对角质细胞生长因子及其防护作用的研究

1、对角质细胞生长因子及其防护作用的研究摘要：角质细胞生长因子（keratinocyte growth factor, KGF是在1989 年由Rubin等1从人胎肺成纤维细胞的培养上清中分离并纯化的，并发现具 有促进小鼠角质细胞有丝分裂的作用，故将其定名为角质细胞生长因子。KGF是具有肝素结合特性的成纤维细胞生长因子超家族中的成员，又称为FGF 72。关键词：角质细胞生长因子；成纤维细胞；上皮细胞；细胞凋亡1 KGF及其分子结构KGF的分子结构KGF基因编码194个氨基酸残基的蛋白质，包含一个供分泌的信号肽和N端的糖基化位点。由于N端没有糖基化，在细菌中表达的 KGF为21 kD的蛋白分子3，而

2、哺乳动物细胞产生的KGF因N末端糖基化及与 多肽链结合的糖蛋白不同，分子量为 2628 kD的单链多肽1重组KGF比天 然KGF的有丝分裂原性的专一活性高10倍左右，不经糖基化修饰是否是 KGF有 丝分裂原活性提高的原因尚待进一步研究4 0蛋白肽链氨基酸序列分析表明， KGF与 FGF家族的其它成员相比，在多肽链 C端有35%45的同源性，而KGF端 的64个氨基酸是独特的5oKGF的表达及调控已经证实，胚胎、新生儿和成人上皮细胞起源的成纤维细胞和来自肺、肝、角膜、皮肤、乳腺、胃肠道、肾、膀胱、前列腺、卵 巢等器官的间质细胞以及血管内皮细胞、 平滑肌细胞均可表达KGF而内皮细胞、 淋巴细胞、单

3、核细胞、巨噬细胞、黑色素细胞不表达KGF：6，7o上皮细胞表达其特异受体KGFR KGF主要以旁分泌的方式发挥生物学功能。以往认为上皮细 胞不表达KGF但最近实验发现前列腺上皮细胞和前列腺癌：8细胞以及卵巢 上皮细胞和卵巢癌上皮细胞：9以自分泌方式表达KGF成人脑组织亦有表达 10 0 KGF的表达受IL 1、IL 6、TGF a等许多细胞因子的正调控。IL 1 是最强的诱导剂，在肺和真皮的成纤维细胞中，从RNA和蛋白质水平都可证明此 诱导作用的存在。KGF的表达还受激素的正调控。在人前列腺中，雄激素二氢睾 酮刺激KGFmRN及蛋白的表达：11，而雌激素17 P雌二醇促进乳腺基质KGF mRN

4、及蛋白表达12o甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP通过旁分泌的途径显 著地提高上皮成纤维细胞中KGF mRNA蛋白的表达及分泌：13。KGF受体（KGFR的结构 KGFR是酪氨酸蛋白激酶型受体（PTK的家 族成员，它和bek/FGFR 2基因是相同基因在转录过程中剪切不同的外显子形成 的剪接变异体。KGFR勺配体结合区除信号肽外,还含有2个或3个免疫球蛋白（Ig）样结构域，在Ig I和Ig n结构之间含有主要由天冬氨酸和谷氨酸等8个氨基酸构成的酸性氨基酸序列。在第三个Ig样结构中有一部分呈突起状。第一个被克 隆出来的KGFR含有Ig n和Ig m两个Ig样结构，以后从人或小鼠乳腺上皮细胞 克隆出

5、来的KGFR匀含有三个Ig样结构，但它们具有同样结合配体的能力，提示 Ig I结构域不参与配体的结合。第三个Ig样结构的羧基端和相邻柄区的49个不 同顺序的氨基酸序列决定了 KGFR和 bek/FGFR 2基因与配体结合的特异性差异， 此区两者的同源性仅为47%5。KGFR Igm羧基端区域是 KGF的结合域14。 KGFRt的糖蛋白是KGFR与KGF吉合所必需的基团，不同的糖基影响不同组织 KGFR和 KGF的亲和性15。2 KGF生物学功能促进上皮细胞增殖与分化体外研究显示，KGF刺激角质细胞DNA合成的能力比TGF a和EGF强210倍1。刘琳等16研究表明，外源性的 KGF 2在501

6、00卩g/ml浓度时可明显提高碱烧伤后兔角膜上皮细胞的愈合率， 且呈剂量依赖性，消除了角膜损伤对新生血管的刺激作用， 从而间接抑制了新生 血管生长。推测KGF可能通过刺激角膜缘上皮干细胞的增生和移行而促进角膜上 皮损伤的愈合。减少肝细胞的变性坏死，促进肝细胞增殖与合成代谢，减少肝星 状细胞激活从而减少纤维组织增生而发挥抗纤维化作用17。马骏等18实 验发现，KGF(5 mg/kg)可引起肺n型细胞的增殖，主要表现为 BrdUrd标记指 数的升高及倍增时间的降低，这种增殖效应短暂，第7天回至正常。这为进一步 将KGF作为肺肿瘤放疗的保护剂研究打下了理论基础。KGF及KGFR在整个胃肠系统中均有表

7、达，具有刺激胃肠系统上皮细胞增殖和分化的功能，对保持胃肠粘 膜的完整性和促进损伤修复有和重要作用。静脉给予大鼠KGF能减轻由非甾体类抗炎药物引起的急性肠损伤并促进小肠溃疡的愈合19。KGF还能逆转完 全肠外营养(TPN导致的肠粘膜上皮结构和功能的改变：通过增加肠内蛋白和 DNA的合成、微绒毛的高度，促进干细胞增殖，上调上皮细胞KGFR勺表达，减少上皮细胞的凋亡，削弱TPN引起的离子转运增加，增强粘膜上皮的屏障功能20，故KGF在提高接受TPN台疗病人的治疗效果方面有重要临床意义。维持细胞骨架稳定Waters和Sayla等用电子显微镜观察发现，过氧化氢引起培养的Calu 3单层细胞通透性发生改变

8、时，细胞内F肌纤蛋白丝排 列紊乱，肌丝断裂，细胞连接中的F肌纤蛋白丝杂乱且不连接。当损伤后的细 胞用KGF处理后，观察染色的F肌纤蛋白丝增多增长，排列整齐。细胞在过氧 化氢前用KGF预处理，也显示相同作用。在 PKC抑制剂Calphostin C 存在下， KGF失去了这种作用21，22。KGF结合受体相继激活PKC阻止了 F肌纤蛋白的断裂并使细胞内的G肌纤蛋白向23。F肌纤蛋白转变，保持细胞结构的完整放疗和化疗在发挥抗癌、抑癌作用的同 导致的临床症状被广泛称为“ mucositis ”KGF可降低其KGF在放化疗中的防护作用 时，也破坏正常细胞分裂迅速的胃肠道，（粘膜炎），在小鼠的放疗和化疗

9、模型中，给小鼠预先滴注重组胃肠道损伤，缓解损伤导致的体重下降，加速恢复期的体重增加，显著改善小鼠 的生存状态。KGF对胃肠粘膜的保护机制是 KGF的预处理增加了小肠绒毛的高度 和隐窝的深度；KGFM小肠隐窝干细胞也有直接作用，加强其在放化疗中的存活 率24。在临床恶性血液病的放化疗中，KGF的防护作用的研究已较成熟。在 一项m期双盲研究中，研究者比较在大剂量放化疗前及骨髓移植后，静脉注射重组人角质细胞生长因子（Palifermin ）和安慰剂的效果。结果显示，Palifermin 组病人3、4级口腔粘膜炎（WHO的发病率和持续时间均低于安慰剂组，4级口 腔粘膜炎和口腔及咽喉疼痛发病率、阿片类止

10、痛药和全静脉营养的使用及发热性 中性粒细胞减少症也更少。与本药有关的副作用如皮疹、瘙痒、红斑和口舌的病 症都为轻、中度，且是暂时的25。根据这项研究，美国FDA已经批准Palifermin 用于治疗恶性血液病患者由高剂量放化疗导致的口腔粘膜炎。另外，实验证实 KGF可减轻Calu 3细胞直接暴露于过氧化氢或辐射诱导的通透性增加。而用PKC的阻断剂Calphostin C 之后，发现KGF对降低过氧化氢及辐射诱导的 Caul 3 单层培养细胞的通透性增高无降低作用2123。这表明，KGF对气道屏障的保 护作用的信号传导是依赖PKC途径，这与其它生长因子的作用机制类似。Terry 等26实验发现，

11、KGRl过影响鼠肺组织细胞的增殖动力学，延长鼠胸部放疗 诱导的局限性肺炎的潜伏期，拮抗由放疗引起的肺损伤。这为进一步将KGFf乍为 肺肿瘤放疗的保护剂研究打下了理论基础。Braun等27研究发现，KGF能保护人角质细胞HacaT免受由具有亲电子和氧化特性的外源性化学物导致的损伤 以及紫外照射诱导的细胞死亡。与其它类型细胞相比，KGF是通过蛋白重新合成而不是直接的抗细胞凋亡发挥作用的。 体内实验发现KGFM使培养的人头皮毛囊 免受具有细胞毒性的外源性化学物甲萘醌的损伤，具有临床意义。在鼠背皮肤注射KGF能显著减少紫外照射导致的细胞死亡。Lu等28研究发现由PAK4与 KGFR 相互作用的新的信号

12、轴，参与了 KGF介导的拮抗氧化剂诱导的上皮细胞凋亡。2 4 KGF与肿瘤研究表明KGF与肿瘤有着密切的关系。Kazunori等29体外研究证实，由胃纤维原细胞分泌的KGF能刺激胃硬癌癌细胞大量增殖。 KGF与 FGF 10可能通过激活MAP途径而在子宫内膜癌细胞的增殖中起重要作 用30。另一方面，在KGF在上皮源性肿瘤化疗中的作用研究结果不一致。在 人类乳腺癌，KGF对抗癌药物所引起的细胞凋亡有抑制效应，KGF和 KGFF可能是通过联合上调Bel 2的表达来实现的31。在肺癌细胞系A549, KGF能激活 Akt信号转导通路和抵抗Fas介导的细胞凋亡320但在大鼠乳腺癌模型，KGF 联合甲氨

13、蝶呤则能促进癌细胞的凋亡330。Oelmann等34实验证明，在体 外培养的35种上皮来源癌细胞系、22种淋巴瘤和白血病细胞系中，大多数癌细 胞系在rHuKGF作用下，没有发生有意义的增殖，只有5种癌细胞系（2种肺癌、 1种胃癌、1种结肠癌、1种乳腺癌细胞系）发生了有统计意义的增殖，呈剂量 依赖性。rHuKGF没有降低肿瘤细胞对氟尿嘧啶的药物敏感性。并得出结论，一 些表达KGFR勺上皮源性的癌细胞，当考虑治疗方案时，由KGF导致的增殖效应可能不会降低其化疗敏感性。3 总结与展望在放射医学与临床肿瘤治疗目前对KGF的生物学性质尚未全部了解。由于 KGF对多种致伤因素引起的 组织损伤具有显著的保护

14、及促进修复作用，尤其是在保护辐射和化疗所致的损伤 方面令人瞩目，因此KGF作为新类型的损伤防护剂， 学中具有重要的应用前景。【参考文献】characterization of newlycells J .Proc Natl Acad1 Rubin JSQsada H,Finch PW,et and identified growth factor specific for epithelial Sci USA,1989,86(3):802806.2 Aaronoson SA,Bottaro DP,Miki T,et growth factor:A fibroblast growth factor family member with unu sual target cell sp ecificity77.J .Annals of the New York Academy of Science,1991,638:623 RonD,Bottaro DP,Finch PW,et of biologically active rebinantKerat