FGFR結(jié)構(gòu)與功能研究進展

胡夢蝶，張淑君

（承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院耳鼻喉科，河北承德 067000）

成纖維細胞生長因子受體（fibroblast growth factor receptors，F(xiàn)GFR）屬于跨膜多肽酪氨酸激酶，目前共發(fā)現(xiàn)了5種（FGFR1~FGFR5），其中FGFR1~FGFR3因選擇性剪接而生產(chǎn)不同的異構(gòu)體。當FGFR與特異性配體聯(lián)結(jié)二聚化后自磷酸化，產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)，從而激活下游通道傳導(dǎo)，參與機體胚胎發(fā)育、細胞分化、神經(jīng)血管再生、傷口愈合等功能。傳導(dǎo)異常會引發(fā)疾病，甚至與腫瘤生成也息息相關(guān)。近十年，國內(nèi)外對于FGFG的研究十分火熱，F(xiàn)GFR抑制劑在腫瘤的靶向治療上也逐漸發(fā)揮作用。本文對近年來FGFR結(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)控與腫瘤之間的關(guān)系最新進展作一綜述。

1 成纖維細胞生長因子及其受體概述

1.1 成纖維細胞生長因子

成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor, FGF)源于1939年在胚胎和腦提取物中發(fā)現(xiàn)的一種可以促進雞骨膜中成纖維細胞生長的物質(zhì)，1973年，這種物質(zhì)被Armelin從小鼠的腦垂體中首次分離提純[1]。目前一共發(fā)現(xiàn)了23種FGF（FGF1~23），它們廣泛分布于人體內(nèi)，在形態(tài)、功能、遺傳學(xué)上都具有相似性。這些信號分子蛋白具有多種不同的功能，可以與硫酸乙酰肝素聚糖（HSPGs）結(jié)合后再激活不同的酪氨酸激酶，通過自分泌或旁分泌方式，在器官合成、組織重塑、神經(jīng)系統(tǒng)再生、血管生成以及生物體的新陳代謝調(diào)節(jié)等方面都發(fā)揮著不可或缺的作用[2]。

1.2 成纖維細胞生長因子受體

FGFR是一組由特殊獨立基因編碼的單通道跨越細胞表面膜的受體，屬于受體酪氨酸激酶（Rtk）家族成員之一[3]。這種受體是多肽結(jié)構(gòu)，由若干個氨基酸分子經(jīng)過脫水縮合作用聯(lián)結(jié)在一起。到目前為止，一共發(fā)現(xiàn)了5種成纖維細胞生長因子受體（FGFR1~5），構(gòu)成一個小型的家族體系，它們的基因從編碼序列上看具有同源性，這也為其發(fā)揮、表達作用的類似性奠定了基礎(chǔ)，同時，5種不同的FGFR也具有自身獨特的性質(zhì)及功能。

2 FGF/FGFR的信號激活與信號傳遞

FGF在細胞膜外特異性與FGFR相聯(lián)結(jié)后，誘導(dǎo)受體發(fā)生二聚化，進而二聚體中的一方使得另一方發(fā)生磷酸化，這被稱之為受體的自磷酸化反應(yīng)，充分活化受體胞內(nèi)區(qū)的酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，活化的酪氨酸激酶發(fā)生級聯(lián)活化反應(yīng)，經(jīng)過多階段激活成纖維細胞生長因子受體內(nèi)的多個酪氨酸殘基，致使酪氨酸激酶活性增加500~1000倍之多，這是信號繼續(xù)下傳的基礎(chǔ)[4]。隨后，被激活的FGFR可將信號沿著不同的胞內(nèi)傳導(dǎo)通路，如RAS-MAPK通路、PI3K-AKT通路、JAK/STAT通路、PLCγ通路等，將信號傳入胞內(nèi)，從而引起進一步的生理效應(yīng)。FGFR對pcγ1的激活會釋放胞內(nèi)鈣離子，激活蛋白激酶C（PLC）[5]。硫酸肝素作為輔助因子，在FGF/FGFR信號傳導(dǎo)初期有著鮮明且不可代替的作用，它不僅直接能與FGF和FGFR二者發(fā)生反應(yīng)，還能間接促進FGFR二聚化的緊密性[6]。

FGF及FGFR是生命體中非常重要的信號傳導(dǎo)通路蛋白，F(xiàn)GF/FGFR通路在細胞的增殖、遷移和再生等多種功能中發(fā)揮作用。傳導(dǎo)環(huán)節(jié)復(fù)雜多樣，參與傳導(dǎo)的因子眾多，若傳導(dǎo)途徑中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會引起機體代謝的紊亂，嚴重影響器官合成、組織重塑、神經(jīng)系統(tǒng)再生、血管生成以及生物體的新陳代謝調(diào)節(jié)，導(dǎo)致代謝和發(fā)育性疾病，甚至參與惡性腫瘤性疾病的整個過程。因此，生命體對此通路每一環(huán)節(jié)的嚴格控制都是維持正常生命活動中不可或缺的。

3 FGFR的基因?qū)W、結(jié)構(gòu)及功能

3.1 FGFR的基因?qū)W基礎(chǔ)

人類編碼FGFR1~5的基因分別在第8號染色體的短臂1區(qū)1帶和2帶（8p11、8p12）上[7,8]，第10號染色體的長臂2區(qū)6帶（10q26），第4號染色體的短臂1區(qū)6帶3亞帶（4p16.3），第5號染色體的長臂3區(qū)5帶1亞帶（5q35.1）?？v觀國內(nèi)外各項研究，若FGFR發(fā)生基因擴增、基因融合、基因突變會直接導(dǎo)致疾病的發(fā)生，尤其是在新血管生成、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、細胞遷移及侵襲、神經(jīng)再生、細胞凋亡抵抗等方面。在絕大多數(shù)疾病中，F(xiàn)GFR2基因起到致癌作用，但在少數(shù)病種中，F(xiàn)GFR2又有明確的抑癌作用。基因編碼及表達是個相當復(fù)雜的過程，個體與個體、個體與本體之間，整個編碼過程也在時刻發(fā)生著“犯錯”與“糾錯”。需要高度重視的是，變異的基因可以被復(fù)制，甚至遺傳給下一代，這也給某些疾病在遺傳學(xué)上提供了依據(jù)。

3.2 FGFR的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

FGFR1~4屬于傳統(tǒng)的FGFR，它們的結(jié)構(gòu)相似，有胞外、膜、胞內(nèi)三個基本區(qū)域。其中含3個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)（D1、D2和D3）的配體結(jié)合位點區(qū)域在細胞外，單程跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)域在胞膜上，含有酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)的區(qū)域在細胞內(nèi)。胞外區(qū)可以和肝素或硫酸肝素(HS)蛋白聚糖結(jié)合，有研究表明，這種緊密結(jié)合不僅更加強化了FGF-FGFR復(fù)合體的結(jié)合，還與相鄰的FGF-FGFR復(fù)合體相互作用，進而促進了FGFR二聚[9]。D2、D3和D2-D3連接體之間的外顯子區(qū)域與配體結(jié)合反應(yīng)呈正相關(guān)性[10]，在D1-D2連接體之間有一段酸性的氨基酸堿基序列，這一區(qū)域被稱作“酸盒（acid box）”，普遍共識：D1與配體結(jié)合關(guān)系不緊密[11]，酸盒與配體結(jié)合無關(guān)，二者缺失并不會影響抗體（FGFR）與配體（FGF）的結(jié)合功能[12,13]，甚至有研究表明，D1與酸盒的缺失能提高受體與配體結(jié)合的親和力[14]。D2、D3是配體結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域，其中D2是配體和肝素真正的結(jié)合位點[11]，而D3雖然不和配體直接結(jié)合，但它的完整性保證了受體與配體的特異性識別[13]。有報道稱：當FGFR失去D2時，無論其有無其他區(qū)域性結(jié)構(gòu)都無法結(jié)合配體，完成酪氨酸激酶的激活與信號傳導(dǎo)功能[15]。我們綜合以往的研究分析到一個有趣的現(xiàn)象，即D1與酸盒的缺失增加了受體與配體的親和力，D2與酸盒共同表達同樣增強了受體與配體及肝素的親和力[11]。不難推測，酸盒的出現(xiàn)是調(diào)控特定區(qū)域發(fā)生受體與配體結(jié)合的重要一步。從基因編碼到蛋白質(zhì)表達，再到信息傳遞通路激活，精準無誤、環(huán)環(huán)相扣才能確保從細胞到組織、器官乃至整個生物個體健康而有序的運轉(zhuǎn)。FGFR1~3的D3會發(fā)生選擇性剪接（可變剪接），即通過有差異的剪接方式把一個mRNA前體變成不同的mRNA剪接異構(gòu)體，從而得到D3的兩個亞型（Ⅲb、Ⅲc），構(gòu)成兩個異構(gòu)體（FGFRb、FGFRc）。

FGFR胞內(nèi)區(qū)包含有1個近膜結(jié)構(gòu)域、2個經(jīng)典的酪氨酸激酶（TK）功能域和1個羧基末端結(jié)構(gòu)域[16]。2000年，Wiedemann等[17]首次報道了FGFR5，其與傳統(tǒng)的FGFR不同，但因其與FGFR1極其相似，又被稱作成纖維細胞生長因子受體樣蛋白1（FGFRL1），F(xiàn)GFR5分子量約55 kDa，含504個氨基酸，僅由3個胞外免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)、1個信號肽、1個跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域以及1個小細胞內(nèi)區(qū)域構(gòu)成，沒有酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)的區(qū)域。

3.3 FGFR的功能

FGFR1主要分布在起源于中胚層的組織中，例如循環(huán)系統(tǒng)中的血管、淋巴管、心臟、淋巴結(jié)等，參與早期的中胚層形成，在細胞初期分化的過程里扮演著重要的角色。在細胞核內(nèi)，激活多種基因，起到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用，可以直接作為細胞增殖、分化的調(diào)控因子[18]。經(jīng)過二聚化及自磷酸化過程，發(fā)揮促進胚胎發(fā)育成熟、新血管再生、神經(jīng)纖維再生、骨髓間充質(zhì)干細胞的分化及增殖[3，19]。更有研究表明，F(xiàn)GFR1參與牙齒發(fā)育的全過程[20]。

FGFR2主要分布在起源于內(nèi)胚層的組織中，例如消化系統(tǒng)中的胃、肝臟、胰腺、食管、膽管等。FGFR2b分布于上皮細胞，F(xiàn)GFR2c則分布于間質(zhì)細胞[21]。FGFR2在促進細胞增殖與分化、促進神經(jīng)纖維生長發(fā)育、傷口愈合、推進細胞凋亡等方面作用顯著。FGFR2激活下游p38信號通路可以引發(fā)軟骨內(nèi)成骨過程[22]，激活下游MAPK、PKC通路可調(diào)控間充質(zhì)干細胞的增殖，對直接成骨有相當重要的促進作用[19]。在牙齒發(fā)育中，F(xiàn)GFR2也起到至關(guān)重要的作用[20]。

FGFR3主要分布在起源于外胚層的神經(jīng)組織中，以前，有關(guān)FGFR3介導(dǎo)的傳遞途徑異常而引起神經(jīng)性病變的報道屢見不鮮，認為其在神經(jīng)發(fā)育、分化、樹突分支中起到一定正向作用。近些年，有關(guān)其在骨骼正常發(fā)育與異常疾病的研究逐漸火熱，這可能與骨發(fā)育和重建中FGFR3是目前驗證過的唯一負向因子有關(guān)，即FGFR3在軟骨形成、成骨細胞分化等方面有著顯著的抑制作用，其過度表達不利于骨折愈合，且可引起軟骨發(fā)育不全、侏儒癥等骨再生障礙性疾病[23]。

FGFR4主要分布在起源于內(nèi)胚層的組織中，高表達于胚胎發(fā)育時期，這可能與誘發(fā)參與早期細胞分化有關(guān)，待胚胎成熟、出生后，F(xiàn)GFR4的表達水平明顯下降，直到組織再生修復(fù)時才重新啟動。不難推斷，在組織的損傷與修復(fù)中，F(xiàn)GFR4發(fā)揮著重要作用，若機體正常細胞異常分化，甚至腫瘤形成時，會再次激發(fā)FGFR4的再生、分化能力，進而導(dǎo)致腫瘤的無序生長，尤其是不規(guī)律紊亂增生的惡性腫瘤的分化、增殖、遷移。

FGFR5主要在骨骼組織、肌肉組織以及腎臟中表達。FGFR5缺陷的小鼠沒有腎臟，取而代之的是一個畸形的膈肌，導(dǎo)致它們的肺部不能膨脹，無法進行正常的呼吸功能，出生后便因窒息而死亡[24]。近十年，人們才開始逐步研究這個新型的成纖維細胞生長因子受體，目前對于其具體功能尚處在推測階段，從僅存的、有限的基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)中可以得到，F(xiàn)GFR5對DNA合成、細胞增殖和血管再生均有抑制作用，且參與抑制腫瘤細胞遠處轉(zhuǎn)移，但據(jù)此是否可推斷FGFR5為一個腫瘤抑制因子仍存在很大爭議。

4 FGFR與腫瘤的關(guān)系

對于目前熱門且爭議較大的幾種腫瘤而言，討論5種FGFR對它們的影響尤其重要。在宮頸癌中，Golfmann等[25]通過免疫組化染色分析得到癌細胞中FGFR1、FGFR2、FGFR4高于正常組織。有報道稱，F(xiàn)GFR3-TACC3融合蛋白促進腫瘤細胞增殖分化。在乳腺癌中，三陰性乳腺癌組織中FGFR1升高明顯，且FGFR1過表達還與耐藥性產(chǎn)生有關(guān)[26]。在肺鱗狀上皮癌中，F(xiàn)GFR1基因擴增最為常見，研究表明，F(xiàn)GFR1擴增與吸煙的狀況密切相關(guān)[27]。更有學(xué)者證明，F(xiàn)GFR1擴增的患者5年、10年生存率較未擴增肺癌患者更差。少數(shù)鱗癌患者存在FGFR2、FGFR3基因突變。FGFR1/3基因融合出現(xiàn)在2%~3.5%的肺鱗癌患者中，融合類型涉及多種：BAG4-FGFR1、FGFR2-KIAA1967、FGFR3-TACC3[28]。13%~20%的患者存在FGFR基因融合，其中以FGFR2-BICC1融合最常見（16%），導(dǎo)致FGFR2-PPHLN 1融合的染色體t(10；12)(Q26；q12)具有轉(zhuǎn)化和致癌活性[29]。在膀胱癌中，F(xiàn)GFR3基因突變最常見，發(fā)生于65%的非肌層浸潤性膀胱癌和15%的肌層浸潤性膀胱癌中，且分化級別越低發(fā)生率越高(T2=21%，T3、T4=10%，P=0.003)[30]。頭頸部鱗狀細胞癌中，有關(guān)FGFRs的描述相對較少，但近年開始逐漸重視，在有關(guān)FGFR在頭頸部鱗癌的表達定位的研究中，6種頭頸鱗癌細胞株里分別找到FGFR1~FGFR4的定位，由此可推斷FGFR在頭頸鱗癌發(fā)生的各個階段都有表達，10%~17%存在FGFR1基因擴增或蛋白高表達[31]。關(guān)于FGFR5與腫瘤的關(guān)系目前仍存爭議，但支持它抑制DNA合成、細胞增殖和血管再生的居多[21]。

5 展望

FGFR參與生物體器官合成、組織重塑、神經(jīng)系統(tǒng)再生、血管生成以及生物體的新陳代謝調(diào)節(jié)等功能，F(xiàn)GF、FGF/FGFR、FGFR的正確完整性是確保生命活動良性運轉(zhuǎn)的前提。近些年，尤其是對FGFR的研究如火如荼，通過對FGFR的結(jié)構(gòu)與功能及基因型的研究，在基因?qū)W、分子學(xué)上為治療多種疾病打開了新思路，尤其是癌癥的預(yù)測及靶向治療。欣慰的是，多種FGFR抑制劑已應(yīng)用于臨床，rdafitinib作為首個被批準的口服FGFR抑制劑在晚期或轉(zhuǎn)移性尿路上皮癌等腫瘤性疾病中有一定效果[32]。隨著對 FGFR結(jié)構(gòu)、功能與疾病關(guān)系的深入研究，可為多種腫瘤性疾病提供新的治療方法，為攻克癌癥提供可能。