肝細胞生長因子在眼科疾病中的相關研究進展

樊淑紅，鄒紅，繆晚虹

肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor,HGF）是一類具有多功能生物活性的細胞因子，能刺激多種上皮和內皮細胞進行有絲分裂運動，在組織的形成和修復，形態(tài)發(fā)生和腫瘤轉移中發(fā)揮重要作用。近年來HGF在眼科疾病中的作用日益受到學者的關注，故本文就HGF和眼科疾病的研究進展綜述如下。

1　HGF結構與功能

肝細胞生長因子由Nakamara等人[1]于1984年首次發(fā)現(xiàn)并命名，是從部分肝切除大鼠的血清成分中分離出的一種能刺激到原代培養(yǎng)的肝細胞生長與合成的肝源性因子，主要由間充質來源的細胞分泌和合成。HGF基因位于7q21染色體上，編碼728個氨基酸，成熟的HGF是由二硫鍵連接分子量為69 kD的α鏈和34 kD的β鏈形成的異二聚體。由α鏈有一個N端和4個Kringle結構域，在α鏈的N端有一個由27個氨基酸組成的發(fā)夾樣結構，是HGF發(fā)揮生物學效應的主要作用元件；而由88個氨基酸組成的Kringle結構域的空間取向對HGF分子與受體結合而言非常重要。β鏈包含一個絲氨酸蛋白酶樣結構[2]，是HGF與其特定受體——細胞間質表皮轉化因子（cellular-mesenchymal to epithelial transition factor,c-Met）的結合位點[3]。

c-Met是由原癌基因c-Met編碼，具有磷酸化活性的跨膜受體。在不同類型的上皮、內皮細胞和造血祖細胞表達。c-Met具有促細胞增殖分裂，誘導刺激上皮細胞和成纖維細胞移行和運動的作用，且與多種癌基因產(chǎn)物和調節(jié)蛋白相關。它參與調節(jié)多種體內過程，如細胞信號轉導、細胞骨架重建等，是調節(jié)細胞分裂、增殖和修復過程的一個重要因子[4]。HGF與其c-Met受體結合后酪氨酸殘基自動磷酸化，引起酪氨酸激酶的活化，從而激活HGF/c-Met信號通路，誘導相應的生物學效應。

2　HGF生物學作用

HGF通過自分泌、旁分泌或內分泌的方式作用于肝細胞、腎小管上皮細胞等多種上皮源性細胞，誘導多種細胞有絲分裂、刺激細胞增殖運動、對抗細胞凋亡。參與調節(jié)許多生物過程，如促進血管內皮細胞增殖和新生血管形成，組織再生和修復，抑制炎癥反應，保護神經(jīng)[5]，抗纖維化作用，刺激癌細胞增殖、侵襲和轉移，高濃度時還可抑制腫瘤細胞的生長[6]。

在眼科疾病中，HGF是一種修復性因子，其功能有：（1）HGF的生物作用不僅限于誘導細胞增殖和運動本身，還包括諸如促進眼部組織形態(tài)的發(fā)生[7]及促進細胞生長，誘導形態(tài)發(fā)生，刺激T細胞黏附至內皮和遷移，以及抑制內皮細胞凋亡。（2）不同的營養(yǎng)因子可促進視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的存活和再生，如睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BD-NF）。實驗研究證明[8]HGF在支持神經(jīng)節(jié)細胞存活和軸突再生方面具有明顯優(yōu)勢。HGF及其受體在發(fā)育和成年哺乳動物的大腦中表達[9]，與CNTF或BDNF相比，HGF處理的視網(wǎng)膜中的小神經(jīng)膠質細胞增殖延長。c-Met在神經(jīng)節(jié)細胞和Müller細胞中表達，表明HGF可通過與神經(jīng)元和神經(jīng)膠質相互作用而具有神經(jīng)保護作用。（3）HGF通過自分泌或旁分泌等途徑調節(jié)作用于角膜、晶狀體上皮細胞，維持其組織結構的完整性。（4）HGF在腫瘤發(fā)生發(fā)展中，具有促進腫瘤細胞增殖、侵襲、轉移等生物學效應。有研究表明[10-11]，HGF可有效增強腫瘤細胞對凋亡誘導劑如順鉑和喜樹堿的抵抗作用，同時HGF對血管緊張素II誘導的內皮細胞凋亡可發(fā)揮阻斷作用。國內也有研究發(fā)現(xiàn)[6]，當HGF濃度降至20 ng·ml-1后無明顯抗細胞凋亡作用，而50 ng·ml-1以上濃度的HGF才可以拮抗由VP-16誘導的細胞凋亡。其機制尚不明確。（5）在某些病理條件下，如增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜靜脈阻塞，HGF參與了新生血管生成這一病理過程，動物實驗發(fā)現(xiàn)[12]HGF可能通過直接激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（Akt）和細胞外信號調節(jié)激酶（ERKs）獨立于血管內皮生長因子（VEGF）誘導血管生成。HGF同時通過其自分泌、旁分泌途徑[13]促進增殖膜上細胞分裂生長。

3　HGF及其受體與眼科疾病

3.1　角膜疾病

角膜是視覺系統(tǒng)的保護屏障和重要屈光介質，角膜由上皮層、前彈力層、基質層、后彈力層和內皮層組成。角膜的透明性是保障我們良好視力的前提[14]。但由于角膜解剖位置，其表面經(jīng)常受到環(huán)境因素的影響，而一個完整的角膜上皮對保持良好視力及抵御眼部感染至關重要。健康的角膜上皮的傷口愈合相對較快。然而，持續(xù)的角膜損傷，會導致角膜愈合不良?？朔舆t愈合需要增強上皮細胞增殖，而上皮的再生包括細胞外基質蛋白和生長因子等的參與，共同促進細胞黏附、遷移和擴散過程。為了應對損傷，細胞外基質和淚腺分泌一些生長因子，其中HGF已被證明參與角膜上皮細胞的新陳代謝。HGF受體激活磷脂酰肌醇-3激酶/絲氨酸-蘇氨酸激酶（PI-3K/Akt）及ERK激酶信號[15-16]，發(fā)揮促進細胞分裂，調控細胞周期作用修復角膜上皮。實驗研究[17]發(fā)現(xiàn)在某些化學損傷、紫外線輻射、病毒感染、低氧等誘導的角膜損傷動物模型及角膜損傷患者中，均可見淚液中HGF和c-Met表達明顯增加，在角膜損傷期間，HGF主要由基質成纖維細胞分泌，并以旁分泌的方式作用于角膜上皮，促進傷口愈合。此外，角膜損傷修復過程中，若角膜上皮增生及基質成纖維細胞活化產(chǎn)生過多排列紊亂的膠原纖維，將會導致角膜纖維化。目前已證實[18]HGF具有抑制成纖維細胞生成，抗纖維化作用。丁月等[19]通過對準分子激光原位角膜磨鑲術（LASIK）手術前后淚液中與 HGF含量的定量分析，發(fā)現(xiàn)LASIK術后淚液中HGF含量存在著一個由升高到降低的短期動態(tài)變化過程，這一結果提示由淚腺和角膜成纖維細胞分泌的HGF可能參與了LASIK術后角膜傷口愈合的早期過程，發(fā)揮了對角膜損傷反應中的上調作用，促進細胞分裂增殖及遷移等生物學效應作用。因此可以推測，HGF參與了角膜損傷與修復作用機制，并發(fā)揮重要的作用。

3.2　后發(fā)性白內障

Weng等[20]人使用逆轉錄-聚合酶鏈反應（RT-PCR）和蛋白質印跡技術在晶狀體組織、晶狀體上皮細胞中檢測到c-Met和HGF-mRNA。目前已證實[21]HGF及其受體c-Met在晶狀體組織及晶狀體上皮細胞中均有表達。HGF結合其受體誘導刺激晶狀體上皮細胞（LECs）增殖，可能是引起白內障術后最常見的后囊膜混濁（PCO）的主要原因。白內障術后剩余的晶狀體上皮細胞保留在前囊上，誘導HGF釋放，激活其受體并誘導 ERK和c-Jun氨基末端激酶/應激活化蛋白激酶（JNK/SAPK）以及磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K）的活化[22]，從而誘導細胞周期蛋白D1的表達，刺激LECs增殖造成后囊混濁。這些研究提示我們參與HGF刺激的增殖的這些信號傳導途徑可以成為PCO的潛在治療靶點。

3.3　增殖性玻璃體視網(wǎng)膜病變

目前認為[23]肝細胞生長因子/分散因子（HGF/SF）的增加，是誘導視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）遷移和增殖進入玻璃體腔并導致增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變（PVR）發(fā)展重要細胞因子，并通過c-Met信號通路促進新生血管形成。有研究發(fā)現(xiàn)[24]c-Met在RPE細胞中高度表達，在視網(wǎng)膜脫離小鼠模型HGF/SF水平增加引發(fā)c-Met上調，然后增加RPE增殖和遷移。體外實驗證明[25]，HGF及其受體c-Met、成纖維細胞特異蛋白-1（fibroblast-specific protein 1,FSP-1）等其它細胞因子可在RPE細胞中表達，外源性HGF破壞了RPE細胞間連接的完整性，促細胞增生、遷移，促使細胞表型向成纖維細胞表型轉化，從而參與了PVR病理過程。國內研究者[26]亦在視網(wǎng)膜脫離（RD）患者血清、玻璃體液和或伴有PVR視網(wǎng)膜前膜中發(fā)現(xiàn)HGF及其受體，隨著PVR病程進展，玻璃體內HGF濃度逐漸升高。Yu Jung Chen等[27]研究發(fā)現(xiàn)表皮生長因子（EGF）和HGF受體通過激活蛋白激酶C（protein kinase C,PKC）活化和ERK磷酸化兩條途徑誘導RPE細胞遷移，并且這兩種生長因子具有協(xié)同作用，即不僅可以被每個自身配體激活，而且可以被異源配體交叉激活，從而增強信號傳導和細胞遷移。但其潛在機制目前尚不完全清楚。除此之外，PKCδ（PKC同工酶）能夠反式激活c-Met和EGF受體，介導PVR相關病理過程的信號轉導，或許PKCδ可作為基因治療預防PVR的更具體的靶點；microRNA-182（miR-182）[28]表達的變化可以影響HGF及其受體所誘導的RPE增殖和遷移這一病理過程，可以通過上調miR-182與PVR組織中的c-Met下調來抑制RPE細胞增殖和遷移，為PVR治療提供新的靶點和選擇。

3.4　眼部腫瘤

近代研究[29]認為來源于癌相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblast,CAF）的HGF，是侵襲性和轉移性腫瘤行為的重要觸發(fā)因素。HGF在腫瘤細胞上激活其同源受體c-Met而促成腫瘤微環(huán)境。腫瘤細胞分泌生長因子，上調CAF中HGF的產(chǎn)生，從而促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。研究顯示[30]，通過建立抗HGF和抗c-Met模型治療，HGF/c-Met軸的破壞可以減少腫瘤的侵襲和生長，從而為抑制腫瘤發(fā)展提供新的臨床途徑。Topcu-Yilmaz P等[31]實驗發(fā)現(xiàn)，在人和自發(fā)性葡萄膜黑色素瘤的動物模型中，HGF的過度表達可以激活RAS信號轉導途徑結合受體c-Met促進皮膚黑素生成。在葡萄膜黑色素瘤中，c-Met參與調節(jié)黑色素瘤的基因表達，其表達增高可增加腫瘤轉移風險，此外，細胞周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）[32]在功能上使腫瘤抑制基因p16/INK4a失活，從而促進黑素瘤發(fā)育。最新研究[33]還發(fā)現(xiàn)，miR-182在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起關鍵作用。miR-182可抑制HGF誘導的肺癌細胞遷移，侵襲和上皮間質轉化（Epithelial-mesenchymal transition,EMT）。另外，血管的發(fā)生也是腫瘤形成和維持非常重要的因素。近年發(fā)現(xiàn)[34-35]，HGF和VEGF對血管內皮細胞增殖和毛細血管形成均有明顯的促進作用，二者聯(lián)合應用對腫瘤血管形成有協(xié)同作用。此外，HGF可能具有刺激血管內皮細胞產(chǎn)生VEGF的作用從而刺激腫瘤生長、轉移等，但高濃度時還可抑制腫瘤細胞的生長。同時，HGF及其受體在視網(wǎng)膜母細胞瘤[36]、血管瘤[37]、眼眶橫紋肌肉瘤[38]等腫瘤組織中亦有表達。

3.5　其他

HGF可能與近視形成有關。Western blotting研究[39]HGF的表達，結果發(fā)現(xiàn)對照組鞏膜成纖維細胞中HGF蛋白表達量低，凹透鏡成功誘導的近視豚鼠鞏膜成纖維細胞HGF蛋白表達增加，與基質金屬蛋白酶-2（MMP-2）表達趨勢相同。由此推測HGF可能參與調節(jié)鞏膜正常生理功能。另有研究發(fā)現(xiàn)[40]，HGF及其受體在翼狀胬肉組織也有表達，均在鱗狀上皮細胞層的基底細胞表達最強，提示HGF與翼狀胬肉的生成發(fā)展可能相關。除此之外，王書華[41]采用雙抗體夾心法酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）測定三種類型青光眼患者房水中的HGF濃度并與單純白內障患者相比較，結果表明：三種青光眼組房水HGF濃度均高于白內障組，有統(tǒng)計學意義的差異（P＜0.05），但慢性閉角型青光眼組與開角型青光眼組比較差異沒有統(tǒng)計學意義（P=0.815）；而急性閉角型青光眼組與其他兩組青光眼組比較差異明顯（P＜0.01），故推測HGF可能與青光眼發(fā)病后的組織損傷有關。

4　小結

綜上所述，HGF作為一種多功能的細胞因子，不僅在正常眼組織的生長發(fā)育中發(fā)揮重要作用，且在多種眼科疾病中通過多種方式參與疾病的發(fā)生發(fā)展。但同時，HGF仍有許多生物學功能尚未明確，由HGF及其受體c-Met所參與的信號通路途徑還需進一步探索，以期為眼科疾病的藥物治療提供新的途徑。