成纖維細(xì)胞生長因子5研究進(jìn)展

雷蕾 包鵬甲 梁春年 褚敏 閻萍

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所 甘肅省牦牛繁育工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050）

成纖維細(xì)胞生長因子5是一種由FGF5基因編碼的分泌信號(hào)蛋白，屬于成纖維細(xì)胞生長因子家族（FGFs）。FGF5最初被定義為一種人類致癌基因［1］，隨后Hebert等［2］發(fā)現(xiàn)其對(duì)小鼠毛發(fā)生長具有抑制作用。后續(xù)的部分研究都相繼證明了FGF5對(duì)于哺乳動(dòng)物毛發(fā)生長的重要調(diào)節(jié)作用，即促進(jìn)毛囊發(fā)育由生長期到退行期的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而抑制毛發(fā)生長。

此外，F(xiàn)GF5與動(dòng)物肢體的發(fā)育、人類高血壓的形成及多種癌癥有著密切聯(lián)系。Clase等［3］研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5作為一種促細(xì)胞分裂劑來刺激間充質(zhì)成纖維細(xì)胞的增殖，促進(jìn)結(jié)締組織如軟骨膜的形成，并抑制分化的骨骼肌的發(fā)育。Allerstorfer等［4-5］研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5通過自分泌和旁分泌促進(jìn)人多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的惡化。Berger等［6］研究證明FGF5及其主要受體FGFR1介導(dǎo)的信號(hào)可作為人多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療靶點(diǎn)。Ghassemi等［7］在研究黑色素瘤時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5基因在黑色素瘤組織中大量表達(dá)，并對(duì)黑色素瘤的增長存在著潛在的促進(jìn)作用。Feng等［8］在對(duì)肝細(xì)胞癌的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-188-5通過直接靶向FGF5基因抑制肝癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。Liu等［9］在對(duì)影響中國漢族人血壓高低的基因研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5基因的突變會(huì)引起人血壓的變化和患高血壓風(fēng)險(xiǎn)的增高。

本文主要對(duì)成纖維細(xì)胞生長因子5的生物學(xué)功能及其在疾病研究中的研究成果進(jìn)行綜述，以期為其在人類毛發(fā)生長、肢體發(fā)育以及腫瘤診治等領(lǐng)域中的進(jìn)一步研究及合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 FGF5概述

迄今為止，已有包括FGF5在內(nèi)的23種FGFs被鑒定出。FGF5是一種由268個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)序列，分子量約為29.1 kD。同時(shí)FGF5基因通過mRNA選擇性剪切，能生成由123個(gè)氨基酸組成的蛋白剪接變體FGF5s［10-11］。小鼠FGF5基因包括3個(gè)外顯子，F(xiàn)GF5s由于選擇性剪接和移碼突變導(dǎo)致其缺乏與第二外顯子對(duì)應(yīng)的區(qū)域以及第三外顯子對(duì)應(yīng)的大部分區(qū)域［12］。大多數(shù)成纖維細(xì)胞生長因子廣泛存在于各組織中，而FGF5在胎兒中表達(dá)量較高，成年個(gè)體中表達(dá)量較低。在對(duì)哺乳動(dòng)物毛發(fā)生長的研究中，F(xiàn)GF5表達(dá)于毛囊的外根鞘內(nèi)以及毛囊周圍的巨噬細(xì)胞中，在毛發(fā)生長的末期，即休止期達(dá)到最高表達(dá)量［13-14］。

同大多數(shù)FGF家族成員一樣，F(xiàn)GF5也是一種糖胺聚糖結(jié)合蛋白，與細(xì)胞分裂和細(xì)胞存活密切相關(guān)，并且參與多種生物過程，包括胚胎發(fā)育、細(xì)胞生長、形態(tài)發(fā)生、組織修復(fù)、腫瘤生長和侵襲［15］。與其他FGFs相同，在蛋白質(zhì)或輔因子結(jié)合蛋白聚糖和胞外蛋白的調(diào)控作用下，F(xiàn)GF5與其特定的酪氨酸激酶受體相互作用，會(huì)激活多個(gè)包括P13K-KAT、PLCyRAS-MAPK和STAT在內(nèi)的細(xì)胞信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)節(jié)成熟組織的代謝功能、修復(fù)和再生［16-17］。

2 FGF5的生物學(xué)功能

2.1 FGF5與毛發(fā)生長

毛發(fā)生長周期由3個(gè)階段組成：生長期，退行期和休止期［18］。FGF5是啟動(dòng)毛囊發(fā)育由興盛期到退行期過渡的關(guān)鍵信號(hào)分子。最早的研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)小鼠FGF5基因同源性的破壞，會(huì)導(dǎo)致小鼠長毛表型性狀的出現(xiàn)。許多對(duì)具有長發(fā)表型動(dòng)物的遺傳研究中，F(xiàn)GF5基因的突變都會(huì)破壞其表達(dá)，導(dǎo)致毛囊發(fā)育興盛期的延長，從而引起異常長毛的表型性狀出現(xiàn)。這一現(xiàn)象通常被稱為安哥拉突變，已在許多物種，包括貓［19］、狗［20］、小鼠［21］、倉鼠［22］、豚鼠［23］、兔子［24-25］、驢［26］、山羊［27］和綿羊［28］中得到了證實(shí)。在Wang等［27］的研究中，他們對(duì)克什米爾山羊胚胎顯微注射Cas9mRNA和sgRNAs，靶向編輯MSTN和FGF5基因，進(jìn)行山羊的基因改良。結(jié)果表明FGF5基因的敲除導(dǎo)致了克什米爾山羊皮膚組織中次級(jí)毛囊數(shù)量的增加和毛纖維的增長，同時(shí)未對(duì)山羊的其他性狀造成影響。這項(xiàng)研究中成功利用基因編輯技術(shù)，在形態(tài)學(xué)和遺傳水平上對(duì)山羊的表型性狀進(jìn)行了人為改良，為動(dòng)物絨毛資源利用及品種培育開擴(kuò)了新的思路。

隨后，在對(duì)中國美利奴羊的研究中也證實(shí)了基因編輯技術(shù)對(duì)優(yōu)化羊毛產(chǎn)量的可行性，Li等［28］發(fā)現(xiàn)通過基因靶向阻斷FGF5的活性可能會(huì)促進(jìn)綿羊羊毛的生長，并導(dǎo)致羊毛纖維長度和油脂產(chǎn)量的增加。Zhang等［29］在針對(duì)山羊生產(chǎn)性狀的全基因組的選擇性掃描研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5基因的第三外顯子的一處同義突變與山羊的羊絨產(chǎn)量及體重相關(guān)，他們認(rèn)為該突變可作為提高山羊產(chǎn)絨量的研究中的分子標(biāo)記，或利用基因控制的方法培育高產(chǎn)絨性能山羊時(shí)的潛在靶點(diǎn)。miRNA在毛囊發(fā)育中的調(diào)控機(jī)制也是近年來有關(guān)提高經(jīng)濟(jì)動(dòng)物絨毛產(chǎn)量研究中的熱點(diǎn)之一。Ma等［30］研究發(fā)現(xiàn)，遼寧絨山羊毛囊發(fā)育不同時(shí)期，miR-let7a表達(dá)量有顯著差異，同時(shí)與其靶基因FGF5的表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)。該研究為絨山羊毛囊發(fā)育miRNA的調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)，也進(jìn)一步驗(yàn)證了FGF5是影響毛囊發(fā)育的重要基因之一。皖西安哥拉兔（長毛）和白獺兔（短毛）的雜交后會(huì)產(chǎn)生毛長不等的子代，Zhao等［31］以毛長有顯著差異的兩組子代為研究對(duì)象，采集皮膚組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，對(duì)與毛囊發(fā)育相關(guān)候選基因進(jìn)行RT-qPCR驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)FGF5，WNT5A，BMP4，BMP7四種基因在毛長不同的個(gè)體中的表達(dá)量具有顯著差異。

FGF5基因的蛋白剪切變體FGF5s，在許多研究已經(jīng)被確定為FGF5的拮抗劑，在Suzuki等［12］的研究中，對(duì)小鼠進(jìn)行皮下注射FGF5蛋白和FGF5s蛋白后，發(fā)現(xiàn)FGF5蛋白在毛囊發(fā)育的興盛期抑制了毛發(fā)的生長，同時(shí)促進(jìn)了毛囊發(fā)育從興盛期到退行期的過渡。FGF5s蛋白單獨(dú)注射時(shí)不會(huì)影響毛發(fā)的生長，但將其與FGF5蛋白同時(shí)注射時(shí)，它能夠顯著抑制FGF5蛋白對(duì)毛囊退行期的促進(jìn)作用。另有研究［23］顯示，F(xiàn)GF5基因的隱形無義突變（c.403C＞T）與家養(yǎng)豚鼠的長毛表型相關(guān)。在對(duì)鯨類從陸地到水生環(huán)境的過渡過程中脫發(fā)機(jī)制的研究中，Chen等［32］發(fā)現(xiàn)FGF5基因的正向選擇可能促進(jìn)了毛發(fā)生長的終止及毛囊發(fā)育提前進(jìn)入退行期，由此導(dǎo)致了毛囊生長循環(huán)周期的破壞，同時(shí)由于Hr（Hairless）基因功能的喪失，形成了鯨類在適應(yīng)水生環(huán)境的變化中的無毛現(xiàn)象。

FGF5也被認(rèn)為是人類毛發(fā)生長過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。在人類身體的不同部位，如睫毛、軀干或頭皮，毛發(fā)纖維會(huì)生長成不同的長度，并且這些部位的毛囊的生長期也各不相同。例如，在頭皮上，毛囊的生長期長達(dá)幾年，而休止期僅持續(xù)3個(gè)月，這導(dǎo)致了較長毛發(fā)的生長。相反，其他身體部位的毛發(fā)較短，是由于毛囊生長期僅持續(xù)幾周，而休止期持續(xù)數(shù)月［33-34］。Higgins等［35］以兩個(gè)患有家族性睫毛粗長癥的具有血緣關(guān)系的巴基斯坦家庭中的30個(gè)成員為研究對(duì)象，通過純合子定位法，結(jié)合整個(gè)外顯子序列測序，在FGF5基因中發(fā)現(xiàn)了不同的致病突變。同時(shí)在后續(xù)的毛囊器官培養(yǎng)中，發(fā)現(xiàn)FGF5促進(jìn)了人毛囊發(fā)育由興盛期到退行期的過渡。由此將FGF5定義為人類毛發(fā)生長的重要調(diào)節(jié)因子，并將其確定為選擇性調(diào)節(jié)睫毛生長的治療靶點(diǎn)。

人類脫發(fā)治療也是一直以來備受關(guān)注的問題，科學(xué)有效的治療方法較少。Burg等［36］將FGF5作為治療靶點(diǎn)，篩選從植物中提取的分子，發(fā)現(xiàn)單萜族分離物對(duì)FGF5的抑制作用明顯。這種抑制作用在臨床研究中的表現(xiàn)為：毛囊生長期的延長，脫發(fā)現(xiàn)象的減少及頭發(fā)密度的改善。

總而言之，F(xiàn)GF5在哺乳動(dòng)物毛發(fā)生長周期中主要起著促進(jìn)毛囊從生長期到退行期的過渡作用，通過體內(nèi)或體外對(duì)其功能的破壞能夠有效的延長毛囊生長期，從而改善毛發(fā)的生長。

2.2 FGF5與肢體發(fā)育

肢體的結(jié)締組織包括肌腱、韌帶、軟骨膜、軟骨和骨。這些不同類型的組織是由特定的前體細(xì)胞形成的，包括結(jié)締組織成纖維細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞，而這些都是由間充質(zhì)細(xì)胞分化而來［37］。由于成纖維細(xì)胞生長因子家族（FGFs）成員控制著許多類型的間充質(zhì)細(xì)胞在培養(yǎng)過程中的增殖和分化，所以也常被作為調(diào)控肢體器官形成過程的候選基因。

此外，F(xiàn)GFs與其相關(guān)的受體在肢體器官發(fā)育過程中不同的部位都有表達(dá)［38］。FGF5基因在近腹側(cè)部位間充質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)決定了肢體的發(fā)育，在腹側(cè)部間充質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)決定了股骨的形成。這種限制性的發(fā)育表達(dá)模式表明，F(xiàn)GF5可以定向促進(jìn)肢體內(nèi)特定細(xì)胞系的發(fā)育，從而控制肢體器官的形成。

Clase等［3］為了進(jìn)一步研究FGF5在肢體發(fā)育過程中的作用，以雞胚后肢為研究對(duì)象，利用逆轉(zhuǎn)錄病毒表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行FGF5基因的異位表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FGF5基因的異位表達(dá)能夠抑制肢體骨骼肌的發(fā)育，同時(shí)促進(jìn)一類特定類型的肢體結(jié)締組織前體細(xì)胞，即成纖維細(xì)胞的增殖，從而導(dǎo)致了軟骨膜的擴(kuò)張。軟骨膜及軟骨膜細(xì)胞在骨和軟骨生長發(fā)育及損傷修復(fù)中起著重要作用。這些研究證明FGF5在胚胎發(fā)育過程及肌肉老化和疾病調(diào)控中，能夠有效調(diào)節(jié)骨骼肌肌肉的纖維化和骨骼肌肌纖維變性。

3 FGF5與疾病的關(guān)系

3.1 FGF5與多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（Glioblastoma multiforme）多見于成人，是一種神經(jīng)膠質(zhì)瘤，具有極高的浸潤性，可大范圍轉(zhuǎn)移，與健康的腦組織混合后幾乎無法通過外科手術(shù)去除。多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的形成與惡化受到一些生長因子及其相關(guān)受體的促進(jìn)作用，最主要的包括表皮生長因子受體和血小板衍生生長因子受體［39］。

同時(shí)，在已有的研究中，成纖維細(xì)胞生長因子家族中的FGF2和FGF9及受體FGFR1和FGFR4的表達(dá)模式也與多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的惡性程度相關(guān)。Allerstorfer等［40］在對(duì)49例多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織標(biāo)本進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的過程中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5及其高親和性受體FGFR1 IIIC同時(shí)具有高表達(dá)，且兩者的表達(dá)水平隨著腫瘤惡化程度的增強(qiáng)而升高。同時(shí)，在人血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖及血管形成試驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)FGF5基因?qū)?nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和血管形成均具有促進(jìn)作用。

由此，F(xiàn)GF5被認(rèn)為是一種致癌因子，并且能夠刺激腫瘤新生血管的生成，促進(jìn)多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤惡化。結(jié)合已有的關(guān)于其他成纖維細(xì)胞因子及其高親和性受體的研究［41-42］，F(xiàn)GF5及其受體FGFR1作為治療人多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的有效靶點(diǎn)，具有非常廣闊的研究前景。

3.2 FGF5與黑色素瘤

黑色素瘤是來源于黑色素細(xì)胞的一類惡性腫瘤，常見于皮膚，亦見于黏膜、眼脈絡(luò)膜等部位。過去，F(xiàn)GFs中關(guān)于黑色素瘤的相關(guān)研究大多集中于FGF2［43-44］。Ghassemi等［7］研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5 在黑色素瘤組織中大量表達(dá)，并可能對(duì)體外黑色素瘤細(xì)胞的存活和侵襲以及體內(nèi)黑色素瘤的生長有促進(jìn)作用。同時(shí)其主要受體FGFR1在黑色素瘤細(xì)胞中表達(dá)量很高，很有可能是受FGF5轉(zhuǎn)導(dǎo)的自分泌信號(hào)所刺激的。

人黑色素瘤細(xì)胞中低內(nèi)源性FGF5的表達(dá)會(huì)加強(qiáng)黑色素瘤細(xì)胞的增殖和侵襲，而FGF5基因的沉默以及高內(nèi)源性FGF5的表達(dá)則具有相反的結(jié)果。在免疫功能低下的小鼠的體內(nèi)試驗(yàn)中，對(duì)人黑色素瘤移植瘤過表達(dá)FGF5，結(jié)果顯示FGF5促進(jìn)了腫瘤的生長，減少了細(xì)胞的凋亡同時(shí)促進(jìn)了血管的生成。免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示在50%以上的樣本中能檢測到FGF5蛋白的表達(dá)，這些數(shù)據(jù)揭示了FGF5在黑色素瘤細(xì)胞中具有潛在的致癌作用及其作為黑色素瘤治療靶點(diǎn)的可能性。

3.3 FGF5與肝細(xì)胞癌

肝細(xì)胞癌是成人中最常見的原發(fā)性肝癌，也是肝硬化患者最常見的死亡原因［45］。Fang等［8］在對(duì)肝細(xì)胞癌轉(zhuǎn)移相關(guān)miRNAs的研究中發(fā)現(xiàn)miR-188-5p的異位表達(dá)載體內(nèi)外均能抑制肝癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。而在此項(xiàng)研究中，F(xiàn)GF5被認(rèn)為是miR-188-5p主要的靶向基因，miR-188-5p的增強(qiáng)表達(dá)顯著抑制FGF5基因的表達(dá)，恢復(fù)FGF5的表達(dá)反過來又能抵消miR-188-5p對(duì)肝癌細(xì)胞增勢和轉(zhuǎn)移的抑制作用。這項(xiàng)研究證明了miR-188-5p通過靶向FGF5基因?qū)Ω渭?xì)胞癌具有一定的抑癌作用，具有作為肝細(xì)胞癌潛在的治療靶點(diǎn)的可能性，也意味著FGF5作為成纖維細(xì)胞生長因子家族的一員，與FGF8和FGF19一樣，在肝細(xì)胞癌研究領(lǐng)域存在著潛在的研究價(jià)值。

3.4 FGF5與高血壓

高血壓是一種常見的心血管疾病，是全球性的健康問題之一，在中國的發(fā)病率也在逐漸上升［46］。根據(jù)2007-2008年的中國糖尿病及代謝紊亂研究的數(shù)據(jù)，我國有26.6%的成年人患有高血壓，造成了嚴(yán)重了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)與健康問題［47］。高血壓的病因涉及多種因素之間相互作用。相關(guān)性較高的因素包括體重指數(shù)（BMI），吸煙，飲酒，鹽的攝入及身體鍛煉［48］。據(jù)估計(jì)，有30%-60%的高血壓是由遺傳因素造成的［49］。在多個(gè)群體中的全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確認(rèn)了多個(gè)遺傳變異。Liu等［9］對(duì)中國漢族人群（n=3210）的8個(gè)基因（FGF5、CYP17A1、MTHFR、ZNF652、PLCD3、ATP2B1和c10orf107）內(nèi)或附近的變異位點(diǎn)進(jìn)行了基因分型，利用Logistic回歸分析結(jié)合廣義線性分析，分別對(duì)各個(gè)突變位點(diǎn)與高血壓，BMI，腰圍及高敏C反應(yīng)蛋白（hs-CRP）的相關(guān)性進(jìn)行了檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5基因的一個(gè)突變位點(diǎn)（FGF5-rs16998073）與高血壓呈現(xiàn)出顯著相關(guān)，與BMI，腰圍及hs-CRP的變化沒有明顯的關(guān)聯(lián)。同時(shí)，該位點(diǎn)的突變對(duì)漢族人群高血壓的影響明顯高于歐洲白種人。據(jù)此他們推斷FGF5基因的突變可能會(huì)導(dǎo)致高血壓的產(chǎn)生。在Li等［50］在對(duì)7 319名中國成年人的4種高血壓易感基因變異體的遺傳相關(guān)性的研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5基因的一個(gè)突變位點(diǎn)（FGF5-rs1458038）與心臟的收縮壓及舒張壓顯著相關(guān)，而且隨著BMI的增高，變異效應(yīng)增強(qiáng)。這項(xiàng)研究證明BMI越高，F(xiàn)GF5基因的位點(diǎn)突變引起高血壓產(chǎn)生的效應(yīng)就越明顯。

在中國兒童群體中，一項(xiàng)關(guān)于高血壓易感基因位點(diǎn)與肥胖之間的關(guān)聯(lián)研究以及基因之間的互作研究顯示，F(xiàn)GF5-rs16998073，MTHFR-rs1801133及CSK-rs1378942這三個(gè)突變位點(diǎn)的遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分與肥胖指數(shù)呈正相關(guān)。此外，這些位點(diǎn)間的互作分析顯示MTHFR和FGF5基因之間存在著潛在的互作關(guān)系。該研究進(jìn)一步驗(yàn)證了FGF5基因的突變與兒童高血壓顯著相關(guān)，同時(shí)遺傳與環(huán)境因素對(duì)兒童肥胖也存在一定影響［51］。Ren等［52］在對(duì)原發(fā)性高血壓患者外周血FGF5基因表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn)，與正常組相比，試驗(yàn)組患者外周血細(xì)胞及外周血中FGF5基因的mRNA的表達(dá)量及蛋白水平顯著升高，相關(guān)性分析顯示FGF5蛋白水平與收縮壓及舒張壓呈正相關(guān)，同時(shí)FGF5基因的一個(gè)突變位點(diǎn)（FGF5-rs16998073）的遺傳變異也與舒張壓及收縮壓呈正相關(guān)。由此可見，F(xiàn)GF5作為高血壓易感基因之一，有待更深入的研究，為心血管疾病治療提供理論依據(jù)。

4 結(jié)語

FGF5作為成纖維細(xì)胞生長因子家族的一員，具備多種生物學(xué)功能。在哺乳動(dòng)物毛發(fā)生長過程中，F(xiàn)GF5具備的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用已成為近年來的研究熱點(diǎn)，無論是人毛發(fā)生長，還是動(dòng)物品種培育及絨毛資源利用中都展現(xiàn)出極高的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，在動(dòng)物肢體發(fā)育中，F(xiàn)GF5也具備一定的研究價(jià)值。最后，在人類腫瘤、癌癥及高血壓等疾病的研究中，F(xiàn)GF5作為一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，有待更深一步的探索，為人類健康研究提供新思路。