血小板衍生因子A 的生理功能研究進(jìn)展

吳子賢，李蘊(yùn)華，張 斌，張 軍，趙艷紅，劉佳森

（1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院畜牧研究所， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2. 武川縣家畜改良站， 內(nèi)蒙古 武川011700；3.鄂爾多斯市杭錦旗動物疫病預(yù)防控制中心，內(nèi)蒙古 杭錦旗 017400；4.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)動物遺傳育種與繁殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

血小板衍生因子A （platele-derived growth factor A，PDGFA）是結(jié)締組織細(xì)胞和某些其他細(xì)胞類型的主要促分裂原［1］。 它對細(xì)胞生長、增殖和分化至關(guān)重要，且誘導(dǎo)并維持毛囊的生長期。PDGFA是二聚體分子，由二硫鍵連接結(jié)構(gòu)相似的-A 和-B多肽鏈組成，與同源二聚體和異聚體結(jié)合的PDGF同種型， 通過結(jié)合并激活兩個(gè)結(jié)構(gòu)相關(guān)的蛋白酪氨酸激酶受體（α 受體與β 受體），發(fā)揮它們的細(xì)胞效應(yīng)。 而PDGF 受體的激活刺激了細(xì)胞生長，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)和動力的變化。 PDGFA 誘導(dǎo)肌動蛋白系統(tǒng)的重組并刺激趨化性， 即定向細(xì)胞向PDGFA梯度的運(yùn)動。 體內(nèi)PDGFA 在胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化以及傷口愈合期間具有重要的作用。 筆者從PDGFA 的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)方面，闡述在不同信號通路中PDGFA 的表達(dá)情況，以及在皮膚、肺和絨毛生長中的影響，為進(jìn)一步研究和驗(yàn)證PDGFA 的生理功能提供理論依據(jù)。

1 PDGFA 的發(fā)現(xiàn)

PDGF 于20 世紀(jì)70 年代首次被發(fā)現(xiàn)，是一種在多種細(xì)胞類型中產(chǎn)生的有效有絲分裂原的肽類調(diào)節(jié)因子，對細(xì)胞生長、增殖和分化具有重要的作用［2］。 此外，PDGF 在胚胎發(fā)育期間很活躍，在胚胎組織如性腺、肺、腎、腸、腦和皮膚中均有表達(dá)。 該家族的成員是由4 條多肽鏈組成的二聚糖蛋白，分別由PDGFA、PDGFB、PDGFC 和PDGFD 4 個(gè)基因編碼，PDGFA 被較早發(fā)現(xiàn)，1974 年P(guān)DGFA 的互補(bǔ)基因首次從人的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤基因文庫中分離出來，發(fā)現(xiàn)其自血小板中釋放，是血小板A 顆粒的組成部分，這也是其名稱的由來［3］。 PDGFA主要在表皮細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)元前體中起到調(diào)節(jié)作用，被認(rèn)為有助于毛發(fā)周期中的高頻再生［4］。

2 PDGFA 的結(jié)構(gòu)

血小板衍生生長因子（PDGF）是由4 種基因產(chǎn)物（PDGFA～PDGFD）構(gòu)成的家族，通過兩種受體酪氨酸激酶PDGF-α 和PDGF-β （platele-derived growth factor-α/platele-derived growth factor-β，PDGF-α/PDGF-β）起作用。PDGF 需要與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合才能發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，PDGFA 具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)， 典型的生長因子結(jié)構(gòu)域參與兩個(gè)亞基的二聚化、受體結(jié)合與激活［5］。 可通過選擇性剪接，被翻譯成帶有或不帶有保留亞基的氨基酸。 而兩種同工型氨基酸都可以與PDGF-α 結(jié)合并激活其活性，最多可形成196 個(gè)多肽［6］。PDGFA 是前肽二硫鍵連接形成的二聚體， 該二聚體包含可被弗林蛋白酶去除的氮末端， 而其氮末端決定能否與PDGFA 受體結(jié)合成功［7］。

3 PDGFA 的表達(dá)通路

毛囊形態(tài)發(fā)生依賴于無翼型MMTV 家族-Wnt （Wingless-Type MMTV Integration Site Family）、音猬因子-SHH（Sonic Hedgehog）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-BMP（Bone Morphogenetic Protein）等基因通路，在上皮細(xì)胞與間充質(zhì)細(xì)胞之間相互作用。 Wnt信號通路在毛囊誘導(dǎo)過程中起重要作用，SHH 參與形態(tài)發(fā)生和晚期分化， 而BMP 參與細(xì)胞分化。毛囊形態(tài)發(fā)生的大致階段分為： 初始信號誘導(dǎo)表皮形成毛芽， 毛芽釋放信號因子聚集真皮纖維原細(xì)胞形成毛乳頭， 毛乳頭細(xì)胞再釋放第二種信號刺激上皮細(xì)胞增生，分化形成完整的毛囊結(jié)構(gòu)。而PDGFA 為必需的串?dāng)_信號主要作用于毛乳頭的上皮。

3.1 PDGFA 與Wnt 信號通路

Wnt信號通路是廣泛存在于多細(xì)胞真核生物中的一條高度保守的通路，它可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化，維持細(xì)胞的活性，影響細(xì)胞的遷移。 近年來研究顯示，Wnt通路與毛囊的形態(tài)發(fā)生與生長密切相關(guān)。 常子麗等［8］研究表明，Wnt 通路是毛囊形成必不可少的條件， 通過減少Wnt 通路中PDGFA的受體數(shù)量，PDGFA 表達(dá)受到抑制，導(dǎo)致毛囊、真皮凝結(jié)物形成也受到抑制。 Fu 等［9］研究證明，PDGFA 作為誘導(dǎo)因子之一，在表皮的Wnt通路中表達(dá)，并調(diào)節(jié)表皮—真皮間信號，控制毛囊生長信號。 Gustafson 等［10］在Wnt的誘導(dǎo)與抑制劑研究中發(fā)現(xiàn)，PDGFA 對Wnt通路表達(dá)有誘導(dǎo)作用。 Olsen等［11］研究顯示， 在血管生成過程中，Wnt信號與PDGFA 信號相互作用，可促進(jìn)血管形成。 上述研究證明， 在毛囊生長過程中，PDGFA 具有誘導(dǎo)毛囊生長的作用。

3.2 PDGFA 與SHH 信號通路

音猬因子（Sonic Hedgehog，SHH）是Hedgehog family 家族主要成員。Zeng 等［12］研究發(fā)現(xiàn)，PDGFA促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞中SHH 的表達(dá)。Mcgowan 等［13］研究表明，PDGFA 與SHH 在肺泡間隔形成期間可導(dǎo)致肺纖維化。 Zhang 等［14］在敲除小鼠的SHH后發(fā)現(xiàn)，由于hedgehog 信號通路的抑制，導(dǎo)致宮頸癌細(xì)胞上皮—間質(zhì)的轉(zhuǎn)化受阻且PDGFA 的表達(dá)量下降。 而在小鼠背部皮膚注射PDGFA 后，SHH表達(dá)量上升， 表明PDGFA 的表達(dá)與SHH 有著緊密聯(lián)系［15］。

3.3 PDGFA 與BMP 信號通路

骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）是一組信號分子，屬于轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）家族，最初在胚胎中發(fā)現(xiàn)BMP具有誘導(dǎo)骨形成的能力， 隨著研究的深入，BMP的作用相繼被揭示［16］。 Bayer 等［17］使用三維模型， 探索PDGFA 與BMP在間充質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞間的共營養(yǎng)物的傳送模式， 發(fā)現(xiàn)PDGFA、BMP 的遞增導(dǎo)致相關(guān)血管組織形成的增加。Demirtas 等［18］利用信號因子的互相作用完成了骨組織復(fù)原工程，PDGFA 發(fā)揮著加速損傷骨組織再生的重要作用。眾所周知，骨再生是一個(gè)極其復(fù)雜的生物學(xué)過程， 在血管和骨生成時(shí)，PDGFA 的受體PDGF-α 被 大量 消耗［19］，說明PDGFA 對BMP的表達(dá)起到至關(guān)重要的作用。

4 PDGFA 的功能

4.1 PDGFA 在皮膚中的作用

皮膚在生長和維持過程中都需要細(xì)胞群的自我更新、 增殖和分化。 Rivera-gonzalez 等［20］與Cappellano 等［21］在設(shè)定的小鼠模型上調(diào)節(jié)皮膚中PDGFA/AKT，在毛發(fā)生長期真皮中的動態(tài)脂肪形成研究發(fā)現(xiàn)，PDGFA 激活A(yù)KT 信號， 以刺激脂肪細(xì)胞形成。Horikawa 等［2］在成年小鼠（α-KO 小鼠）中全身滅活PDGFA 基因， 與未處理的對照小鼠（Flox 小鼠）相比，成纖維細(xì)胞顯著減少，巨噬細(xì)胞無顯著差異。Kamp 等［22］通過觀察PDGF 受體的表達(dá)， 觀察間充質(zhì)中真皮乳頭細(xì)胞和上皮細(xì)胞的形成， 明晰了PDGFA 參與其調(diào)控。 Eming 等［23］將PDGFA 應(yīng)用于皮膚移植手術(shù)發(fā)現(xiàn)，PDGFA 分泌蛋白對皮膚移植傷口愈合影響明顯。研究發(fā)現(xiàn)，毛囊生長周期與下層脂肪細(xì)胞層厚度變化一致， 這與PDGFA 的影響具有一定的聯(lián)系［24］，由此推斷脂肪細(xì)胞與表皮細(xì)胞生長受PDGFA 調(diào)控。

4.2 PDGFA 在肺部的作用

在哺乳動物中， 肺部發(fā)育主要分為兩個(gè)重要階段，即分支階段和肺泡分化階段。肺泡發(fā)育中涉及多種信號通路的參與，隨著機(jī)體的衰老，信號通路改變且與各種肺病相關(guān)。 Betsholtz 等［25］研究表明， 在敲除PDGFA 的小鼠中肺泡間隔形成失敗，引起肺泡囊不會分割肺泡，小鼠缺失PDGFA 后肺泡形成異常（見圖1）。 在另一項(xiàng)研究中，利用肺上皮細(xì)胞中PDGFA 基因過表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行試驗(yàn)，引起PDGFA 陽性細(xì)胞的過度生長以及對囊狀分化的抑制。 這些結(jié)果表明，PDGFA 是胚胎發(fā)育中肺中間充質(zhì)細(xì)胞的有效生長因子， 并且在妊娠晚期， 從肺小管過渡到肺囊的過程， 需要肺部PDGFA 表達(dá)受到抑制［26］。 近些年出現(xiàn)一種肺部纖維化病變（IPF），又稱硬化病、硬皮病，已成為肺部疾病的研究熱點(diǎn)。其致病原因顯示，由于肺泡分化功能衰減，造成氣體交換減少，導(dǎo)致呼吸衰竭直至肺全部纖維化。具體病因尚未知曉，現(xiàn)今研究推測可能與年齡或遺傳相關(guān)［27］。 但Gouveia 等［28］的研究中證實(shí)，PDGFA 在胚胎的肺上皮細(xì)胞中表達(dá)，在成體中卻在未分化的上皮細(xì)胞中表達(dá)。 這表示PDGFA 對肺泡形成具有至關(guān)重要的作用，或許在將來可能是治療硬皮病的突破口。

圖1 小鼠野生型肺泡（左）與PDGFA 缺失肺泡（右）外視圖及橫截圖［25］

4.3 PDGFA 與絨毛生長

毛囊雖為小型器官， 但卻是皮膚重要的組成部分， 構(gòu)成了保護(hù)哺乳動物免受外部干擾的物理屏障。 其生成需要表皮—間充質(zhì)和毛囊的特化衍生物以及毛基板、毛芽、毛釘和真皮凝結(jié)物、真皮乳頭之間的逐步信號傳導(dǎo)的相互作用，毛囊發(fā)育始于早期表皮大量細(xì)胞增殖堆積而生成基板［29］，隨后產(chǎn)生真皮凝結(jié)物， 向下延伸并形成初級毛囊結(jié)構(gòu)。 Karlsson 等［30］研究發(fā)現(xiàn)，PDGFA/PDGF-α 信號傳導(dǎo)在小腸絨毛生長期間， 確保了小腸絨毛的真皮細(xì)胞生成， 而在實(shí)驗(yàn)小鼠體內(nèi)敲除PDGFA后，與野生體小鼠進(jìn)行對比，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組出現(xiàn)更薄的真皮和畸形的毛囊，真皮乳頭更小，異常的真皮鞘和更薄的毛發(fā)［31］，說明PDGFA 能促進(jìn)上皮細(xì)胞的增殖和分化， 真皮乳頭細(xì)胞的形成和毛囊的早期發(fā)育與毛囊形態(tài)發(fā)生均依賴PDGFA 的作用。Masahiro 等［32］證明，PDGFA 與FGF2（成纖維細(xì)胞生長因子2） 協(xié)同作用于真皮乳頭維持細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)毛囊生成。 在Irene 等［33］的研究中，對山羊PDGFA 和PDGF 受體α（PDGFRα）進(jìn)行免疫組化研究蛋白定位， 在毛囊外根鞘的基底層中觀察到PDGFA 蛋白被免疫染色，PDGFA 被確認(rèn)為毛囊干細(xì)胞的激活劑。這進(jìn)一步表明PDGFA 在毛囊形成過程中，是毛乳頭細(xì)胞簇形成的誘發(fā)基因，對毛囊生成有著重要的意義。

絨山羊作為異質(zhì)雙重毛被類型，分為有髓質(zhì)的粗毛和無髓質(zhì)的絨毛，根據(jù)其發(fā)生的早晚又劃分為初級毛囊與次級毛囊，其特有的絨毛為動物生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)價(jià)值的體現(xiàn)，成為絨山羊育種中的主要研究熱點(diǎn)。 在初級毛囊發(fā)育成熟后，次級毛囊依附初級毛囊生長發(fā)育，且有季節(jié)性周期，次級毛囊經(jīng)歷生長期（4—11 月）、退行期（12—翌年1月）、休止期（2—3 月）3 個(gè)時(shí)期，隨著季節(jié)更替，毛囊形態(tài)發(fā)生變化［34］。 在生長期中上皮乳頭細(xì)胞起到關(guān)鍵作用，其誘導(dǎo)信號的不斷刺激，導(dǎo)致毛囊上皮細(xì)胞的增殖分化而形成絨毛。 Eming 等［23］通過在每個(gè)時(shí)期體外注射PDGFA 透明質(zhì)酸到小鼠背部皮膚中，連續(xù)注射5 d，之后通過提取皮膚RNA 的實(shí)時(shí)熒光定量PCR 顯示， 毛囊生長相關(guān)信號表達(dá)有所提高，證明PDGFA 在毛囊生長期有誘導(dǎo)作用。哺乳動物傷口愈合一般是一個(gè)纖維化過程，但沒有毛囊生成，Lim 等［35］通過對小鼠皮膚造成傷害， 激活PDGFA、SHH、Wnt 有助于真皮乳頭細(xì)胞形成。Zhang 等［36］在成人體內(nèi)研究毛囊生長周期發(fā)現(xiàn)，SHH 直接作用于脂肪前體細(xì)胞，脂肪前體細(xì)胞堆積形成真皮乳頭細(xì)胞，Wnt 信號傳導(dǎo)可誘發(fā)毛基板形成，信號通路中PDGFA 受體被大量消耗，說明PDGFA 有誘導(dǎo)Wnt 信號發(fā)生的作用。

5 總結(jié)

對絨山羊次級毛囊影響的研究不僅有助于絨毛產(chǎn)業(yè)，而且對于當(dāng)今解決人的脫發(fā)、毛囊炎等熱門問題提供科學(xué)依據(jù)，因此，研究毛囊調(diào)控機(jī)制對毛囊的生長發(fā)育具有必要性。在PDGFA 對細(xì)胞有絲分裂原的誘導(dǎo)作用下， 通過Wnt、SHH、BMP 等信號通路， 在身體各部位形成錯(cuò)綜復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)，共同維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。 大量實(shí)驗(yàn)證明，PDGFA 在其微量調(diào)控下，對胚胎發(fā)育、器官形成、傷口愈合以及毛囊發(fā)育都有重要作用。