成纖維細(xì)胞生長因子在骨形成及骨分化過程中作用的研究進(jìn)展

摘要：成纖維細(xì)胞生長（FGF）因子通過其受體（FGFR）調(diào)控廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，包括細(xì)胞增殖、存活、遷移和分化等。FGF可以通過RAS/MAPK、PI3K/AKT和PLCγ等信號(hào)通路發(fā)揮作用，而其中RAS/MAPK信號(hào)通路已被了解是起主要作用。最近一些研究也證明了體外研究FGF對(duì)組織再生的生物學(xué)作用，未來的研究重點(diǎn)是FGF在神經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)和組織再生中的研究，包括皮膚、血管、肌肉、脂肪、軟骨及骨等方面的研究，而本文將著重于介紹FGF在骨及軟骨分化及形成方面的作用，包括已經(jīng)被報(bào)道的促進(jìn)或者抑制等，對(duì)其在骨方面的作用進(jìn)行比較全面的綜述。

關(guān)鍵詞：成纖維細(xì)胞生長因子；組織再生；骨形成；骨分化

組織工程學(xué)近些年成為科學(xué)研究的重點(diǎn)，其成為通過組織再生修復(fù)組織損傷的的潛在方法[1]，在組織工程學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵因素，就是生長分化因子調(diào)控干細(xì)胞生物應(yīng)答和分化的作用。成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）就是一類已經(jīng)被證明的能夠促進(jìn)組織修復(fù)和再生的生長因子[2-6]，第一次被發(fā)現(xiàn)是在腦垂體提取物中，其廣泛表達(dá)與細(xì)胞和組織中。FGF1和FGF2最初是從腦和垂體中分離出來作為成纖維細(xì)胞的生長因子，到目前為止，F(xiàn)GF家族已經(jīng)有23個(gè)亞型被分離和鑒定出來。而人類主要含有22種FGF：FGF1、FGF2、FGF3 （INT2）、FGF4、FGF5、FGF6、FGF7（KGF）、FGF8（AIGF）、FGF9、FGF10、FGF11、FGF12、FGF13、FGF14、FGF16、FGF17、FGF18、FGF19、FGF20、FGF21、FGF22、FGF23[7]，人類沒有FGF15基因而鼠有，但是鼠的FGF15和人的FGF19具有同源性[8]。

FGF發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)主要是通過與FGF受體結(jié)合，激活RAS/MAPK信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)的，其已被利用的潛在生物學(xué)功能是損傷組織的再生與修復(fù)，包括皮膚、血管、肌肉、軟骨、骨及神經(jīng)等組織。本文主要介紹其在軟骨及骨分化和形成方面的作用，其中也涉及到細(xì)胞增殖和促進(jìn)血管形成等方面的作用。

1 FGF在軟骨分化及形成方面的作用

有研究顯示在FGF家族中，F(xiàn)GF18缺失后對(duì)軟骨前體細(xì)胞增殖和軟骨分化有一定的促進(jìn)作用，而對(duì)成骨前體細(xì)胞的增殖及分化卻是抑制的作用[9]。FGF家族中，在軟骨方面研究最多和作用最大的是FGF2，也稱為堿性成纖維細(xì)胞生長因子，有研究顯示FGF2能加快裸鼠皮下軟骨的形成速度[10]，且其增強(qiáng)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和成軟骨分化也已經(jīng)被證實(shí)[11]。也有報(bào)道用FGF2處理骨髓干細(xì)胞和脂源的間充質(zhì)細(xì)胞時(shí)，有明顯的增強(qiáng)有絲分裂和軟骨發(fā)生的作用，而且促進(jìn)細(xì)胞增殖的效果有一定的濃度依賴性，特別是有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低濃度（10ng/ml）的FGF2能夠增強(qiáng)軟骨分化，而在比較高的濃度下（50ng/ml）卻沒有這種作用，說明FGF2要在一個(gè)適當(dāng)?shù)臐舛认虏拍芾谲浌切纬蒣12]。

游離的FGFs很容易在體內(nèi)降解，導(dǎo)致其生物活性和效能很快喪失[13-15]，想要獲得比較滿意的效果，應(yīng)該將FGFs固定在一些生物材料中，從而使其生物學(xué)效能能夠穩(wěn)定而持久的發(fā)揮作用，所以又科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將FGF2浸潤在明膠微球體中，能夠使FGF2緩慢釋放，從而能持久發(fā)揮作用，有利于軟骨組織的形成[16]。游離的FGF2很快就被清除，24h后僅剩余3%左右，而使用明膠浸潤的，F(xiàn)GF2在3d后仍含44%，14d后仍有18%，這說明明膠支持物對(duì)FGF2的活性有保護(hù)作用，此種方法也越來越多的用到了組織工程學(xué)修復(fù)領(lǐng)域。用接種軟骨細(xì)胞和浸潤FGF2的明膠耳廓支架，運(yùn)用組織工程學(xué)將其移植于小鼠皮下，一段時(shí)間后觀察，其明顯增強(qiáng)了軟骨和新生血管的形成，說明在軟骨組織工程學(xué)中，持續(xù)釋放的FGF2對(duì)軟骨的形成有很重要的作用。有動(dòng)物體內(nèi)研究結(jié)果顯示，在用了含有FGF2并接種了軟骨細(xì)胞的生物支架實(shí)驗(yàn)中，加快了氣管狹窄處軟骨的修復(fù)[17]。而且在運(yùn)用了FGF2生物支架后，對(duì)軟骨細(xì)胞增殖有明顯促進(jìn)作用[18]。

2 FGF在骨分化及骨形成中的作用

FGF家族中在骨分化及形成中研究的比較多的主要是FGF1和FGF2，其中又以FGF2作用最為顯著，F(xiàn)GF2在骨發(fā)生及骨組織再生中的作用也已經(jīng)被報(bào)道。有研究顯示在培養(yǎng)鼠源骨髓干細(xì)胞時(shí)用含或不含F(xiàn)GF2的生物支架處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含有FGF2組對(duì)成骨分化標(biāo)志及礦化作用有明顯的增強(qiáng)作用，說明其在骨組織再生中確有作用[19]。也有研究發(fā)現(xiàn)FGF2改善了骨細(xì)胞增殖以及分化，特別是MC3T3-E1細(xì)胞，其ALP活性和成骨分化相關(guān)基因（osteocalcin，collagen I and ALP）均被明顯上調(diào)[20]。最近有研究表面在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)GF2明顯的促進(jìn)了骨形成[21]，但是FGF2也是被固定在一定的生物載體內(nèi)的。

最近在牙科移植物的組織再生實(shí)驗(yàn)中，有科研人員用到了FGF2，發(fā)現(xiàn)其能明顯的促進(jìn)形成和形成骨的機(jī)械穩(wěn)定性[22]，但是在使用FGF2的過程中研究人員也將其固定在一定的生物支持物中，這樣能延長FGF2生物活性的時(shí)間，從而是效果更明顯。在其他研究中也發(fā)現(xiàn)FGF2能夠誘導(dǎo)人的牙髓細(xì)胞的骨分化和形成作用，從而為基于細(xì)胞治療的牙科疾病提供一定的科研基礎(chǔ)[23]。

很多研究已經(jīng)證明了FGF2對(duì)于骨分化及形成的促進(jìn)作用，而且在FGF2對(duì)成骨細(xì)胞的增殖作用結(jié)果基本是一致的，但是卻發(fā)現(xiàn)了在成骨分化和礦化過程中相反的結(jié)果[24]。Bosetti等人發(fā)現(xiàn)用FGF2、FGF4、FGF6作用于人類前成骨細(xì)胞時(shí)，促進(jìn)了前成骨細(xì)胞的增殖，但是卻抑制了ALP活性和礦化作用，而用維生素D與FGFs合用時(shí)，ALP活性和礦化作用又明顯增強(qiáng)，說明可能在FGF2發(fā)揮其生物學(xué)功能的時(shí)候如果和一些成骨誘導(dǎo)的相關(guān)因子合用會(huì)產(chǎn)生更好的效果。

FGF2和BMPs同時(shí)在成骨相關(guān)研究中的報(bào)道還很少，有研究報(bào)道在人類間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化的過程中，F(xiàn)GF2抑制了BMP蛋白以及相關(guān)受體的表達(dá)，從而抑制了成骨分化作用[25]。也有研究發(fā)現(xiàn)FGF2可以增強(qiáng)BMP2誘導(dǎo)的間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化作用[26]，但同時(shí)也有結(jié)果顯示FGF2增強(qiáng)BMP2誘導(dǎo)成骨作用是與其濃度密切相關(guān)的，在低濃度時(shí)是促進(jìn)作用，而達(dá)到一定濃度后便出現(xiàn)抑制作用[27]。

總之，F(xiàn)GFs家族具有多方面的功能，在骨分化和形成方面研究最多的是FGF1和FGF2，已經(jīng)顯示的研究結(jié)果既有促進(jìn)，也有抑制，而FGFs和其他細(xì)胞生長因子共同作用時(shí)的研究尚不多，在骨組織工程學(xué)中，如果能利用FGF2的強(qiáng)促血管形成的作用，并和誘導(dǎo)骨形成的分化因子合用，在臨床治療骨疾病時(shí)可能會(huì)有更好的效果。

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編輯/哈濤