生長因子在顱縫早閉癥中作用的研究進(jìn)展

唐冬生 綜述 韋敏 審校

原發(fā)性顱縫早閉是常見的先天性顱面畸形，可發(fā)生于一條或多條顱縫，表現(xiàn)為顱腔狹小、三角頭、舟狀頭、斜頭或顱面畸形綜合征等。不僅造成顱骨畸形，而且可導(dǎo)致顱內(nèi)壓升高、視乳頭和視盤水腫、視敏度受損、視神經(jīng)萎縮失明，嚴(yán)重者腦發(fā)育受阻，影響患兒智力發(fā)育[1]。

目前，國內(nèi)外在細(xì)胞、分子甚至基因水平對原發(fā)性顱縫早閉的機(jī)理進(jìn)行了廣泛研究，認(rèn)為顱骨、顱縫發(fā)育成熟與大腦組織、硬腦膜和顱蓋骨之間復(fù)雜的相互作用有關(guān)。一旦顱縫周圍的微環(huán)境發(fā)生變化，或基因遺傳的改變干擾了生長發(fā)育體系，就可能導(dǎo)致顱縫的早期閉合。研究發(fā)現(xiàn)，硬腦膜在顱縫閉合中可能有重要作用。1851年，Rudolph指出，顱縫的閉合并不依賴于腦內(nèi)的環(huán)境；1920年，Park和Powers推測，由于胚胎階段某種顱縫間質(zhì)成分的缺陷，導(dǎo)致了顱縫早閉；Moss也在1959年提出，作為顱腦張力的傳導(dǎo)者，硬腦膜明顯影響顱縫的閉合。有研究將胚胎大鼠的冠狀縫異位植入同種的成熟大鼠的顱骨，在排除硬膜生化環(huán)境的影響下，觀察冠狀縫生長變化，發(fā)現(xiàn)移植顱縫形態(tài)學(xué)的生長變化與在有硬膜的生化環(huán)境下的正常形態(tài)不同。Roth等[2]將一種不滲透的硅膠膜植入剛出生的SD大鼠后額縫的硬腦膜與顱骨之間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SD鼠后額縫延遲到30 d后才閉合（正常12～22 d閉合），而未植入者則正常閉合。

隨著在分子水平上研究的不斷深入，證實(shí)了相關(guān)生長因子及相應(yīng)通路在顱縫閉合中發(fā)揮著重要的作用，但其作用的具體機(jī)制及各因子之間的相互作用情況目前仍不清楚。以下就目前幾種研究較多的相關(guān)生長因子及其作用通路在顱縫早閉癥中的研究進(jìn)展加以闡述。

1 相關(guān)生長因子

目前的研究表明，成纖維細(xì)胞生長因子（FGFs）、轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-βs）與顱縫閉合過程有著密切的關(guān)聯(lián),有研究認(rèn)為TGF-β在顱縫閉合中主要起調(diào)節(jié)FGFs及其受體表達(dá)水平的作用[3-5]。在早閉的鼠后額縫和宮內(nèi)頭部受壓產(chǎn)生顱縫早閉的小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF2和TGF-β1共同高表達(dá)，在后位斜頭畸形和單側(cè)冠狀縫早閉中，TGF-β亞型的質(zhì)量增加；在多個(gè)以顱縫早閉為特征的綜合征（Crouzon綜合征、Apert綜合征和Pfeiffer綜合征）中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF2受體的功能獲得性突變；Traynis等[6]報(bào)道在一例孤立的雙側(cè)冠狀縫早閉的病例中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GFR2基因存在異常的剪接位點(diǎn)的突變，均提示FGF、TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在顱縫早閉中發(fā)揮重要的作用。

FGFs是一類生長因子超家族，它在顱縫閉合過程中起著重要的調(diào)控作用。其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有ERK/MAPK途徑、p38MAPK途徑、JNK途徑等。其中，ERK途徑在骨細(xì)胞的增殖和分化中起著主要的作用[7]。FGF-2最初從腦組織中得到，呈堿性，被證實(shí)在鼠類的纖維母細(xì)胞中有明顯的促增殖活化作用，主要在未成熟鼠的間質(zhì)細(xì)胞、輸精管周圍細(xì)胞、足細(xì)胞中表達(dá)，并隨著性成熟而逐漸減少。Spector等[8]將SD幼鼠顱縫的硬腦膜細(xì)胞及成骨細(xì)胞共同培養(yǎng)，并防止兩者產(chǎn)生接觸抑制。在共培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞的增殖明顯強(qiáng)于硬腦膜細(xì)胞，認(rèn)為是硬腦膜細(xì)胞可分泌FGF-2、TGF-β1和骨鈣素等，對成骨細(xì)胞產(chǎn)生旁分泌作用而引起的。Moore等[9]在雞胚胎的顱蓋穹隆游離組織中，分別加入正常生理學(xué)濃度的FGF-2因子、高濃度FGF-2因子及抗體，以控制雞胚胎的顱穹隆部的FGF-2配體水平，來干擾顱骨的正常形態(tài)學(xué)演變。研究發(fā)現(xiàn)，盡管生理水平濃度的FGF-2能引起雞胚胎的肢體形態(tài)學(xué)改變，但不足以引起顱穹隆發(fā)育的形態(tài)學(xué)改變；高于正常生理濃度的FGF-2則導(dǎo)致細(xì)胞明顯增殖，使組織形態(tài)增大；當(dāng)FGF-2的濃度進(jìn)一步增大時(shí)，則出現(xiàn)細(xì)胞增殖分化的閉鎖。所以，他們認(rèn)為，F(xiàn)GF-2的濃度強(qiáng)度變化引起的相關(guān)信號通路可控制顱蓋發(fā)育中與FGF相關(guān)的成骨細(xì)胞的增殖、分化。其他體外研究也顯示，在不同的培養(yǎng)條件下，F(xiàn)GF信號或者能夠增強(qiáng)成骨細(xì)胞的增殖[10]，或者能夠隨著細(xì)胞凋亡而減弱成骨細(xì)胞的增殖[11]。

同時(shí)，F(xiàn)GF受體（FGFRs）也是引起各種先天顱縫早閉綜合征的重要因素。FGFs（1～4）是單跨膜酪氨酸激酶的受體的一部分，每一個(gè)受體由一個(gè)胞外配體結(jié)合區(qū)、一個(gè)跨膜區(qū)和一個(gè)胞內(nèi)激酶區(qū)域組成。3個(gè)免疫球蛋白形成3個(gè)環(huán)狀鏈（ⅠgⅠ，ⅠgⅡ和ⅠgⅢ），每個(gè)環(huán)狀鏈有一個(gè)二硫鍵、一個(gè)酸性區(qū)和一個(gè)細(xì)胞黏附因子（CAM），位于ⅠgⅠ和ⅠgⅡ之間。當(dāng)FGF配體與HSPGs（硫酸乙酰肝素糖蛋白）和/或HS（硫酸乙酰肝素）結(jié)合，并與FGFR通過二聚作用和自磷酸化作用形成三分子復(fù)合物，即可向胞內(nèi)傳遞有效信號。而持續(xù)激活FGFs及后續(xù)的信號上調(diào)作用可導(dǎo)致顱縫過早閉合。大量文獻(xiàn)報(bào)道認(rèn)為，該點(diǎn)突變或缺失可導(dǎo)致多種顱縫早閉畸形，可能與FGF/FGFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常有關(guān)。FGFR突變與多種顱縫早閉綜合征有關(guān)，大多數(shù)突變來源于FGFR2，最早于1994年發(fā)現(xiàn)Crouzon綜合征與FGFR2突變相關(guān)[12-13]，隨后發(fā)現(xiàn)其他一些顱縫早閉綜合征（包括Apert綜合征、Pfeiffer綜合征）與FGFR2突變相關(guān)[14-15]；部分來源于 FGFR3，如 Crouzon綜合征、Muenke綜合征與 FGFR3突變相關(guān)[16-17]；FGFR1突變與Pfeiffer綜合征相關(guān)[18]。迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)FGFR4突變與顱縫早閉明顯相關(guān)。

TGF-β是二聚體多肽生長因子家族的一員，最初是從病毒轉(zhuǎn)染的鼠細(xì)胞隱匿分泌的蛋白中發(fā)現(xiàn)的。TGF-β僅有單一特定的細(xì)胞表面受體，能促進(jìn)纖維母細(xì)胞的有絲分裂，在不同的環(huán)境下對細(xì)胞的生長有促進(jìn)或抑制的雙重作用。在顱縫閉合過程中，TGF-β、TGF-βR在成骨細(xì)胞中高表達(dá)。TGF-β對于信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)主要是通過Smads蛋白來介導(dǎo)的，形成Smads蛋白磷酸化復(fù)合物后核轉(zhuǎn)位，與DNA結(jié)合后調(diào)控細(xì)胞增殖和分化。Smad蛋白家族是近年發(fā)現(xiàn)的新的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，直接參與TGF-β超家族成員，包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 及骨形成蛋白（Bone morphogenetic protein，BMP）、活化素（Activin）等多個(gè)成員的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[19-20]。Smad蛋白最早是通過基因篩查在無脊椎動(dòng)物中鑒定出來的。Sekelsy等[21]分離出Mad蛋白，Savage等鑒定出Sma基因，它與Mad蛋白密切相關(guān)。Caenorhabdjtis在對果蠅的研究中發(fā)現(xiàn)，Mad蛋白和Sma蛋白作用于絲氨酸/蘇氨酸激酶受體下游。因此，將Mad和Sma蛋白及其類似物統(tǒng)稱為Smad（Sma-Mad）族蛋白。

顱縫早閉是一個(gè)復(fù)雜的病理生理過程，是多因素、多因子參與，網(wǎng)狀交互作用的復(fù)雜過程。生長因子FGF2和TGF-β1在顱縫早閉中同時(shí)出現(xiàn)的高表達(dá)對于顱縫早閉的意義，及其相互之間尤其是其通路ERK/Smad間有無協(xié)同或抑制作用，其具體作用機(jī)制仍不十分清楚。

在生長因子方面，有研究認(rèn)為，TGF-β在顱縫閉合中主要起調(diào)節(jié)FGFs及其受體表達(dá)水平的作用。在顱縫早閉機(jī)制中，相對FGFs，TGF-β可能作為第二要素存在，是顱縫閉合復(fù)雜機(jī)制的一個(gè)組成部分，輔助調(diào)控顱縫的閉合[22]。HanJoon等[23]發(fā)現(xiàn)，單純TGF-β1腺病毒過表達(dá)能促進(jìn)骨形成，但不會(huì)導(dǎo)致鼠的病理性矢狀縫早閉。Spector等[24]發(fā)現(xiàn)，在顱縫閉合過程中，F(xiàn)GF2和TGF-β1共同作用小鼠硬腦膜細(xì)胞時(shí)，F(xiàn)GF2 mRNA的水平上升7倍而TGF-β1上升3倍。Mukherjee等[25]通過鼠的離體跖骨培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在加入TGF-β培育后，F(xiàn)GFR磷酸化水平增高，F(xiàn)GF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子水平升高，對顱縫的閉合產(chǎn)生正向調(diào)節(jié)的作用。

2 相關(guān)生長因子的作用通路

在通道水平方面，曾經(jīng)認(rèn)為各通路之間是平行的、線性的關(guān)系，但現(xiàn)在越來越多的研究表明，ERK通路與Smads通路間存在著網(wǎng)狀的復(fù)雜的密切聯(lián)系，其相互作用可存在于受體、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑上各分子及轉(zhuǎn)錄因子等各水平。

ERK及其下游分子與Smad通路間的相互影響在各類細(xì)胞中均存在，但其交互作用在各細(xì)胞中產(chǎn)生的結(jié)果卻并不完全相同，具有明顯的細(xì)胞特異性。在人腎小球系膜細(xì)胞中，MEK/ERK被抑制后，不僅TGF-β誘導(dǎo)的Smad2/3的量明顯減少，而且細(xì)胞合成Ⅰ型膠原也減少；但在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，在鼠乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)，MEK/ERK抑制劑對Smad2/3的活性沒有影響[26]。在骨細(xì)胞方面，Sowa等[27]通過對鼠成骨細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，ERK通路激活對于Smad3誘導(dǎo)的堿性磷酸酶及骨鈣化具有負(fù)性調(diào)節(jié)作用，并可進(jìn)一步調(diào)節(jié)骨形態(tài)和骨密度。Yin等[28]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ERK通路阻斷后，由FGFR2基因上的片斷pro253Arg突變引起的顱面畸形可以得到明顯的緩解。此外，相關(guān)研究還表明，ERK下游分子AP-1可能參與Smads復(fù)合物與DNA相應(yīng)片段結(jié)合過程并起著重要的調(diào)節(jié)作用[5]。而在顱縫閉合過程中，ERK通路對于Smads蛋白作用的細(xì)胞特異性如何，是協(xié)同還是抑制，對于顱縫處細(xì)胞的增殖和分化有何影響仍未得知。

目前認(rèn)為，Smads對于ERK通路的作用及機(jī)制，不同的細(xì)胞、不同的階段，ERK/MAPK通路的激活，可能需要Smads的不同表達(dá)。在人永生化支氣管上皮細(xì)胞BEP2D細(xì)胞中Smad4沉默后，TGF-β3 ERK激酶的磷酸化水平下降[29-30]。而在對鼠未分化腸上皮細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，Smad3/4的缺失會(huì)嚴(yán)重抑制ras-mkk-mek-erk的MAPK途徑所誘導(dǎo)的TGF-β1的表達(dá)[31]。而在顱縫早閉中，TGF-β1輔助FGF2誘導(dǎo)顱縫閉合是否需要Smads蛋白的作用，其作用是協(xié)同還是抑制，其缺失對于顱縫早閉有何影響，目前尚不明確。

綜上可知，F(xiàn)GF2/ERK和TGF-β/Smads兩條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間存在著復(fù)雜的相互調(diào)節(jié)關(guān)系，在顱縫早閉的發(fā)病中起著重要的作用。但二者交互調(diào)節(jié)的許多機(jī)制仍不清楚。

最近發(fā)現(xiàn)，在Apert綜合征中，F(xiàn)GFR2下游區(qū)的表皮生長因子受體（EGFR）和血小板衍生生長因子受體（PDGFR-α）通過PKC-α依賴的激活蛋白-1（AP-1）轉(zhuǎn)錄活性的活化而表達(dá)增強(qiáng)[32]，提示這兩種因子在顱縫早閉中同樣發(fā)揮著一定的作用。此外，胰島素樣生長因子1受體(IGFR1)的變異可能促進(jìn)或者造成單個(gè)的顱縫過早閉合[33]。

3 展望

目前的研究已明確，F(xiàn)GFR和TGF-β介導(dǎo)的信號系統(tǒng)在顱縫過早閉合的發(fā)病機(jī)理中起著關(guān)鍵作用。正常的顱縫閉合依賴于復(fù)雜的信號級聯(lián)系統(tǒng)，而這些信號系統(tǒng)可以受到許多遺傳突變及細(xì)胞內(nèi)信號干擾的破壞，從而導(dǎo)致顱縫早閉的發(fā)生。目前對于顱縫閉合的生長因子調(diào)控機(jī)制研究很多，但是具體作用機(jī)制及各機(jī)制之間的相互關(guān)聯(lián)仍未十分清楚。深入理解生長因子如何影響顱縫閉合，將有助于顱縫早閉癥的預(yù)防及治療。

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