肝細胞生長因子在干細胞領(lǐng)域的研究進展*

孫 寧 陳劍秋 孫晉津 李辰運 王嘉璽

肝細胞生長因子在干細胞領(lǐng)域的研究進展*

孫 寧 陳劍秋△孫晉津 李辰運 王嘉璽

肝細胞生長因子 間質(zhì)干細胞 多潛能干細胞 心肌干細胞 肝干細胞移植 綜述

干細胞（stem cells,SC）是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細胞。目前干細胞移植已廣泛應(yīng)用于造血系統(tǒng)、腎病、下肢缺血及腦癱等疾病。但如何讓干細胞更有效地動員并發(fā)揮作用仍然是干細胞治療的難點。本文旨在就肝細胞生長因子（hepato?cyte growth factor，HGF）對干細胞的影響綜述如下。

1HGF概述

1.1 HGF與其受體的結(jié)構(gòu)特點 肝細胞生長因子是從部分肝切除大鼠的血清中分離出的一種能刺激DNA合成和原代培養(yǎng)的因子。HGF是由69 ku的α鏈和34 ku的β鏈以二硫鍵相連的異二聚體。它包含6個域：α鏈的1個氨基末端發(fā)夾環(huán)（HL）和4個Kringle結(jié)構(gòu)（K1~K4），以及β鏈的絲氨酸蛋白酶同源結(jié)構(gòu)域[1]。HGF受體是由原癌基因c-Met編碼產(chǎn)生的一種酪氨酸激酶，也被稱為c-Met。HGF受體由45 ku的α鏈和145 ku的β鏈通過二硫鍵結(jié)合而成的異二聚體。α鏈全部在細胞外，而β鏈是包含酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域的跨膜亞單位。其胞外區(qū)包括3種功能域：Sema結(jié)構(gòu)域、PSI結(jié)構(gòu)域和IPT結(jié)構(gòu)域。胞內(nèi)區(qū)包括3個部分：近膜序列、含酪氨酸Tyr1234和Tyr1235的催化區(qū)，羧基末端包含酪氨酸（Tyr1349 and Tyr1356）的多功能連接位點[2]。

1.2 HGF/c-Met系統(tǒng)的生物學特點 肝細胞生長因子與c-Met受體結(jié)合后，通過受體二聚體化和酪氨酸殘基（Tyr1234和Tyr1235）的轉(zhuǎn)磷酸化而激活激酶活性。隨后羧基端的2個酪氨酸（Tyr1349和Tyr1356）磷酸化，這些磷酸化的酪氨酸可調(diào)節(jié)多種信號分子。與HGF結(jié)合后，c-Met的c末端尾巴連接序列可結(jié)合許多含有SH2結(jié)構(gòu)域的效應(yīng)蛋白，如PI3K，非受體酪氨酸激酶Src，生長因子受體結(jié)合蛋白2（GRB2）和轉(zhuǎn)化蛋白（SHC）配體。C-Met與GRB2連接蛋白GAB1結(jié)合后，促使其磷酸化，為SHC，PI3K，SHP2，CRK，PLCγ1和P120RasGTP激酶提供活化蛋白。C-Met還可通過CD44與細胞骨架相聯(lián)系。C-Met與HGF和CD44通過細胞外結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，隨后激活MET信號。其中c-Met的c末端尾巴對于信號從活性MET轉(zhuǎn)移到Ras是必須的[3]。隨后活化的Ras通過SOS發(fā)揮作用。MAPK級聯(lián)、JNK通路、p38MAPKs通路、PI3K-Akt通路、STAT通路和IκBα-NF-κB復合體對于MET信號起重要的調(diào)節(jié)作用。

2 HGF對干細胞的影響

2.1 HGF促使內(nèi)皮祖細胞（EPCs）增殖、遷移及血管形成 研究表明，HGF能夠促進人類CD34+造血干細胞的增殖與生存，并在肺部受到損傷后能夠從骨髓動員EPCs至受損傷的局部[4]。但HGF促內(nèi)皮祖細胞增殖、遷移的機制尚不十分明確。目前研究表明，HGF一方面能以旁分泌方式誘導VEGF產(chǎn)生[5]。VEGF可提供EPCs增值、分化和遷移的有利微環(huán)境，從而促使內(nèi)皮祖細胞增殖、遷移。HGF/SF誘導VEGF與MARK信號通路有關(guān)。外源性HGF可促使內(nèi)皮祖細胞增殖、遷移，但卻不能誘導分化[6]。另一方面，HGF可以不通過VEGF 而單獨動員內(nèi)皮祖細胞[4]。MARK（ERKs）和 PI3K（Akt）信號通路與此過程有關(guān)[7]。最近有研究表明，HGF和VEGF明顯刺激EPCs增殖和臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）管狀結(jié)構(gòu)形成，但是它們增加活性氧（ROS)產(chǎn)生，導致EPC的成熟前衰老；HGF治療后則明顯減少血管緊張素II誘導的ROS生成，并且通過血管緊張素II誘導的PIP3/rac1活性減少來延緩EPCs衰老，促進EPCs功能的維持和臍靜脈內(nèi)皮細胞管狀結(jié)構(gòu)形成，而VEGF無此影響[8]。Shi等[9]發(fā)現(xiàn)HGF促進EPCs的增殖效應(yīng)部份依賴于通過鈣庫操作性鈣通道（SOCCs）內(nèi)流的鈣離子。SOCCs的一個重要調(diào)節(jié)因子——間質(zhì)交感分子1（STIM1）的表達在其中起重要調(diào)節(jié)作用。近期研究顯示，HGF誘導的EPCs動員、遷移和促血管生成作用需要Nox2依賴的ROS介導的Jak2和Jnk激活[10]。

2.2 肝細胞生長因子促使間充質(zhì)干細胞（MSC）增殖、遷移、分化為肝樣細胞 Forte等[11]通過加入K252A細胞因子激酶抑制物、p38抑制物SB203580及PI3K抑制劑渥曼青霉素來研究HGF對骨髓源性間充質(zhì)干細胞（BMSC）增殖、遷移的影響，發(fā)現(xiàn)HGF可促進MSC的增殖和遷移，并且其促增殖作用需要p38的參與，促遷移作用則須通過PI3K信號通路。另外，HGF長期誘導可促使MSC分化。Schwartz等[12]將體外培養(yǎng)的BMSC中加入HGF及成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor,FGF）后誘導分化出具有肝細胞特異性標志及超微結(jié)構(gòu)的肝樣細胞。

研究表明，SDF-1/CXCR4的相互作用對移植的干細胞定位到受損肝組織起到了關(guān)鍵作用，移植的BMSC在損傷肝組織中正性調(diào)節(jié)SDF-1的表達[13]。SDF-1可以促進骨髓單個核細胞向肝臟遷移，并且遷移至肝臟的骨髓單個核細胞可以向肝細胞分化。

2.3 肝細胞生長因子促進神經(jīng)干細胞增殖、遷移和分化 Kokuzawa等[14]通過觀察鼠胚胎腦源性神經(jīng)干細胞（NSCs）在加入或不加入HGF的培養(yǎng)基中的細胞數(shù)量及形態(tài)改變發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基中僅加入HGF能誘導神經(jīng)球形成，而加入HGF到包含F(xiàn)GF2或表皮生長因子（EGF）的培養(yǎng)基則明顯增加新生神經(jīng)球形成的數(shù)量；且機械分離后再培養(yǎng)神經(jīng)球數(shù)量會減少，表明HGF誘導形成的神經(jīng)球包含重要的前體細胞參與神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)系形成，證實了HGF可促進鼠胚胎腦源性NSCs的增殖及分化。隨后，該小組又證實HGF可促進鼠胚胎干細胞源性神經(jīng)干細胞的增殖及分化[15]。Takeuchi等[16]通過將DiI標記的人NSCs注入裸鼠脊髓損傷模型，觀察其遷移情況，發(fā)現(xiàn)NSCs遷移到脊髓損傷區(qū)域與HGF及SDF-1有關(guān)。此外，研究報道多種腫瘤源性細胞因子可促進NSCs對神經(jīng)膠質(zhì)瘤的趨向性，其中HGF的作用最強，它可通過Ras-PI3K信號通路參與NSCs的遷移[17]。

2.4 肝細胞生長因子促進心肌干細胞的增殖、遷移和分化 Shabbir等[18]證實多種生長因子（包括HGF）的過度表達可能與心肌干細胞（CSCs）聚集到心肌受損區(qū)域有關(guān)，同時他們發(fā)現(xiàn)將BMSCs或包含高濃度HGF、VEGF和IGF的MSC條件培養(yǎng)基注入TO2倉鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)都有c-kit陽性心肌前體細胞（CPCs）動員。Linke等[19]證實HGF和胰島素樣生長因子IGF-1都能促進CSCs的增殖和存活，但僅HGF可以促進CSCs的遷移，且基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-2/MMP-9參與此過程。

2.5 肝細胞生長因子促進肝卵圓細胞的增殖、分化及抗凋亡 Suzuki等[20]研究顯示，HGF可促進不產(chǎn)生白蛋白的肝干細胞分化為產(chǎn)生白蛋白的肝前體細胞，CCAAT/增強子結(jié)合蛋白（C/EBP）與此過程有關(guān)，當C/EBP受抑制時，肝干細胞的增殖及分化都受影響。研究表明，PI3K/AKT信號通路參與增殖過程[21]。Del Castillo等[22]將有功能的c-Met基因和無功能的c-Met基因通過病毒載體轉(zhuǎn)入肝卵圓細胞，發(fā)現(xiàn)在有血清培養(yǎng)基中兩組細胞增殖率相似，在無血清培養(yǎng)基或有促凋亡因子TGF-β存在情況下，無功能的c-Met基因轉(zhuǎn)染組凋亡明顯，提示了HGF/c-Met可以抗肝卵圓細胞凋亡。近期研究表明，表皮生長因子受體（EGFR）對于HGF/c-Met介導的肝卵圓細胞增殖和存活至關(guān)重要[23]。

綜上所述，干細胞移植作為一種新的治療方法，具有光明的前景，但如何更好的動員干細胞并使其發(fā)揮作用，是目前研究的熱點。肝細胞生長因子可以促進多種干細胞的增殖、遷移及分化能力，增強干細胞移植的療效。目前已有學者將肝細胞生長因子基因轉(zhuǎn)染到內(nèi)皮祖細胞和間充質(zhì)干細胞，并進行前期的動物實驗，發(fā)現(xiàn)其可明顯增強干細胞治療的療效[24-25]。然而目前肝細胞生長因子動員干細胞的機制尚不十分明確，亦不能排除其致癌性的可能，因此應(yīng)用于臨床尚需進一步深入研究。

[1]Stamos J,Lazarus RA,Yao X,et al.Crystal structure of the hgf be?ta-chain in complex with the sema domain of the met receptor[J].EMBO J,2004,23(12):2325-2335.

[2]Basilico C,Arnesano A,Galluzzo M,et al.A high affinity hepato?cyte growth factor-binding site in the immunoglobulin-like region of met[J].J Biol Chem,2008,283(30):21267-21277.

[3]Orian-Rousseau V,Morrison H,Matzke A,et al.Hepatocyte growth factor-induced ras activation requires erm proteins linked to both cd44v6 and f-actin[J].Mol Biol Cell,2007,18(1):76-83.

[4]Ishizawa K,Kubo H,Yamada M,et al.Hepatocyte growth factor in?duces angiogenesis in injured lungs through mobilizing endothelial progenitor cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2004,324(1):276-280.

[5]Dong G,Chen Z,Li ZY,et al.Hepatocyte growth factor/scatter fac?tor-induced activation of mek and pi3k signal pathways contributes to expression of proangiogenic cytokines interleukin-8 and vascu?lar endothelial growth factor in head and neck squamous cell carci?noma[J].Cancer Res,2001,61(15):5911-5918.

[6]Zhao X,Huang L,Yin Y,et al.Estrogen induces endothelial progen?itor cells proliferation and migration by estrogen receptors and pi3k-dependent pathways[J].Microvasc Res,2008,75(1):45-52.

[7]Sengupta S,Gherardi E,Sellers LA,et al.Hepatocyte growth factor/scatter factor can induce angiogenesis independently of vascular en?dothelial growth factor[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2003,23(1):69-75.

[8]Sanada F,Taniyama Y,Azuma J,et al.Hepatocyte growth factor,but not vascular endothelial growth factor,attenuates angiotensin ii-induced endothelial progenitor cell senescence[J].Hyperten?sion,2009,53(1):77-82.

[9]Shi Y,Song M,Guo R,et al.Knockdown of stromal interaction mole?cule 1 attenuates hepatocyte growth factor-induced endothelial pro?genitor cell proliferation[J].Exp Biol Med(Maywood),2010,235(3):317-325.

[10]Schroder K,Schutz S,Schloffel I,et al.Hepatocyte growth factor in?duces a pro-angiogenic phenotype and mobilizes endothelial pro?genitor cells by activating nox2[J].Antioxid Redox Signal.2011,15(4):915-923.

[11]Forte G,Minieri M,Cossa P,et al.Hepatocyte growth factor effects on mesenchymal stem cells:Proliferation,migration,and differenti?ation[J].Stem Cells,2006,24(1):23-33.

[12]Schwartz RE,Reyes M,Koodie L,et al.Multipotent adult progeni?tor cells from bone marrow differentiate into functional hepato?cyte-like cells[J].J Clin Invest,2002,109(10):1291-1302.

[13]Jung YJ,Ryu KH,Cho SJ,et al.Syngenic bone marrow cells restore hepatic function in carbon tetrachloride-induced mouse liver inju?ry[J].Stem Cells Dev,2006,15(5):687-695.

[14]Kokuzawa J,Yoshimura S,Kitajima H,et al.Hepatocyte growth fac?tor promotes proliferation and neuronal differentiation of neural stem cells from mouse embryos[J].Mol Cell Neurosci,2003,24(1):190-197.

[15]Kato M,Yoshimura S,Kokuzawa J,et al.Hepatocyte growth factor promotes neuronal differentiation of neural stem cells derived from embryonic stem cells[J].Neuroreport,2004,15(1):5-8.

[16]Takeuchi H,Natsume A,Wakabayashi T,et al.Intravenously trans?planted human neural stem cells migrate to the injured spinal cord in adult mice in an sdf-1-and hgf-dependent manner[J].Neuro?sci Lett,2007,426(2):69-74.

[17]Kendall SE,Najbauer J,Johnston HF,et al.Neural stem cell target?ing of glioma is dependent on phosphoinositide 3-kinase signaling[J].Stem Cells,2008,26(6):1575-1586.

[18]Shabbir A,Zisa D,Suzuki G,et al.Heart failure therapy mediated by the trophic activities of bone marrow mesenchymal stem cells:A noninvasive therapeutic regimen[J].Am J Physiol Heart Circ Physi?ol,2009,296(6):H1888-1897.

[19]Linke A,Muller P,Nurzynska D,et al.Stem cells in the dog heart are self-renewing,clonogenic,and multipotent and regenerate in?farcted myocardium,improving cardiac function[J].Proc Natl Acad Sci USA,2005,102(25):8966-8971.

[20]Suzuki A,Iwama A,Miyashita H,et al.Role for growth factors and extracellular matrix in controlling differentiation of prospectively isolated hepatic stem cells[J].Development,2003,130(11):2513-2524.

[21]Okano J,Shiota G,Matsumoto K,et al.Hepatocyte growth factor ex?erts a proliferative effect on oval cells through the pi3k/akt signal?ing pathway[J].Biochem Biophys Res Commun,2003,309(2):298-304.

[22]del Castillo G,Factor VM,Fernandez M,et al.Deletion of the met tyrosine kinase in liver progenitor oval cells increases sensitivity to apoptosis in vitro[J].Am J Pathol,2008,172(5):1238-1247.

[23]Martinez-Palacian A,Del Castillo G,Herrera B,et al.Egfr is dis?pensable for c-met-mediated proliferation and survival activities in mouse adult liver oval cells[J].Cell Signal,2011,PMID:22001397.

[24]Song MB,Yu XJ,Zhu GX,et al.Transfection of hgf gene enhances endothelial progenitor cell(epc)function and improves epc trans?plant efficiency for balloon-induced arterial injury in hypercholes?terolemic rats[J].Vascul Pharmacol,2009,51(2-3):205-213.

[25]Liu X,Shen W,Yang Y,et al.Therapeutic implications of mesen?chymal stem cells transfected with hepatocyte growth factor trans?planted in rat kidney with unilateral ureteral obstruction[J].J Pedi?atr Surg,2011,46(3):537-545.

10.3969/j.issn.0253-9896.2012.08.043

*天津市自然科學基金資助項目（項目編號：08JCYBJC27600）；天津市高等學?？萍及l(fā)展基金項目（項目編號：20040226）

300211 天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院外科（孫寧，陳劍秋，孫晉津，李辰運）；天津市解放軍第四六四醫(yī)院（王嘉璽）

△通訊作者 E-mail：chenchunjianqiu@yahoo.com.cn

（2011-10-24收稿 2012-03-06修回）

（本文編輯 閆娟）