肝細胞生長因子在整形外科領域的研究進展

肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)是一種體液性介質(zhì)，具有多種生物學效應。它通過旁分泌或自分泌機制，借助上皮間質(zhì)的相互作用，在胚胎發(fā)生、創(chuàng)傷愈合、血管發(fā)生、組織器官再生、形態(tài)發(fā)生和致癌作用等方面發(fā)揮重要作用。本文就HGF的生物學功能及在整形外科領域的研究進展做一綜述。

1 肝細胞生長因子的概況

1．1 HGF的發(fā)現(xiàn)及來源：1984年，Michalopoulus等發(fā)現(xiàn)肝部分切除后，大鼠血漿內(nèi)含有刺激肝細胞DNA合成的物質(zhì)，稱之為肝細胞生成素(hepatopoietin，HPTA)。同年，Nakamura等從肝部分切除的大鼠血小板中提取到純度較高的多肽因子，并命名為肝細胞生長因子(hepatocyte growthfactor，HGF)。1985年，Stoker等發(fā)現(xiàn)一種主要作用于細胞活動的成纖維細胞衍化因子，因為它能分散結合緊密的細胞克隆集落，故命名為擴散因子(scatter factor，sF)，實際上它們是同一種因子，現(xiàn)通稱為HGF。

HGF存在于動物和人體內(nèi)多種組織和細胞中，HGF主要來源于肝臟枯否氏細胞(Kupffer cell)、內(nèi)皮細胞(endothelial cell)、成纖維細胞(libroblasts)、貯脂細胞(fat－storlng cell)、肺臟內(nèi)皮細胞以及惡性腫瘤細胞。胰腺、腸、甲狀腺、腦、頜下腺等組織也能合成和表達HGF，而肝實質(zhì)細胞和腎臟僅產(chǎn)生極微量的HGF。Traktuev和Shingemura發(fā)現(xiàn)脂肪干細胞能合成與分泌大量HGF。

1．2 化學結構：人HGF基因約70kb，有18個外顯子和17個內(nèi)含子，定位于7號染色體，由728個氨基酸構成的單鏈分子衍生而成。HGF的活性形式為一條α鏈和β鏈通過二硫鍵連接而成的異二聚體多肽，α鏈有4個功能域，β鏈則由1個無功能的絲氨酸蛋白結構域構成。HGF與肝素有很強的親和性，對DNA酶和RNA酶均不敏感，蛋白酶可使其失去活性。HGF具有高度同源性，不同來源和不同種屬的HGF結構基本相似。

1．3 HGF c－Met受體：現(xiàn)已證實，HGF受體是由原癌基因c－Met(protooncogene c－Met)編碼產(chǎn)生的一種與酪氨酸激酶相關的受體。c－Met編碼蛋白質(zhì)是一相對分子量為190×10的雜二聚體，由45×10的α鏈和145×10的β鏈通過二硫鍵結合而成，稱為p190c-Met。該蛋白在合成過程中首先合成一相對分子量為170×10的單體。再經(jīng)糖基化和在某一特定水解位點裂解形成α鏈和β鏈，β鏈N端和α鏈顯露細胞膜外，β鏈c端則在細胞膜內(nèi)，其中包括酪氨酸激酶區(qū)域和自動磷酸化位點，從而形成一包括膜外結合位點、跨膜蛋白、膜內(nèi)激酶區(qū)域完整的細胞膜受體，HGF與之結合后發(fā)生一系列生物調(diào)節(jié)效應。

1．5 HGF生物學功能：HGF除具有肝臟損傷后啟動肝再生的功能，還具有顯著的促細胞分裂、細胞運動及血管生成作用。HGF刺激原代無血清培養(yǎng)的肝細胞DNA的合成，對多種組織器官的生長發(fā)育有重要的生理調(diào)節(jié)功能。HGF的主要功能：①具有促進血管內(nèi)皮細胞增生和新生血管形成的作用，一般認為在血管生成過程中，內(nèi)皮細胞需要表現(xiàn)出一系列特殊、復雜的行為，包括增殖、遷移、細胞間互相粘著、排成直線以及形成開放的腔樣結構，在兔與小鼠缺血模型中，HGF能刺激新生血管生成，且不論在體內(nèi)還是體外試驗HGF的血管生成活性比血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)及堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)更為強大；②HGF還可促進組織細胞的發(fā)生、生存和再生，抑制細胞凋亡。周一軍等證明HGF干預后可顯著降低不同時間的內(nèi)皮細胞凋亡率，且內(nèi)皮細胞抗凋亡基因Bc1－2表達明顯升高，而促凋亡基因Bax表達無明顯變化。Gopalkr Ishnapilla等研究發(fā)現(xiàn)HGF能夠抑制高糖環(huán)境下內(nèi)皮細胞的程序性死亡(凋亡)，促進血管內(nèi)皮細胞再修復；③HGF還能調(diào)節(jié)膠原纖維的合成和炎性反應，在促進創(chuàng)傷愈合與防治組織纖維化中起重要的作用。

2 肝細胞生長因子在整形外科的研究進展

2．1 在創(chuàng)面修復方面的研究：隨著分子生物學的研究進展，人們對創(chuàng)面愈合的調(diào)控機制認識不斷深化，組織細胞的修復能力取決于創(chuàng)面本身內(nèi)環(huán)境的變化、內(nèi)源性生長因子含量以及因子受體及其活性變化等因素，生長因子在創(chuàng)面修復中起著舉足輕重的調(diào)控作用。生長因子促進組織再生的作用表現(xiàn)在以下三個方面：①生長因子作為化學趨化劑，趨化炎性細胞與組織細胞，為創(chuàng)面殺菌以及后期修復創(chuàng)造了條件；②直接作用于組織修復細胞上的生長因子受體，通過其促分裂效應加速細胞周期轉(zhuǎn)變以促進創(chuàng)面修復；⑧通過競爭性作用，可以上調(diào)組織修復細胞上生長因子受體的活性，從而加速信號的傳遞。既往生長因子促進創(chuàng)面修復的研究集中在bFGF VEGF、EGF、PDGF。哈小琴等以新西蘭兔為動物模型，將攜帶人HGF基因的重組質(zhì)粒(pUDKH)直接涂抹創(chuàng)口，發(fā)現(xiàn)外源性HGF能促進傷口愈合。其機制可能是HGF除了刺激血管內(nèi)皮細胞的遷移、增殖，形成新生血管，促進局部傷口的有效循環(huán)外還可刺激皮膚角質(zhì)形成細胞運動、增埴，加速傷口的再上皮化，另外，HGF能夠明顯地抑制轉(zhuǎn)化生長因子－β(TGF－β)的產(chǎn)生和增強膠原酶的活性，TGF－β作用于損傷組織的成纖維細胞，促使其合成大量的Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白、彈性蛋白、整合素、蛋白多糖等多種ECM成分，抑制基質(zhì)降解酶的產(chǎn)生、促進該酶降解物的合成并加強基質(zhì)與細胞的結合，促使傷口張力增加和局部纖維化，從而促進創(chuàng)傷的愈合。Ono等證實了局部給予HGF基因能顯著促進肉芽組織生長，加速急性切割傷創(chuàng)面再上皮率以及增加創(chuàng)面愈合口抗張力強度等作用。為了尋求一種能夠在創(chuàng)面持續(xù)合成釋放生長因子的方法，金麗娟等選取MSCs作為靶細胞，將外源性HGF基因通過腺病毒載體導入MSCs，然后注射于燒傷創(chuàng)面下，結果顯示傷后12天創(chuàng)緣有新生表皮生成，21天大部分創(chuàng)面愈合，且治療組表皮明顯厚于其他對照組，并可見釘腳的下伸、毛囊及皮脂腺的較早再生。

2．2 在病理性瘢痕方面的研究：病理性瘢痕包括增生性瘢痕(Hypertrophic Scar，Hs)和瘢痕疙瘩(Keloid，K)，是異常傷口愈合過程中的兩種形式。它們的形成機制包括成纖維細胞的過度增生和凋亡減少，膠原合成增加和基質(zhì)降解減少，細胞因子和生長因子的產(chǎn)生異常。Sullivan等已證實了過度表達的TGF－β在纖維化的進展中起關鍵作用，且瘢痕大小與TGF－β濃度成正比。相對而言正常皮膚組織中TGF－β的表達卻很少。TGF－β通過增加膠原合成和減少降解來促進細胞外基質(zhì)(EcM)堆積，它也是一個潛在的抑制上皮和內(nèi)皮細胞生長因子，例如抑制角質(zhì)化細胞，誘導成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，造成瘢痕的形成和攣縮。HGF可通過抑制TGF－β的表達來改善瘢痕形成。Ha等在動物模型瘢痕內(nèi)一次性注射不同劑量的Ad－HGF，注射后第52天肉眼觀察可見治療組瘢痕較治療前明顯減小或與周圍皮膚在同一水平，呈劑量依賴性，大、中劑量組(8.6×10，8.6×10 pfu)治療前后肥大指數(shù)的減少有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，尚可見不同程度再生的叢狀生毛，而對照組多數(shù)瘢痕大小無明顯變化，有的甚至更高；光學顯微鏡觀察顯示，治療組真皮纖維組織明顯少于對照組，并可見毛囊及皮脂腺分裂相的存在；天狼猩紅染色顯示大、中劑量組創(chuàng)口中膠原薄且稀少，而低劑量組和對照組刨口中仍有豐富大而粗的Ⅰ型膠原，證明了外源性的HGF可預防或治療皮膚瘢痕形成。Shanon等探討口腔粘膜損傷修復時瘢痕形成明顯少于皮膚損傷修復的原因，驚奇地發(fā)現(xiàn)口腔細胞產(chǎn)生的H6F、KGF(角質(zhì)化生長因子)的水平比皮膚高，這也間接地說明了HGF能減少瘢痕的形成。HGF基因能明顯減少硬皮征皮下組織膠原纖維的沉著，與對照組相比皮膚厚度降低2～3倍。

2．3 在脂肪移植方面的研究：前脂肪細胞理論(闡明了脂肪細胞中含有兩種不同的細胞成分一包含脂質(zhì)的脂肪細胞和無脂質(zhì)的基質(zhì)細胞，基質(zhì)細胞中含有干細胞，在某些特定情況下可以分化為成熟的脂肪細胞，并能合成及儲存脂質(zhì))的誕生為自體脂肪游離移植的可行性提供理論支持。眾多學者認為脂肪游離移植后，有血運的脂肪細胞能成活，如何加速移植體的血管重建和促進前脂肪細胞的分化是目前脂肪移植研究的方向。Traktueue等證實脂肪細胞能分泌大量的HGF，使得移植脂肪能夠存活，預測脂肪移植將來在修復組織缺損中將扮演重要的角色。Shingemura等研究發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)的脂肪干細胞能分泌HGF且明顯多于其他生長因子，可達到(15112±1628)pg／10cells，將脂肪干細胞移植到肺氣腫動物模型的損傷肺泡中，損傷肺組織中的HGF表達時間持續(xù)達4周，能修復損傷肺泡的上皮細胞，改善肺通氣。HGF能促進血管內(nèi)皮細胞等的增生與分裂，并且它的血管生物活性要強于VEGF和FGF，在人和大鼠的內(nèi)皮細胞培養(yǎng)液中加入外源性的HGF，8天后血管內(nèi)皮細胞的數(shù)量增加16倍。綜上所述，把HGF應用于脂肪移植中，有助于提高移植脂肪的存活率。

3 存在問題及展望

HGF活性半衰期只有幾個小時，其在體內(nèi)發(fā)揮作用需持續(xù)長時間與靶細胞受體結合，倘若研究一種既能讓HGF穩(wěn)定，又能使HGF持久緩慢釋放的載體，延長HGF活性周期，則解決了HGF臨床應用中的一大難題。目前研究最多的是以腺病毒為載體，腺病毒載體的優(yōu)點是導入效率明顯高于逆轉(zhuǎn)錄病毒，可制備的病毒滴度高，對分裂和非分裂細胞都有感染性，而且在受染細胞內(nèi)不發(fā)生整合，因此沒有致癌和致突變的危險；可插入大片段的外源基因。實驗證明一次給Ad－HGF，停藥后一個月不出現(xiàn)抗體，說明一次給藥是安全的，而且多次局部注射后才有抗腺病毒抗體出現(xiàn)。

因為HGF影響和調(diào)控細胞周期，應用HGF的安全性成為爭論的焦點。文獻報道了HGF－c－Met信號通路有潛在致瘤性和致腫瘤浸潤、轉(zhuǎn)移的可能性，HGF也可通過誘導VEGF的產(chǎn)生間接誘導腫瘤的血管生成。因此，在研究HGF作用的同時對其安全性的研究也不能忽視。

HGF有強大的血管活性，但未見國內(nèi)外在皮瓣存活、顆粒脂肪移植方面研究的相關報道。從理論上分析，向這方面研究是可行的。

HGF在整形外科的研究逐步深入，應用雖為初期，但已展示出它的潛力。隨著對HGF作用機制認識的不斷增強，相信HGF在整形外科中有比較廣泛的應用前景。