肝细胞生长因子的生物学应用实验研究进展(1)
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生长因子的生物学功能与应用生长因子是细胞的生长、增殖和发育不可或缺的信号传递分子。
在人体内,生长因子分布广泛,影响多个器官和组织的发育、修复和再生。
生长因子也成为人类健康领域研究热点之一,目前已经有许多生长因子在医学、农业等领域得到应用。
本文将主要介绍生长因子的生物学功能和应用。
一、生长因子的生物学功能1.1 促进细胞增殖生长因子可以直接作用于细胞表面受体,促进细胞增殖和分裂。
例如,表皮生长因子(EGF)可以刺激表皮细胞的增殖,加速伤口愈合。
由此,EGF被广泛地用于皮肤创伤和烧伤的治疗。
1.2 促进细胞分化生长因子还可以促进细胞分化成特定的细胞类型。
例如神经生长因子(NGF)可以促进神经元的生长和发育;骨形态发生蛋白(BMP)可以促进骨细胞的分化,形成新的骨组织。
这种特定的细胞分化作用被广泛应用于神经系统和骨科领域的治疗中。
1.3 促进器官发育生长因子也可以参与整个器官的发育过程。
例如,多种细胞因子参与心肌细胞的发育。
缺乏心肌细胞的生长因子或者信号通路异常都可能导致先天性心脏病的发生。
二、生长因子的应用2.1 医药领域生长因子在医药领域中的应用主要是为了促进人体组织的生长和修复。
生长因子在愈合创伤、手术和器官移植等方面得到了广泛地应用。
例如,FGF、G-CSF等生长因子可以刺激血管和免疫细胞的增殖,加速损伤部位的修复。
利用生长因子进行组织工程也是在发展中的一种新型治疗方法,在心血管、肝、神经系统和造血等领域中有较好的应用前景。
2.2 农业领域在农业领域中,生长因子主要用于促进植物的生长和产量。
植物生长因子与动物生长因子有着相同的作用原理:可以直接增加植物的细胞分裂和伸长,推进植物的成长。
目前,植物生长因子种类也越来越多,应用的范围也在扩大。
例如植物生长素可以促进植物开花、结实,还可以防止落叶、促进果实的舒缓。
2.3 航空、航天领域在航空、航天领域,生长因子也得到了广泛的应用。
例如,在太空船上,航天人员由于长期处于严重缺乏重力环境下,身体免疫、肌肉萎缩、骨质疏松等问题频发。
肝细胞生长因子(HGF)诱导肝癌Huh7细胞发生上皮间质转化(EMT)后细胞膜表面糖蛋白糖谱的变化莫翠菊;秦雪;康晓楠;彭契六;江凯;卢宇;隋靖喆;翟励敏;刘银坤【摘要】目的应用凝集素芯片技术寻找肝癌细胞表面转移相关的特征性糖谱.方法应用肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)诱导建立肝癌上皮间质转化(epithelial mesenchymal transition,EMT)细胞模型.通过凝集素芯片比较诱导前后细胞膜的糖谱改变,采用凝集素印迹和荧光细胞凝集素免疫组化方法验证芯片结果.结果诱导后细胞对凝集素ACL、BPL、JAC、MPL、PHA-E、SBA和SNA 的亲和作用减弱,而对凝集素AAL、ConA、DBA、GSLⅡ、ECL、HAL、LCA、LTL、NML、NPL、PHA-L、PTLⅡ和WFL的亲和作用增强.提示诱导后肝癌细胞表面出现了黏蛋白T/Tn抗原、平分型N-乙酰葡萄糖胺、α2,6唾液酸和末端a或β连接的N-乙酰半乳糖胺结构减少;而末端和核心岩藻糖、高甘露糖、N-乙酰葡萄糖胺p 1,6分支和复杂型寡糖分支结构增多.结论肝癌细胞发生EMT过程中细胞膜表面糖链结构改变,提示糖链结构与肝癌的转移密切相关,为有效控制肝癌转移、改善预后提供了新思路.【期刊名称】《复旦学报(医学版)》【年(卷),期】2014(041)002【总页数】7页(P198-204)【关键词】凝集素芯片;糖谱;肝癌(HCC);上皮间质转化(EMT);肝细胞生长因子(HGF)【作者】莫翠菊;秦雪;康晓楠;彭契六;江凯;卢宇;隋靖喆;翟励敏;刘银坤【作者单位】广西医科大学第一附属医院检验科南宁530021;复旦大学附属中山医院肝癌研究所上海200032;广西医科大学第一附属医院检验科南宁530021;复旦大学生物医学研究院上海200032;广西医科大学第一附属医院检验科南宁530021;复旦大学附属中山医院肝癌研究所上海200032;复旦大学生物医学研究院上海200032;广西医科大学第一附属医院检验科南宁530021;广西医科大学第一附属医院检验科南宁530021;广西医科大学第一附属医院检验科南宁530021;复旦大学附属中山医院肝癌研究所上海200032;复旦大学生物医学研究院上海200032【正文语种】中文【中图分类】R392.12蛋白质糖基化是翻译时一种重要的共修饰方式,蛋白质糖基化修饰伴随多种肿瘤的发生和侵袭转移,并会随着病情而改变[1]。
生长因子的作用机制和治疗应用生长因子是一类具有生物活性的蛋白质,它们能够刺激细胞增殖、分化、成熟和功能发挥。
人类体内存在多种生长因子,这些生长因子的功能不同,作用于不同的细胞类型和组织器官。
生长因子对于调控机体的生命活动、维持健康具有重要作用,因此,生长因子的研究和应用十分重要。
生长因子的作用机制生长因子首先与相应的受体结合,通过受体的激活和信号传递,调控下游的多个生物学过程,包括基因表达、细胞增殖、分化、成熟和功能发挥等。
以表皮生长因子为例,它与表皮生长因子受体结合后,激活下游的信号通路,促进细胞的增殖和分化,并参与了皮肤修复和再生的过程。
生长因子的作用机制十分复杂,包括多种信号通路的交汇,其中有些信号通路相互作用、交叉调控,进一步增加了生长因子对生命系统的调控。
生长因子的治疗应用生长因子为多种疾病的治疗提供了新的思路和方法。
目前已经有多种生长因子被应用于临床治疗,包括单独应用或与其他治疗手段联合应用。
以下是几个典型的临床应用案例:1. 血小板衍生生长因子(PDGF)和纤维连接蛋白(FGF)等生长因子可用于促进组织修复和再生。
例如,在骨折和牙槽骨缺损等情况下,通过向患者注射这些生长因子,可促进骨头和牙槽骨的再生,缩短治疗时间。
2. 表皮生长因子(EGF)和角质细胞生长因子(KGF)等生长因子可用于治疗皮肤损伤和失真等问题。
例如,在烧伤、切割伤和手术切口愈合等情况下,通过外敷含有这些生长因子的药物,可促进皮肤细胞的增殖和修复,加速皮肤的愈合。
3. 肝生长因子(HGF)等生长因子可用于治疗肝病和心血管疾病等问题。
例如,在肝病患者中,通过向患者注射肝生长因子或使用基因治疗的方式,可促进肝细胞的增殖和修复,维持肝功能。
需要注意的是,生长因子虽然在治疗上具有广泛的应用前景,但也存在一些问题需要解决。
首先,由于生长因子作用机制的复杂性,其治疗效果难以预测和控制;其次,生长因子在大剂量应用时可能出现毒副作用,需谨慎调控;此外,生长因子治疗的经济成本较高,需要进一步优化和降低。
生长因子及其受体在肝癌中的作用探究肝癌是一种以肝细胞为起源的癌症,它是全球第四大癌症死因。
肝癌的预后通常很差,因此,研究肝癌的发病机制以及探究潜在的治疗方法变得至关重要。
生长因子及其受体在肝癌中的作用是一个研究的热点,下面将对其进行深入探讨。
一、生长因子及其受体简介生长因子是一类内源性蛋白质分子,它们在细胞增殖和分化中起关键作用。
生长因子分泌到周围的细胞或直接与受体结合,调控细胞的生物学行为,如增殖、分化、凋亡等。
目前已知的生长因子有很多种,例如表皮生长因子(EGF)、胰岛素样生长因子(IGF)等。
生长因子的作用是通过结合相应的受体来实现的。
受体是负责接受生长因子信号的膜蛋白。
它们属于跨膜受体家族,通过膜内外的区域进行信号传递。
感受到生长因子的受体会成为激活状态,从而引发生物学反应。
二、生长因子及其受体在肝癌中的作用生长因子及其受体在肝癌中发挥着重要的作用。
从肝癌细胞的角度来看,它们的表达经常异常增加,这一现象与肝癌的发生和进展有关。
目前研究发现,EGF、FGF、HGF、IGF等多种生长因子及其受体在肝癌中发挥着重要的作用。
1. EGF及其受体在肝癌中的作用EGF作为一种重要的生长因子,与EGF受体结合后,可以引起多种细胞信号通路的激活,从而促进肝癌的增殖和转移。
研究表明,EGF及其受体(EGFR)在肝癌中的表达量与肝癌的发生、病程、转移等密切相关。
因此EGFR被视为肝癌表面标志物和治疗靶点。
2. FGF及其受体在肝癌中的作用FGF是另一种常见的生长因子,它的受体与制动肝癌细胞增殖、促进血管生成、调控肝癌转移等。
研究表明,FGF和其受体(FGFR)信号通路在肝癌的发生和发展中起着至关重要的作用。
3. HGF及其受体在肝癌中的作用HGF是一种重要的生长因子,可以通过与肝细胞生长因子受体(c-met)结合,促进肝癌的增殖和转移。
研究表明,c-met是一种重要的促进肝癌增殖和转移的信号通路,是新一代抗肿瘤药物的潜在治疗靶点。
肝细胞生物学的研究和应用肝是人体内最大的内脏器官,其主要功能是合成、调节和储存重要代谢产物。
肝脏还参与许多重要生物过程,如血糖调节、脂肪代谢、胆固醇合成、激素合成和解毒。
肝细胞是肝脏的主要细胞类型,其特殊结构和功能使其成为了许多生物学研究、药物研发和临床应用的理想模型。
肝细胞的结构和功能肝细胞是一个六面体细胞,在外观上有羊角状突起。
肝细胞是功能复杂的细胞,有许多细胞器和分子机制参与合成、代谢和分泌。
肝细胞的主要功能包括蛋白质、核酸和脂类的合成,代谢有机物和无机物,然后将代谢产物转移到周围组织或循环系统中。
肝细胞在人体中起着很重要的作用,主要涉及以下四方面:1. 代谢:肝细胞参与碳水化合物、脂肪、蛋白质代谢过程,可以通过无氧代谢将乳酸和糖原转化为能量源供给其他组织和器官。
2. 分泌:肝细胞产生和分泌许多生物活性分子,如胆汁酸、胆固醇、脂蛋白、维生素D代谢物和红细胞生长因子等,这些物质对身体健康和生命活动具有重要影响。
3. 解毒:肝细胞是人体内的主要解毒器官,可分解或排出体内各种有害物质,如酒精、药物和多种毒素。
4. 肝脏再生和修复:肝细胞具有再生能力,可以快速增殖以修复受损的肝脏组织。
肝细胞生物学的研究方法肝细胞生物学研究是大量基础研究的基础,也是促进肝脏疾病诊断、治疗和预防的关键。
现在,人们可以使用多种技术研究肝细胞的结构、功能和生物学行为。
以下是一些常见的肝细胞研究技术。
1. 细胞培养模型:细胞培养模型是最基本的肝细胞研究技术。
使用这种方法,人们可以将肝细胞培养在人工培养基中,还可以添加特定的细胞因子和分子,以模拟体内的肝脏环境。
这种方法可以研究肝细胞的基本生物学行为和代谢过程,也可以用于研究新药物的毒理学特性和作用机制。
2. 基因敲除技术:基因敲除技术是一种修改肝细胞基因表达的方法,可以研究肝细胞功能和基因调节的机制。
使用该技术可以探讨细胞内信号传导的作用,还可以分析细胞分化和细胞再生的机制。
c-met是一种由c-met原癌基因编码的蛋白产物,为肝细胞生长因子受体,具有酪氨酸激酶活性,与多种癌基因产物和调节蛋白相关,参与细胞信息传导、细胞骨架重排的调控,是细胞增殖、分化和运动的重要因素。
目前认为,c-met与多种癌的发生和转移密切相关,研究表明,许多肿瘤病人在其肿瘤的发生和转移过程中均有c-met过度表达和基因扩增。
本文就c-met在大肠肿瘤中的作用作一综述。
1 c-met基因的结构和功能1984年Cooper在研究人骨肉瘤Hos细胞系时,克隆出了一个具有转化活性的片段,定名为c-met [1]。
c-met位于人类7号染色体长臂(7q31)。
c-met基因大小约110kb,包括21个外显子。
启动子区域有许多调控序列,如IL-6和HGF等[2]。
在不同组织和细胞系中c-met的转录产物有多种。
如9.0、7.0、6.0、5和3.5的mRNA,这可能是由于转录的启始位点及剪切的方式不同造成的。
各种转录产物的功能尚不清楚,但某些转录产物只在特定的癌组织中出现,因此,这些转录产物可能与特定组织的癌变有关。
9.0kb转录产物较普遍存在,是编码正常膜受体的转录产物。
其前体蛋白分子量为140KD,经糖基化作用产生170KD的糖蛋白。
进而切割成5 0KD的α亚基和145kD的β亚基,两个亚基以二硫键相连形成190kD的成熟受体蛋白。
成熟的受体蛋白位于细胞膜上。
β亚基有胞外区、跨膜区和胞内区。
α亚基只有胞外部分,借助于二硫键附于β亚基上。
α亚基和β亚基的胞外区是配体识别部位,而胞内部分具有酪氨酸激酶活性。
c-met受体的配体是肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF),也称为离散因子(scatter facˉtor)。
由于c-met在不同细胞、不同分化阶段作用的底物不同,使其在特定的条件下表现出多种功能:(1)促进肝细胞、内皮细胞和黑色素细胞的分裂;(2)引起上皮细胞的分散,在胚胎发育过程中控制细胞的移动;(3)诱导细胞形态变化[3]。
c-met是一种由c-met原癌基因编码的蛋白产物,为肝细胞生长因子受体,具有酪氨酸激酶活性,与多种癌基因产物和调节蛋白相关,参与细胞信息传导、细胞骨架重排的调控,是细胞增殖、分化和运动的重要因素。
目前认为,c-met与多种癌的发生和转移密切相关,研究表明,许多肿瘤病人在其肿瘤的发生和转移过程中均有c-met过度表达和基因扩增。
本文就c-met在大肠肿瘤中的作用作一综述。
1 c-met基因的结构和功能1984年Cooper在研究人骨肉瘤Hos细胞系时,克隆出了一个具有转化活性的片段,定名为c-met [1]。
c-met位于人类7号染色体长臂(7q31)。
c-met基因大小约110kb,包括21个外显子。
启动子区域有许多调控序列,如IL-6和HGF等[2]。
在不同组织和细胞系中c-met的转录产物有多种。
如9.0、7.0、6.0、5和3.5的mRNA,这可能是由于转录的启始位点及剪切的方式不同造成的。
各种转录产物的功能尚不清楚,但某些转录产物只在特定的癌组织中出现,因此,这些转录产物可能与特定组织的癌变有关。
9.0kb转录产物较普遍存在,是编码正常膜受体的转录产物。
其前体蛋白分子量为140KD,经糖基化作用产生170KD的糖蛋白。
进而切割成5 0KD的α亚基和145kD的β亚基,两个亚基以二硫键相连形成190kD的成熟受体蛋白。
成熟的受体蛋白位于细胞膜上。
β亚基有胞外区、跨膜区和胞内区。
α亚基只有胞外部分,借助于二硫键附于β亚基上。
α亚基和β亚基的胞外区是配体识别部位,而胞内部分具有酪氨酸激酶活性。
c-met受体的配体是肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF),也称为离散因子(scatter facˉtor)。
由于c-met在不同细胞、不同分化阶段作用的底物不同,使其在特定的条件下表现出多种功能:(1)促进肝细胞、内皮细胞和黑色素细胞的分裂;(2)引起上皮细胞的分散,在胚胎发育过程中控制细胞的移动;(3)诱导细胞形态变化[3]。
生物技术进展2021年㊀第11卷㊀第2期㊀148~154CurrentBiotechnology㊀ISSN2095 ̄2341进展评述Reviews㊀收稿日期:2020 ̄10 ̄12ꎻ接受日期:2021 ̄01 ̄12㊀联系方式:肖金平E ̄mail:1558086557@qq.comꎻ∗通信作者李程E ̄mail:59681374@qq.com肝脏类器官的研究及应用进展肖金平ꎬ㊀曹云娣ꎬ㊀李程∗ꎬ㊀孙志坚浙江科途医学科技有限公司ꎬ浙江湖州313000摘㊀要:肝脏疾病易感性差异大且个体间的肝脏细胞存在明显的异质性ꎬ因此开发体外能够长期存活并具有代谢功能的人体类肝组织细胞模型ꎬ对治疗终末期肝病㊁开展肝脏致病机理研究及药物筛选具有重要意义ꎮ过去十年中ꎬ体外三维类器官模型发展迅猛ꎬ为疾病模拟㊁精准化治疗领域的研究提供了新的工具ꎬ显示出巨大潜力ꎮ肝脏类器官具有患者的基因表达与突变特征ꎬ在体外能够较长时间地保持肝脏细胞功能ꎬ已被应用于疾病模拟及药物有效性研究ꎬ并具有进行原位或异位移植发挥治疗作用的应用潜能ꎮ就干细胞㊁肝脏原代细胞等不同来源的肝脏类器官的发展及近年的研究进展作了综述ꎬ以期为肝脏类器官在疾病建模㊁药物发现和器官移植领域的研究和应用提供新的思路ꎮ关键词:肝脏类器官ꎻ模型构建ꎻ药物研发ꎻ器官移植DOI:10.19586/j.2095 ̄2341.2020.0126中图分类号:R575ꎬQ485㊀㊀㊀文献标识码:AResearchProgressandApplicationofLiverOrganoidsXIAOJinpingꎬCAOYundiꎬLICheng∗ꎬSUNZhijianZhejiangKetuMedicalTechnologyCo.ꎬLtd.ꎬZhejiangHuzhou313000ꎬChinaAbstract:Thesusceptibilitytoliverdiseaseandthelivercellheterogeneityishighlyvariableꎬnecessitatinginvitropersonalizedhepaticmodelsystemtowardsdiseasemodelingꎬdrugdiscoveryꎬanddrugtoxicitystudies.Thereismuchadvancementinthedevelopmentof3Dinvitromodelsinthepastdecade.Theyprovideapowerfultoolformodelingpatient ̄specificdiseaseandestablishingpersonalizedtherapeuticapproaches.Liverorganoidsrepresentstheoriginalpatient ̄specifificgeneticsignatureandmutationsꎬandmaintainlivercellsfunctionsinvitroforalongtime.Theyhavebeenusedtomimicliverdiseaseꎬtestdrugefficacyandtoxicityꎬofferingnewperspectivesinorgantransplantation.Thisreviewevaluatedtheprogressandthecurrentapplicationofliverorganoidsfromstemcellsorprimarycellsindiseasemodellingꎬdrugvalidationandtoxicityassessmentꎬwhichwasexpectedtoprovidenewideasforresearchandapplicationofliverorganoidsindiseasemodelingꎬdrugvalidationꎬandorgantransplantation.Keywords:liverorganoidsꎻmodelbuildingꎻdrugvalidationꎻorgantransplantation㊀㊀类器官(organoids)是一种通过体外模拟器官微环境ꎬ由干细胞或其衍生而来的各种类型细胞经三维(3 ̄dimensionalꎬ3D)培养形成的器官特异性细胞集合[1]ꎮ作为体外形成的一种3D细胞簇ꎬ类器官不仅具有自我更新和自我组织的能力ꎬ并且能够重现器官的体内功能[2 ̄3]ꎮ近年来ꎬ类器官培养技术取得了重大进展ꎬ其中已报道的包括胰腺[4]㊁肠[5]㊁胃[6]㊁肺[7]和前列腺[8]等多种类器官的构建及应用ꎬ不仅在体外可连续传代ꎬ而且能保持相对稳定的遗传学特征和表型[9]ꎮ不同病因所致的肝病死亡已成为全球疾病死亡的主要原因之一ꎬ由于肝细胞在体外培养的增殖能力有限[10]ꎻ同时ꎬ细胞株㊁细胞系㊁小鼠等构建的肝脏疾病模型在遗传代谢机制上和人具有较大差异ꎬ使其研究结果较难向临床转化ꎻ在体外肝细胞分子机制和药物疗效的研究中通常采用二维(2D)培养的肝细胞作为研究模型ꎬ但2D单层培养环境容易迫使肝细胞适应塑料表面环境ꎬ进而. All Rights Reserved.影响肝细胞的重要代谢途径ꎬ引起细胞骨架变化ꎬ使其失去细胞极性和酶活性ꎬ同时无法再现体内肝细胞的结构㊁生理和功能特征[11 ̄12]ꎮ而3D培养技术摆脱了上述条件的限制ꎬ在肝细胞疾病建模㊁肝脏移植及药物发现等方面具有较大的应用前景ꎮ1㊀肝脏类器官技术的发展长久以来ꎬ体外长期培养和扩增人源肝细胞一直是制约肝脏疾病基础和临床转化研究的瓶颈[10 ̄13]ꎮ目前人源肝脏类器官可由永生化细胞系㊁干细胞及肝脏原代细胞等多种来源的细胞ꎬ在体外通过悬浮球体培养㊁基质胶㊁支架等构建ꎮ本文着重对干细胞㊁成纤维细胞转分化和肝脏原代细胞此三种细胞来源的肝脏类器官进展进行探讨ꎮ1.1㊀干细胞来源的肝脏类器官干细胞是一种具有多种分化潜能的细胞群ꎬ是机体组织㊁器官再生的基础[14]ꎮ干细胞来源的肝脏类器官主要由两种类型的干细胞产生:胚胎干细胞(embryonicstemcellꎬES细胞)和诱导多能干细胞(inducedpluripotentstemcellsꎬiPSC)ꎮ研究发现ꎬ通过诱导小鼠或人的ES细胞可定向分化形成类肝细胞ꎬ其分化效率高达70%~80%[15]ꎮ据报道ꎬ通过ES细胞分化形成的类肝细胞具有上皮细胞样形态ꎬ能够实现糖原积累㊁分泌肝脏功能蛋白ALBUMIN㊁转运ICG等肝功能ꎬ部分具有CYP450酶活性[16 ̄17]ꎮ该来源的类肝细胞可用于HCV病毒感染ꎬ且可整合至CCL4诱导㊁Fah缺陷㊁DPP4缺陷的小鼠肝损伤模型中[18 ̄19]ꎮES细胞虽然经过诱导后能获得CYP450酶的一些特定的肝脏功能ꎬ但在药物代谢能力方面与原代肝脏细胞却相差很大ꎬ需要改进分化或培养条件才能达到研究所需要求ꎬ且该类细胞分化后一般会混杂未分化的细胞ꎬ很容易在移植时形成畸胎瘤ꎬ同时在异体细胞移植时易存在免疫排斥等问题[15ꎬ20 ̄21]ꎮiPSC来源的肝脏类器官主要通过逐步诱导分化的方式形成ꎮ研究发现利用特异性过表达转录因子对小鼠/人成体细胞诱导后利用重编程技术形成的iPSC细胞也具有上皮样细胞形态ꎬ能够实现糖原积累㊁分泌肝脏功能蛋白ALBUMIN及吸收ICG等功能[22 ̄23]ꎮ但2011年ꎬ有研究者将iPSC通过诱导分化形成数量较多的类肝实质细胞移植入由二甲基亚硝胺(dimethylnitrosamineꎬDMN)诱导的肝纤维化小鼠体内后ꎬ其整合效率仅为8%~15%ꎬ且移植后的小鼠体内含人ALBUMIN的浓度极低ꎬ表明通过此诱导方法形成的类肝实质细胞中大部分肝细胞并不具有成熟的肝功能[24]ꎮ随后ꎬTakebe等[25]于2013年将iPSC来源诱导的肝细胞和人静脉内皮细胞及间充干细胞于基质胶平板上共培养后形成了类似于肝芽组织的聚合物ꎬ该3D聚合物成为了最初由iPSC源性肝细胞类器官雏形ꎮ自此经过不断优化和改进ꎬ通过将iPSC逐步诱导形成终末内胚层ꎬ然后到前祖细胞ꎬ最后形成肝细胞后ꎮOgawa等[26]通过加入维甲酸㊁成纤维细胞生长因子10㊁活化素A等诱导iPSC向胆管细胞类器官分化ꎮSampaziotis等[27]通过添加抑瘤素M㊁肝细胞生长因子等使其向肝细胞类器官分化ꎮ2017年Wu等[28]通过向iPSC来源的类器官经典培养基中添加25%的MTeSR(主要成分为维生素C㊁成纤维细胞生长因子2等)使其向内胚层及小部分中胚层分化ꎬ实现了肝细胞样细胞和胆管细胞样细胞的共分化ꎬ并在最后培养阶段加入胆固醇混合物显著促进了肝-胆类器官的形成与成熟ꎮ然而ꎬ多能干细胞在培养过程中需要添加多种生长因子进行诱导分化形成肝脏类器官和促进该类器官成熟ꎬ该过程耗时较长ꎬ且存在成本较高㊁诱导和培养过程中容易因人为因素造成前后形成的肝脏类器官结构不一致等问题ꎮ同时ꎬ人们发现多能干细胞形成的类器官在培养过程中存在生长停滞㊁组织特征表现异常的问题ꎬ使其在生物医学领域的应用受到了限制[29 ̄30]ꎮ2020年Jeremy等[31]通过基因调控网络(generegulatorynetworksꎬGRN)系统技术和CRISPR技术在体外17d内即可构建出具有血液系统和4种主要细胞类型(包括肝细胞㊁胆管细胞㊁内皮细胞和星状细胞群)的人肝脏类器官ꎬ且该类器官在能量储存㊁化学物质转运㊁脂肪积累㊁酶的活性及蛋白质产生方面与成年人体肝脏功能较为接近ꎬ但研究人员指出该方法形成的类器官并不能反映肝功能的所有特性ꎬ如CYP2C19活性和尿素合成ꎮ1.2㊀成纤维细胞转分化形成的肝脏类器官转分化是由一种已分化的细胞类型转化为另一种已分化细胞类型的过程ꎬ通过此技术诱导形941肖金平ꎬ等:肝脏类器官的研究及应用进展. All Rights Reserved.成的细胞一般具有较为成熟的状态和特定个体的功能ꎬ其方法主要包括生长因子诱导㊁抑制剂处理㊁转录因子诱导等ꎮ已有研究证实可利用小鼠成纤维细胞成功转化为其他类型细胞ꎬ而人们普遍认为人类细胞对谱系重新编程具有抗性[32]ꎮ2011年Wernig实验室首次利用与诱导小鼠神经细胞不同的转录因子共同作用于人的胚胎成纤维细胞和新生儿成纤维细胞ꎬ经过转分化技术成功获得了人的神经细胞(iN细胞)ꎬ但其效率较低ꎬ且iN细胞的跨膜电位突触响应能力和去极化水平均较弱ꎬ表明形成的神经细胞并不属于成熟神经细胞[33]ꎮ2014年惠利健团队[34]采用过表达FOXA3㊁HNFlA和HNF4A3种转录因子能在14d内诱导人成纤维细胞(早期)转分化为稳定的无增殖能力的肝实质细胞类似细胞(hiHep细胞)ꎬ并利用过表达SV40largeTantige的HFFl细胞可获得增殖性hiHepLT细胞ꎬ获得的细胞不仅具有和肝实质细胞相似的基因表达谱ꎬ还具有分泌血清白蛋白㊁积累肝糖原㊁代谢异源物质等肝细胞功能(肝细胞功能鉴定标准见表1)ꎬ且将其植入肝损伤小鼠肝脏后发现ꎬ该细胞不仅可整合至小鼠肝脏内ꎬ还能达到治疗肝损伤的功效ꎬ首次证实了转分化形成的细胞可在体内发挥功能ꎮ表1㊀肝细胞功能的鉴定方法[35]Table1㊀Identificationcriteriaoflivercellquality观察指标鉴定方法形态学上皮样细胞形态基因表达分泌性血清蛋白:Alb㊁Aat㊁Tlr等细胞骨架蛋白:CKS㊁cK18转录因子:Hnf4a㊁Foxa2㊁Hnfla等转运蛋白:BSEP㊁MRP2等异种生物代谢:CypIa2㊁Cyp3a4等补体和凝血蛋白:Fga㊁C3㊁C5㊁F7等氨基酸代谢:Tat㊁Fah等细胞间连接蛋白:CDH1㊁Tjp1㊁Cldn2等糖原储存:G6P㊁Pckl等体外功能糖原储存:PASstainingUptakeofac ̄LDL&ICG分泌血清蛋白:Albuminꎬa ̄1 ̄antitrypsinꎬ等功能转运蛋白:胆汁酸排泄指数药物代谢:CYP450酶活力尿素合成:尿素的分泌体内功能细胞移植后肝病治疗动物模型动物肝脏移植1.3㊀肿瘤组织来源的类器官新鲜分离或组织保存液保存的原代肝组织可用于培养人肝脏类器官ꎬ培养的主要方法是通过筛选肝组织中的LGR5+细胞ꎬ然后在主要含有R ̄spondin㊁内皮细胞生长因子㊁肝细胞生长因子㊁烟酰胺和成纤维生长因子10的肝脏类器官培养基中进行培养[36]ꎮ随着研究的不断更新ꎬ通过加入CAMP信号通路激动剂FSK和TGFβ受体抑制剂A8301对培养基进行改良后ꎬ可提高肝癌类器官的扩增效率[37]ꎮ自2017年日本TakahiroOchiya团队通过向培养中添加TGFβ抑制剂㊁GSK3抑制剂和ROCK抑制剂的方法ꎬ将小鼠成熟肝实质细胞成功去分化形成能在体外长期培养的肝前体细胞后ꎬ鄢和新团队[38]于2018年通过人肝实质细胞去分化形成了在体外扩增的肝脏干细胞ꎬ实现了原代肝细胞的扩增和逆转ꎬ成为肝病研制新细胞源ꎮ同年ꎬ惠利健团队通过对培养条件优化ꎬ利用去除培养基中的Rspo1㊁Noggin和forskolin成分ꎬ并加入Wnt3a等因子的方法ꎬ于2D培养技术下实现肝细胞扩增ꎬ再利用3D培养技术经诱导再分化成功构建出具有成熟肝细胞功能的肝细胞ꎬ且在体外能扩增至3~4代ꎬ在5%O2条件下可扩增至少8代ꎬ同时将其转移至肝衰竭小鼠体内发现ꎬ扩增的肝细胞与原代肝实质细胞具有类似的治疗肝衰竭小鼠的作用ꎬ其中超过70%小鼠存活ꎬ而设置的对照组小鼠全部死亡[39]ꎮ2018年HansClevers团队通过将组织消化的时间由1h延长至2~5h或12hꎬ结果达到了降低非肿瘤细胞数量的目的ꎬ并通过改变组织的起始培养条件ꎬ使用去除了经典培养基[37]中的R ̄spondin ̄1㊁Noggin和Wnt3aꎬ添加了地塞米松和Rhokinase抑制剂后ꎬ成功构建了8例不同原发性肝癌(primarylivercancerꎬPLC)患者的人PLC衍生类器官ꎮ经检测后发现ꎬPLC衍生类器官不仅具有原组织结构和基因表达ꎬ且在相同的培养条件下不同的肿瘤组织和亚型亦能长期在体外扩增培养ꎮ同时ꎬ移植实验结果表明PLC衍生的类器官在体内具有致瘤性ꎬ并保留了其组织学特征和转移特性ꎬ可用于生物标志物鉴定和药物筛选试验[40]ꎮ2019年Liang等[41]研究发现人源肝癌类器官在同种培养基中长期培养后ꎬ可用于区分不同肿瘤组织及亚型ꎬ且能保留源组织的组织结构㊁基因图谱等ꎮ研究发现ꎬ原代组织来源的肝脏类051生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.器官与干细胞分化和成纤维细胞转分化诱导形成的类器官相比ꎬ在体外长期培养过程中拷贝数或其他基因组结构的变异机率较低ꎬ能够更好地反应和稳定维持原样本的遗传特性ꎬ在类器官的培养中可能更有优势[36]ꎮ2㊀肝癌类器官的应用研究2.1㊀肝脏相关疾病模型的构建类器官可用于研究疾病的稳态㊁发展和作用机制ꎬ能够在疾病的诊断㊁治疗方面提供新方法ꎮ目前ꎬ已成功构建了不同种类肝脏疾病模型ꎬ为肝脏类疾病发生的分子机制和治疗方法提供了有效的研究平台ꎮiPSC来源的肝脏类器官可用于模拟Alagille综合症(alagillesyndromeꎬALGS)㊁囊肿性纤维化(cysticfibrosisꎬCF)和传染性疾病三种肝脏疾病类型[42 ̄46]ꎮAlagille综合症是一种常染色体显性多系统疾病ꎬ伴有JAG1或NOTCH2突变ꎬ其主要特征之一是胆管异常引起的肝损伤[3ꎬ47 ̄48]ꎮCF是由囊性纤维化跨膜电导调节因子基因突变引起的疾病ꎬ可引发肝脏内的小胆管堵塞ꎮ2015年Lorent等[42]采用bioliatresone作用于鼠胆管细胞类器官后ꎬ发现类器官出现管腔变窄㊁细胞结构被破坏等现象ꎬ证实bioliatresone可导致胆道闭锁ꎬ同时该类器官可用于构建胆道闭锁先天性肝脏类疾病模型ꎮiPSC诱导后分化为胆管细胞ꎬ置于3D培养条件下ꎬ可形成具有胆管标志物表达和体内相似的胆管功能的胆管类器官ꎬ与实验对照组相比ꎬALGS患者的iPSC形成的类器官具有肝脏受损后的自我组装和再生能力[43]ꎮ从CF患者的iPSCs中产生的类器官具有CF的典型特征ꎬ如CFTR蛋白错折叠㊁氯离子通道和胆管细胞功能障碍[26 ̄27ꎬ44]ꎮBaktash等[45]利用HCV感染肝癌类器官ꎬ构建出的HCV疾病模型不仅可表达HCV定位相关因子ꎬ且可对其作用机制进行研究ꎮ此外可利用重编程技术ꎬ将不同类型疾病相关基因的突变导入至正常类器官中ꎬ为肿瘤病因及发病机理研究提供良好的人源肿瘤类器官模型[46]ꎮ体外培养人原代肝细胞形成的类器官与体内肝脏的疾病状态最为相似[49]ꎮ以α1 ̄抗胰蛋白酶缺乏症(alphal ̄antitrypsindeficiencyꎬAATD)为例ꎬ该遗传性疾病的特征是ALAT蛋白折叠异常ꎮ研究发现ꎬ从AATD患者原代人肝细胞形成的肝脏类器官可以模拟体内肝脏病理状态ꎬ形成的类器官表现出ALAT蛋白聚集和内质网应激㊁细胞凋亡数增加等现象[37ꎬ50]ꎮ此外ꎬ从原代人肝细胞形成的肝脏类器官也可用于高血糖㊁非酒精性脂肪肝等体外代谢紊乱研究ꎬ如Ouchi等[51]将培养形成的肝脏类器官置于游离脂肪酸中ꎬ发现脂质物质在类器官中存在堆积现象ꎬ且随着培养环境中脂质含量的增加ꎬ类器官脂肪变性程度不断加重ꎬ表现出纤维化和炎症反应等表型ꎬ证实该类器官可作为脂肪变性相关的代谢性疾病模型ꎮ2.2㊀肝癌类器官在药物研发中的应用在药物筛选和开发过程中ꎬ传统临床前试验主要采用细胞系培养和人源性肿瘤异种移植物(PDX)模型ꎬ其中药物研发主要依赖永生化细胞系用于高通量筛选ꎮ但肝细胞是具有高度细胞极性和异质性的细胞ꎬ其细胞极性主要表现在肝细胞功能和形态等方面ꎬ而大多数2D培养的肝细胞在培养2~3天内便失去细胞极性ꎬ导致在2D培养的细胞系模型上无法得到准确真实的实验结果ꎮ另外ꎬ细胞系在人体对药物的反应性和耐受性等方面均具有显著差异ꎬ大部分药物即使在前期通过了临床前试验ꎬ当其进入人体试验时仍以失败而告终[52 ̄54]ꎻ人源性肿瘤异种移植物(PDX)模型虽然能够模拟原代肿瘤基因组结构㊁组织病理学及药敏反应ꎬ但由于异种差异使其基因的表达图谱与原发灶肿瘤区别较大ꎬ肿瘤异位移植中导致肿瘤形成部位不同ꎬ同时存在建模周期长和成功率低等问题[55]ꎮ因此迫切需要能重现原发患者肿瘤生理病理且可稳定扩增的体外模型用于临床前药物开发ꎮ肝癌类器官技术可从不同发病阶段的肝癌患者手术或活检组织中分离原代细胞ꎬ体外三维培养快速形成类器官ꎮ肝癌类器官不仅能重现原组织结构和其突变特征ꎬ而且能在体外长期培养时保持原组织的遗传稳定性ꎬ成为现有药物筛选模型的有益补充ꎮ因此ꎬ肝脏肿瘤类器官成为临床前药物筛选的有效模型ꎮ2017年Broutier等[40]揭示ꎬ不同类型的原发性肝癌的基因突变谱对于不同治疗药物的敏感性不同ꎬ如CTNNB1突变的肝细胞癌类器官对LGK974耐受ꎬ而胆管癌类器官对其较为敏感ꎮ据已有研究报告表明ꎬ通过利151肖金平ꎬ等:肝脏类器官的研究及应用进展. All Rights Reserved.用植物性多空水凝胶制造形成的合成型3D支架生长细胞ꎬ其尺寸仅为100μmꎬ可轻松将其用于96孔板中进行高通量药物筛选和检测ꎬ该方法可产生数十至数百个特殊支架ꎬ并可将其与原始肝脏肿瘤的异质性和遗传特性结合用于肝癌药物的研发[56]ꎮ在一项药物研发实验中ꎬ研究者利用收集的2300种药物制剂作为SPECTRUM药物文库处理来源于PSC的肝脏类器官时ꎬ结果筛选出能够降低肝脏细胞中ApoB水平的9种强心苷制剂ꎬ可用于降低家族性高胆固醇血症患者体内低蛋白胆固醇水平和心力衰竭的治疗ꎬ该研究成果有效推动了他汀类药物替代制剂的研发[29]ꎮ2.3㊀肝脏类器官在器官移植中的应用目前肝脏类器官在小鼠模型上实现的细胞移植应用研究ꎬ显示出一定的治疗效果ꎮ如Takebe等[25]研究人员通过细胞共培养的方式获得iPSC来源的类器官后ꎬ将其植入急性肝损伤的小鼠体内后ꎬ发现形成的类器官可在小鼠肝脏内迅速填充ꎬ并且小鼠的存活时间和存活率均提高ꎮ同时ꎬ将肝脏类器官植入Ⅰ型酪氨酸血症小鼠体内后ꎬ肝脏类器官亦可迅速增殖并在小鼠肝脏受损部位具有显著的填充效果[57]ꎮ另有研究发现ꎬ将肝外胆管类器官植入到不同的生物支架上ꎬ可获得相似的肝外胆管㊁胆囊壁的生物工程组织ꎬ并可成功修复胆囊受损小鼠胆囊壁及其胆外管损伤[58]ꎮ此外ꎬ有研究发现通过CRISPR技术将来自于人源干细胞的肝组织转化为肝脏类器官后ꎬ将其移植入具有肝损伤的小鼠体内ꎬ发现经移植后在动物血液中能够检测到人白蛋白ꎬ并可延长小鼠寿命[31]ꎮ3㊀展望肝脏类器官在体外保留了源组织的组织学特性和基因表达特征ꎬ同时与源组织高度相似的特性使其成为细胞系及动物模型的有益补充ꎮ肝脏类器官的构建不仅解决了肝脏肿瘤研究领域中肝实质细胞无法在体外长期培养和扩增的障碍ꎬ其在疾病模型构建㊁药物研发和细胞移植等方面均具有良好的应用前景ꎮ特别是对于肝癌这类具有强异质性的疾病ꎬ肝癌类器官未来有望实现针对个人的精准化医疗检测㊁取代试验动物进行药物毒理测试ꎬ并向着体外培养可用于临床㊁可移植㊁可改造器官的目标不断前行ꎮ然而ꎬ目前肝脏类器官在培养体系上仍存在成功率较低㊁培养成本高昂㊁组织细胞类型尚未健全㊁部分功能尚未具备等问题ꎮ例如缺少肝脏独特的免疫特征ꎬ包括高密度的免疫细胞浸润㊁较强的免疫原性和多种免疫微环境等ꎮ目前还无法在肝脏类器官模型中探究免疫药物在患者中的作用ꎮ未来通过技术的不断发展ꎬ实现肝脏类器官与神经㊁血管㊁间质细胞及免疫细胞等多种细胞的体外三维共培养ꎬ有可能利用肝脏类器官模型探究其与各组织间的相互作用ꎬ实现肝脏类器官技术在药物开发㊁疾病模型及个性化治疗领域更为广泛的应用与临床转化ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]㊀LANCASTERMAꎬKNOBLICHJA.Organogenesisinadish:modelingdevelopmentanddiseaseusingorganoidtechnologies[J].Scienceꎬ2014ꎬ345(6194):1247125.[2]㊀HUCHMꎬKOOBK.Modelingmouseandhumandevelopmentusingorganoidcultures[J].Developmentꎬ2015ꎬ142(18):3113-3125.[3]㊀PRIORNꎬINACIOPꎬHUCHM.Liverorganoids:frombasicresearchtotherapeuticapplications[J].BMJOpenAccessꎬ2019ꎬ68(12):2228-2237.[4]㊀BROUTIERLꎬLAURAARꎬANDERSSON ̄ROLFꎬetal..Cultureandestablishmentofself ̄renewinghumanandmousea ̄dultliverandpancreas3Dorganoidsandtheirgeneticmanipu ̄lation[J].NatureProt.ꎬ2016ꎬ11(9):1724-1743. 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肝脏再生研究进展肝脏是人体最重要的器官之一,具有重要的代谢、排毒和合成功能。
然而,在某些疾病或外伤等情况下,肝脏的功能可能会受到损害。
因此,研究肝脏再生的机制是非常重要的。
肝脏再生是指在肝脏损伤或细胞死亡的情况下,其细胞可以通过分裂、增殖和再生来重新建立起肝脏的功能。
近年来,对肝脏再生机制的研究取得了很大进展。
肝细胞增殖是肝脏再生的关键过程之一。
研究发现,在肝损伤后,肝细胞立即进入细胞周期的G0期,并在3-7天内开始分裂增殖。
这主要是通过细胞因子和生长调节因子的作用来触发的。
其中,肝细胞生长因子(HGF)和表皮生长因子(EGF)是最为重要的因子之一。
这些因子可以刺激肝细胞从G0期转移到DNA合成期,并进一步刺激细胞分裂。
另外,研究还发现,肝脏再生的过程中,非肝细胞也可以参与其中。
这些细胞包括肝星状细胞、血管内皮细胞、间充质干细胞等。
例如,肝星状细胞能够分泌促进肝再生的生长因子,血管内皮细胞可以为肝脏提供充足的血液供应,间充质干细胞则可以分化为肝细胞,参与肝再生过程。
此外,肝脏再生还与一些许多信号通路有关。
例如,Wnt/β-catenin、Notch、Hippo 和TGF-β等信号通路在肝脏再生中起着重要作用。
在肝损伤后,这些信号通路会被激活,进而调节肝细胞增殖、分化和生长。
随着研究的不断深入,肝脏再生已经成为治疗肝病的一个重要方向。
一些手段已经被开发出来,用于促进肝脏再生。
例如,通过注射肝细胞生长因子、植入干细胞等方法,可以有效地促进肝细胞的增殖和再生。
这些方法已经被广泛应用于临床治疗中。
总之,肝脏再生是一项复杂的生物学过程,其机制还有待深入研究。
未来,我们可以利用这些机制,开发更加有效的治疗方法,为治疗肝病提供新的思路和方向。
[文章编号]167327768(2008)0620903203综 述肝细胞生长因子的生物学应用实验研究进展黎素军 (广西南宁市第一医院心内科,530022) [关键词] 肝细胞生长因子;生物学;实验研究;综述[中图法分类号]R329.26 [文献标识码] A 肝细胞生长因子(hepat ocyte gr owth fact or,HGF)最初作为一种肝细胞有丝分裂原是从肝部分切除大鼠的血清中分离得到的。
1931年,英国学者H iggens等发现部分切除后的残存肝脏可迅速增殖,其体积和功能较快恢复正常。
20世纪60年代, Barcher等在肝大部分切除大鼠与正常大鼠之间建立交叉血循环,发现在肝大部分切除大鼠肝再生期间,正常大鼠肝细胞也有增生现象[1]。
之后世界各地学者对HGF进行广泛的研究。
近来研究发现HGF在促进肝细胞再生的同时参与正常组织的损伤后修复、细胞的运动以及肿瘤的形成、浸润和转移、分化及肿瘤血管形成中都发挥重要的作用[2~4]。
目前主要实验研究针对不同疾病中不同靶器官的治疗进行研究,发现了其具有多向生物学作用。
本文拟对其生物学作用和应用研究进展进行如下综述。
1 肝细胞生长因子的生物学特性HGF是来源于间充质的多效生长因子,可以促进多种细胞的分裂和生长。
以内分泌、旁分泌、自分泌形式在保护器官,延缓组织老化方面发挥作用。
参与肝、肾、肺、乳腺、肌肉、神经组织的胚胎发育。
HGF首先以无活性的单链蛋白(HGF SF)形式分泌,经肝细胞生长因子激活因子(hepat ocyte gr owth fact or acti2 vat or,HGF A)切割成成熟的异二聚体HGF,机体内HGF A可激活HGF SF前体,使之从单链前体变为双链活性形式,是调节细胞外HGF SF活性的关键步骤[5,6]。
从人血浆和胎盘中提取纯化的HGF浓度很低,且成本高昂,因此,利用基因工程表达重组人HGF(rhHGF)是大量获取具生物活性HGF的有效途径。
2 肝细胞生长因子的生物学应用2.1 在肾脏疾病中的应用 20世纪90年代研究就发现,许多合并存在肾小管损害的肾脏疾病,如急慢性肾功能不全、肾移植和肾缺血、糖尿病肾病等,使用HGF均具有治疗作用。
Ka waida等[7]报道,给予HgCl2致肾损伤小鼠模型,随后注射rhHGF,结果发现模型鼠血尿素氮、肌酐减少,并刺激肾小管DNA合成。
提示外源性HGF可以防止急性肾损伤,促进肾脏组织修复。
2001年,M izuno等[8]结扎鼠单侧输尿管致肾小管间质纤维化(TI F)老鼠模型,应用内源性HGF抗体中和血液中的HGF,结果发现TI F的进展加速,并使转化生长因子β(TGF2β)增加和小管细胞的增殖减少和凋亡增加。
当给予外源性HGF后TGF2β表达和小管细胞的凋亡减少,增殖增加,TI F的预后明显改善。
Funakoshi等[9]报道,遗传性肾小球肾炎小鼠模型,应用rhHGF可以延缓肾功能不全和纤维化进展。
在小鼠出生后14周,诱发肾小管萎缩和肾功能不全,在14~17周时给予rhHGF。
结果发现小管上皮细胞的DNA合成增加,比对照组高4.4倍。
据此认为rhHGF可促进肾小管实质的生长,抑制受累肾脏TGF2β的表达,从而抑制了TI F进展为肾小球硬化症。
2.2 在肺疾病中的应用 急性肺损伤(如急性肺炎、肺纤维化肺移植等)后,HGF可以促进气管和肺泡上皮再生。
Douglas 等[10]报道HGF可明显促进体外培养的肺气道上皮细胞DNA 的合成,并且呈剂量依赖性:小剂量的rhHGF(50μg)能使HC1损伤后的肺气道上皮细胞DNA合成增加3倍,大剂量rhHGF (280μg)能使损伤后的肺泡上皮细胞DNA合成增加7倍。
Dohi等[11]报道肺纤维化老鼠模型,气管内给予rhHGF能显著减少胶原的生成。
在同样的研究中,对培养的肺上皮细胞给予rhHGF后,细胞表面纤溶酶的表达增加,进而增加了细胞溶解纤维蛋白的能力。
Saka maki等[12]研究发现HGF可以刺激肺切除术后气管和肺泡上皮细胞的增殖,在肺上皮细胞DNA合成增多之前,HGF mRNA和其受体c2met的表达就已经上调,使用抗体中和HGF后,肺上皮细胞DNA的合成受到抑制。
2.3 在心血管疾病中的应用 研究发现HGF不仅刺激肝细胞再生,也可促进血管生成。
其特异性受体c2met也存在于血管内皮细胞和心肌细胞,且其促血管内皮细胞有丝分裂的活性是生长因子中最强的[13]。
近期的研究显示其在治疗外周血管疾病、心肌缺血疾病和脑血管疾病中具有潜在的应用价值。
2003年,Funakoshi等[9]研究发现,继发于缺血或者再灌注损伤的心肌损伤小鼠模型,给予rhHGF后可以抗心肌细胞凋亡从而产生心脏保护作用。
用特殊化的抗体中和HGF后,心肌细胞大量凋亡,以梗死区域最为显著,小鼠死亡率超过50%。
给予rhHGF后心肌梗死区域明显减少,心脏功能也得到改善。
说明HGF具有抗心肌细胞凋亡的活性。
Aoki等[14]在犬心肌缺血模型肌注HGF。
结果发现rhHGF可以诱导血管再生,增加心肌血流灌注,改善心脏舒张功能。
此外,Taniya ma等[15]报道剪断兔大腿动脉构建单侧后肢缺血模型,于手术后10~12d 从髂动脉给予rhHGF,术后30d时发现有明显的侧支循环形成。
研究还发现HGF促进兔模型侧枝形成,改善血流,减少肌肉萎缩[16]。
此外,也有研究表明在糖尿病和单侧后肢缺血老鼠模型中肌肉注射HGF质粒可以诱导血管新生[17]。
Yasuda 等[18]报道经特制的导管将HGF注入损伤的血管壁,可有效地减轻球囊损伤后的兔髂动脉新生内膜的增殖。
Hayashi等[19]对大鼠颈动脉球囊损伤后局部转染HGF基因,发现转染区HGF 浓度升高,损伤区血管再内皮化,明显抑制新生内膜的形成。
提示HGF可能通过直接和间接的方式促进血管内皮细胞增殖,加速内皮愈合的同时间接抑制血管平滑肌细胞的增殖,从309内 科 2008年12月 第3卷 第6期而起到防治再狭窄的作用。
近来,还有学者[20]报道转染HGF 基因能够减缓压力超负荷所致的大鼠左室增大及心肌纤维化,提示HGF具有抗心脏重塑作用。
2.4 在中枢神经系统性疾病中的应用 HGF在多种中枢神经系统疾病(例如短暂性脑缺血、神经系统退行性病变、脊髓损伤等)中有潜在的治疗价值。
1998年,M iyazawa等[21]首次报道了rhHGF可以保护大鼠中枢神经系统局部短暂性缺血病灶中的神经元,减少海马区神经细胞的死亡。
静脉给药,在阻塞大鼠右侧中央动脉120m in后,HGF可以减轻神经细胞的损伤和死亡。
提示HGF有促血管新生和抗凋亡作用。
为了探讨一种有效的方法减少脑缺血后神经细胞的死亡,Hayashi等[22]使用脂质体将HGF基因转染至短暂脑缺血沙鼠模型的蛛网膜下间隙,使脑脊液中的HGF显著增加,结果减少了神经元的凋亡。
2.5 在消化系统疾病中的应用 B rzoz owski等[23,24]报道在胃溃疡大鼠模型的局部(胃黏膜下层)和全身注射rhHGF,发现HGF可以促进胃黏膜的再生以及胃黏膜中腺体结构的修复,使溃疡面迅速愈合。
其机理可能为环氧化酶2(COX22酶)表达增加。
由于HGF促进新生血管生成,黏膜的血流增加而使溃疡快速愈合。
Dai等[25]报道,在大鼠尾静脉注射rhHGF质粒后,血液中rhHGF表达增加。
结果糖尿病大鼠胰岛素分泌增加。
其机理是rhHGF促进胰岛β细胞生长,减少β细胞凋亡所致。
W arzecha等[26]研究HGF对胰腺炎的治疗作用,给胰腺炎大鼠注入HGF,结果血浆中I L210水平增加并刺激胰腺细胞DNA合成,改善胰腺血流,减少胰腺损伤及血淀粉酶和脂肪酶。
2.6 在肝脏疾病中的应用 HGF在肝脏疾病中的应用价值是目前研究的热点。
大量的实验研究均表明,肝细胞生长因子具有良好的保护肝脏功能,促进肝细胞再生的作用。
Kosai等[27]发现HGF在体外有抗细胞凋亡的作用,并且能有效防止内毒素诱发的暴发性肝衰竭。
在给予内毒素LPS前6h和30m in,分别在每只老鼠腹膜内注射120μg rhHGF。
结果LPS虽然仍诱发了肝细胞的凋亡,但仍有75%的老鼠存活。
而未注射rh2 HGF的对照组很快出现了大量的肝细胞凋亡,严重的肝损伤导致全部老鼠于8h后死亡。
此外,O tsuka等[28]发现,HGF可以抑制四氯化碳诱发的急性肝损伤,表现为动物血清中转氨酶水平下降,肝小叶中心坏死减轻。
有报道,胃内给四氯化碳构建肝硬化大鼠模型,在肝切除之前的4d注射rhHGF的质粒,4d后手术。
结果需要切除的肝脏体积较对照组减少了70%。
老鼠体重恢复较快,肝细胞增殖明显,肝功能较快恢复到正常水平。
此外,还发现rhHGF可以激活肝硬化大鼠Erk1/Erk2信号传导途径,启动肝损伤后的再生与修复[7]。
最近N ishino等[29]报道,术前3d注射rhHGF 质粒(20mg)可以使肝硬化大鼠部分肝脏切除术后存活率明显升高,并上调抗凋亡基因Bcl2xl的表达,但对肝细胞的增殖率不大。
HGF的应用可以抑制肝细胞凋亡,促进肝细胞再生,恢复肝细胞功能,度过肝衰竭危险期,从而提高存活率。
综上所述,HGF所具有的多种潜在生物学功能已引起人们的关注,尤其是在心脏病学领域。
HGF及基因在促进缺血心肌组织的血管新生,预防血管成形术后再狭窄,防止动脉粥样硬化,抗心肌细胞凋亡及抗心脏组织纤维化等方面研究取得了令人鼓舞的效果,其有望最终应用于临床,造福广大患者。
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