角質(zhì)細(xì)胞生長因子-2與新生兒相關(guān)肺部疾病的研究進(jìn)展

侯 琳 綜述,舒桂華 審校

1.大連醫(yī)科大學(xué),遼寧大連 116044;2.江蘇省蘇北人民醫(yī)院新生兒科,江蘇揚(yáng)州 225001

角質(zhì)細(xì)胞生長因子-2(KGF-2)又稱為成纖維生長因子-10(FGF-10),屬于成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)家族中KGFs亞群中的一員,最早由EMOTO等[1]從人肺組織中分離出來具有肝素結(jié)合特性的單鏈多肽。KGF-2在整個(gè)脊椎動物的胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要的作用,參與并調(diào)控皮膚、眼、四肢、支氣管、肺等多種組織、器官的形成和分化[2]。雖然KGF-2在諸多組織、器官中均有表達(dá),但研究發(fā)現(xiàn)其在肺組織中尤為豐富[3]。自KGF-2被發(fā)現(xiàn)以來,國內(nèi)外對其研究已較為深入,公認(rèn)KGF-2是強(qiáng)力的有絲分裂原,可調(diào)控上皮細(xì)胞增殖、分化和遷移等生理過程,其在器官上皮組織損傷修復(fù)中的作用日益受到重視,并已在潰瘍性結(jié)腸炎、創(chuàng)面愈合等方面取得了重大進(jìn)展[4];近年來研究發(fā)現(xiàn)KGF-2缺失或基因突變與新生兒相關(guān)肺部疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),且有增加兒童期甚至成年后發(fā)生慢性肺部疾病的風(fēng)險(xiǎn)[5]。現(xiàn)就KGF-2的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能,以及其與新生兒相關(guān)肺部疾病的關(guān)系做一綜述。

1 KGF-2結(jié)構(gòu)及其受體

人源KGF-2 cDNA全長627 bp,位于第5號染色體p12～p13區(qū)域,由208個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的單鏈多肽,具有2個(gè)糖基化位點(diǎn)(51和196aa)及酸和熱不穩(wěn)定性,其立體結(jié)構(gòu)為FGF家族典型的β-三葉草型[1]。KGF-2主要來源于間充質(zhì)細(xì)胞(MSCs)、平滑肌細(xì)胞等,其分泌及表達(dá)由Wnt信號通路調(diào)控[6]。KGF-2是酪氨酸激酶超家族成員,有2種重要的細(xì)胞膜表面受體：FGFR1Ⅲb和FGFR2Ⅲb[7]。KGF-2與FGFR1Ⅲb的親和力極低,而與FGFR2Ⅲb的親和力較高。無論是生理狀態(tài)或損傷性修復(fù),KGF-2作為配體均需要與KGF受體結(jié)合才能發(fā)揮作用,該受體結(jié)合的特異性與細(xì)胞表面及細(xì)胞外基質(zhì)中的硫酸乙酰肝素有關(guān)。KGF-2通過與硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)緊密結(jié)合,促進(jìn)KGF-2與FGFR2b受體相互作用,穩(wěn)定蛋白質(zhì)并保護(hù)它們免于降解[8]。

2 KGF-2生物學(xué)功能

KGF-2諸多生物學(xué)功能主要通過FGF-10-HSPG-FGFR2b三元復(fù)合物形成,繼而觸發(fā)FGFR2b的二聚化和其胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域酪氨酸殘基的磷酸化,磷酸化的FGFR2b激活免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域的FGF受體底物2α(FRS2α),促使活化的FRS2α募集生長因子受體結(jié)合蛋白2(GRB2),激活FGF10-FGFR2b經(jīng)典的下游信號通路,如Ras/Raf/絲裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)等[9],產(chǎn)生多種生物學(xué)活性。但KGF-2對不同細(xì)胞、器官的影響可通過不同信號通路的激活發(fā)揮作用。(1)促有絲分裂作用：KGF-2是人類角質(zhì)形成細(xì)胞的有絲分裂原,在低濃度生長因子刺激下可促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂,增加早晚期分化標(biāo)志物K1、K10及絲聚蛋白表達(dá),促進(jìn)Ca2+內(nèi)流[10],進(jìn)而加速細(xì)胞分裂。KGF-2也可通過RAS蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)磷酸化,控制上皮細(xì)胞有絲分裂中紡錘體方向,從而決定肺管、氣道形狀變化[11]。(2)促增殖及遷移作用：KGF-2通過加速肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞(AECⅡ)的細(xì)胞周期實(shí)現(xiàn)其促細(xì)胞增殖的作用。細(xì)胞增殖周期可分為2個(gè)時(shí)期,即細(xì)胞間期(包括G1、S、G23個(gè)時(shí)期)和分裂期(M期),均受細(xì)胞周期蛋白Cyclin和周期蛋白依賴性激酶(CDK)調(diào)控[12]。KGF-2通過MAPK/ERK信號通路,調(diào)控Cyclin D1及不同細(xì)胞周期CDK激酶表達(dá),抑制凋亡蛋白胱天蛋白酶9活性,加快細(xì)胞周期從G1期轉(zhuǎn)入S期及從G2期轉(zhuǎn)入M期,提高AECⅡ分裂指數(shù),促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化[13]。此外,KGF-2還可刺激蛋白酪氨酸激酶Src誘導(dǎo)其主要底物Cortactin——一種參與細(xì)胞遷移的F-肌動蛋白結(jié)合蛋白,發(fā)生酪氨酸磷酸化達(dá)到促遷移作用[14]。(3)抗凋亡作用：KGF-2可激活MEK/ERK途徑誘導(dǎo)線粒體膜上的抗凋亡蛋白(如Bcl-2和Bcl-XL)釋放,同時(shí)使凋亡蛋白Bax失活,抑制線粒體細(xì)胞色素C產(chǎn)生,阻斷原痙攣9轉(zhuǎn)化為凋亡酶Caspase-3,防止細(xì)胞凋亡[15]。KGF-2也可經(jīng)PI3K/Akt信號通路來抑制Fas介導(dǎo)的凋亡信號,實(shí)現(xiàn)對上皮細(xì)胞的保護(hù)作用[16]。(4)抗纖維化作用：KGF-2可通過抑制膜受體調(diào)控蛋白Smad2/3的激活,阻斷轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)介導(dǎo)的纖維化信號,同時(shí)還可降低器官纖維化過程中基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-2、MMP-9的活性,共同發(fā)揮抗纖維化作用[17]。

3 KGF-2與新生兒相關(guān)肺部疾病的關(guān)系

3.1KGF-2與支氣管肺發(fā)育不良(BPD) BPD是一種慢性肺部疾病,常因長期高氧暴露或機(jī)械通氣肺損傷等因素所致,主要發(fā)生于早產(chǎn)兒,其中胎齡<32周早產(chǎn)兒BPD發(fā)生率為12.3%～30.0%[18]。目前,BPD主要病理改變?yōu)樵?、中期持續(xù)肺組織炎癥反應(yīng)和晚期肺間質(zhì)纖維化,具體的發(fā)病機(jī)制至今尚未完全明晰[19]。KGF-2在體內(nèi)和體外對氧化應(yīng)激均有明顯抑制作用,有研究發(fā)現(xiàn),在BPD新生鼠模型中,通過腹膜內(nèi)注射重組人KGF,受抑制的新生鼠肺泡發(fā)育得以明顯改善,主要是KGF-2通過促使過氧化物還原酶Prdx6激活及抗氧化物Trx-1表達(dá)上調(diào),從而減輕氧化應(yīng)激和自由基形成,增強(qiáng)肺泡抗氧化能力,提高AECⅡ的存活率并顯著減少肺泡中性粒細(xì)胞流入及拮抗Caspase-3的表達(dá)[20-21]。有關(guān)新生小鼠BPD模型的研究發(fā)現(xiàn),KGF-2mRNA的3′-UTR與microRNA-421相結(jié)合,阻斷Bcl-2經(jīng)線粒體依賴機(jī)制對凋亡信號通路的保護(hù)作用,提高促凋亡蛋白Bax及炎癥因子的表達(dá),繼而抑制KGF-2的轉(zhuǎn)錄,減少肺泡上皮細(xì)胞凋亡[22]。此外有研究認(rèn)為,KGF-2能抑制TGF-β等重要促纖維化因子的產(chǎn)生和分泌,二者呈負(fù)線性相關(guān),均可作為反映BPD病情的重要指標(biāo)[23]。一項(xiàng)對1 400例早產(chǎn)兒的薈萃分析顯示,低水平KGF-2與BPD相關(guān)性肺動脈高壓(BPD-PH)的發(fā)生、發(fā)展有關(guān),究其原因可能是KGF-2缺乏導(dǎo)致肺泡彌散功能障礙、肺血管減少及血管重塑異常[24]。顯著降低血管內(nèi)皮生長因子、血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子等內(nèi)皮標(biāo)志物的生成,阻斷FGFR2b配體活性,增加IL-6表達(dá)水平,減少IL-10表達(dá)水平,激活JAK-STAT信號通路,最終引起α-平滑肌肌動蛋白陽性細(xì)胞增加和血管生成受損,導(dǎo)致BPD-PH[25]。TAGHIZADEH等[26]研究還發(fā)現(xiàn)KGF-2的過表達(dá)和重組人KGF-2的應(yīng)用可彌補(bǔ)轉(zhuǎn)基因小鼠的肺泡先天發(fā)育不良。

3.2KGF-2與急性呼吸窘迫綜合征(ARDS) ARDS是新生兒時(shí)期常見的危重癥之一,臨床癥狀重,病死率高,發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明[27]。根據(jù)國際新生兒ARDS多中心研究報(bào)告,ARDS主要繼發(fā)于膿毒血癥、吸入相關(guān)性肺損傷(以胎糞吸入最多)、新生兒肺炎等疾病,臨床表現(xiàn)為不同程度的低氧血癥,雙肺彌漫性透光度下降,炎性滲出,肺順應(yīng)性下降[28]。近年來有關(guān)ARDS與KGF-2之間相互聯(lián)系的文獻(xiàn)諸多。有研究發(fā)現(xiàn)在ARDS小鼠模型中,KGF-2于48 h內(nèi)在支氣管肺泡灌洗液中檢測到其表達(dá)減低,而生后第4天檢測其合成水平顯著增加,說明KGF-2的增殖、分化程度在不同時(shí)段存在差異,在ARDS發(fā)生、發(fā)展中起一定的作用[29]。其他ARDS相關(guān)體外實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),經(jīng)腹膜內(nèi)注射重組人KGF-2可減少炎癥細(xì)胞聚集,降低內(nèi)皮細(xì)胞凋亡并增加內(nèi)皮細(xì)胞增殖,表明使用外源性重組KGF-2有助于肺損傷修復(fù),穩(wěn)定上皮細(xì)胞完整性[30]。近年來,有研究發(fā)現(xiàn)MSCs表面可表達(dá)KGF-2受體,因其生物學(xué)特性、便于提取培養(yǎng)、低免疫原性而顯示出治療ARDS的前景[31]。WANG等[32]研究顯示,在脂多糖誘導(dǎo)的ARDS小鼠模型中,靜脈注射KGF-2修飾的肺來源MSCs(LR-MSCs)植入物可顯著減輕肺干濕比重,增加肺容積,改善病理性肺損傷。與骨髓來源MSCs相比,LR-MSCs增殖率及集落形成能力更高,對預(yù)防肺損傷更有效[33]。KGF-2還可以通過激活cAMP/PI3K/Akt和減少NF-κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),上調(diào)Tregs細(xì)胞和Th17細(xì)胞的比例,增加表面活性劑蛋白質(zhì)SP-C的表達(dá),從而緩解ARDS[34]。

3.3KGF-2與呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷(VILI) 近年來,VILI的發(fā)生率隨著有創(chuàng)機(jī)械通氣在危重新生兒中的應(yīng)用逐年上升,其發(fā)病機(jī)制主要涉及肺泡上皮細(xì)胞損傷凋亡及局部炎癥。目前臨床為了盡可能規(guī)避VILI的發(fā)生,常采用低潮氣量肺保護(hù)性通氣策略治療為主,但盡管如此,低潮氣量肺保護(hù)性通氣策略仍然可引起炎癥反應(yīng)加劇和促纖維化反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致某些肺部區(qū)域損傷[35]。BI等[36]在VILI大鼠模型中發(fā)現(xiàn),經(jīng)氣管內(nèi)滴入重組人KGF-2可以減少中性粒細(xì)胞的浸潤和活化,抑制相關(guān)趨化因子聚集,增加動脈血氧分壓水平,進(jìn)一步修復(fù)肺內(nèi)彌散屏障功能。UPADHYAY等[37]發(fā)現(xiàn)KGF-2可通過激活Grb2-SOS/Ras/Raf-1途徑促進(jìn)MAPK/ERK磷酸化,上調(diào)肺泡上皮細(xì)胞中Na+-K+-ATP酶活性,減弱機(jī)械拉伸誘導(dǎo)的肺泡上皮細(xì)胞DNA損傷和細(xì)胞凋亡。有研究發(fā)現(xiàn),VILI小鼠靜脈內(nèi)注射預(yù)活化的新鮮冷凍無異源性MSCs,可明顯增加肺順應(yīng)性及IL-10抗炎能力、啟動干擾素-γ表達(dá)、改善肺上皮損傷修復(fù),而以上這些作用可能是通過MSCs分泌KGF實(shí)現(xiàn)的[38]。因此KGF-2可通過動員MSCs發(fā)揮肺損傷保護(hù)作用。

3.4KGF-2與致死性肺發(fā)育障礙(LLDD) LLDD是罕見的新生兒肺部疾病,病死率接近100.0%,包括腺泡發(fā)育不良(AcDys)、先天性肺泡發(fā)育不良(CAD)和肺泡毛細(xì)血管發(fā)育不良伴肺靜脈錯(cuò)位[39]。BARNETT等[40]在AcDys患兒中發(fā)現(xiàn),純合FGFR2錯(cuò)義突變可能是該病的致病基因,通過研究p.R255Q突變位點(diǎn)對下游信號傳導(dǎo)的影響,發(fā)現(xiàn)FGFR2錯(cuò)義突變可導(dǎo)致MAPK/ ERK通路中部分受體蛋白和下游信號傳遞失活,表明AcDys患兒存在FGFR2基因部分功能缺失。HAARMAN等[41]的一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),KGF-2基因敲除小鼠出現(xiàn)多種嚴(yán)重的肺部疾病表型,認(rèn)為KGF-2缺乏導(dǎo)致肺組織修復(fù)作用明顯減弱,肺形態(tài)缺如,嚴(yán)重者圍生期死亡。BZDEGA等[42]研究發(fā)現(xiàn)在肺發(fā)育過程中,KGF-2表達(dá)及激活信號傳導(dǎo)均受TBX4調(diào)控,二者呈正相關(guān),二者的蛋白質(zhì)產(chǎn)物是上皮間充質(zhì)信號通路的組成部分,參與調(diào)控肺和其他器官分支發(fā)育過程,且通過外顯子和全基因組測序顯示LLDD患兒存在TBX4-FGF10-FGFR2上皮-間質(zhì)信號通路的缺陷。KAROLAK等[43]報(bào)道的5例CAD病例中發(fā)現(xiàn),雜合子KGF-2拷貝數(shù)缺失或單核苷酸變異可導(dǎo)致CAD的致命風(fēng)險(xiǎn)顯著增加,提示KGF-2基因突變或基因位點(diǎn)單核苷酸多態(tài)性(SNP)是該病的潛在危險(xiǎn)因素。隨后有研究發(fā)現(xiàn),KGF-2基因2個(gè)外顯子缺失(g.44300489/44312646del)亦與CAD的致病相關(guān),故該病可能主要由于KGF-2基因突變后功能缺失所致[44]。

4 小結(jié)與展望

綜上所述,KGF-2作為一種細(xì)胞生長因子,具有多功能生物學(xué)作用,其缺失或基因突變與新生兒部分肺部疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。未來關(guān)于KGF-2與新生兒肺部疾病關(guān)系的研究尚需全面、深入探討。隨著基因組學(xué)和分子生物學(xué)研究的快速發(fā)展,生物制劑逐漸成為新生兒呼吸系統(tǒng)疾病干預(yù)治療的研究熱點(diǎn)。其中,KGF-2作為肺組織發(fā)育過程中的重要保護(hù)性因子,有望為新生兒肺部疾病的防治提供新的靶點(diǎn)及理論參考依據(jù)。