲癇聯盟所給出的建議，積極進行預防、識別及治療ES等干預措施是有必要的[ 8]。目前PSE的機制尚不清晰，是否預防性給予抗癲癇發作藥物的治療也不明確，積極尋找有效且準確預測PSE發生的“Biomaker”成為了一項重要的任務。高遷移率族蛋白（High mobility group protein box 1，HMGB1）作為真核生物細胞中存在的一種結構蛋白，與多種中樞神經系統疾病發病機理密切相關，有成為神經元疾病生物標志物的潛力。該綜述將圍繞HMGB1在缺血性卒中急性期和癲癇急性發作中的作用機制做歸納總結。我們希望通過回顧HMGB1在缺血性卒中及癲癇的急性期作用，進而分析探索HMGB1在卒中后ES可能存在的作用機制。
1 高遷移率族蛋白1
HMGB1是一種普遍存在于真核生物細胞核內的結構蛋白，進化上高度保守，可以修飾、彎曲和改變DNA的結構[ 9-10]。HMGB1包括 N端帶正電結構域（A box和 B box）和 C端帶負電殘的連續延伸，見圖1。HMGB-1 的結構和氧化還原狀態由 A box（抗炎域）、B box（促炎域）和酸性尾部組成。HMGB-1 A box通過與 HMGB-1 競爭來抑制炎癥反應，HMGB-1B box促進HMGB-1與其受體的親和力，導致炎癥。它的生物活性取決于其在細胞內的位置，既往研究表明[11]，促炎細胞因子HMGB1以兩種不同的形式存在：細胞內的HMGB1主要參與基因轉錄和調控，如作為 DNA 分子伴侶，參與 DNA 復制、轉錄、重組和修復；當細胞受到炎癥或創傷等刺激時，易位到細胞外的HMGB1作為炎癥因子，與其他因子組成復合物或其本身刺激免疫系統，調節固有免疫和獲得性免疫及細胞外信號轉導，與靶細胞相應表面受體結合后啟動炎癥信號轉導通路，成為啟動和維持炎癥瀑式反應的中心分子，同時也參與促進腫瘤轉移。[12-13]。
圖1
HMGB-1結構示意圖
HMGB-1 包含三個關鍵的半胱氨酸殘基（C23、C45 和 C106），它們通過氧化還原信號修飾形成三個 HMGB-1 異構體（全硫醇 HMGB-1、二硫化物 HMGB-1 和氧化的 HMGB-1）三個半胱氨酸殘基完全還原時，HMGB-1 被稱為全硫醇 HMGB-1，趨化白細胞；兩個半胱氨酸殘基被氧化（C23和C45），其被稱為二硫化物HMGB-1，可與TLR4結合，有促炎功能；三個半胱氨酸殘基完全被氧化，氧化的 HMGB-1 沒有生物學功能
在中樞神經系統中，HMGB1 主要存在于神經元和星形膠質細胞內，在神經發育和神經系統發病機制中具有雙重作用。一方面，HMGB1 促進神經發育，促進神經軸突的生長和細胞遷移，另一方面與多種中樞神經系統疾病發病機理密切相關，如癲癇發作、缺血性卒中、阿爾茨海默病、創傷性腦損傷、帕金森病、多發性硬化癥等[ 14-20]。在中樞神經疾病炎性機制中，HMGB1由神經膠質和神經元在炎癥小體激活時釋放，并激活靶細胞上的晚期糖基化終產物 （Glycosylation receptor，RAGE） 和 Toll 樣受體（Toll-like receptors 4，TLR4）。HMGB1/TLR4 軸是神經炎癥的關鍵引發劑[11]。在HMGB1多種受體中，RAGE 和 TLR4 是唯一被廣泛研究和報道的受體[ 21]。
2 高遷移率族蛋白 1與急性期缺血性卒中
缺血性卒中是世界范圍內導致死亡和殘疾的主要原因之一，其結果取決于腦缺血區域缺氧相關神經元死亡的數量。作為內源性危險相關分子模式（Damage associated molecular patterns，DAMPs）蛋白，HMGB1 介導腦炎癥發生和腦損傷發展，并參與缺血性中風的發病機制。在卒中早期，HMGB1被動從神經細胞中或主動從巨噬細胞、單核細胞和樹突細胞釋放出來以加速炎癥反應。卒中晚期，星形膠質細胞和小膠質細胞釋放的HMGB1可能會影響神經和血管的再生，促進組織重塑[22]。Kim 等[23]發現HMGB1在發病后在第 1 天及第 6～7 天出現兩個峰值，證明HMGB1上調對卒中的早期和晚期的發生發展有不可忽略的影響。
在缺血性卒中早期，因大量神經元經歷持續缺氧和氧化毒性，神經元的細胞膜被破壞，HMGB1被動釋放到細胞質[24]。隨著HMGB1的釋放，發出炎癥反應的信號并與免疫系統呈正反饋方式放大。在小鼠局灶性腦缺血（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型中，Kim 等[23]報道，通過磷酸化和乙酰化，HMGB1 從細胞核易位到胞質，然后分泌到細胞外區域，從而可在血清和血漿中檢測HMGB1 的水平，反映HMGB1 在中樞系統中的表達水平和腦損傷的程度。
HMGB1 釋放到細胞外之后可與多種不同的分子結合，包括細胞表面的 RACE、TLR受體。Liesz等[24]報道了HMGB1 分別在在小鼠腦缺血模型和患者的大腦急性缺血階段被釋放，HMGB1-RAGE 信號通路參與缺血性卒中的發生發展，被認為是大腦缺血與免疫相互作用機制的關鍵。Zhang等[25]發現抑制 HMGB1 與 TLR4 的結合會使白細胞介素-17（Interleukin-17，IL-17） 水平下調，從而抑制神經元凋亡，促進神經修復并減少梗塞面積，腦組織水腫的程度、梗死面積和卒中后神經損傷評分均得到明顯下降。由此可見，RAGE與TLR4通路在缺血性卒中急性期均有重要作用，抑制相關通路可減輕卒中所致的腦損傷及后續神經元反應。
HMGB1的釋放也會引起腦細胞興奮性毒性損傷，HMGB1 通過谷氨酸/天冬氨酸轉運蛋白增加谷氨酸及其N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA受體）的水平，導致 Ca 2+ 內流，最終 Ca 2+超載和胞內平衡失調致神經元細胞功能喪失。此外，研究表明HMGB1 可能加重血腦屏障（Blood-brain barrier，BBB）損壞，在腦卒中實驗模型中使用抗 HMGB1單克隆抗體可顯著降低血腦屏障的通透性[26]。此外，有研究發現HMGB1的釋放也與卒中早期自噬的功能狀態有關[27]，具體作用機制還需進一步深入研究。
3 高遷移率族蛋白1與癲癇發作
HMGB1作為一種重要的炎癥因子，在各種急性和慢性癲癇發作模型中已被證實信號通路的存在，并有著與缺血性卒中相似的作用機制。HMGB1的上調和激活的HMGB1從細胞核到細胞質的易位機制很常見，其易位率可被做為癲癇易感性的潛在預測因子[28]。HMGB1-TLR4 通路則被證明為更有價值的癲癇研究通路[29]，見圖2。
圖2
高遷移率族蛋白1在癲癇發作中的機制通路
在癲癇患者中，Zurolo等[30]首次報道了局灶性皮質發育不良（Focal cortical dysplasia，FCD）患者的病理腦組織中HMGB1及其下游受體TLR2、TLR4和RAGE的表達增加。隨后研究者在FCD II型腦組織中亦發現細胞質中HMGB1易位及TLR4表達增加[31]。有研究分別在自身免疫性腦炎患者的腦脊液及在耐藥性癲癇患者的血清中都發現HMGB1和TLR4的表達增加[32-35]。這些結果表明 HMGB1-TLR4 信號通路在各種癲癇患者的腦組織中被激活，同時在體液中上調，可能是大腦發育不良和自身免疫相關的癲癇發作的重要機制。
在動物實驗模型中，研究發現在紅藻酸（Kainic acid，KA）誘導的急性癲癇發作小鼠中，激活的HMGB1上調及其從細胞核到細胞質的易位增加[13]。Maroso等[14]提出HMGB1-TRL4信號通路在癲癇發作后被激活，并發現在TLR4?/?（敲出）小鼠中KA所致癲癇發作的頻率下降更多，而在RAGE?/?小鼠中發現癲癇發作頻率沒有明顯減少[29]，HMGB1-TLR4通道在致癇方面比RAGE通道研究價值更大。
HMGB1可以通過TLR4通道促進細胞興奮性，通過TLR4/NF-κB信號通路[36-37]發揮促癇作用。神經元中IL-1RI/TLR4軸的激活可以通過NMDA受體增強Ca2+內流，從而促進興奮性毒性和癲癇發作[38]。研究進一步發現，阻斷IL-1RI/TLR4通路對癥狀性癲癇發作[39]模型有治療作用。同時，神經元的高興奮性可對HMGB1信號通路進一步上調，DeSimoni等[40]發現，癲癇持續狀態大鼠在細胞高興奮性作用下，HMGB1相關的炎癥細胞因子如IL-1β的上調，可能與HMGB1的上調作用有關。細胞興奮性增高所致HMGB1上調與藥物難治性癲癇患者的癲癇發作頻率和持續時間相關[41-42]，在地西泮（Diazepam，DZP）難治性癲癇持續狀態小鼠中，研究者發現HMGB1上調并迅速降低急性癲癇持續狀態的發病閾值的機制是由下游受體TLR4介導的[34]。因此，HMGB1在接受刺激后易位和釋放到細胞質及細胞外，通過作用于IL-1RI/TLR4和RAGE受體，激活其下游的IL-1β和NF-κB，使NMDA受體表達增加，通過Ca2+內流提高細胞興奮性和促進癲癇發展。細胞興奮性又能刺激HMGB1在神經元、神經膠質細胞和免疫細胞中的表達和易位，這種機制可能以一種正反饋的方式相互促進，并為晚期卒中后自發性癲癇提供病理生理條件。
有研究提示抗HMGB1 mAb及甘草甜素具有抗癲癇能力，研究者向癲癇小鼠注射不同劑量的抗HMGB1 mAb，發現隨著劑量的提升，可以更加有效提高癲癇發作的閾值，減少全身性癲癇發作的持續時間，以及癲癇發作的頻率和嚴重程度[43]。在KA誘導的急性癲癇發作模型中，甘草甜素可抑制海馬和血清中的HMGB1的增加從而減少小鼠海馬中神經元細胞丟失[44]。由此可見，阻斷HMGB1及其下游信號通路，或者抑制神經膠質細胞的過度興奮性可能是抗癲癇發作藥物治療的方向。
4 高遷移率族蛋白 1與缺血性卒中后癲癇發作
缺血性PSE的機制目前尚不清楚。大多數現有研究認為細胞離子失衡和興奮性神經遞質是早期癲癇發作的主要原因，而晚期癲癇發作與膠質瘢痕形成導致神經元興奮性增加相關[ 45]。卒中后早期癲癇發作的機制包括：① 神經元缺血急性階段，谷氨酸增加，去極化閾值降低[46-47]；② BBB損傷和腦組織的缺血缺氧都會導致離子泵功能障礙。胞內鈣離子、鈉離子和細胞外鉀離子濃度的升高會引起神經過度興奮和減少癲癇發作閾值[ 48-49]；③ 缺血性損傷引起的星形膠質細胞和小膠質細胞活化，產生的炎癥介質增多，從而加劇對 BBB 的損害，這可能會促進癲癇發生 [ 50-51]；④ 神經血管單元完整性的破壞也會誘導白蛋白外滲，通過激活轉化生長因子（Transforming growth factor，TGF）信號通路導致細胞外谷氨酸的大量積累[ 52]。當興奮性神經遞質谷氨酸鹽在細胞外液中大量積累時，可以誘導或促進癲癇的發生[ 53-54]。
但上述機制均未直接證明與HMGB1及其通路相關，亦不能說明HMGB1是否參與了PSE疾病的發生過程。在2021年發表的綜述中，作者詳細羅列了諸多癲癇模型中HMGB1參與涉及的機制，尚未提到PSE模型與HMGB1的研究進展[ 28]。既往研究證明在獲得性癲癇的動物模型中，可以通過干擾多種急性損傷病因的過程來預防或中止癲癇，如通過使用酪氨酸激酶受體B（Tyrosine kinase receptor B，TrkB）/ 磷脂酶Cγ1（Phospholipase Cγ1，PLCγ1） 抑制劑、異氟醚或 HMGB1 抗體和腺苷局部給藥來減輕或終止癲癇發作[55 ]。這些動物模型強調了哺乳動物雷帕霉素靶蛋白1(mammalian Target of rapamycin1，mTOR1) 、JAK激酶（Janus kinase）-轉錄因子STAT 3（Stransducer and activator of transcription）、 白細胞介素-1受體 (Interleukin 1 receptor，IL-1R) 、TLR4 等信號通路和其他炎癥通路在腦損傷后癲癇的發生或調節中的作用，這些研究間接說明HMGB1及其IL-1R/TLR4受體的減少與癥狀性癲癇病情程度減輕可能相關。
在臨床上，研究者使用天麻素聯合葉酸和維生素B12對PSE患者進行治療,結果證明這三種藥物聯合使用可以明顯改善PSE患者炎癥反應癥狀,降低同型半胱氨酸基線水平,同時有效控制癲癇發作,臨床療效較好[56]。近期研究亦表明丙戊酸鈉聯合拉莫三嗪治療腦PSE能夠降低血液中的炎癥因子如HMGB1的表達水平[57]。以上的臨床研究中,癥狀性癲癇的改善與HMGB1炎性因子的降低有一定關聯,但其中機制還需要進一步研究。。
鑒于HMGB1-TLR4通路及HMGB1促進細胞興奮性在缺血性卒中及癲癇急性期的重要作用，我們可以對PSE急性期的相關機制提出如下假設，見圖3。① HMGB1-TLR4通路在大腦急性缺血缺氧后被激活，HMGB1上調到一定濃度后，產生致癇作用，下游相關炎性因子的出現導致PSE的發生發展，并進一步加重腦組織缺血性損壞，誘導癲癇發作；② HMGB1在缺血性卒中發生后經釋放和易位導致谷氨酸及其受體增加，大量Ca2+的內流增加細胞毒性，加重腦組織損傷及降低癲癇發作閾值，從而促進癲癇發作，并同時加重顱腦組織缺血缺氧；③ 上述相關機制相輔相成，不能單一將某種機制作為主要作用。
圖3
高遷移率族蛋白1與缺血性卒中后癲癇發作的假設機制
5 小結與展望
本文就缺血性卒中急性期及癲癇發作早期中HMGB1相關通路的變化及其在神經元興奮性的調控作用進行綜述，并對PSE機制提出假設。大量研究揭示了HMGB1在神經元疾病中的確切作用，也展示了其作為生物標志物的潛力，但如何將HMGB1的重要作用具體化，運用到臨床給患者帶來福音，并對其如何干預，這些問題缺口仍然是一項關鍵任務。隨著更多精確的神經科學技術的運用，這些問題在將來可能會逐一得到解決。
利益沖突聲明 所有作者無利益沖突。
卒中是老年人癲癇發作的最常見原因[1]。在每年發生腦卒中的300~600 萬人中，約有 6% 最終會發生卒中后癲癇[2]。卒中后癲癇（Post-stroke epilepsy，PSE）不僅影響患者卒中后的神經功能恢復，而且會帶來一定程度的社會后果。卒中后的癲癇發作分為急性期和晚期癥狀。急性期癥狀性癲癇發作（也稱為“早期”癲癇發作，Early seizure，ES）在卒中后7天內發生[3]。晚期癥狀性癲癇發作（也稱為“晚期”癲癇發作，Late seizure，LS）是卒中后 1周以上的自發性癲癇發作。盡管急性期癥狀性癲癇在缺血性卒中發作率約為1%～4%[3]，復發風險也很低[4]，目前并不將急性期癥狀性癲癇發作診斷為癲癇[5]。但卒中后患者有明確存在顱腦組織損傷的病因，并與癲癇發作存在一定的因果關系，嚴重的缺血性腦卒中會導致更高的癲癇發作風險[3]，因此ES具有一定的診斷、治療及研究意義。ES有如下特點：① 高致死率 ES的預后與LS的預后不同，一項研究[ 4]發現，ES 30天死亡率為 41.9%，而LS 30天的死亡率為 5.0%，卒中后早期癲癇發作死亡率高于卒中后晚期癲癇；② 增加卒中后自發性癲癇發作風險腦卒中患者ES后自發性癲癇發作的風險約為 30%，一項Meta分析表明，ES是PSE自發性發作的重要危險因素［OR=4.43，95%CI （2.36，8.32），P<0.001］，增加癥狀性癲癇發作風險[6]；③ 預后不良的事件增加 ES是卒中患者mRS高評分的獨立預測因素，同時也是增加卒中患者住院時間、死亡率及合并其他系統并發癥的危險因素[7]。
因此，即使ES并不是真正意義上的癲癇，但其高致死率、增加PSE自發風險及預后不良事件增加等特點，根據國際抗癲癇聯盟所給出的建議，積極進行預防、識別及治療ES等干預措施是有必要的[ 8]。目前PSE的機制尚不清晰，是否預防性給予抗癲癇發作藥物的治療也不明確，積極尋找有效且準確預測PSE發生的“Biomaker”成為了一項重要的任務。高遷移率族蛋白（High mobility group protein box 1，HMGB1）作為真核生物細胞中存在的一種結構蛋白，與多種中樞神經系統疾病發病機理密切相關，有成為神經元疾病生物標志物的潛力。該綜述將圍繞HMGB1在缺血性卒中急性期和癲癇急性發作中的作用機制做歸納總結。我們希望通過回顧HMGB1在缺血性卒中及癲癇的急性期作用，進而分析探索HMGB1在卒中后ES可能存在的作用機制。
1 高遷移率族蛋白1
HMGB1是一種普遍存在于真核生物細胞核內的結構蛋白，進化上高度保守，可以修飾、彎曲和改變DNA的結構[ 9-10]。HMGB1包括 N端帶正電結構域（A box和 B box）和 C端帶負電殘的連續延伸，見圖1。HMGB-1 的結構和氧化還原狀態由 A box（抗炎域）、B box（促炎域）和酸性尾部組成。HMGB-1 A box通過與 HMGB-1 競爭來抑制炎癥反應，HMGB-1B box促進HMGB-1與其受體的親和力，導致炎癥。它的生物活性取決于其在細胞內的位置，既往研究表明[11]，促炎細胞因子HMGB1以兩種不同的形式存在：細胞內的HMGB1主要參與基因轉錄和調控，如作為 DNA 分子伴侶，參與 DNA 復制、轉錄、重組和修復；當細胞受到炎癥或創傷等刺激時，易位到細胞外的HMGB1作為炎癥因子，與其他因子組成復合物或其本身刺激免疫系統，調節固有免疫和獲得性免疫及細胞外信號轉導，與靶細胞相應表面受體結合后啟動炎癥信號轉導通路，成為啟動和維持炎癥瀑式反應的中心分子，同時也參與促進腫瘤轉移。[12-13]。
圖1
HMGB-1結構示意圖
HMGB-1 包含三個關鍵的半胱氨酸殘基（C23、C45 和 C106），它們通過氧化還原信號修飾形成三個 HMGB-1 異構體（全硫醇 HMGB-1、二硫化物 HMGB-1 和氧化的 HMGB-1）三個半胱氨酸殘基完全還原時，HMGB-1 被稱為全硫醇 HMGB-1，趨化白細胞；兩個半胱氨酸殘基被氧化（C23和C45），其被稱為二硫化物HMGB-1，可與TLR4結合，有促炎功能；三個半胱氨酸殘基完全被氧化，氧化的 HMGB-1 沒有生物學功能
在中樞神經系統中，HMGB1 主要存在于神經元和星形膠質細胞內，在神經發育和神經系統發病機制中具有雙重作用。一方面，HMGB1 促進神經發育，促進神經軸突的生長和細胞遷移，另一方面與多種中樞神經系統疾病發病機理密切相關，如癲癇發作、缺血性卒中、阿爾茨海默病、創傷性腦損傷、帕金森病、多發性硬化癥等[ 14-20]。在中樞神經疾病炎性機制中，HMGB1由神經膠質和神經元在炎癥小體激活時釋放，并激活靶細胞上的晚期糖基化終產物 （Glycosylation receptor，RAGE） 和 Toll 樣受體（Toll-like receptors 4，TLR4）。HMGB1/TLR4 軸是神經炎癥的關鍵引發劑[11]。在HMGB1多種受體中，RAGE 和 TLR4 是唯一被廣泛研究和報道的受體[ 21]。
2 高遷移率族蛋白 1與急性期缺血性卒中
缺血性卒中是世界范圍內導致死亡和殘疾的主要原因之一，其結果取決于腦缺血區域缺氧相關神經元死亡的數量。作為內源性危險相關分子模式（Damage associated molecular patterns，DAMPs）蛋白，HMGB1 介導腦炎癥發生和腦損傷發展，并參與缺血性中風的發病機制。在卒中早期，HMGB1被動從神經細胞中或主動從巨噬細胞、單核細胞和樹突細胞釋放出來以加速炎癥反應。卒中晚期，星形膠質細胞和小膠質細胞釋放的HMGB1可能會影響神經和血管的再生，促進組織重塑[22]。Kim 等[23]發現HMGB1在發病后在第 1 天及第 6～7 天出現兩個峰值，證明HMGB1上調對卒中的早期和晚期的發生發展有不可忽略的影響。
在缺血性卒中早期，因大量神經元經歷持續缺氧和氧化毒性，神經元的細胞膜被破壞，HMGB1被動釋放到細胞質[24]。隨著HMGB1的釋放，發出炎癥反應的信號并與免疫系統呈正反饋方式放大。在小鼠局灶性腦缺血（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型中，Kim 等[23]報道，通過磷酸化和乙酰化，HMGB1 從細胞核易位到胞質，然后分泌到細胞外區域，從而可在血清和血漿中檢測HMGB1 的水平，反映HMGB1 在中樞系統中的表達水平和腦損傷的程度。
HMGB1 釋放到細胞外之后可與多種不同的分子結合，包括細胞表面的 RACE、TLR受體。Liesz等[24]報道了HMGB1 分別在在小鼠腦缺血模型和患者的大腦急性缺血階段被釋放，HMGB1-RAGE 信號通路參與缺血性卒中的發生發展，被認為是大腦缺血與免疫相互作用機制的關鍵。Zhang等[25]發現抑制 HMGB1 與 TLR4 的結合會使白細胞介素-17（Interleukin-17，IL-17） 水平下調，從而抑制神經元凋亡，促進神經修復并減少梗塞面積，腦組織水腫的程度、梗死面積和卒中后神經損傷評分均得到明顯下降。由此可見，RAGE與TLR4通路在缺血性卒中急性期均有重要作用，抑制相關通路可減輕卒中所致的腦損傷及后續神經元反應。
HMGB1的釋放也會引起腦細胞興奮性毒性損傷，HMGB1 通過谷氨酸/天冬氨酸轉運蛋白增加谷氨酸及其N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA受體）的水平，導致 Ca 2+ 內流，最終 Ca 2+超載和胞內平衡失調致神經元細胞功能喪失。此外，研究表明HMGB1 可能加重血腦屏障（Blood-brain barrier，BBB）損壞，在腦卒中實驗模型中使用抗 HMGB1單克隆抗體可顯著降低血腦屏障的通透性[26]。此外，有研究發現HMGB1的釋放也與卒中早期自噬的功能狀態有關[27]，具體作用機制還需進一步深入研究。
3 高遷移率族蛋白1與癲癇發作
HMGB1作為一種重要的炎癥因子，在各種急性和慢性癲癇發作模型中已被證實信號通路的存在，并有著與缺血性卒中相似的作用機制。HMGB1的上調和激活的HMGB1從細胞核到細胞質的易位機制很常見，其易位率可被做為癲癇易感性的潛在預測因子[28]。HMGB1-TLR4 通路則被證明為更有價值的癲癇研究通路[29]，見圖2。
圖2
高遷移率族蛋白1在癲癇發作中的機制通路
在癲癇患者中，Zurolo等[30]首次報道了局灶性皮質發育不良（Focal cortical dysplasia，FCD）患者的病理腦組織中HMGB1及其下游受體TLR2、TLR4和RAGE的表達增加。隨后研究者在FCD II型腦組織中亦發現細胞質中HMGB1易位及TLR4表達增加[31]。有研究分別在自身免疫性腦炎患者的腦脊液及在耐藥性癲癇患者的血清中都發現HMGB1和TLR4的表達增加[32-35]。這些結果表明 HMGB1-TLR4 信號通路在各種癲癇患者的腦組織中被激活，同時在體液中上調，可能是大腦發育不良和自身免疫相關的癲癇發作的重要機制。
在動物實驗模型中，研究發現在紅藻酸（Kainic acid，KA）誘導的急性癲癇發作小鼠中，激活的HMGB1上調及其從細胞核到細胞質的易位增加[13]。Maroso等[14]提出HMGB1-TRL4信號通路在癲癇發作后被激活，并發現在TLR4?/?（敲出）小鼠中KA所致癲癇發作的頻率下降更多，而在RAGE?/?小鼠中發現癲癇發作頻率沒有明顯減少[29]，HMGB1-TLR4通道在致癇方面比RAGE通道研究價值更大。
HMGB1可以通過TLR4通道促進細胞興奮性，通過TLR4/NF-κB信號通路[36-37]發揮促癇作用。神經元中IL-1RI/TLR4軸的激活可以通過NMDA受體增強Ca2+內流，從而促進興奮性毒性和癲癇發作[38]。研究進一步發現，阻斷IL-1RI/TLR4通路對癥狀性癲癇發作[39]模型有治療作用。同時，神經元的高興奮性可對HMGB1信號通路進一步上調，DeSimoni等[40]發現，癲癇持續狀態大鼠在細胞高興奮性作用下，HMGB1相關的炎癥細胞因子如IL-1β的上調，可能與HMGB1的上調作用有關。細胞興奮性增高所致HMGB1上調與藥物難治性癲癇患者的癲癇發作頻率和持續時間相關[41-42]，在地西泮（Diazepam，DZP）難治性癲癇持續狀態小鼠中，研究者發現HMGB1上調并迅速降低急性癲癇持續狀態的發病閾值的機制是由下游受體TLR4介導的[34]。因此，HMGB1在接受刺激后易位和釋放到細胞質及細胞外，通過作用于IL-1RI/TLR4和RAGE受體，激活其下游的IL-1β和NF-κB，使NMDA受體表達增加，通過Ca2+內流提高細胞興奮性和促進癲癇發展。細胞興奮性又能刺激HMGB1在神經元、神經膠質細胞和免疫細胞中的表達和易位，這種機制可能以一種正反饋的方式相互促進，并為晚期卒中后自發性癲癇提供病理生理條件。
有研究提示抗HMGB1 mAb及甘草甜素具有抗癲癇能力，研究者向癲癇小鼠注射不同劑量的抗HMGB1 mAb，發現隨著劑量的提升，可以更加有效提高癲癇發作的閾值，減少全身性癲癇發作的持續時間，以及癲癇發作的頻率和嚴重程度[43]。在KA誘導的急性癲癇發作模型中，甘草甜素可抑制海馬和血清中的HMGB1的增加從而減少小鼠海馬中神經元細胞丟失[44]。由此可見，阻斷HMGB1及其下游信號通路，或者抑制神經膠質細胞的過度興奮性可能是抗癲癇發作藥物治療的方向。
4 高遷移率族蛋白 1與缺血性卒中后癲癇發作
缺血性PSE的機制目前尚不清楚。大多數現有研究認為細胞離子失衡和興奮性神經遞質是早期癲癇發作的主要原因，而晚期癲癇發作與膠質瘢痕形成導致神經元興奮性增加相關[ 45]。卒中后早期癲癇發作的機制包括：① 神經元缺血急性階段，谷氨酸增加，去極化閾值降低[46-47]；② BBB損傷和腦組織的缺血缺氧都會導致離子泵功能障礙。胞內鈣離子、鈉離子和細胞外鉀離子濃度的升高會引起神經過度興奮和減少癲癇發作閾值[ 48-49]；③ 缺血性損傷引起的星形膠質細胞和小膠質細胞活化，產生的炎癥介質增多，從而加劇對 BBB 的損害，這可能會促進癲癇發生 [ 50-51]；④ 神經血管單元完整性的破壞也會誘導白蛋白外滲，通過激活轉化生長因子（Transforming growth factor，TGF）信號通路導致細胞外谷氨酸的大量積累[ 52]。當興奮性神經遞質谷氨酸鹽在細胞外液中大量積累時，可以誘導或促進癲癇的發生[ 53-54]。
但上述機制均未直接證明與HMGB1及其通路相關，亦不能說明HMGB1是否參與了PSE疾病的發生過程。在2021年發表的綜述中，作者詳細羅列了諸多癲癇模型中HMGB1參與涉及的機制，尚未提到PSE模型與HMGB1的研究進展[ 28]。既往研究證明在獲得性癲癇的動物模型中，可以通過干擾多種急性損傷病因的過程來預防或中止癲癇，如通過使用酪氨酸激酶受體B（Tyrosine kinase receptor B，TrkB）/ 磷脂酶Cγ1（Phospholipase Cγ1，PLCγ1） 抑制劑、異氟醚或 HMGB1 抗體和腺苷局部給藥來減輕或終止癲癇發作[55 ]。這些動物模型強調了哺乳動物雷帕霉素靶蛋白1(mammalian Target of rapamycin1，mTOR1) 、JAK激酶（Janus kinase）-轉錄因子STAT 3（Stransducer and activator of transcription）、 白細胞介素-1受體 (Interleukin 1 receptor，IL-1R) 、TLR4 等信號通路和其他炎癥通路在腦損傷后癲癇的發生或調節中的作用，這些研究間接說明HMGB1及其IL-1R/TLR4受體的減少與癥狀性癲癇病情程度減輕可能相關。
在臨床上，研究者使用天麻素聯合葉酸和維生素B12對PSE患者進行治療,結果證明這三種藥物聯合使用可以明顯改善PSE患者炎癥反應癥狀,降低同型半胱氨酸基線水平,同時有效控制癲癇發作,臨床療效較好[56]。近期研究亦表明丙戊酸鈉聯合拉莫三嗪治療腦PSE能夠降低血液中的炎癥因子如HMGB1的表達水平[57]。以上的臨床研究中,癥狀性癲癇的改善與HMGB1炎性因子的降低有一定關聯,但其中機制還需要進一步研究。。
鑒于HMGB1-TLR4通路及HMGB1促進細胞興奮性在缺血性卒中及癲癇急性期的重要作用，我們可以對PSE急性期的相關機制提出如下假設，見圖3。① HMGB1-TLR4通路在大腦急性缺血缺氧后被激活，HMGB1上調到一定濃度后，產生致癇作用，下游相關炎性因子的出現導致PSE的發生發展，并進一步加重腦組織缺血性損壞，誘導癲癇發作；② HMGB1在缺血性卒中發生后經釋放和易位導致谷氨酸及其受體增加，大量Ca2+的內流增加細胞毒性，加重腦組織損傷及降低癲癇發作閾值，從而促進癲癇發作，并同時加重顱腦組織缺血缺氧；③ 上述相關機制相輔相成，不能單一將某種機制作為主要作用。
圖3
高遷移率族蛋白1與缺血性卒中后癲癇發作的假設機制
5 小結與展望
本文就缺血性卒中急性期及癲癇發作早期中HMGB1相關通路的變化及其在神經元興奮性的調控作用進行綜述，并對PSE機制提出假設。大量研究揭示了HMGB1在神經元疾病中的確切作用，也展示了其作為生物標志物的潛力，但如何將HMGB1的重要作用具體化，運用到臨床給患者帶來福音，并對其如何干預，這些問題缺口仍然是一項關鍵任務。隨著更多精確的神經科學技術的運用，這些問題在將來可能會逐一得到解決。
利益沖突聲明 所有作者無利益沖突。
