碱性成纤维细胞生长因子的研究进展

・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(basic fibroblast growth factor ,bFGF )是成纤维细胞生长因子蛋白(fibroblast growth factors ,FGFs )家族中的一员。

目前已发现至少22种FGF ,其中FGF 21(aFGF )、FGF 22(bFGF )及FGF 27的研究较为深入。

bFGF 是哺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。

bF 2GF 不仅能刺激新生血管形成,参与创伤愈合和组织再生,促进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　bFG F 的发现及其体内分布1974年,G ospodarowicz 等[1]从牛脑垂体中分离纯化一种对成纤维细胞系Balb/c3T3的分裂增殖具有促进效应的多肽,命名为成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor ,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(a 2cidic fibroblast growth factor ,aFGF )。

bFGF 在体内分布极为广泛,在垂体、下丘脑、视网膜、肾上腺、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]。

2　bFG F 的种类及生物结构bFGF 是一种碱性多肽,等电点916～918,其基因具有高度保守性,人、鼠、牛的bFGF cDNA 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AU G 密码子起始翻译,定位于细胞质内,能够促进细胞迁移、分裂和增殖。

而由CU G 密码子起始翻译形成的22、2215、24和34kD 的bFGF 则定位于细胞核,可能与细胞生长和凋亡有关。

分泌到胞外的主要是18kD 的bFGF ,是其活性的主要形式,也是现今研究最多的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,却能以自分泌或者旁分泌的形式出现在胞外,迄今仍没有明确的解释。

3　bFG F 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(fibroblast growth factorreceptors ,FGFRs ),低亲和力受体即硫酸肝素蛋白多糖(Heparansulfate proteoglycans ,HSPG )。

bFGF 发挥其生物学效应主要通过细胞膜上的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FGFR 21、FGFR 22、FGFR 23、FGFR 24。

其中FGFR 21和FGFR 22对bFGF 有较高的高亲和力。

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、p H 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]。

FGFR 21分布于中胚层起源的组织,主要在中胚层形成早期和神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;FGFR 22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;FGFR 23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;FGFR 24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　bFG F 相关的信号转导途径研究表明,bFGF 诱导的信号途径是正常细胞分化所必需【作者单位】　100037　北京　解放军总医院第一附属医院全军创伤修复重点实验室(伊海英、孙晓艳、付小兵);内蒙古医学院组织胚胎学教研室(伊海英、任明姬、张广田)【通讯作者】　付小兵,E 2mail :fuxb @cgw 1net 1cn【基金项目】　国家重点基础研究规划项目(2005C B522603)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(protein kinase C,PK C)途径。

FGFR被激活后,可通过不断地与磷脂酶C(phospolipase C,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PK C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S os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 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通过将促分裂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再将促分裂原激活的蛋白激酶(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(Janus kinase,JA K)/信号转导子及转录激活子(signal transducer and activator of transcrip2 tion,ST AT)途径。

FGF与FGFR结合后,FGFR的自身磷酸化使JA K活化。

活化的JA K使受体磷酸化,再活化ST AT蛋白。

ST AT蛋白能使C端保存的酪氨酸残基磷酸化。

ST AT s被磷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(G AS)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(phosphatidyl inositol232kinase,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(protein kinase B,PK B)的PH结构域结合,使PK B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PK B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　bFG F的生物学活性自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。

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分裂增殖[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]。