碱性成纤维细胞生长因子的研究进展

1、776 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 是哺旁分泌的形式出现在胞外, 迄今仍没有明确的解释。3bFG F 受体的种类及其结构bFGF 受体可

2、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, 促进过细胞膜上的, 但要依赖于4。, FGF 信号传递5。4种, 分别为FGFR 21、FGFR 223、FGFR 24。其中FG

3、FR 21和FGFR 22对bFGF 有较高胚胎组织发育和分化等, 近年来, 重组bFGF 等疾病。1bFG F 1974年,G ospodarowicz 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

4、酶发生成纤维细胞系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

5、 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

6、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1/101/50, 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。2bFG F 的种类及生物结构bFGF 是一种碱性多肽, 等电点916918, 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;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

7、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。4bFG F 相关的信号转导途径保守性, 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4q273, 长度为3438kb , 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

8、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北京解放军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、

9、张广田【通讯作者】付小兵,E 2mail :fuxbcgw 1net 1cn【基金项目】国家重点基础研究规划项目(2005C B522603 777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

10、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: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(I

11、P3 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。另外, 在临床研究中也已证实, 外源性bFGF 21。51胞内的钙池释放Ca 2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶。此外,Ca 2+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

12、和激活转录因子外, 还可激活多种细胞内的反应11。Ras/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 2, , 体内研究和体外实验均表明bFGF 对多种胚胎细胞具有促分裂作用, 对卵裂早期的胚胎发育具有重要意义5。514bFGF 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 , 白如IP3、Raf Raf (MEK 活性环上的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

13、地转运入细胞核, 参与去磷酸化和激活转录因子的过程。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 transcrip 2tion ,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

14、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】1G ospodarowicz D , Jones K L , Sato G 1Purification of a growth factor for ovarian

15、 cells from bovine pituitary glands 1Proc Natl Acad Sci USA , 1974, 71(6 :229523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。磷脂酰肌醇232激酶(phosphatidyl inositol 232kinase ,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 (pro

16、tein 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。5bFG F 的生物学活性白秉学, 徐东刚, 范明1碱性成纤维细胞生长因子的研究进展1国外医学遗传学分册, 2004, 27(4 :197Xu C , Rosler E , Jia

17、ng J , et al 1Basic fibroblast growth factor sup 2ports undifferentiated human embryonic stem cell growth without con 2ditioned medium 1Stem Cells , 2005, 23(3 :3154Malkowski A , S obolewski K, Jaworski S , et al 1FGF binding by ex 2tracellular matrix components of Wharton s jelly 1Acta Biochim Pol

18、, 2007, 54(2 :357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5Itoh N 1The Fgf families in humans , m ice , and zebrafish :their evo 2lutional processes and roles in development , metabolism , and disease 1Biol Pharm Bull , 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

19、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。6Zhang X , Ibrahimi OA , Olsen SK, et al 1Receptor specificity of the fibroblast growth factor fam ily 1The complete mammalian FGF fam i 2ly 1J Biol Chem , 2006, 281(23 :156947Schlessinger J 1C omm on and distin

20、ct elements in cellular signaling via EGF and FGF receptors 1Science , 2004, 306(5701 :15067788 细胞生长因子体外联合诱导外周血单个核细胞定向分化为血管内皮细胞1中国组织工程研究与临床康复, 2007, 11(11 :209418Chua KH , Aminuddin BS , Fuzina NH , et al 1Basic fibroblast growthfactor with human serum supplementation :enhancement of human chondrocy

21、teproliferation and prom otion of cartilage regeneration 1S in 2gapore Med J , 2007, 48(4 :32419Z ittermann SI , Issekutz AC 1Basic fibroblast growth factor (bFGF ,FGF 22 potentiates leukocyte recruitment to inflammation by enhan 2cing endothelial adhesion molecule expression 1Am J Pathol , 2006, 16

22、8(3 :83520Cui HG, Li HY 1E ffect of basic fibroblast growth factor (bFGF onthe treatment of exposure of the orbital implants 1J Zhejiang Univ Sci B , 2007, 8(9 :62021卞徽宁, 陈华德, 郑少逸, 等1外源性碱性成纤维细胞生长因子对C oumoul X , Deng CX 1Roles of FGF receptors in mammalian devel 2opment and congenital diseases 1Birth

23、 Defects Res C Embryo T oday , 2003, 69(4 :2869Thisse B , Thisse C 1Functions and regulations of fibroblast growth factor signaling during embryonic development 1Dev Biol , 2005, 287(2 :39010Dvorak P , Hampl A 1Basic fibroblast growth factor and its receptorsin human embryonic stem cells 1Folia Hist

24、ochem Cytobiol , 2005, 43(4 :20311Schlessinger J 1Cell signaling by receptor tyrosine kinases 1Cell ,2000, 103(2 :21112K im H J , Bar 2Sagi D 1Modulation of signalling by S prouty :a develo 2ping story 1Nat Rev Mol Cell Biol , 2004, 5(6 :44113Ben 2Zvi T , Y ayon A , G ertler A , et al 1Suppressors o

25、f cytokine sig 2naling (SOCS 1and SOCS3interact with and modulate fibroblast growth factor receptor signaling 1J Cell Sci , 2006, 119(pt2 :38014Lam othe B , Y amada M , Schaeper U , et al 1The docking proteinG ab1is an essential component of an indirect mechanism growth factor stimulation of the 32a

26、ntiapoptotic 1, 2004, (1315Abraham , T A et al 1growth factor :and genomic organization 1EMBO J , 1986, 5(10 16陈佳, 罗成群1碱性成纤维细胞生长因子(bFGF 与创伤愈合1中创面愈合病理变化的影响1感染、炎症、2006, 7(4 :20622, 洪岸, 林剑11, , 17(2 , , 2005, 23(1 :98S L , K lintworth HM , X ia Z 1Basic fibroblast growth factorprotects against rotenone

27、 2induced dopam inergic cell death through ac 2tivation of extracellular signal 2regulated kinases 1/2and phosphati 2dylinositol 23kinase pathways 1J Neurosci , 2006, 26(17 :4481(2008201210收稿2008204225修回国烧伤创疡杂志, 2005, 17(1 :7417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