FGFs及其受體與后囊膜混濁的研究進(jìn)展

丁芝祥，陳 陽(綜述)，彭燕一(審校)

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院眼科，廣西 桂林 541001)

近年來，由于白內(nèi)障手術(shù)技術(shù)和人工晶體的發(fā)展，白內(nèi)障術(shù)后后囊膜混濁(posterior capsule opacification，PCO)的發(fā)生率較20世紀(jì)90年代有所下降，但仍然是影響術(shù)后視力恢復(fù)的主要并發(fā)癥。文獻(xiàn)報道，成人白內(nèi)障術(shù)后2～5年P(guān)CO的發(fā)生率為14.7%～42.7%[1]，術(shù)后5年摻釹釔鋁石榴石激光后囊膜切開率高達(dá)24%[2]。而且PCO的發(fā)生率往往與年齡相關(guān)，年齡越輕，發(fā)生率越高，兒童白內(nèi)障術(shù)后PCO的發(fā)生率為43.7%～100%[3]。研究已證實，白內(nèi)障術(shù)后前囊膜周邊部和赤道部殘留的晶狀體上皮細(xì)胞過度增殖、移行并化生為成纖維樣細(xì)胞是PCO發(fā)生的主要生物學(xué)基礎(chǔ)[4-5]。白內(nèi)障術(shù)后眼內(nèi)多種細(xì)胞因子水平發(fā)生變化，它們是調(diào)節(jié)晶狀體上皮細(xì)胞各種作用的重要物質(zhì)。許多學(xué)者對成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factors，F(xiàn)GFs)及成纖維細(xì)胞生長因子受體(fibroblast growth factor receptors，F(xiàn)GFRs)在PCO形成中的作用進(jìn)行了深入研究。

1 FGFs的種類及其分子生物學(xué)

FGFs是1973年從垂體和大腦提取物中獲得的一種多肽，因其對成纖維細(xì)胞有促有絲分裂作用而得名。后來發(fā)現(xiàn)這類因子廣泛表達(dá)于多種細(xì)胞和組織，在促進(jìn)胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖、移行、分化、創(chuàng)傷愈合、腫瘤發(fā)生與轉(zhuǎn)移等生理及病理過程中起重要作用。

FGFs家族至少包括23個成員(FGF1～23)，它們的氨基酸序列有一定的同源性，部分成員有類似的生物學(xué)功能。依據(jù)序列同源性和系統(tǒng)發(fā)育不同,人FGFs家族有七個亞家族：FGF1(包括FGF1、FGF2)、FGF4(包括FGF4、FGF5、FGF6)、FGF7(包括FGF3、FGF7、FGF10、FGF22)、FGF8(包括FGF8、FGF17、FGF18)、FGF9(包括FGF9、FGF16、FGF20)、FGF11(包括FGF11、FGF12、FGF13、FGF14)、FGF19(包括FGF19、FGF21、FGF23)等[6]。脊椎動物FGFs的相對分子質(zhì)量為(17～34)×103，而果蠅FGFs的相對分子質(zhì)量為84×103。從結(jié)構(gòu)上來說，F(xiàn)GFs相對保守，所有家族成員共享一個由120氨基酸組成的保守序列，具有16%～65%的同源性[7]。FGFs基因包含三種編碼外顯子，其中一個外顯子含有蛋氨酸起始密碼。正是這三個外顯子編碼的β平行鏈折疊成獨特的β三葉草結(jié)構(gòu)域，這種結(jié)構(gòu)決定了其功能特異性。大多數(shù)FGFs(FGF3～8、FGF10、FGF17～19、FGF21和FGF23)有N端信號肽，從而能分泌到細(xì)胞外。FGF9、FGF16和FGF20沒有明顯的可剪接的N端信號肽，但仍能分泌出細(xì)胞。FGF1和FGF2沒有信號肽，不能像FGF9、FGF16和FGF20一樣分泌到胞外，但能通過細(xì)胞損傷和胞外的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基途徑釋放到胞外。FGF22有一個可剪接的N端信號肽，但僅附著于細(xì)胞表面并不分泌。FGF11～14沒有信號肽存在，不以受體依賴的方式作用于細(xì)胞內(nèi)。

多種FGFs在眼部組織廣泛分布，其表達(dá)具有時間和空間差異性。在脊椎動物胚胎發(fā)育過程中，F(xiàn)GF1和FGF2主要分布在外胚層，而FGF8、FGF9、FGF15(在人和雞為FGF19)主要在視泡部位[8]。FGF2在人眼組織中廣泛分布，在晶狀體及其周圍組織中均可表達(dá)，被認(rèn)為是參與晶狀體上皮細(xì)胞各種生命活動最重要的一種FGFs。夏朝霞等[9]將正常人及白內(nèi)障患者晶狀體上皮細(xì)胞體外培養(yǎng)，后者生長緩慢，有絲分裂能力差，F(xiàn)GF2表達(dá)明顯增多，推測白內(nèi)障患者術(shù)后殘留的上皮細(xì)胞引起損傷修復(fù)過程，合成并釋放FGF2，造成細(xì)胞的增生、移行和纖維化，可能成為后囊混濁的原因之一。

2 FGFRs種類及其分子生物學(xué)

FGFs的生物學(xué)效應(yīng)是通過與FGFRs結(jié)合而實現(xiàn)的。FGFRs家族中高親和力的酪氨酸激酶受體由四個成員組成：FGFR1～4，分別位于染色體8p12、10q26、4p16.3和5q35.1-qter[10]。

FGFRs結(jié)構(gòu)由胞外配體結(jié)合區(qū)、跨膜區(qū)、胞內(nèi)酪氨酸激酶區(qū)三部分組成。胞外區(qū)有三個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域：第一個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域的作用是調(diào)節(jié)FGFRs與FGFs結(jié)合的親和力；第二個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域是FGFs低親和力受體硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(heparin sulfate proteoglycans，HSPGs)結(jié)合的部位；第三個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域是與FGFs結(jié)合的部位。目前已知23種FGFs均分別作用于HSPGs鏈的不同特異性部位，HSPGs與FGFs結(jié)合可提高FGFs與FGFRs的親和力及穩(wěn)定性。同時Klotho家族蛋白也可通過與FGFRs結(jié)合，增加FGFs與FGFRs的親和力，能促進(jìn)FGFs-FGFRs的相互作用。FGFR1～3的第三個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域有兩個剪接變異體，產(chǎn)生Ⅲb和Ⅲc兩種亞型。Ⅲb亞型分布于上皮細(xì)胞，而Ⅲc亞型在間充質(zhì)細(xì)胞表達(dá)[11]。FGFs和相應(yīng)受體的分布具有組織特異性，其親和力亦存在差異。每個FGFRs亞型可以與多個FGFs 配體結(jié)合，一些FGFs配體也可以結(jié)合多個受體[12]。

FGFR1～3在晶狀體和其他組織中廣泛分布，而FGFR4只在晶狀體等組織的發(fā)育早期大量表達(dá)。成人和胚胎晶狀體上皮細(xì)胞都表達(dá)FGFR1基因，且胚胎的表達(dá)水平高于成人，提示其表達(dá)具有年齡相關(guān)性，這可能是兒童后發(fā)性白內(nèi)障發(fā)生率高的原因之一[13]。Bhuyan等[14]用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)和免疫印跡分析法檢測人正常晶狀體多種生長因子信使RNA(mRNA)和蛋白質(zhì)表達(dá)，發(fā)現(xiàn)60歲以上人晶狀體上皮細(xì)胞中FGFR2表達(dá)水平降低，但顯著高于晶狀體纖維細(xì)胞中的蛋白質(zhì)表達(dá)水平，這可能是晶狀體對赤道部上皮細(xì)胞終身增殖、分化為纖維細(xì)胞的代償性反應(yīng)。

3 FGFs/FGFRs信號通路

FGFs與FGFRs結(jié)合后連同HSPGs構(gòu)成FGFs-FGFRs-HSPGs二聚體復(fù)合物，激活胞內(nèi)結(jié)構(gòu)區(qū)的酪氨酸激酶，進(jìn)而受體末端的酪氨酸也被激活觸發(fā)一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致特定的細(xì)胞反應(yīng)。目前理解最清楚的FGFs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路包括小G蛋白/絲裂原激活蛋白激酶信號通路、磷酸肌醇3-激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶信號通路、磷脂酶Cγ信號通路。FGFRs的酪氨酸殘基磷酸化后激活FGFRs底物2α，后者與鳥嘌呤核苷酸交換因子2、酪氨酸磷酸酶、鳥嘌呤核苷酸交換因子2的相關(guān)結(jié)合蛋白1形成信號復(fù)合物，進(jìn)而激活小G蛋白/絲裂原激活蛋白激酶信號通路、磷酸肌醇3-激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶信號通路[15-16]。c-Jun氨基端激酶、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶、p38絲裂原激活蛋白激酶是絲裂原激活蛋白激酶信號通路下游的效應(yīng)分子，與多種細(xì)胞的生長和分化有密切關(guān)系。磷酸肌醇3-激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶信號通路與細(xì)胞存活、凋亡和細(xì)胞極性控制有關(guān)。磷酸化的FGFRs酪氨酸亦可激活磷脂酶Cγ，后者水解三磷酸肌醇和二酰甘油，進(jìn)而激活蛋白激酶C，但這一信號通路的生理意義并不明顯。

4 FGFs/FGFRs在PCO形成中的作用

白內(nèi)障手術(shù)后，由于手術(shù)創(chuàng)傷及人工晶體植入的異物反應(yīng)等導(dǎo)致眼內(nèi)轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、表皮生長因子、FGFs等多種生長因子水平升高，引起殘留晶狀體上皮細(xì)胞過度增殖、向后囊膜移行、化生為成纖維樣細(xì)胞，并伴有細(xì)胞外基質(zhì)和膠原產(chǎn)生，最終導(dǎo)致PCO的形成。研究表明，F(xiàn)GFs/FGFRs信號通路可能是導(dǎo)致PCO形成的關(guān)鍵性因素之一。

4.1FGFs/FGFRs信號對細(xì)胞增殖的作用 在白內(nèi)障手術(shù)后，由于手術(shù)創(chuàng)傷造成晶狀體上皮細(xì)胞、囊膜及其周圍組織損傷使細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外基質(zhì)間的FGF2釋放，局部高濃度的FGF2與殘留晶狀體上皮細(xì)胞上相應(yīng)受體結(jié)合，通過FGFs/FGFRs信號途徑將信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)，最終導(dǎo)致細(xì)胞增殖。

研究已證實，F(xiàn)GF2能顯著促進(jìn)晶狀體上皮細(xì)胞增殖，其效應(yīng)呈劑量依賴性，濃度在10 μg/L時作用達(dá)到高峰[17]。最近，Hu等[18]運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)將重組人FGF2作用于人晶狀體上皮細(xì)胞HLE-B3后，與對照組比較，獲得5個差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點。Iyengar等[19]應(yīng)用鼠晶狀體體外培養(yǎng)，比較房水、胰島素樣生長因子1、血小板源性生長因子A、表皮生長因子、FGF2對晶狀體上皮細(xì)胞增殖的影響，發(fā)現(xiàn)FGF2的作用與房水相似，可持續(xù)激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2達(dá)6 h，而胰島素樣生長因子1、血小板源性生長因子A、表皮生長因子只能一過性激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2，給予FGFR抑制劑，房水誘導(dǎo)的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2持續(xù)激活受到干擾，而給予其他的生長因子受體抑制劑，房水保持其對細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2的持續(xù)激活，證實阻斷FGFs/FGFRs信號通路后能抑制房水誘導(dǎo)的晶狀體上皮細(xì)胞增殖，F(xiàn)GF2在房水誘導(dǎo)的信號通路和晶狀體上皮細(xì)胞增殖中起關(guān)鍵性作用。

4.2FGFs/FGFRs信號對細(xì)胞遷移的作用 FGFs對晶狀體上皮細(xì)胞的作用具有多重性，在不同的濃度和培養(yǎng)條件下,表現(xiàn)出對于細(xì)胞的增殖、遷移、黏附的作用不同。王欣玲等[20]應(yīng)用5 μg/L 的FGF2作用于人晶狀體上皮細(xì)胞，細(xì)胞劃痕試驗顯示FGF2促進(jìn)了細(xì)胞的遷移速度,同時黏著斑激酶 mRNA的表達(dá)水平上調(diào)；但是隨濃度升高,此種作用消失。高濃度FGF2 (15 μg/L)反而對細(xì)胞遷移起明顯的抑制作用,此時黏著斑激酶mRNA表達(dá)也抑制，推測黏著斑激酶在FGF2引起的人晶狀體上皮細(xì)胞遷移的雙相調(diào)節(jié)中起重要作用。Liu等[21]則用transwell(一種研究細(xì)胞侵襲的實驗?zāi)Ｐ?細(xì)胞侵襲實驗證明，F(xiàn)GF2可誘導(dǎo)兔晶狀體上皮細(xì)胞的遷移，并伴有細(xì)胞外基質(zhì)成分纖維結(jié)合蛋白的合成增加，而免疫抑制劑雷帕霉素能抑制這種作用，但具體機(jī)制尚不明確。

4.3FGFs/FGFRs信號對細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的作用 白內(nèi)障術(shù)后遷移到后囊膜的晶狀體上皮細(xì)胞化生為成纖維樣細(xì)胞，稱為上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，形成PCO的主要病理改變。有多種調(diào)控因子參與晶狀體上皮細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生、發(fā)展過程，其中TGF-β、FGF2等生長因子在此過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。

生理情況下，F(xiàn)GF2是調(diào)控晶狀體上皮細(xì)胞增殖、遷移和轉(zhuǎn)分化的主要細(xì)胞因子，不同濃度的FGF2分別發(fā)揮促增殖、遷移和轉(zhuǎn)分化作用。FGF2并不直接誘導(dǎo)晶狀體上皮細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)分化，而是通過增強(qiáng)TGF-β的作用促進(jìn)細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。Banh等[22]將鼠晶狀體囊膜體外培養(yǎng)，在培養(yǎng)液中分別加入TGF-β2、TGF-β2+FGF2，4 d后TGF-β2+FGF2組發(fā)生的PCO樣形態(tài)學(xué)改變和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化標(biāo)志物較TGF-β2組更加顯著。研究表明，F(xiàn)GF2可促進(jìn)體外培養(yǎng)的晶狀體上皮細(xì)胞TGF-β受體(TGF-βR)的表達(dá)：用無FGF2的培養(yǎng)液培養(yǎng)鼠齡13 d以下、尚無TGF-βR表達(dá)的鼠晶狀體上皮細(xì)胞時，鼠晶狀體上皮細(xì)胞對TGF-β2無反應(yīng)，但改用含F(xiàn)GF2的培養(yǎng)液則觀察到細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象[23]。此外，F(xiàn)GFs信號可能通過整合素連接激酶增強(qiáng)TGF-β和整合素信號通路的效應(yīng)，介導(dǎo)TGF-β誘導(dǎo)產(chǎn)生的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化形態(tài)學(xué)改變[24]。

5 抑制FGFs/FGFRs信號在預(yù)防PCO中的應(yīng)用

以FGFs/FGFRs信號通路為靶標(biāo)的抑制劑能夠阻斷FGFs和FGFRs的相互作用，抑制該信號通路的激活，具有預(yù)防PCO形成的潛能。近年來研究阻斷FGFs/FGFRs信號通路的策略主要包括：①FGFs反義寡核苷酸。劉宏偉等[25]設(shè)計針對大鼠晶狀體上皮細(xì)胞FGF2的反義寡核苷酸，體外實驗結(jié)果表明FGF2反義寡核昔酸及其脂質(zhì)體可減少細(xì)胞FGF2的mRNA水平，并有效抑制細(xì)胞的增殖。②FGFs小干擾RNA。研究者構(gòu)建FGF2小干擾RNA(FGF2 siRNA)表達(dá)質(zhì)粒并在體外穩(wěn)定轉(zhuǎn)染人晶狀體上皮細(xì)胞LEC-B3，檢測到細(xì)胞FGF2基因和蛋白表達(dá)降低，細(xì)胞增殖核抗原表達(dá)明顯降低，證實干擾bFGF基因表達(dá)可有效抑制LEC-B3細(xì)胞增殖[26]。③FGFRs抗體或特異性拮抗劑。利用針對FGFRs的抗體或特異性拮抗劑可阻斷FGFs與FGFRs結(jié)合，切斷其信號傳遞，如FGFR1特異性拮抗劑SU5402可顯著抑制LEC-B3細(xì)胞的增生[27]。

6 結(jié) 語

FGFs及FGFRs通過參與晶狀體上皮細(xì)胞的增殖、遷移和轉(zhuǎn)分化等病理生理過程而與PCO的發(fā)生、發(fā)展有密切關(guān)系，成為預(yù)防PCO形成和基因治療的一個研究熱點。進(jìn)一步深入研究FGFs與其他細(xì)胞因子的相互作用和FGFs/FGFRs信號通路機(jī)制，建立合適的PCO動物模型，并探索體內(nèi)實驗所需要的安全、高效的基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，有助于以FGFs/FGFRs信號為靶標(biāo)的藥物應(yīng)用于PCO防治的臨床研究中。

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