碱性成纤维细胞生长因子的研究进展

　医学杂志2008年6月第33卷第6期MedJChinPLAVol33No6June2008　・综　　述・

碱性成纤维细胞生长因子的研究进展

伊海英　孙晓艳　付小兵　任明姬　张广田

【关键词】　成纤维细胞生长因子2;受体;成纤维细胞生长因子【中国图书资料分类号】　R349151

　　碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblastgrowthfactor,

bFGF)是成纤维细胞生长因子蛋白(fibroblastgrowthfactors,

FGFs)家族中的一员。目前已发现至少22种FGF,其中FGF21(aFGF)、FGF22(bFGF)及FGF27的研究较为深入。bFGF是哺

旁分泌的形式出现在胞外,迄今仍没有明确的解释。

3　bFGF受体的种类及其结构

bFGF受体可分为高亲和力和低亲和力受体两种,高亲和力

受体即成纤维细胞生长因子跨膜受体(fibroblastgrowthfactor

receptors,FGFRs),低亲和力受体即硫酸肝素蛋白多糖(Heparan

sulfateproteoglycans,HSPG)。bFGF发挥其生物学效应主要通

乳动物和人体中一种非常微量的活性物质,因其具有广泛的生理功能和重要的临床应用价值而被国内外学者高度重视。bF2

GF不仅能刺激新生血管形成,参与创伤愈合和组织再生,促进

过细胞膜上的FGFR,但要依赖于HSPG的作用[4]。

FGFRs是一类穿膜的酪氨酸激酶受体,介导FGF信号传递

入细胞中,其基本结构包括胞外区、跨膜区和酪氨酸激酶区[5]。目前发现脊椎动物的FGFRs共有4种,分别为FGFR21、FGFR2

2、FGFR23、FGFR24。其中FGFR21和FGFR22对bFGF有较高

胚胎组织发育和分化等,此外还与肿瘤的发生发展密切相关。近年来,重组bFGF已被应用于临床治疗创伤、溃疡及神经系统等疾病。

1　bFGF的发现及其体内分布1974年,Gospodarowicz等从牛脑垂体中分离纯化一种对

[1]

的高亲和力。FGFRs的胞外部分含有3个免疫球蛋白样结构域和1个肝素结合结构域,在第1和第2个免疫球蛋白样结构域之间是一段由酸性氨基酸组成的序列,是FGFRs统一的保守结构,这一保守结构与FGFRs的功能有着重要关系,而第3个免疫球蛋白样结构域决定着其配体的特异性。FGFRs的胞内部分含有一段较长的近膜区和一个分离的酪氨酸激酶结构域。各种

FGFRs的C末端序列稍有不同,被认为是与胞内各种激酶发生

成纤维细胞系Balb/c3T3的增殖具有促进效应的多肽,命

名为成纤维细胞生长因子(fibroblastgrowthfactor,FGF),其等电点为916,后来发现脑组织中尚有另外一种与其同源性较强、功能相似但等电点为516的FGF,故将前者命名为碱性成纤维细胞生长因子(bFGF),后者命名为酸性成纤维细胞生长因子(a2

cidicfibroblastgrowthfactor,aFGF)。

bFGF在体内分布极为广泛,在垂体、下丘脑、视网膜、肾上

特异性作用的部位[6]。

HSPG是一组蛋白聚糖,广泛存在于细胞外基质和细胞表

面。细胞基质中的HSPG与bFGF结合形成复合物,保护其免受热、pH值变化等各种因素所导致的蛋白变性和降解;同时由于HSPG能够与bFGF快速、可逆地结合,故可形成活性bFGF的储存池。细胞膜上的HSPG以穿膜蛋白或与细胞膜紧密结合的形式存在,能够促进bFGF与FGFR的结合[7]。

此外,近年来研究发现,FGFRs的分布具有组织/细胞特异性,这与它们在胚胎形成过程中分别发挥不同的作用有关,且其在特异组织/细胞中的分布缺陷可导致某些先天性疾病[8]。

FGFR21分布于中胚层起源的组织,主要在中胚层形成早期和神

腺、胸腺、黄体、肾、心、肝、胎盘及多种肿瘤组织中均有分布。现已证实所有的器官、肿瘤和体外培养的细胞中都能检测到bFGF的表达。其中以垂体含量最高(015mg/kg),而其他组织的含量较低,约为垂体中的1/10～1/50,而在血清和体液中浓度极低。

bFGF具有能促进多种来自中胚层和神经外胚层的细胞生长、增

殖和分化的生物学活性,可能是其分布广泛的重要原因。

2　bFGF的种类及生物结构

bFGF是一种碱性多肽,等电点916～918,其基因具有高度

[2]

经外胚层形成过程中的细胞迁移方面起作用,参与早期器官发生时的细胞分化;FGFR22分布于内胚层起源的组织,主要在器官形成晚期表达而发挥作用;FGFR23主要分布于神经组织,主要参与中枢神经系统少突胶质细胞和星形胶质细胞的分化,同时也参与骨组织的形成;FGFR24分布于肌肉、肝、胆、肺和肾等组织,主要在内胚层形成的终末阶段和胚胎肌节中高表达。

4　bFGF相关的信号转导途径

保守性,人、鼠、牛的bFGFcDNA序列已分析清楚,均为单拷贝基因,核苷酸序列高度同源。人源性bFGF基因定位于染色体

4q27

[3]

,长度为34～38kb,有2个内含子及3个外显子,其转录产

物RNA有多个拼切位点,由此产生多种分子量的bFGF。目前已经发现5种形式的bFGF,其分子量分别为18、22、2215、24和

34kD。18kD的bFGF含有146个氨基酸,从bFGF编码序列上

游AUG密码子起始翻译,定位于细胞质内,能够促进细胞迁移、和增殖。而由CUG密码子起始翻译形成的22、2215、24和

研究表明,bFGF诱导的信号途径是正常细胞分化所必需

34kD的bFGF则定位于细胞核,可能与细胞生长和凋亡有关。【作者单位】　100037　北京　总医院第一附属医院全军创伤修分泌到胞外的主要是18kD的bFGF,是其活性的主要形式,也是复重点实验室(伊海英、孙晓艳、付小兵);内蒙古医学院组织胚胎学教研

现今研究最多的bFGF[4]。

与其他生长因子不同,bFGF缺少典型的信号肽序列,不能通过经典的高尔基2内质网途径分泌到胞外,却能以自分泌或者

室(伊海英、任明姬、张广田)

【通讯作者】　付小兵,E2mail:fuxb@cgw1net1cn

【基金项目】　国家重点基础研究规划项目(2005CB522603)

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的[9],参与血管新生、胚胎发育、骨骼形成和伤口愈合等生理过程。该途径具体为:bFGF通过HSPG结合到FGFR上,导致

FGFR的酪氨酸激酶活性增强,进而与具有Src原癌基因家族同

511　促血管生成作用　bFGF在体内和体外均能明显促进新生

血管形成,可趋化血管内膜的各类细胞,并促进其增殖和迁移,是主要的血管生成因子。在对移植血管及损伤血管的再生作用研究中发现,手术创面早期分泌的bFGF是促进血管形成的重要因素之一[16]。最新研究发现,bFGF在体外能与其他生长因子联合诱导外周单个核细胞定向分化为血管内皮细胞[17]。

512　损伤修复作用　组织损伤后,局部bFGF表达增加,不仅可

源区(SH2)的蛋白结合,并使自身的酪氨酸残基发生磷酸化,分别激活不同的信号转导途径[10]。

bFGF/FGFR激活的信号转导途径主要包括以下几种:①

蛋白激酶C(proteinkinaseC,PKC)途径。FGFR被激活后,可通过不断地与磷脂酶C(phospolipaseC,PLC)分子上的SH2结构域结合来快速吸纳该分子,激活的PLC可水解其底物4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)形成二酰基甘油(DAG)和三磷酸肌醇

(IP3)两个二级信号。IP3通过与细胞内特异受体结合而刺激细

通过趋化作用使单核细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、成纤维细胞等向损伤部位聚集,而且能促进血管和肉芽组织的生成,促进软组织和骨组织中各种与损伤修复重建有关的细胞增殖[18],对组织的损伤修复起至关重要的作用。动物实验已证实bFGF具有明显的促进创伤修复和组织再生作用,例如神经组织再生、炎症、溃疡、某些组织移植术后的修复等[19220]。另外,在临床研究中也已证实,外源性bFGF可通过对细胞的有效促进伤口愈合,同时通过部分重建基底膜结构而减轻瘢痕的形成[21]。

513　诱导胚胎发育　在体内,bFGF作为早期胚胎发育的营养胞内的钙池释放Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶。此外,Ca2+与DAG都能激活PKC家族中的成员。由PIP2水解产生的二级信号除了磷酸化和激活转录因子外,还可激活多种细胞内的反应[11]。②Ras/Raf/MEK/ERK路径[3]。该途径的最初激活是鸟嘌呤核苷酸交换因子Sos被移至胞膜使其靠近小G蛋白

Ras,促进鸟嘌呤核苷酸在Ras面上交换而使Ras成为Ras2GTP因子,能诱导中胚层的形成,并可作用于来自中胚层的多种细胞,刺激其增殖和分化。体内研究和体外实验均表明bFGF对多种胚胎细胞具有促作用,对卵裂早期的胚胎发育具有重要意义[5]。

514　bFGF与肿瘤的关系　bFGF与肿瘤的关系一直是人们研

形式。Ras一旦处于与GTP连接的激活状态,便与一些效应蛋白如IP3、Raf反应而激活细胞内的一些生理过程。被激活的Raf通过将促原激活的蛋白激酶的激酶(MEK)活性环上的丝氨酸残基磷酸化而将其激活[12]。MEK再将促原激活的蛋白激酶(ERK)激活,进而磷酸化许多与胞质和胞膜相连的底物,ERK还可被快速地转运入细胞核,参与去磷酸化和激活转录因子的过程。③蛋白酪氨酸激酶(Januskinase,JAK)/信号转导子及转录激活子(signaltransducerandactivatoroftranscrip2tion,STAT)途径。FGF与FGFR结合后,FGFR的自身磷酸化使JAK活化。活化的JAK使受体磷酸化,再活化STAT蛋白。

STAT蛋白能使C端保存的酪氨酸残基磷酸化。STATs被磷

究的热点。bFGF由于具有促进多种细胞生长、繁殖以及促血管生成等作用,与肿瘤的发生、发展及预后密切相关[22]。许多研究表明,bFGF及FGFR能促进肿瘤的血管形成及生长,与肿瘤的分期、转移、预后及疗效密切相关[23]。

515　神经营养作用　bFGF广泛存在于中枢及外周神经系统

中,对神经组织具有促进生长分化、维持存活的作用。有研究表明,bFGF还能通过多种途径保护神经组织免受一些化学损伤[24],并可促进受损神经元的修复和再生。bFGF广泛的神经营养活性日益引起重视,并已在治疗神经损伤、神经退行性病变、脑血管病和脑外伤引发的缺血性中枢神经损伤等临床领域得到应用。【参考文献】

[1]

GospodarowiczD,JonesKL,SatoG1Purificationofagrowthfactorforovariancellsfrombovinepituitaryglands1ProcNatlAcadSciUSA,1974,71(6):2295[2][3]

酸化后即脱离它所在的受体形成稳定的同源或异源二聚体并定

位于细胞核,与γ干扰素激活部位(GAS)增强子家族成员结合并激活靶基因的转录[13]。④磷脂酰肌醇232激酶(phosphatidylinositol232kinase,PI3K)途径。bFGF结合FGFR后,引起FGFR的自身磷酸化,然后与PI3K通过调节亚基结合,使PI3K活化,进而导致其磷酸化肌醇磷脂产物增加。PI3K的磷酸化磷脂产物与蛋白激酶B(proteinkinaseB,PKB)的PH结构域结合,使

PKB向质膜转位,发生变构,在PI3K依赖激酶Ⅰ的作用下,引起

其苏氨酸残基和丝氨酸残基磷酸化,使PKB活化后脱离质膜进入胞质和胞核,引起细胞生存、代谢、骨架重组等重要的生物学事件[14]。

除了以上途径,bFGF/FGFR信号传导还有其他的一些途径,这些途径之间及其与别的一些生长因子的途径之间可以互相作用,从而形成复杂的网络调节机制。

5　bFGF的生物学活性

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自1986年Abraham等[15]首次测出了bFGF的cDNA以来,

bFGF基因的克隆和表达研究取得了重大进展,在不同的实验室

[5]ItohN1TheFgffamiliesinhumans,mice,andzebrafish:theirevo2lutionalprocessesandrolesindevelopment,metabolism,anddisease1BiolPharmBull,2007,30(10):1819

构建了多种载体,均表达出有活性的bFGF,且在体内和体外均表现出广泛的生物学活性。实验证明,人工重组的bFGF和天然的bFGF有着同样的生物功能。最近几年随着生物工程技术的发展,已能大批量生产重组人bFGF,并在临床用于治疗某些疾病。

[6]ZhangX,IbrahimiOA,OlsenSK,etal1Receptorspecificityofthefibroblastgrowthfactorfamily1ThecompletemammalianFGFfami2ly1JBiolChem,2006,281(23):15694

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[8]

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protectsagainstrotenone2induceddopaminergiccelldeaththroughac2tivationofextracellularsignal2regulatedkinases1/2andphosphati2dylinositol23kinasepathways1JNeurosci,2006,26(17):4481

(2008201210收稿　2008204225修回)

国烧伤创疡杂志,2005,17(1):74

[17]吴维,胡何节,邓福生,等1血管内皮细胞生长因子和碱性成纤维

(责任编辑　胡全兵)

(上接第768页)

索。对于良性肿瘤,本文希望通过该研究进一步提高

其治疗的安全性和方便性。研究结果证实了该方法对于良性肿瘤和恶性肿瘤都具有较好的有效性和安全性,进一步拓宽了HIFU技术的应用领域。有的良性肿瘤能够实现100%体积消融,病灶体积50%以上的累计消融率可以达到9714%(37/38)。更为重要的是,该方法有效提升了HIFU治疗的安全性,尤其在保护神经、皮肤、骨骼等方面。麻醉条件下,患者不具备对神经刺激的保护性反应,因而在治疗能量涉及到神经组织时,损伤神经的可能较大;而在镇静止痛条件下,患者的神经反射正常,医生可以通过与患者沟通,或观察神经系统受到刺激后产生的被动反射,有效地避免神经组织的严重损伤,皮肤、骨骼等既往容易受损伤的组织也可以得到有效保护。由于HIFU消融治疗主要为一次性治疗,有些治疗需时较长,既往麻醉条件下,患者长时间处于被迫体位,有可能导致血管、神经因受牵拉而损伤(主要是部分血管、神经已经受累的四肢肿瘤患者),部分软组织也有可能受到患者自身体重的压迫而损伤。在本研究中,患者仍然具有保持自我体位的保护能力。此外,这种方法在降低麻醉风险、减少治疗

费用以及开展与其他治疗联合应用的研究等方面,也

具有积极的临床意义[7]。

【参考文献】

[1]

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(2008204220收稿　2008205204修回)

(责任编辑　沈宁)