《Journal of Cell Communication and Signaling》：Extracellular high mobility group box 1 as a UV-induced alarmin driving cutaneous inflammation and photoaging via TLR4 signaling
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高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1, HMGB1）是一种核蛋白，在细胞外释放后作为损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern, DAMP）分子发挥作用。它在无菌性炎症中具有明确作
高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1, HMGB1）是一种核蛋白，在细胞外释放后作为损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern, DAMP）分子发挥作用。它在无菌性炎症中具有明确作用，但其在紫外线（ultraviolet, UV）诱导的人皮肤炎症中的参与仍知之甚少。本研究调查了UV照射和慢性光老化是否触发人皮肤中HMGB1的释放，以及这种释放是否驱动促炎细胞因子表达和光老化。急性UV照射和慢性光老化的人皮肤均表现出HMGB1释放，其时间上与光老化相关的关键促炎细胞因子IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α的上调相关。在培养细胞中，UV照射降低了细胞内HMGB1蛋白而不改变mRNA水平，同时增加了上清液中的细胞外HMGB1，证实了主动分泌而非被动泄漏。HMGB1敲低和阻断其主受体Toll样受体4（Toll-like receptor 4, TLR4）显著减弱了两种细胞中UV诱导的促炎细胞因子表达。在小鼠皮肤中，破坏HMGB1–TLR4轴减少了中性粒细胞浸润，抑制了细胞因子表达，并减轻了真皮损伤（光老化）。总之，这些发现表明，UV照射促进皮肤细胞主动释放HMGB1，通过TLR4信号放大皮肤炎症并加重真皮损伤。因此，靶向HMGB1–TLR4轴是减轻UV诱导的皮肤炎症及其下游病理（包括光老化）的有前景的策略。
研究背景：紫外线（ultraviolet, UV）辐射是损害人皮肤的主要环境因素，导致光老化、免疫抑制和皮肤癌发生。急性UV暴露触发以促炎细胞因子产生为特征的炎症级联反应。尽管UV辐射的直接DNA损伤效应已被广泛研究，但UV诱导炎症的分子机制仍未完全阐明。高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1, HMGB1）是一种普遍存在的核蛋白，既作为染色质结合因子，又作为损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern, DAMP）分子。生理条件下，HMGB1主要定位于细胞核，维持基因组完整性并调节基因表达。在细胞应激或损伤条件下，HMGB1通过主动分泌或被动释放至细胞外空间，与Toll样受体（Toll-like receptors, TLRs）和晚期糖基化终末产物受体（receptor for advanced glycation end products, RAGE）等模式识别受体结合，触发下游炎症信号级联。HMGB1在缺血再灌注损伤、自身免疫疾病和组织损伤等无菌性炎症中的核心作用已被充分证实，但其在UV诱导人皮肤炎症中的参与尚未被深入研究。鉴于UV照射引起皮肤显著的细胞应激和损伤，而HMGB1释放是细胞损伤的标志，研究人员假设UV暴露诱导皮肤细胞释放HMGB1，随后促进UV损伤皮肤特征性的促炎细胞因子反应。
本研究证明，UV照射触发人皮肤中表皮角质形成细胞和真皮成纤维细胞这两种主要细胞类型的HMGB1释放，且该释放与关键促炎细胞因子的诱导在时间上相关。此外，研究人员证实HMGB1–TLR4信号传导有助于UV诱导的细胞因子表达，提示靶向该通路可能成为减轻UV诱导皮肤炎症并预防光老化及其他UV相关皮肤损伤的治疗策略。论文发表在《Journal of Cell Communication and Signaling》。
主要关键技术方法：研究人员使用人皮肤样本队列，包括6名健康志愿者（平均年龄39±8.2岁，男女各3例）的臀部防晒皮肤接受2倍最小红斑量（minimal erythema dose, MED）模拟太阳UV照射，以及54–65岁个体慢性光老化前臂皮肤和防晒上臂皮肤；原代角质形成细胞和成纤维细胞来自25–52岁健康臀部皮肤供体。细胞实验采用UVB照射（50 mJ/cm2），结合HMGB1 siRNA敲低、TLR4抑制剂TAK-242处理，通过Western blot、ELISA、qRT-PCR、免疫荧光/免疫组织化学检测表达。小鼠实验使用8周龄雌性C57BL/6J小鼠，局部应用TAK-242后UVB照射（150 mJ/cm2），利用Ly6G免疫染色评估中性粒细胞浸润，二次谐波（second harmonic generation, SHG）显微镜和胶原杂交肽（collagen hybridizing peptide, CHP）染色评估胶原降解。
研究结果：
3.1 UV照射诱导HMGB1释放，并与UV诱导的人皮肤细胞因子表达相关。通过对人臀部皮肤急性UV照射后不同时间点活检，免疫荧光染色显示HMGB1在表皮角质形成细胞和真皮成纤维细胞中表达随时间降低；慢性光老化前臂皮肤中HMGB1也低于防晒上臂皮肤。qRT-PCR检测显示促炎细胞因子IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α在照射后4小时开始诱导，8小时达峰，且在光老化皮肤中同样上调。
3.2 UV照射诱导人皮肤角质形成细胞和成纤维细胞中HMGB1释放。细胞实验中，UV照射不改变HMGB1 mRNA水平，但免疫荧光和Western blot显示细胞内HMGB1蛋白减少，ELISA检测培养上清中HMGB1随时间增加，证实UV诱导HMGB1的主动分泌而非被动泄漏。
3.3 抑制HMGB1–TLR相互作用可减少UV诱导的促炎细胞因子产生。UV诱导角质形成细胞和成纤维细胞中IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α表达，成纤维细胞反应幅度较低。HMGB1 siRNA敲低部分降低UV诱导的促炎细胞因子表达。TLR4抑制剂TAK-242阻断HMGB1–TLR4相互作用后，两种细胞中UV诱导的细胞因子表达均显著降低。
3.4 抑制HMGB1–TLR通路可减少小鼠皮肤中UV诱导的促炎细胞因子产生。体内实验中，UV照射降低小鼠皮肤细胞HMGB1表达；TAK-242预处理显著减弱中性粒细胞浸润，抑制UV诱导的促炎细胞因子表达，并降低NF-κB（p65）和ERK（p-ERK）的激活水平。
3.5 抑制HMGB1–TLR通路减轻UV诱导的小鼠皮肤真皮结构改变。四周UV照射后，TAK-242处理组小鼠皮肤厚度得到保留，免疫细胞浸润减少，UV诱导的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, Mmps）表达上调受抑，CHP染色显示胶原降解减少，SHG成像显示胶原纤维束厚度、密度和分布得到改善。
讨论部分：研究人员指出，UV照射导致HMGB1蛋白快速下降而mRNA不变，并伴随培养上清中HMGB1升高，证实HMGB1释放是由转录后机制介导的主动分泌。HMGB1敲低仅部分抑制UV诱导的细胞因子，提示UV炎症涉及多条平行通路。TLR4抑制在体内外均显著降低细胞因子产生，表明TLR4是HMGB1促进UV诱导炎症的关键受体。慢性光老化皮肤中HMGB1表达降低，提示反复UV暴露导致的HMGB1累积释放可能参与光老化相关的慢性低度炎症。此外，成纤维细胞基线HMGB1 mRNA表达高于角质形成细胞，但角质形成细胞的细胞因子反应更强；HMGB2也表现出类似降低趋势。未来的研究方向包括UV触发HMGB1释放的精确机制及HMGB1氧化还原状态对其生物活性的影响。基于TAK-242局部应用的有效性，研究人员认为HMGB1–TLR4轴是缓解UV诱导皮肤炎症和光老化的潜在治疗靶点。
研究结论：本研究证实，UV照射诱导人皮肤细胞释放HMGB1，并通过TLR4信号传导促进促炎细胞因子产生；阻断HMGB1–TLR4通路可减轻UV暴露后的皮肤损伤。这些发现揭示了UV诱导皮肤炎症的新机制，并提示靶向HMGB1–TLR4轴是预防光老化并可能降低UV相关皮肤病理风险的潜在治疗策略。
