表皮生长因子研究进展

表皮生长因子对动物胃肠道发育影响的研究进展摘要：1962年，Cohen等首次发现了表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)，它是一种广泛存在于人或其它动物体内的由53个氨基酸组成小分子多肽。

EGF通过与细胞膜上的表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor ，EGFR)结合，共同调控细胞分化、分裂和增殖等重要的生物学过程。

关键词：EGF；EGFR；胃肠道1 EGF的发现1962年，美国纳什维尔市范德比特大学医学院Steanley-Cohen等首次在小鼠颌下腺中发现了一种小分子蛋白，将其注入新生鼠，可使之眼脸早开、牙齿早萌、体重减轻和毛发生长延迟，将其加入培养液中培养表皮细胞时，发现其可直接促进表皮细胞的生长与分化，因此将其命名为表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF) [1]。

1975年Gregor从人尿中提取出人表皮生长因子（hEGF），由于其可抑制胃酸分泌，又称抑胃素[2]。

迄今为止，发现了许多与EGF同源的蛋白，包括EGF家族成员与EGF结构相似的蛋白，后者能结合EGF受体、表现出相似的生物学功能。

EGF家族包括TGF-α、HB-EGF（heparin-binding EGF-like growth factor）、AR(amphiregulin)、NRG(neuroregulin)、EPR(epiregulin)、HRG(heregulin)、BTC(Betacellulin)。

现在还发现，在许多蛋白质分子中存在着类似EGF的结构域，即大小在50个氨基酸残基左右，内部具有完全保守的3对二硫键[3]。

这类分子从低等动物到哺乳动物均有发现。

凝血系统中的凝血因子Ⅵ、Ⅸ、Ⅹ和ⅩⅡ中都含有3个典型的类EGF结构域[4,5]。

2 EGF的化学结构及分布人EGF是由53个氨基酸组成的多肽，链内含有3对二硫键，定位于4号染色体长臂。

EGF 序列位于前体蛋白肽链的C末端附近，分子量为6045Da，等电点PI4.6，具有热稳定性。

EGF 含159个碱基对和6个半胱酸残基，从而在6~20、14~3l和33~42之间分别形成三个环，这些环状结构使EGF对蛋白酶具有较高的稳定性，活性中心位于48~53个氨基酸残基之间。

研究表明，该二硫键对EGF生物活性的发挥起重要作用[6]。

图1 hEGF氨基酸序列（引自Savage CR Jr, Hash JH, Cohen S.（1973）248:7669-7672）颌下腺是EGF的主要合成部位，而颌下腺中EGF是由颗粒曲管（granular convoluted tubule，GCT）上皮细胞自身合成的[7]。

除此之外，人的十二指肠黏膜Brunner腺和胰腺导管细胞、角膜上皮细胞、胃黏膜、肾、乳腺、卵巢、睾丸、前列腺、肝脏等处也可合成EGF。

EGF合成后，释放到唾液、十二指肠液、尿液、乳汁以及血液等体液中[8]。

3 EGF的受体及分布EGF的受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）最初是从人的磷状癌细胞株（A431）中分离出来的一种糖蛋白，广泛分布于人成纤维细胞、哺乳动物的上皮细胞、胶质细胞、角质细胞等[9]。

在研究EGF对纤维原细胞增生的促进作用时，人们使用同位素标记技术证实了EGFR及其与EGF的结合部位的存在。

hEGFR基因位于人染色体7p，其编码产物为单链跨膜蛋白，含1186～1210个氨基酸残基，分子量134～135kDa，该肽链片断在第11～12个天门冬氨酸残基部位进一步糖基化后，分子量增加到170kDa，即成为成熟的EGFR。

cDNA克隆显示，人和鼠的EGFR结构大约有80％的同源性，说明EGFR在进化上具有高度的保守性。

EGFR细胞外的配体结合区，即第1～622个氨基酸序列有两个特点：①该部分氨基酸序列中富含半胱氨酸（51个），可形成25个双硫键，并构成一个与EGF具有高度亲和力的结合区域，这一特点与配体在细胞膜上的结合有关；②含有高浓度的N连接寡糖，约占此区质量的30％。

4 EGF的作用机制EGF是与靶细胞膜上EGFR结合后发挥生物学效应的，控制着细胞的代谢、生长、分化和癌变。

二者的结合具有高亲和力、时间与温度的依赖性、饱和性和可逆性。

4.1EGF的信号传递过程当有EGF存在时，EGF与其受体结合形成EGF受体复合物，此复合物有一个横向扩散的副效应，平均每50m/s相互碰撞一次，从而导致一些复合物相互聚集形成微丝。

EGF受体被固定，经吞噬作用，微丛中的复合物被细胞吞饮形成吞饮小泡，吞饮小泡最后与溶酶体融合，EGF受体复合物经溶酶体中酶的降解产物不断地移行到细胞核内刺激DNA的合成。

EGF的有丝分裂效应及细胞表面的EGF结合不成比例，而与EGF的信号传递的时间成比例，实验报道：应用于抗肿瘤反应的一种溶血磷脂酶的烷基化衍生物ET-18OCH对EGF的信号传递过程有抑制作用。

图2 EGF受体介导的信号转导过程引自（冯俆化等.生物化学与分子生物学（英文版教材）.2007）4.2蛋白激酶的激活4.2.1酪氨酸蛋白激酶(TPK)的激活EGF受体的第三结构区具有特异性的TPK活性。

此酶的主要底物也是在受体上的一个分子量为170kDa的蛋白质，对此酶底物的研究是了解EGF如何刺激细胞增殖的信号传导过程的中心议题，EGF与受体结合诱导受体磷酸化，激活TPK、EGFR不仅能自身磷酸化，而且还使依赖于Ca离子的分子量为35kDa、36kDa的蛋白质或磷脂酰肌醇的磷酸化。

EGF受体的第三结构区与erb-B蛋白的氨基酸顺序有高度的同源性，erb-B很象EGFR掐头去尾后而形成的产物。

两者主要区别点是后者缺乏结合EG和酪氨酸自身磷酸化的部位，这就提出了erb-B蛋白即使是在EGF结合部位缺乏的条件下也能起传递促细胞分裂信号的癌基因活化模式的作用。

由此推测，如果EGF受体基因缺失了受体酪氨酸激酶活性区段将转变为一种癌基因。

多种癌基因可以编码TPK，利用定位突变的方法已经证明：TPK磷酸化与否对酶活性有重要调节作用，高活性的TPK 可促使细胞增殖或癌变。

4.2.2C激酶(PKC)的激活EGF与受体结合诱导受体变构，通过G蛋白而降低受体TPK活性，从而使EGF受体与EGF 的高亲合性结合快速下降，使受体受到功能上的下降调节，说明PKG活性与EGF关系密切，EGF 表现的促细胞增殖乃至促癌作用似乎都是通过激活PKC来表现的，也说明通过下降调节从而反馈是抑制EGF受体促进细胞增殖的能力。

可能正是由于PKC这种反馈抑制作用才使得正常细胞中EGF受体不会导致细胞异常增生。

4.2.3CAPK的激活EGF可能核内受体或OAG(1-油酰-2-乙酰-消旋甘油)以外的其它第二信使来增加NC3H/10的染色体蛋白激酶(CAPK)的活性，且转化细胞CAPK活性对EGF刺激的敏感性较正常细胞低，EGF对CAPK的活性影响有助于阐明EGF的核内作用过程，因核内蛋白激酶在调节胞核的多种功能如基因表达中起重要作用。

5 EGF对胃肠道的生物学作用5.1EGF对小肠黏膜上皮细胞分化的影响小肠黏膜上皮细胞的增殖是一个多阶段和多因素参与的精确、有序的调节过程，包括细胞生长、DNA复制和细胞分裂3个阶段（Johnson，1995）。

表皮生长因子(EGF)在乳中丰富的含量及其受体在肠道内的广泛分布，说明EGF与小肠黏膜的发育存在直接关系。

研究表明，EGF能显著增加小肠黏膜DNA的合成与上皮细胞的增殖，调节肠细胞分化，刺激胃肠组织生长（Xu，1998），但这种作用可能受到EGF注射次数、注射剂量和动物所处的生理阶段等因素的影响（Christiane，1982）。

EGF的作用包括谷氨酰胺非依赖期和谷氨酰胺依赖期两个阶段：①EGF与受体结合，激活酪氨酸激酶及其它第二信使系统，启动早期生长反应性基因的表达，使mRNA 的合成量增加，这一阶段无需谷氨酰胺参与；②mRNA的合成将增值信号传出，启动细胞的总RNA和蛋白质的合成，为细胞从静止期（G0）到间歇期（G1）奠定了物质基础，如果作为核酸和蛋白质合成所需碳、氢的提供者—谷氨酰胺缺乏，必然导致DNA合成受阻，使细胞无法从G0到G1，以致细胞有丝分裂停止、无法进行分化（Ko，1993）。

5.2EGF对小肠黏膜刷状缘消化酶的影响利用外源EGF调节小肠黏膜刷状缘消化酶的活性，改善机体对养分的消化利用是促进初生动物生长的有效措施（Odle，1996）。

研究表明，EGF对消化道的发育有重要影响，EGF能增加胃肠道和胰腺的重量并促进上皮细胞的增殖（Avissar，2005)。

Paul等在肠外营养鼠上的研究发现，注射EGF组与对照组相比极显著地增加了胃、小肠和结肠的重量，小肠的重量比对照组增加了43%。

提高新生仔猪或小鼠小肠黏膜刷状缘水解酶及胰腺消化酶的活性，加强小肠和胰腺的分泌功能，从而明显加快初生动物肠道的成熟（O’Laughlin，1985；James，1987；Xu，1996）。

5.2.1EGF与激素的协同效应对小肠刷状缘消化酶的影响EGF在发挥作用时与某些激素具有协同效应。

例如，EGF与氢化可的松一起使用时，小肠黏膜刷状缘的蔗糖酶活性比单独应用EGF或氢化可的松可增加2～5倍（Charlotte，1993），与生长激素、甲状腺激素、胰岛素和生长抑素也有类似效果（Menard，1981；Martin，1984；Henning，1985；Taboada，1985）。

这说明，EGF有可能是通过调节某些激素的水平来影响黏膜刷状缘水解酶活性，调控黏膜分泌功能，但这还有待研究证实。

5.2.2给药方式对EGF调控小肠刷状缘消化酶的影响给药方式也影响EGF的效果（Charlotte，1990）。

Zijlstra（1994）发现，口服EGF能明显加快受轮状病毒损伤的肠黏膜的恢复，能有效促进小肠绒毛的生长，提高乳糖酶的活性，而且这种效果呈剂量―效应关系。

给哺乳仔兔口服EGF，可以促进黏膜刷状缘寡糖酶的发育，但经腹腔注射却没有效果（O’Laughlin，1985）。

在哺乳小鼠口服EGF并未引起黏膜刷状缘水解酶活性的变化，但采用皮下注射方式则可以明显提高乳糖酶活性（Oka，1983；Pollack，1987）。

研究证实，口服EGF主要是提高小肠黏膜上皮细胞刷状缘的寡糖酶活性；腹腔注射则主要增加胰腺淀粉酶的活性（O’Laughlin，1985）。

5.2.3不同肠段对EGF的敏感性与EGFR受体的分布有关不同肠段由于EGFR分布情况不同，对EGF的敏感性也有差异（Charlotte，1990；Xu，1996，1998）。

Charlotte（1990）发现，注射EGF会明显降低结肠乳糖酶和氨基肽酶的活性，却并不会影响空肠乳糖酶和蔗糖酶的活性，对空肠氨基肽酶活性则有一定促进作用。