成纖維細胞生長因子10在肺損傷性修復(fù)中的研究進展

施強強，劉莉，董年

(溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科 浙江省介入肺臟病學(xué)重點實驗室，浙江 溫州 325000)

成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)10又名角質(zhì)細胞生長因子(keratinocyte growth factor，KGF)2，屬于FGF7亞家族成員，包括FGF3/7/10/22[1]。FGF10是一種多效應(yīng)的旁分泌因子，以旁分泌的形式作用于上皮細胞，介導(dǎo)間充質(zhì)-上皮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，是上皮細胞特異性的有絲分裂原，調(diào)控上皮細胞的生長、增殖和分化[2]。既往研究主要集中于FGF10在胚胎器官形態(tài)發(fā)育中的作用，包括皮膚、胰腺、肺和四肢等[3]。如胚胎時期肺組織中的FGF10表達缺失可以引起支氣管肺形態(tài)發(fā)育障礙，從而導(dǎo)致胚胎過早死亡[4]。FGF10是強力的有絲分裂原，可促進上皮細胞增殖、分化和遷移，其在上皮性組織器官的損傷性修復(fù)中的作用日益受到重視，已在創(chuàng)面愈合、角膜潰瘍等方面取得了重大進展[5-6]?；贔GF10在肺器官形態(tài)發(fā)育中的重要調(diào)控作用，圍繞FGF10在肺損傷性修復(fù)中的研究是肺再生的重要研究方向[7]?，F(xiàn)就FGF10的蛋白結(jié)構(gòu)和生物功能以及在氣道炎癥性疾病和急性肺損傷中的差異表達、損傷修復(fù)機制予以綜述，以為FGF10在肺損傷性修復(fù)中的臨床轉(zhuǎn)化研究提供理論依據(jù)。

1 FGF10的蛋白結(jié)構(gòu)特點和生物功能

人源FGF10基因位于第5號染色體p12～p13區(qū)域，編碼由208個氨基酸構(gòu)成的單鏈多肽，單鏈多肽經(jīng)剪切折疊后的成熟蛋白由169個氨基酸構(gòu)成，其立體結(jié)構(gòu)為FGF家族典型的β-三葉草型。FGF10包括FGF家族傳統(tǒng)的肝素結(jié)合域，與組織間質(zhì)中的硫酸乙酰肝素結(jié)合決定了其只能以旁分泌的形式發(fā)揮調(diào)控作用[8]。FGF10主要來源于間充質(zhì)細胞，包括間充質(zhì)干細胞、脂成纖維細胞和平滑肌細胞等，其表達分泌由Wnt信號通路調(diào)控[9]。在肺的器官形態(tài)發(fā)育中，間充質(zhì)細胞來源的FGF10表達具有時空性，表現(xiàn)為FGF10可以誘導(dǎo)肺上皮芽的定向生長分化，調(diào)控支氣管肺泡樹生成和肺泡表面活性物質(zhì)的合成等[10-13]。在出生后生理狀態(tài)下，肺組織中的間充質(zhì)細胞分泌的FGF10主要功能為維持肺上皮干細胞穩(wěn)態(tài)；在出生后肺損傷性修復(fù)中，來自間充質(zhì)細胞的FGF10可以誘導(dǎo)肺上皮干細胞分化，維持上皮組織的正常功能[14]。無論是生理狀態(tài)還是損傷性修復(fù)，F(xiàn)GF10作為配體均需要與FGF受體(FGF receptor，F(xiàn)GFR)結(jié)合才能發(fā)揮作用，F(xiàn)GFR包括FGFR1～FGFR4，是酪氨酸激酶超家族成員，在FGFR剪切體中FGFR2b是FGF10最主要的高親和力受體，僅表達于上皮細胞，決定了FGF10靶向調(diào)控上皮細胞[15-16]。FGF10-FGFR2b配體受體結(jié)合觸發(fā)系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(包括c-Jun氨基端激酶、促分裂原活化的蛋白激酶、蛋白激酶B、磷脂酶C-γ和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子等[17])，調(diào)控支氣管-肺上皮損傷修復(fù)過程。

2 FGF10與肺損傷性修復(fù)

2.1FGF10與氣道上皮損傷性修復(fù) 氣管-支氣管主要作為肺氣體傳導(dǎo)部位，氣道上皮細胞是氣道的首要屏障，可分為基底干細胞、柱狀纖毛上皮細胞和分泌型氣道上皮細胞，其中基底干細胞是氣道上皮干細胞。作為體內(nèi)外環(huán)境的交界，氣道上皮的損傷是氣道炎癥性疾病發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)，包括氣管-支氣管炎和慢性阻塞性肺疾病等，而氣道上皮損傷后的修復(fù)過程決定氣道炎癥性疾病的轉(zhuǎn)歸。

已知FGF10與胚胎時期肺的器官形態(tài)發(fā)育密切相關(guān)，包括FGF10基因突變和FGF10基因位點單核苷酸多態(tài)性導(dǎo)致支氣管樹發(fā)育不全[4]。如研究報道，F(xiàn)GF10基因單倍體不足與慢性阻塞性肺疾病發(fā)病密切相關(guān)[18-19]，F(xiàn)GF10基因rs1448044附近位點的單核苷酸多態(tài)性與肺功能密切相關(guān)[20]。以上研究表明，F(xiàn)GF10的基因狀態(tài)在胚胎時即已決定了氣道炎癥性疾病的易感性。與胚胎時期FGF10在支氣管肺形態(tài)發(fā)育中重要作用一致的是，F(xiàn)GF10在出生后正常氣道上皮維持中同樣發(fā)揮重要作用。生理狀態(tài)下，主氣管支氣管軟骨周圍圍繞基底干細胞壁龕，其穩(wěn)態(tài)維持依賴自分泌的FGF10-FGFR2b信號通路，而周圍細支氣管僅有氣道上皮細胞和平滑肌細胞圍繞，其中平滑肌細胞在氣道損傷時具有轉(zhuǎn)分化為間充質(zhì)干細胞的潛能[21]。在氣道上皮損傷性修復(fù)中，周圍細支氣管的氣道上皮細胞經(jīng)反饋調(diào)低自身Hippo活性和減少Yap胞核轉(zhuǎn)移促進Wnt7b分泌，而氣道上皮來源的Wnt7b可以誘導(dǎo)平滑肌細胞分泌FGF10，擴大基底干細胞壁龕，共同參與氣道上皮再生修復(fù)[22-24]。在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病的病理生理機制中，煙熏等反復(fù)刺激使氣道上皮發(fā)生鱗狀化生，氣道鱗狀化生區(qū)域的氣道上皮細胞Yap表達水平升高，促使Yap介導(dǎo)的FGF10表達水平升高，從而促進基底干細胞的增殖、分化[22]。

在氣道上皮損傷性修復(fù)中，除了早已熟知的基底干細胞，F(xiàn)GF10也可以調(diào)控其他間充質(zhì)干細胞，如Moiseenko等[25]利用化學(xué)物品萘建立氣道上皮損傷模型，發(fā)現(xiàn)了一種新的間充質(zhì)干細胞，其主要經(jīng)Wnt-FGF10信號通路發(fā)揮氣道上皮修復(fù)作用。FGF10除了可以調(diào)控氣道上皮干細胞，參與氣道上皮修復(fù)外，還可以直接作用于氣道上皮細胞發(fā)揮作用。在空氣顆粒物誘導(dǎo)的氣道損傷模型中，學(xué)者發(fā)現(xiàn)來自間充質(zhì)細胞的FGF10可以活化氣道上皮細胞的FGFR2，調(diào)控高遷移率族蛋白B1-Toll樣受體4信號通路，抑制氣道上皮細胞炎癥介質(zhì)的分泌和過早的凋亡壞死[26-27]。目前圍繞FGF10在氣道上皮細胞中的保護機制，學(xué)者開展了一系列分子機制研究，包括自噬依賴的炎癥損傷反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等，與此同時構(gòu)建了肺間充質(zhì)細胞條件性敲除FGF10和肺上皮條件性敲除FGFR2b轉(zhuǎn)基因動物模型[28]。除了顆粒物誘導(dǎo)的氣道損傷模型外，在煙霧誘導(dǎo)的氣道損傷模型中，學(xué)者發(fā)現(xiàn)FGF10可以調(diào)控處于分裂期的氣道上皮細胞數(shù)目，提高氣道上皮細胞的增殖力，從而提高氣道上皮屏障功能，抵御煙熏損害[29]。在氣道上皮損傷性修復(fù)中，F(xiàn)GF10無論是直接作用于氣道上皮細胞還是調(diào)控基底干細胞的增殖分化，均旨在重建氣道上皮屏障，一旦損傷超過了氣道上皮的修復(fù)能力，便會伴隨氣道結(jié)構(gòu)性改變。

2.2FGF10與肺泡上皮損傷性修復(fù) 肺泡上皮細胞是肺上皮細胞中最豐富的細胞類型，包括肺泡Ⅰ型上皮細胞(alveolar typeⅠ epithelial cell，AECⅠ)和肺泡Ⅱ型上皮細胞(alveolar type Ⅱ epithelial cell，AECⅡ)，AECⅠ和AECⅡ共同構(gòu)成了肺泡上皮，是氣血屏障的重要構(gòu)成部分，其中AECⅠ是肺泡重要的組織結(jié)構(gòu)細胞，AECⅡ被認(rèn)為是肺泡上皮干細胞。彌漫性肺泡損傷是急性肺損傷的基本病理改變，肺泡上皮損傷性修復(fù)在一定程度上決定了急性肺損傷的預(yù)后轉(zhuǎn)歸，以下綜合闡述FGF10在急性肺損傷時的差異表達調(diào)控和促進肺泡上皮修復(fù)的機制。

急性肺損傷是臨床常見的急危重癥，可繼發(fā)于膿毒血癥、機械通氣等，其發(fā)病的主要原因為炎癥瀑布反應(yīng)導(dǎo)致肺泡上皮-血管內(nèi)皮屏障破壞。炎癥瀑布反應(yīng)涉及促炎-抑炎細胞因子網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)失衡，間充質(zhì)細胞來源的FGF10在其中發(fā)揮了抑制炎癥反應(yīng)和促進肺泡修復(fù)的作用。Charafeddine等[30]率先在高氧肺損傷中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性FGF10表達水平升高伴隨AECⅡ的增殖，與之相應(yīng)在后續(xù)的機械通氣等肺損傷中均觀察到FGF10表達水平升高的現(xiàn)象[31]。關(guān)于急性肺損傷時FGF10表達的調(diào)控機制，體外研究發(fā)現(xiàn)炎癥介質(zhì)(白細胞介素-1α、白細胞介素-1β和腫瘤壞死因子-α等)可以調(diào)控FGF10的表達[32]。除炎癥介質(zhì)外，F(xiàn)GF10的表達受上皮-間充質(zhì)之間的交互作用調(diào)控，上皮細胞來源的Wnt7b等可以促進間充質(zhì)細胞來源FGF10的分泌?？紤]到肺損傷內(nèi)源性FGF10水平升高的局限性，Panos等[33]首次報道了使用重組FGF10可以緩解高氧肺損傷，隨后在不同類型的肺損傷中觀察到類似的保護作用，包括機械通氣、膿毒血癥、缺血再灌注等[31，34-35]。其中涉及的分子機制復(fù)雜，一方面是直接作用于AECⅠ，防止過早的壞死凋亡，維持氣道上皮屏障的完整性，如有研究報道FGF10通過激活促分裂原活化的蛋白激酶信號通路阻止機械牽張誘導(dǎo)的肺泡上皮細胞DNA損傷和激活促分裂原活化的蛋白激酶激酶/胞外信號調(diào)節(jié)激酶信號通路阻止石棉暴露誘導(dǎo)的肺泡上皮細胞過早凋亡[36-37]。除了維護AECⅠ細胞活力外，F(xiàn)GF10還可以增加AECⅠ鈉離子通道表達，促進肺水清除[38]。另一方面是AECⅡ的增殖和分化，F(xiàn)GF10-FGFR2b在其中發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。文獻報道，條件性敲除AECⅡ中的FGFR2b基因可以明顯降低AECⅡ在肺損傷性修復(fù)中轉(zhuǎn)分化AECⅠ的數(shù)量[39]。

目前AECⅡ在肺泡上皮損傷性修復(fù)中的重要作用逐步被人們認(rèn)識，AECⅡ不僅可以分化為AECⅠ維護肺泡上皮的完整性，還可以分泌肺泡表面活性物質(zhì)，防止肺損傷時肺不張的發(fā)生，其中FGF10在AECⅡ和脂成纖維細胞交互作用中扮演重要角色，脂成纖維細胞作為 AECⅡ干細胞壁龕的重要組成部分，是維持AECⅡ細胞干性的重要因素[40]，而FGF10可以調(diào)控脂成纖維細胞輸送脂質(zhì)給AECⅡ以合成肺泡表面活性物質(zhì)[41]。針對肺損傷性修復(fù)的研究發(fā)現(xiàn)，AECⅡ 40%來源于自我更新，60%來源于周圍支氣管上皮干細胞分化[42]，而FGF10觸發(fā)的Hippo信號通路在支氣管上皮干細胞的干性維持和修復(fù)再生中發(fā)揮重要調(diào)控作用[22]。此外，Yuan等[43]研究發(fā)現(xiàn)在博來霉素肺損傷中FGF10-FGFR2b信號通路在調(diào)控支氣管上皮干細胞分化、參與肺泡上皮再生中發(fā)揮重要作用。Quantius等[44]報道在流感病毒肺損傷中，F(xiàn)GFR2b驅(qū)動上皮干細胞參與肺泡上皮修復(fù)。Chen等[45]研究發(fā)現(xiàn)在脂多糖肺損傷中，Vagal-α7煙堿型乙酰膽堿受體信號通路以FGF10依賴激活的形式調(diào)控肺干細胞分化為AECⅡ。以上研究在一定程度解釋了肺損傷性修復(fù)中AECⅡ來源的多樣化，不同細胞表型的間充質(zhì)干細胞可以分化為AECⅡ，參與肺泡損傷修復(fù)，且FGF10在上皮干細胞維持分化中發(fā)揮重要調(diào)控作用[46]。與此同時肺損傷性修復(fù)中適當(dāng)水平的FGF10可以促進炎癥及時消退和肺泡上皮修復(fù)[47]，然而FGF10表達缺失可以導(dǎo)致AECⅠ延遲修復(fù)和肺纖維化過程[48]，過量的FGF10可以誘導(dǎo)AECⅡ的過度增殖、分化，導(dǎo)致肺腺瘤樣組織增生[49]。目前FGF10在肺損傷肺泡上皮修復(fù)中的巨大潛力已被逐步關(guān)注，尤其是FGF10具有促肺泡上皮有絲分裂、抗凋亡和誘導(dǎo)上皮干細胞分化的作用[50]。

3 FGF10在肺部疾病的轉(zhuǎn)化研究

目前，F(xiàn)GF10在肺損傷性修復(fù)中的作用已被肯定。作為間充質(zhì)信號分子，F(xiàn)GF10調(diào)控間充質(zhì)-上皮的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以促進上皮的損傷修復(fù)，然而目前已有的研究結(jié)果主要來自動物細胞實驗，沒有直接相關(guān)的臨床試驗研究結(jié)果。一項Ⅱ期雙盲臨床試驗在評估靜脈注射KGF-1在急性呼吸窘迫綜合征中的治療價值發(fā)現(xiàn)，KGF-1沒有任何病理生理或臨床預(yù)后的改善作用，甚至可能危害健康[51]。KGF-1即FGF7，與FGF10同屬FGF7亞家族，在蛋白結(jié)構(gòu)和生物活動上具有一定的相似性。目前臨床關(guān)于FGF10在肺部疾病中的轉(zhuǎn)化研究較少，其中復(fù)旦大學(xué)中山醫(yī)院圍繞重組FGF10肺吸入制劑在治療肺損傷方面完成了臨床試驗前的藥學(xué)和藥效研究[52]。目前，F(xiàn)GF10在肺部疾病的轉(zhuǎn)化研究仍處于停滯階段。一方面由于FGF10的系統(tǒng)性不良反應(yīng)，靜脈使用FGF10不可避免地導(dǎo)致眼瞼腫脹和腸道杯狀細胞化生，同時作為上皮細胞有絲分裂原，臨床尚需要充分考慮FGF10潛在的致瘤風(fēng)險[53]；另一方面由于重組FGF10的生物活性和蛋白穩(wěn)定性問題，已知在生理情況下FGF10和FGFR2的配體-受體作用需要肝素的參與以充分活化FGFR2，而如何保證在FGF10氣道局部給藥時可以充分地活化氣道上皮細胞的FGFR2仍待解決。由于肺是一個開放性器官，開發(fā)FGF10肺吸入制劑是后續(xù)臨床轉(zhuǎn)化的重要方向，吸入制劑可以解決FGF10靶向部位穩(wěn)定給藥的問題，而對于FGF10的生物活性問題，除了利用生物功能改造更為穩(wěn)定和更具活性的重組FGF10蛋白外，研究間充質(zhì)細胞來源的富含F(xiàn)GF10的外泌體同樣是發(fā)展方向[54]。目前針對肺部疾病沉重的社會經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，尤其是發(fā)病率居高不下的氣道炎癥性疾病和病死率亟待降低的急性肺損傷，F(xiàn)GF10的藥物開發(fā)價值巨大，可以從肺損傷性修復(fù)的角度為藥物研發(fā)提供新方向。

4 小 結(jié)

FGF10是近年來備受關(guān)注的FGF蛋白，廣泛參與肺損傷性修復(fù)的病理生理過程，其作用機制涉及調(diào)控肺上皮干細胞的增殖分化和維持肺上皮細胞的正常功能，達到抑制炎癥反應(yīng)和重建損傷的上皮結(jié)構(gòu)的目的。然而其在肺損傷性修復(fù)中的機制仍未完全闡明，未來的研究應(yīng)聚焦于FGF10在肺損傷性修復(fù)時是如何在炎癥微環(huán)境中被精細調(diào)控保持在適當(dāng)水平，以及在FGF10特異性調(diào)控上皮細胞外，F(xiàn)GF10在肺損傷性修復(fù)中是否同樣靶向調(diào)控炎癥細胞，如是否可以潛在調(diào)控中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)發(fā)揮抑炎作用。伴隨著在肺損傷性修復(fù)中FGF10多效性的生物學(xué)功能逐漸被揭示，未來圍繞FGF10在肺損傷性修復(fù)中的成藥性基礎(chǔ)-轉(zhuǎn)化研究將成為熱點。