成纖維細胞生長因子10功能及與人類肺部疾病相關(guān)性的研究進展

彭雨婷，程警霈，劉 杰，魏盈盈，王烈峰

（1. 贛南醫(yī)學(xué)院2019級碩士研究生；2. 贛南醫(yī)學(xué)院2020級碩士研究生；3. 贛南醫(yī)學(xué)院2021級碩士研究生；4. 贛南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，江西 贛州 341000）

成纖維細胞生長因子（Fibroblast growth factors，F(xiàn)GF）是多肽生長因子家族中的一員，主要由23 個家族成員組成，分子大小為17 kDa～34 kDa，各成員之間的氨基酸序列具有高度同源性［1-2］。成纖維細胞生長因子又稱肝素結(jié)合蛋白，是一種肝素結(jié)合蛋白有絲分裂因子，與細胞膜表面硫酸肝脂素具有強大的親和力，結(jié)合后可激活細胞表面的FGF 受體從而級聯(lián)活化胞內(nèi)相關(guān)信號通路，參與細胞的增殖、遷徙、分化，同時與某些疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。堿性成纖維細胞生長因子（Basic fibroblast growth factor，bFGF）和酸性成纖維細胞生長因子（Acid fibroblast growth factor，aFGF）是發(fā)現(xiàn)最早的生長因子，隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了FGF8、FGF9、FGF10、FGF21 等20 余種成纖維細胞生長因子。FGF10 與角質(zhì)形成生長因子（成胚細胞生長因子7）高度同源，它能旁分泌激活胞內(nèi)信號通路，參與胚胎發(fā)育、細胞生長、形態(tài)發(fā)生、組織修復(fù)、腫瘤生長及侵襲等多種生命活動［3］。

1 FGF10概況

1. 1 FGF10 的分子結(jié)構(gòu)FGF10 是成纖維細胞生長因子家族的新成員，1996 年通過同源聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)從大鼠胚胎中被鑒定出來［4］。FGF10 由215個氨基酸組成，分子量為19. 2 kDa，編碼基因位于5p12 區(qū)域，是具有保守氨基酸序列的堿性蛋白質(zhì)，由于FGF10 在結(jié)構(gòu)和生物活性方面與FGF7 具有高度同源性，因此又稱為角質(zhì)生長因子2［5］，隸屬于FGF7亞家族。

1. 2 FGF10 的分子機制成纖維細胞生長因子在發(fā)揮生物學(xué)作用時，主要通過結(jié)合并活化細胞膜上相應(yīng)的特異性受體并選擇性激活PI3K/Akt、JAK/STAT、PLCγ、MAPK-ERK 四條胞內(nèi)主要的信號通路。FGFRs 由三個胞外免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域和一個胞內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域組成，是一種跨膜受體酪氨酸激酶。在22種成纖維細胞生長因子受體中，目前研究較為透徹的是FGFR1-4，由于存在選擇性剪接，因此從FGFR1-4又產(chǎn)生出其他7種不同的FGFRs蛋白（如FGFRs 1b，1c，2b，2c，3b，3c和4），這些受體通過與相應(yīng)FGFs 特異性結(jié)合而被活化［6-7］。FGFR2 編碼基因位于染色體10q26 區(qū)域，有FGFR2b 和FGFR2c 兩種不同的亞型［8］，F(xiàn)GFR2b 是FGF10 的特異性結(jié)合受體，F(xiàn)GF10 通過活化胞膜上的FGFR2b啟動胞質(zhì)內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，可選擇性活化上述四條信號通路發(fā)揮其生物學(xué)功能［9］。

2 FGF10的功能

2. 1 參與四肢形成與發(fā)育肢體發(fā)育需要成纖維細胞生長因子介導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)信號轉(zhuǎn)化［10］。有研究表明，F(xiàn)GF10 對于早期肢芽或異位肢體的形成是不可或缺的［11］。GROS J等［12］發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)肢體祖細胞來源于上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，而這種轉(zhuǎn)化主要受到Tbx5 和FGF10 基因調(diào)控，且將FGF10 同綠色熒光蛋白（Green Fluorescent Protein，GFP）通過電穿孔技術(shù)轉(zhuǎn)至雞胚內(nèi)36 h后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF10可誘導(dǎo)肢體腫脹，啟動異位肢體形成。而此前更早的研究也證實敲除FGF10基因后，雖形成肢芽，但肢芽發(fā)育嚴(yán)重遲緩［13］。由此可見，F(xiàn)GF10 在四肢發(fā)育中起著重要的作用。

2. 2 介導(dǎo)腺體發(fā)育（淚腺、唾液腺、胰腺）淚腺缺失或發(fā)育不全會引起眼部過敏、復(fù)發(fā)性眼部感染和溢液等癥狀。淚腺的形成與發(fā)育離不開FGF10 的參與，F(xiàn)GF10 是淚腺形成的重要誘導(dǎo)信號，可與FGFR2b 相互作用誘導(dǎo)淚芽生長［14］。ZHENG W J等［15］通過給健康的新西蘭雌兔滴加FGF10 眼藥水發(fā)現(xiàn)在治療后3 天和7 天淚河高度（Tear meniscus height，TMH）和淚河面積（Tear meniscus area，TMA）均高于PBS組，在治療第7天時，角膜熒光素減少，損傷的上皮細胞得到修復(fù)，角膜上皮細胞Muc1 mRNA表達有所上調(diào)。此后，GARG A 等［16］認(rèn)為FGF10 信號在誘導(dǎo)淚腺出芽中具有重要作用，且FGF10 表達缺失是神經(jīng)嵴Shp2突變體淚腺發(fā)育不全的原因，隨后通過體內(nèi)外實驗證明，F(xiàn)GF-Shp2-Alx4-FGF10 軸可調(diào)控神經(jīng)嵴和淚腺的發(fā)育。唾液腺發(fā)育不全會導(dǎo)致口干、口腔炎癥、齲齒和牙齒侵蝕，F(xiàn)GF10 不僅可調(diào)控淚腺發(fā)育，在唾液腺的發(fā)生與形成中也發(fā)揮著核心作用，它主要通過引導(dǎo)唾液腺上皮細胞向下生長促進唾液腺的形成與發(fā)育。

胰腺是控制能量消耗和代謝的重要器官，胚胎期胰腺發(fā)育不全可能會導(dǎo)致出生后患上免疫系統(tǒng)疾病［17］。而胚胎期胰腺的發(fā)育同樣受到相關(guān)生長因子及其受體的調(diào)控，早期相關(guān)研究指出，F(xiàn)GF10及其配體FGFR2b 在早期胰腺的發(fā)育過程中具有重要的調(diào)控作用，兩者的缺陷均會導(dǎo)致胰腺的發(fā)育或功能受到不同程度的損傷［18-19］。KAYALI A G 等［18］通過分析Fgfr2b-/-小鼠的表型確定Fgfr2b在胰腺發(fā)育中的作用。他們發(fā)現(xiàn)，在胚胎發(fā)育過程中，F(xiàn)gfr2b-/-胚胎的胰腺與野生型相比較小，胰腺導(dǎo)管分支和導(dǎo)管細胞增殖減少，但外分泌和內(nèi)分泌胰腺分化都相對正常。在胰腺發(fā)育過程中，外源性FGF10 功能的發(fā)揮主要是通過活化MAPK及PI3K/Akt等通路來發(fā)揮作用［18］。在此之后，也有研究報道FGF10 可以促進多能干細胞分化為特征性的胰腺祖細胞［20］。綜上所述，F(xiàn)GF10及其配體在淚腺、唾液腺及胰腺的發(fā)育中都發(fā)揮著重要的作用，是早期腺體發(fā)育必不可少的生長因子。

2. 3 促進器官形成與發(fā)育（肺、心和肝臟）胚肺的發(fā)育是從最初的氣道發(fā)育到最終分支完善的過程。從組織學(xué)的角度來說，肺的發(fā)育主要分為4 個時期，胚胎期、假腺期、小管期、囊泡期以及肺泡期［21］。 肺發(fā)育4 個時期均依賴于FGF10、FGF9、SHH、Bmp4及Tgf-β等多種形態(tài)發(fā)生因子的參與，相關(guān)研究報道，F(xiàn)GF10可通過與相應(yīng)的配體相互作用，激活下游信號級聯(lián)，參與假腺期肺芽、肺分支及肺泡細胞形成與再生，在肺組織的形成與發(fā)育過程中扮演重要角色。

芽和分支形態(tài)的發(fā)生是肺、腎、肝、胰腺及乳腺等多個上皮組織器官形成與發(fā)生的必經(jīng)過程。早在20 世紀(jì)90 年代末，SEKINE K 等［22］為了深入了解FGF10的功能，構(gòu)建了FGF10敲除小鼠。他們發(fā)現(xiàn)敲除FGF10后的胚胎期小鼠已有成形的氣管，但未見初級肺芽，最終這些小鼠出現(xiàn)肺分支形態(tài)中斷，死于肺嚴(yán)重發(fā)育不全。

FGF10 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)對分支的生長是必要的，F(xiàn)GF10 集中在芽尖側(cè)邊，誘導(dǎo)芽尖在生長時發(fā)生分裂，從而產(chǎn)生分支。FGF10 與Sprouty2 彼此間的負(fù)反饋調(diào)節(jié)也會影響肺分支的形成，F(xiàn)GF10 及其受體分別表達于間充質(zhì)組織和分支尖端上皮細胞，而Sprouty2 主要在分支尖端局部表達，當(dāng)FGF10 及其受體表達降低或Sprouty2表達增強時會使得肺分支形成較差，肺發(fā)育受阻，而FGF10 突變會使得肺分支消除［23］。有研究表明，TBX4-FGF10及SHH-FOXF1信號軸可調(diào)控肺發(fā)育，SHH 既可負(fù)反饋下調(diào)FGF10的表達，抑制肺芽的形成，同時又可被Hhip1抑制進而促進FGF10的局部表達及肺芽的發(fā)育［24］。

肺泡的形成是胚肺發(fā)育的最后階段，肺泡肌成纖維細胞是肺泡形成最關(guān)鍵的細胞，它主要來源于Pdgfra 陽性的脂肪成纖維細胞，有文獻報道，F(xiàn)GF10可能參與了Pdgfra 陽性脂肪成纖維細胞的形成［25］，因此可以推測FGF10 在肺泡的形成與發(fā)育中起至關(guān)重要的作用。

心臟是胚胎發(fā)育過程中最先發(fā)揮作用的器官，F(xiàn)GF10 是早期心臟祖細胞的主要標(biāo)記物之一，也是胚胎發(fā)育中心肌細胞發(fā)育與增殖的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子［26］。FGF10/FGFR2b 通路是心臟形成和發(fā)育所必不可少的信號分子。MARGUERIE A 等［27］通過組織學(xué)、掃描電鏡及FGF10轉(zhuǎn)基因鼠的構(gòu)建發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gfr2-Ⅲb突變的胚鼠出現(xiàn)心室間隔缺損、心肌壁變薄、小梁異常等心臟缺陷，同時FGF10和Fgfr2-Ⅲb突變的胚胎都缺乏肺動脈和肺靜脈。隨后URNESS L D等［28］通過一系列的研究首次證明中胚層中的FGF10對心臟動脈極的形成非常重要。

肝臟是人體最大的器官，有強大的解毒、代謝和免疫功能，同時也具有很強的再生能力。肝臟的發(fā)育與功能的發(fā)揮離不開眾多成纖維細胞生長因子的參與。FGF10 參與了胚胎期肝臟的形成與發(fā)育。BERG T 等［29］發(fā)現(xiàn)FGF10-/-和FGFR2b-/-小鼠肝臟普遍比野生型鼠小，且肝母細胞增殖減弱提示FGF10對肝臟的發(fā)育具有重要作用。

3 FGF10與肺部疾病

3. 1 支氣管發(fā)育不良FGF10 介導(dǎo)胚肺形態(tài)的發(fā)生，且FGF10的缺乏與肺部相關(guān)疾病的發(fā)生具有一定的相關(guān)性。支氣管肺發(fā)育不良（Bronchopulmonary dysplasia，BPD）是目前常見的嬰幼兒（尤其是體重低于1 000 g的早產(chǎn)兒）慢性呼吸性疾病。該病最常見于因急性呼吸窘迫需要機械通氣和氧療的早產(chǎn)兒［30］。該病的臨床表現(xiàn)為呼吸急促、紫紺及反復(fù)下呼吸道感染，患有支氣管肺發(fā)育不良的早產(chǎn)兒通常伴發(fā)肺動脈高壓及其他嚴(yán)重的呼吸道癥狀，高死亡率及預(yù)后較差是該病最主要的特征［31-32］。有研究證明，炎癥誘導(dǎo)的FGF10 蛋白缺乏與支氣管肺發(fā)育不良（BPD）有關(guān)，在支氣管肺發(fā)育不良的實驗小鼠模型中，TLR2 或TLR4 的活化抑制了FGF10 的表達，F(xiàn)GF10 作為肺正常發(fā)育必不可少的生長因子，抑制FGF10 的表達導(dǎo)致囊狀氣道形態(tài)發(fā)生異常，同時肌成纖維細胞也因此錯誤定位于囊狀氣道周圍。進一步研究發(fā)現(xiàn)，toll樣受體主要是通過激活其下游的炎癥介質(zhì)，如腫瘤壞死因子α 及轉(zhuǎn)化生長因子β 等炎癥因子來抑制FGF10 在肺間質(zhì)中的表達，從而導(dǎo)致了支氣管肺發(fā)育不良［33-34］。此后，HAN T 等［35］檢測了BPD 小鼠肺組織中FGF10 的表達并體外培養(yǎng)肺細胞，發(fā)現(xiàn)外源性FGF10 的增加可降低高壓氧暴露后肺細胞中NF-κB 及p65 的表達，提示FGF10 可以負(fù)反饋抑制NF-κB 及p65 等炎癥相關(guān)介質(zhì)的表達，進而促進高氧誘導(dǎo)BPD 后的肺修復(fù)，為支氣管肺發(fā)育不良的醫(yī)治提供了依據(jù)。有文獻報道，抑制miR-421 可上調(diào)FGF10 的表達，抑制肺泡細胞凋亡并減輕小鼠炎癥反應(yīng)［36］。肺動脈高壓（Pulmonary arterial Hypertension，PH）是支氣管肺發(fā)育不良的主要特征，F(xiàn)GF10 缺乏會導(dǎo)致肺部血管減少并發(fā)育畸形，導(dǎo)致肺動脈高壓［36］。因此，作為肺正常發(fā)育必不可少的生長因子，調(diào)控FGF10 表達可為治療肺支氣管發(fā)育不良提供參考依據(jù)。

3. 2 特發(fā)性肺纖維化特發(fā)性肺纖維化（Idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一種年齡相關(guān)性肺間質(zhì)疾病，好發(fā)于65歲以上的老年人。活化的肺成纖維細胞和肌成纖維細胞過度沉積細胞外基質(zhì)（ECM）蛋白，導(dǎo)致氣體交換減少和肺功能受損，最終發(fā)生進行性呼吸衰竭，作為一種進展和終末期的肺部疾病，目前尚無治療方法［37］。因此探究其發(fā)病機制成為防治該病的焦點。肺纖維化的發(fā)生發(fā)展涉及到眾多的信號通路，如TGF-β、Wnt、Notch 以及FGF10 信號通路等，當(dāng)肺損傷時，上述通路的改變可促進或逆轉(zhuǎn)纖維化進程［38］。最近，LUETA J J等［39］給予Notch3敲除小鼠一定劑量的博來霉素來構(gòu)建肺纖維化小鼠模型，造模成功后，通過免疫熒光檢測肌成纖維細胞中α-SMA 的表達情況，發(fā)現(xiàn)表達α-SMA 陽性的肌成纖維細胞減少，肺組織體積增大，肺功能改善。由此提示Notch3缺乏可以減輕肺纖維化的發(fā)展，該研究也為肺纖維化的治療提供了潛在的新靶點。Wnt/β-catenin信號軸是抗纖維化治療的重要靶點，在肺纖維化過程中，該通路被持續(xù)性激活，然而抑制該通路治療肺纖維化的機制目前還不清楚。最近研究表明，Wnt/β-catenin/CBP 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的新型抑制劑PRI-724 可有效改善博萊霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化，提示靶向抑制Wnt/β-catenin 通路是治療肺纖維化的良好策略［40］。FGF10作為肺形成與發(fā)育的重要信號分子，在肺纖維化的過程中也發(fā)揮著重要的作用。2017年，EL AGHA E 等研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF10 陽性細胞可激活肺纖維化過程中的肌成纖維細胞，使其分解并獲得脂肪成纖維細胞特征，同時還發(fā)現(xiàn)在IPF 患者肺組織中FGF10 表達水平顯著升高［41］，這些都提示，F(xiàn)GF10參與了肺纖維化的發(fā)生與發(fā)展。

綜上所述，在胚肺發(fā)育過程中，F(xiàn)GF10以旁分泌的方式介導(dǎo)間質(zhì)-上皮細胞轉(zhuǎn)化，參與肺芽的形成、分支的發(fā)生以及肺泡的發(fā)育，并且維持肺干（祖）細胞的穩(wěn)態(tài)、自我更新以及分化和遷移，同時FGF10也參與了機體四肢、腺體及其他組織器官的發(fā)育，由于FGF10 參與了機體大部分組織器官的發(fā)育，也因此被賦予了廣泛的功能，與肺疾病在內(nèi)的眾多疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，但部分作用機理尚未明確。因此，弄清作用機理將對今后疾病的研究及藥物開發(fā)產(chǎn)生重大的影響。