肝素結(jié)合樣表皮生長(zhǎng)因子在機(jī)體各組織器官損傷中的修復(fù)作用研究進(jìn)展

曾文，蒙臣，王雪，王軼銘，李清，王賢裕

湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬醫(yī)院(十堰市太和醫(yī)院)，湖北十堰442000

肝素結(jié)合樣表皮生長(zhǎng)因子(HB-EGF)是表皮生長(zhǎng)因子(EGF)家族中的一員，是一種高效的有絲分裂原和趨化蛋白。HB-EGF最先是通過肝素親和層析法從巨噬細(xì)胞的條件培養(yǎng)基中分離出來的。除HB-EGF之外，EGF家族還包括6名成員：EGF、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-α、細(xì)胞調(diào)節(jié)素、雙調(diào)蛋白、上皮調(diào)節(jié)蛋白以及神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白。機(jī)體生理狀態(tài)下，HB-EGF在多種組織和器官中均有表達(dá)。HB-EGF可通過與表皮生長(zhǎng)因子受體(Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR)結(jié)合后調(diào)控細(xì)胞增殖、遷移、黏附和分化等多種效應(yīng)。HB-EGF在人體組織和器官中廣泛表達(dá)，在肺、心臟、骨骼肌和大腦組織中表達(dá)水平較高。機(jī)體首先合成HB-EGF前體蛋白(pro HB-EGF)，pro HB-EGF可在細(xì)胞表面近膜結(jié)構(gòu)域內(nèi)被基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix Metalloproteinase，MMP)或整合素蛋白酶(A Disintegrin And Metalloproteinase，ADAM)裂解，最終釋放可溶性成熟HB-EGF[1]。

HB-EGF包含一個(gè)EGF樣結(jié)構(gòu)域以及一個(gè)肝素結(jié)合結(jié)構(gòu)域，允許與細(xì)胞表面的肝素和硫酸乙酰肝素相互作用，從而發(fā)揮各種生物學(xué)作用。HB-EGF參與胚泡著床、心肺正常發(fā)育、動(dòng)脈粥樣硬化、腫瘤生長(zhǎng)等一系列生理病理過程。當(dāng)組織損傷時(shí)，HB-EGF表達(dá)會(huì)隨著不同形式的損傷刺激而升高，可直接結(jié)合并激活EGFR和酪氨酸激酶受體4(ErBb4)，還可通過異二聚體作用激活酪氨酸激酶受體2(ErBb2)和酪氨酸激酶受體3(ErBb3)，促進(jìn)皮膚傷口的愈合、缺血性損傷后神經(jīng)再生、肺切除后肺泡再生、腸吻合術(shù)后腸組織增殖、肝葉部分切除后肝細(xì)胞增殖，并保護(hù)許多類型的缺血再灌注損傷?，F(xiàn)將HB-EGF在皮膚、眼、腦、腸道、肝及其他組織器官損傷中的作用相關(guān)研究進(jìn)行綜述，旨在為臨床組織器官的損傷修復(fù)治療提供借鑒。

1 HB-EGF在皮膚損傷中的修復(fù)作用

皮膚由表皮、真皮和皮下組織構(gòu)成。當(dāng)損傷發(fā)生時(shí)，表皮的角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生和分泌HB-EGF，促進(jìn)皮膚創(chuàng)面愈合。在燒傷患兒的燒傷創(chuàng)面液體中可檢測(cè)到高表達(dá)HB-EGF[2]。HB-EGF主要表達(dá)于未燒傷皮膚的表皮基底層，可重新分布于燒傷皮膚的創(chuàng)面邊緣、毛囊和汗腺處，促進(jìn)燒傷皮膚的修復(fù)和再生。在小鼠燒傷創(chuàng)面形成后不久就在真皮附屬物和創(chuàng)面邊緣的全層皮膚中檢測(cè)到HB-EGF表達(dá)[3]。有研究[4]提出，HB-EGF可有效地促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖和遷移，而當(dāng)小鼠角質(zhì)形成細(xì)胞特異性缺失HB-EGF時(shí)，皮膚創(chuàng)面愈合速度減慢，但創(chuàng)面邊緣的細(xì)胞增殖無明顯差異。在組織創(chuàng)傷愈合過程中HB-EGF主要通過刺激角質(zhì)細(xì)胞遷移而非增殖促進(jìn)皮膚傷口愈合[5]。

將HB-EGF重組蛋白直接應(yīng)用創(chuàng)面，因其活性短、降解速度快，促進(jìn)皮膚損傷修復(fù)效果不明顯，因此如何提高HB-EGF的生物利用率或優(yōu)化其向損傷組織傳送，達(dá)到HB-EGF修復(fù)作用最大化，成為近年來的研究熱點(diǎn)。將HB-EGF以與透明質(zhì)酸水凝膠結(jié)合的形式遞送至創(chuàng)口，可顯著提高HB-EGF促進(jìn)創(chuàng)面愈合的有效性[6]；通過以肝素為基礎(chǔ)的載體緩慢遞送HB-EGF，也可增強(qiáng)糖尿病創(chuàng)傷模型再生上皮化、創(chuàng)面基質(zhì)重建、促進(jìn)創(chuàng)口收縮以及血管重建[7]；使用維甲酸誘導(dǎo)角質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)HB-EGF，可有效促進(jìn)基底細(xì)胞增殖[8]；或共同補(bǔ)充配體和受體，增加HB-EGF生物利用度，例如在豬模型中，將含有ErbB3受體基因的腺病毒轉(zhuǎn)染到豬創(chuàng)傷模型中，聯(lián)合應(yīng)用HB-EGF，可顯著改善表皮再生、基底細(xì)胞增殖、肉芽組織和新生血管形成[9]。

2 HB-EGF在眼損傷中的修復(fù)作用

角膜上皮創(chuàng)面愈合是維持角膜內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要過程，創(chuàng)面愈合受損會(huì)增加角膜感染的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致視力下降。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)[3]中，已證實(shí)HB-EGF可刺激人角膜上皮細(xì)胞(Corneal Epithelial Cell，CEC)增殖與遷移。在小鼠角膜上皮損傷模型中，特異性敲除HB-EGF小鼠的角膜上皮損傷愈合延遲，從特異性敲除HB-EGF小鼠中分離的CEC在體外實(shí)驗(yàn)中使用HB-EGF處理后其損傷創(chuàng)面閉合和細(xì)胞黏附均有改善[10]。EGFR信號(hào)通路的激活是角膜上皮傷口愈合過程中的關(guān)鍵事件，會(huì)顯著影響損傷處細(xì)胞的增殖與遷移， HB-EGF的表達(dá)減少則會(huì)抑制EGFR的激活，延遲角膜上皮細(xì)胞創(chuàng)面愈合[11]。因此，HB-EGF的表達(dá)以及EGFR信號(hào)通路的激活是CEC創(chuàng)面愈合的關(guān)鍵因素。

與EGF相比，HB-EGF具有在細(xì)胞表面與肝素和硫酸乙酰肝素結(jié)合的能力，可以限制其擴(kuò)散，使局部HB-EGF濃度增加，因此，在治療CEC創(chuàng)面時(shí)具有更高的生物利用率和更長(zhǎng)的EGFR活化時(shí)間[12]，可更好的促進(jìn)細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖和組織重塑，提高了角膜傷口愈合率，而這種效應(yīng)可被HB-EGF中和抗體抑制。這說明了HB-EGF在角膜上皮損傷愈合過程中發(fā)揮著重要作用，為角膜上皮創(chuàng)面愈合早期進(jìn)行有效的臨床治療提供可能，盡可能減少角膜感染風(fēng)險(xiǎn)，防止不良預(yù)后。

視網(wǎng)膜是眼部重要的視覺器官。有研究表明[13]，在視網(wǎng)膜受損時(shí)，HB-EGF可刺激視網(wǎng)膜中Müller神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞去分化和增殖，從而促進(jìn)視網(wǎng)膜再生。在視網(wǎng)膜缺血再灌注模型中，HB-EGF通過抑制視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞腫脹，減少視網(wǎng)膜水腫發(fā)展，促進(jìn)視網(wǎng)膜缺血再灌注的恢復(fù)[14]。另外，HB-EGF不僅可以通過EGFR信號(hào)通路，還可以通過刺激Müller膠質(zhì)細(xì)胞去分化和抗氧化應(yīng)激，防止光誘導(dǎo)的視感光細(xì)胞變性，減輕視網(wǎng)膜損傷[15]。以上結(jié)果表明HB-EGF是視網(wǎng)膜損傷和變性過程中的保護(hù)機(jī)制之一。

有研究表明HB-EGF也參與了增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變，這被認(rèn)為是視網(wǎng)膜傷口愈合過程中HB-EGF調(diào)控不佳引起Müller膠質(zhì)細(xì)胞過度增生，從而導(dǎo)致神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成。眼部新生血管形成可導(dǎo)致不可逆性失明，在增生性糖尿病性視網(wǎng)膜病變、新生血管性青光眼、光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜損傷中均可發(fā)現(xiàn)HB-EGF表達(dá)上調(diào)[16]，這些結(jié)果表明HB-EGF可能參與某些視網(wǎng)膜疾病，在眼新生血管形成中起著重要作用。但尚不能確定HB-EGF上調(diào)是保護(hù)性表達(dá)還是視網(wǎng)膜損傷后出現(xiàn)的病理性表達(dá)。

3 HB-EGF在腦損傷中的修復(fù)作用

HB-EGF是一種由缺氧誘導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)蛋白，它還能刺激神經(jīng)元前體細(xì)胞的增殖，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的含量高于EGF家族的其他成員，尤其富集于海馬、大腦皮層以及小腦。條件敲除腹側(cè)前腦中的HB-EGF，將導(dǎo)致海馬區(qū)記憶形成受損，運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)傳導(dǎo)受損，以及行為異常，證明了HB-EGF有重要的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)功能[17]。另外HB-EGF可增加缺血再灌注損傷后神經(jīng)細(xì)胞的再生，與EGF相比，大腦中動(dòng)脈結(jié)扎所致的缺血再灌注后大腦皮層中HB-EGF的mRNA表達(dá)明顯增加，而條件性敲除HB-EGF將導(dǎo)致更大面積的梗塞，皮層活性氧含量以及細(xì)胞凋亡增加[18]。雖然這些具體作用機(jī)制目前尚未可知，但可認(rèn)為HB-EGF的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)特性對(duì)腦血管缺血事件后患者的康復(fù)具有促進(jìn)作用。

4 HB-EGF對(duì)肺損傷中的修復(fù)作用

HB-EGF能夠促進(jìn)肺損傷修復(fù)。首先，HB-EGF是Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的有絲分裂原，在肺損傷后促進(jìn)Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞增殖并分化為Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞，從而為肺泡結(jié)構(gòu)重建提供基礎(chǔ)。其次，慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease , COPD)等肺損傷可釋放炎癥因子誘導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞分泌HB-EGF，激活EGFR信號(hào)通路，減輕肺部炎癥和損傷，促進(jìn)細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞凋亡，防止肺功能下降[19]。已有研究[20]證明,HB-EGF通過影響細(xì)胞遷移以及細(xì)胞間黏附促進(jìn)損傷修復(fù)，當(dāng)小鼠一側(cè)肺組織被切除后，健側(cè)肺中HB-EGF表達(dá)增加，促進(jìn)肺組織代償性增生并使肺組織結(jié)構(gòu)重建[21]。同時(shí)，應(yīng)用HB-EGF可減緩腸缺血/再灌注損傷(Ischemia-Reperfusion Injury,I/R)模型以及燒傷模型所導(dǎo)致的肺損傷[22]。因此可認(rèn)為HB-EGF是促進(jìn)肺損傷修復(fù)以及維持肺內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的多種保護(hù)機(jī)制之一。

然而這與Woodruff等[23]的研究結(jié)果相反，他們認(rèn)為HB-EGF/EGFR通路參與了肺纖維化的發(fā)生，HB-EGF表達(dá)失調(diào)和/或EGFR持續(xù)活化可能導(dǎo)致氣道上皮的異常修復(fù)，從而通過促進(jìn)氣道纖維化推動(dòng)COPD的發(fā)展。導(dǎo)致這種相互矛盾的結(jié)果的機(jī)制目前尚未可知，這里我們認(rèn)為是人類疾病成因復(fù)雜常伴隨其他疾病，例如臨床很多肺切除患者都是患有肺癌，這是COPD患者的一種主要的合并癥，而HB-EGF的表達(dá)以及EGFR通路活化通常會(huì)受到腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的影響[24]，我們推測(cè)這就是導(dǎo)致在人類COPD患者中HB-EGF過度表達(dá)的原因。

5 HB-EGF對(duì)腸道損傷中的修復(fù)作用

HB-EGF是胃腸上皮自分泌的一種生長(zhǎng)因子，根據(jù)氧化因素或滲透壓的變化而改變，參與胃腸道上皮日常增殖及更新。而在胃腸道受損時(shí)，相關(guān)研究證明給予外源性HB-EGF可以保護(hù)胃腸道免受各種形式的組織學(xué)損傷，包括壞死性小腸結(jié)腸炎(NEC)、腸缺血再灌注損傷(I/R)、失血性休克與復(fù)蘇(HS/R)等，同時(shí)研究者發(fā)現(xiàn)HB-EGF在酸性環(huán)境中穩(wěn)定，通過胃腸道給藥是可行的并可有效提高其在胃腸道中的生物利用率[25]。另外，在小鼠胃腸道吻合模型中，給予HB-EGF處理后胃腸道吻合口強(qiáng)度增強(qiáng)，吻合口周圍血管生成，從而改善和促進(jìn)胃腸吻合口愈合[26]。特異性敲除HB-EGF小鼠對(duì)NEC的易感性增加，這也說明了HB-EGF在保護(hù)胃腸道屏障方面的重要性[27]。

以上結(jié)果提示我們HB-EGF對(duì)胃腸道具有重要的保護(hù)作用，有望作為用于胃腸道損傷的治療中。這種療法通過多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)，包括抑制腸上皮細(xì)胞凋亡、減少炎癥因子浸潤(rùn)、促進(jìn)腸細(xì)胞間黏附、促進(jìn)腸細(xì)胞遷移與增殖[28]等。HB-EGF可促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和遷移，在腸I/R后同時(shí)給予HB-EGF和間充質(zhì)干細(xì)胞治療，可減少移植過程中間充質(zhì)干細(xì)胞的凋亡，并使間充質(zhì)干細(xì)胞首先植入到受損腸壁中[29]，因此聯(lián)合使用HB-EGF和間充質(zhì)干細(xì)胞也為腸損傷提供了一種新的療法。

6 HB-EGF對(duì)肝損傷中的修復(fù)作用

HB-EGF是肝細(xì)胞的有絲分裂原，與肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(Hepatocyte growth factor，HGF)有類似的肝細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)作用，HB-EGF與HGF在促進(jìn)肝細(xì)胞增殖方面具有協(xié)同作用，在部分肝切除后與HGF共同表達(dá)增加。在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中進(jìn)一步證實(shí)了HB-EGF對(duì)肝臟的營(yíng)養(yǎng)作用，表達(dá)肝特異性pro HB-EGF的轉(zhuǎn)基因小鼠在肝葉部分切除后肝臟再生能力增強(qiáng)，此外在再生肝臟中也觀察到HB-EGF表達(dá)增加、肝細(xì)胞增殖等現(xiàn)象[30]。然而與局限的肝葉部分切除(切除1/3)相比，HB-EGF在廣泛的肝葉部分切除(切除2/3)后有更明顯的上調(diào)現(xiàn)象，這似乎與驅(qū)動(dòng)靜止期肝細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期有密切關(guān)系，為HB-EGF的肝營(yíng)養(yǎng)作用提供了另一種機(jī)制[31]。

除了在肝葉部分切除后肝再生中的作用，HB-EGF在其他形式肝損傷中對(duì)肝臟的保護(hù)作用。膽汁淤積會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的肝損傷，在膽管結(jié)扎所致的膽汁淤積模型中，給予HB-EGF處理可使肝臟轉(zhuǎn)氨酶降低，而條件性敲除HB-EGF可導(dǎo)致更嚴(yán)重的肝纖維化[32]。當(dāng)使用HGF和HB-EGF聯(lián)合治療時(shí)，主要通過發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用和抗纖維化作用抑制膽管結(jié)扎誘導(dǎo)的膽汁淤積性肝損傷。以上研究結(jié)果為HB-EGF作為肝細(xì)胞保護(hù)劑提供了進(jìn)一步的證據(jù)，并有望在臨床應(yīng)用于肝葉部分切除術(shù)后促進(jìn)肝葉再生治療。

7 HB-EGF在其他組織器官損傷中的修復(fù)作用

目前，關(guān)于HB-EGF在心、腎、尿道、鼓膜等其他組織器官中的作用機(jī)制相關(guān)研究較少，但HB-EGF在其受到損傷后的修復(fù)作用已得到初步證實(shí)。HB-EGF在正常心臟功能和正常心臟瓣膜形成中具有關(guān)鍵作用，當(dāng)心肌處于低氧環(huán)境時(shí)HB-EGF有利于損傷心肌細(xì)胞的增殖[33]，然而同時(shí)HB-EGF具有促進(jìn)心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞增生、膠原纖維表達(dá)增多等生物學(xué)效應(yīng)，在心臟受到缺氧等損傷刺激后的心肌重構(gòu)過程中發(fā)揮重要作用。局部HB-EGF過表達(dá)可導(dǎo)致心肌梗死后心肌重構(gòu)加劇，造成不良預(yù)后。這一結(jié)果不排除使用HB-EGF治療心肌缺氧患者具有臨床益處的可能性。在腎部分梗死模型中，梗死灶附近的腎小管上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了HB-EGF的表達(dá)上調(diào)，在調(diào)節(jié)梗死灶附近肌成纖維細(xì)胞的分化和促進(jìn)周圍組織的重塑過程中發(fā)揮作用。同樣的，在腎I/R后HB-EGF也參與了早期腎上皮細(xì)胞的修復(fù)、增殖和再生，促進(jìn)腎I/R后損傷恢復(fù)[34]，在損傷尿路上皮修復(fù)再生過程中，HB-EGF通過EGFR信號(hào)通路發(fā)揮關(guān)鍵作用；在探究慢性鼓膜穿孔治愈手段過程中發(fā)現(xiàn)，HB-EGF可誘導(dǎo)小鼠鼓膜角質(zhì)形成細(xì)胞遷移，從而封閉鼓膜穿孔使鼓膜創(chuàng)口達(dá)到組織學(xué)愈合[35]，這種治療方法為非手術(shù)修復(fù)鼓膜穿孔提供了新思路。

綜上所述，HB-EGF可用于皮膚、腦、肺、腸、肝等重要器官損傷的治療，在組織器官的細(xì)胞修復(fù)、增殖和再生中發(fā)揮重要作用。HB-EGF的表達(dá)是由多種形式的機(jī)械或化學(xué)損傷引起的，通過產(chǎn)生抗凋亡、促進(jìn)增殖遷移和血管生成等效應(yīng)，使HB-EGF在全身組織修復(fù)和再生中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但目前仍需要進(jìn)一步的研究以建立這些療法的相關(guān)臨床選擇，充分發(fā)揮HB-EGF在各組織器官損傷中的修復(fù)作用，使HB-EGF在臨床得到更好的應(yīng)用，造福于受眾群體。我們將持續(xù)關(guān)注并探究HB-EGF在機(jī)體各組織器官損傷中的修復(fù)作用。