《Cell Host & Microbe》：HMGB1 functions as a critical mediator of host defense at the gut mucosal barrier
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本研究揭示HMGB1作为结肠黏液层关键防御因子，通过靶向细菌黏附素保守序列ToH1直接抑制肠道菌群黏附侵袭。研究人员发现HMGB1缺失导致溃疡性结肠炎患者黏膜屏障破坏，而补充HMGB1可恢复细菌聚集功能，阻断FimH介导的上皮黏附。该发现为精准靶向细菌毒力机制提供了新策略。
在人体肠道这个微生态系统中，数万亿微生物与宿主细胞仅隔着一层薄薄的黏膜屏障。令人惊奇的是，尽管肠道内充满具有黏附能力的细菌，它们却很少附着在健康组织上。这种精妙的共生关系如何维持？当这种平衡被打破时，又会引发怎样的后果？
近年来，科学家们逐渐认识到结肠黏膜屏障不仅是一道物理防线，更是一个活跃的免疫界面。其中，黏液层作为第一道防线，通过其凝胶状结构阻止细菌直接接触上皮细胞。然而，黏液层的化学成分如何主动调控细菌行为，这一直是肠道免疫研究的重要谜题。
正是在这样的背景下，Overstreet团队开展了一项开创性研究，发现高迁移率族蛋白B1（HMGB1）在结肠黏膜防御中扮演着意想不到的关键角色。这项发表在《Cell Host & Microbe》的研究揭示，HMGB1能够直接靶向细菌黏附素上的一个进化保守氨基酸序列（被命名为ToH1），从而有效阻止细菌黏附上皮细胞，维护肠道健康。
为了深入探索HMGB1的防御机制，研究人员运用了多种前沿技术方法：包括免疫荧光染色分析人体和小鼠结肠组织中HMGB1的分布；通过酶联免疫吸附测定（ELISA）和免疫印迹（Western blot）定量检测黏液和粪便中HMGB1水平；利用细菌黏附实验、红细胞凝集试验和免疫共沉淀等技术研究HMGB1与细菌黏附素的相互作用；采用荧光原位杂交（FISH）观察细菌在黏膜中的空间分布；并通过16S rRNA基因测序分析微生物群落组成变化。
HMGB1响应肠道菌群释放至结肠黏液
研究人员首先在人体结肠组织中发现，HMGB1存在于健康结肠的黏液层中，而在溃疡性结肠炎（UC）患者中，表面相关的HMGB1水平显著降低，且炎症越严重，HMGB1损失越多。在动物模型中，研究人员利用肠道上皮细胞特异性敲除HMGB1的小鼠（HMGB1ΔIEC）证明，结肠黏液中的HMGB1主要来源于肠道上皮细胞（IEC）。值得注意的是，无菌小鼠的结肠上皮细胞中HMGB1主要位于细胞核内，而普通环境饲养的小鼠则显示HMGB1大量存在于细胞质和黏液层，表明微生物信号触发了HMGB1的胞质定位和释放。
HMGB1通过聚集细菌阻止黏膜侵袭
通过体外黏液侵袭实验，研究人员发现缺失HMGB1的黏液更容易被细菌穿透。当将标记的结肠细菌与重组HMGB1（rHMGB1）共同孵育时，HMGB1能够引起各种细菌的广泛聚集，这种聚集效应使细菌无法有效侵入黏液层。进一步实验表明，HMGB1并不影响细菌存活，而是通过物理聚集作用限制细菌运动能力。
HMGB1靶向ToH1序列阻断细菌黏附
研究人员通过生物信息学分析发现，HMGB1可能靶向一个进化保守的氨基酸序列（ToH1），该序列存在于多种细菌黏附素中。以研究较为透彻的FimH（大肠杆菌1型菌毛黏附素）为例，ToH1序列位于其碳水化合物识别结构域表面可及区域。通过FimH敲除菌株的回补实验，证明HMGB1特异性结合野生型FimH而非ToH1突变体。均相时间分辨荧光（HTRF）实验测得HMGB1与FimH的亲和力极高，解离常数（Kd）为62.84 nM。
HMGB1直接抑制细菌对上皮的黏附和侵袭
在细胞实验中，HMGB1缺陷的Caco2细胞更容易被细菌黏附和侵袭，而添加rHMGB1可显著降低细菌附着。值得注意的是，这种保护作用不依赖于HMGB1对上皮细胞的直接效应，因为在无细胞体系中，HMGB1同样能抑制细菌对纤连蛋白的黏附。对黏附细菌的16S rRNA测序分析显示，HMGB1并不显著改变黏附菌群的种类组成，而是普遍降低各种细菌的黏附数量，表明其作用机制具有广谱性。
HMGB1防御失效与溃疡性结肠炎的相关性
在临床样本分析中，研究人员发现UC患者结肠表面HMGB1水平与组织内FimH阳性细菌数量呈负相关。随着HMGB1防御失效，表达ToH1的黏附细菌在组织中的数量增加，这为理解UC发病机制提供了新的分子解释。
该研究最终得出结论：HMGB1是结肠黏膜屏障中此前未被认识的关键防御成分，它通过靶向细菌黏附素上的保守ToH1序列，直接作用于细菌并抑制其黏附能力。在生理状态下，HMGB1构成了一道有效的“抗黏附”防线，维持肠道菌群与上皮细胞的适当距离。而在UC等疾病状态下，HMGB1防御系统的失效可能导致细菌过度黏附和侵袭，从而引发炎症反应。
这项研究的重大意义在于首次揭示了HMGB1在肠道黏膜防御中的直接抗菌功能，打破了对其仅作为损伤相关分子模式（DAMP）的传统认知。发现的ToH1靶点为开发精准抗菌策略提供了新方向，未来可能通过模拟HMGB1的抗菌机制，设计能够特异性抑制细菌毒力而不影响有益菌群的新型治疗方法。同时，HMGB1水平可能成为评估肠道屏障功能和炎症性肠病风险的有价值生物标志物。
