彭 莉，李雙慶

(1上海市楊浦區(qū)安圖醫(yī)院，上海 200093;2四川大學(xué)華西金卡醫(yī)院)

胰島素樣生長因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)是含有70個(gè)氨基酸殘基的單鏈堿性多肽，近年來隨著重組人IGF-Ⅰ(rhIGF-Ⅰ)的研制成功，極大地促進(jìn)了IGF-Ⅰ的臨床應(yīng)用開發(fā);目前IGF-Ⅰ已試驗(yàn)性用于治療各種骨質(zhì)疏松癥。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是具有多向分化潛能的原始骨髓細(xì)胞，在特定條件下可向成骨細(xì)胞(OB)、軟骨細(xì)胞、肌腱細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等分化。由于MSCs具有很強(qiáng)的增殖能力和多向分化潛能，且具有遷移定居到損傷組織的能力，已經(jīng)用于多種臨床疾病的治療。研究證實(shí)，IGF-Ⅰ可對MSCs產(chǎn)生多種影響，現(xiàn)綜述如下。

1 IGF-Ⅰ促進(jìn)MSCs增殖

研究證實(shí)，IGF-Ⅰ可通過兩條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)MSCs增殖。主要通路是MAPK信號通路，IGF-Ⅰ通過激動(dòng)MAPK，使細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(Erk)活化，表現(xiàn)為Erk1/Erk2磷酸化，繼而調(diào)節(jié)下游效應(yīng)分子的轉(zhuǎn)錄，促使MSCs分裂、增殖［1］。另一個(gè)信號傳導(dǎo)通路是磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)通路，IGF-Ⅰ與IGF-I受體(IGF-ⅠR)結(jié)合后，IGF-Ⅰ R自身磷酸化，其上具有PI3K結(jié)合位點(diǎn)，可直接活化PI3K，也可通過使IRS-1磷酸化，間接激活PI3K，PI3K被活化后，催化磷脂酰肌醇(PI)的肌醇環(huán)上3位羥基發(fā)生磷酸化反應(yīng)，得到脂質(zhì)產(chǎn)物 PI(3、4、5)P3，絲/蘇氨酸激酶(Akt)通過與PI(3、4、5)P3結(jié)合而聚集到PI3K活化部位，并被磷酸化，然后調(diào)節(jié)下游效應(yīng)物的磷酸化反應(yīng)，產(chǎn)生促進(jìn)MSCs增殖的作用。PI3K特異性抑制劑LY294002可抑制Akt磷酸化，細(xì)胞的有絲分裂停滯于G0/G1期，MSCs增殖受到抑制。

Zhang等［2］在hMSCs促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)的研究中發(fā)現(xiàn):對大鼠實(shí)施永久性中腦動(dòng)脈閉塞術(shù)(MCAo)，造成中風(fēng)老鼠模型，術(shù)后1 d分別靜脈給予hMSCs和生理鹽水，同時(shí)以未行MCAo術(shù)的大鼠作為空白對照。于術(shù)后第2、7、14、30天分批處死各組大鼠，取腦組織作成石蠟切片，發(fā)現(xiàn)治療組MAB1281標(biāo)記的hMSCs在局部缺血腦組織數(shù)量隨時(shí)間而逐漸增加，雙重免疫熒光標(biāo)記顯示經(jīng)校正后MAB1281(+)細(xì)胞的IGF-ⅠmRNA表達(dá)增加，與對照組和空白組比較差異具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，推測IGF-Ⅰ在hMSCs定居在缺血區(qū)域后的存活和增殖中發(fā)揮了重要作用。Imberti等［3］從順鉑誘導(dǎo)大鼠急性腎損傷模型中提取腎小管上皮細(xì)胞與MSCs共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn) MSCs的 IGF-ⅠmRNA及蛋白表達(dá)較靜止MSCs增高，IGF-Ⅰ以旁分泌形式作用于腎小管上皮細(xì)胞和MSCs，促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞和MSCs增殖，抑制細(xì)胞凋亡，有助于修復(fù)腎小管結(jié)構(gòu)，恢復(fù)受損的腎功能。但如果用IGF-Ⅰ的特異抗體或RNA干擾技術(shù)干擾IGF-Ⅰ表達(dá)，則腎小管上皮細(xì)胞和MSCs增殖能力受到抑制。將敲除IGF-Ⅰ基因的MSCs與受損腎小管上皮細(xì)胞共培養(yǎng)，細(xì)胞增殖能力明顯減弱，表明IGF-Ⅰ可促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞和MSCs增殖。國內(nèi)研究者發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)人胚M(jìn)SCs增殖速度較其他細(xì)胞相對緩慢，給予IGF-Ⅰ(10～200 μg/L，1～7 d)干預(yù)后，能明顯促進(jìn)MSCs增殖。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅰ(0～20 ng/mL，0 ～48 h)并不能改變BMSCs在細(xì)胞分裂周期中的分布，BrdU分析顯示IGF-Ⅰ(0～20 ng/mL，0～48 h)不能使 BMSCs增殖，可能的解釋為IGF-Ⅰ促進(jìn)細(xì)胞增殖與IGF-Ⅰ的濃度、作用時(shí)間與細(xì)胞類型有關(guān)［4］。IGF-Ⅰ與MSCs增殖的關(guān)系尚需進(jìn)一步深化的系列研究。

2 IGF-Ⅰ促進(jìn)MSCs分化

研究顯示，較高濃度的IGF-Ⅰ可協(xié)同其他細(xì)胞因子發(fā)揮促進(jìn) MSCs分化的作用，此時(shí)，IGF-Ⅰ促M(fèi)SCs增殖的作用受到相對抑制。IGF-Ⅰ協(xié)同促進(jìn)MSCs分化與細(xì)胞所處的分化階段有關(guān)。IGF-Ⅰ促增殖作用與促分化作用之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步的系列研究。也有學(xué)者認(rèn)為，IGF-Ⅰ僅是促進(jìn)已有分化傾向的MSCs增殖，并不促進(jìn)MSCs分化。Rodriguez等［5］發(fā)現(xiàn)，從骨質(zhì)疏松癥的絕經(jīng)后婦女骨髓中提取的BMSCs盡管具有正常的細(xì)胞形態(tài)，與同齡健康婦女均表達(dá)相同的細(xì)胞表面抗原，但其對IGF-Ⅰ的反應(yīng)低下，因此不能有效地分化為骨細(xì)胞。Zhang等認(rèn)為，F(xiàn)GF-2可作用于 BMSCs，增加 BMSCs中的IGF-ⅠmRNA表達(dá)，使堿性磷酸酶活性升高，礦化集落增加，促使BMSCs的成骨分化并促進(jìn)其成熟。IGF-Ⅰ與BMP2共同作用會(huì)上調(diào)BMSCs上成骨分化轉(zhuǎn)錄因子Osx的表達(dá)，促進(jìn)BMSCs向OB分化并礦化，同時(shí)IGF-Ⅰ可促進(jìn)OB分化、成熟的主控基因RunX2基因表達(dá)和 RunX2蛋白磷酸化，活化的RunX2可激活OB標(biāo)志基因(如骨鈣素)的表達(dá)，促進(jìn) BMSCs向 OB 分化［6］。Indrawattana等［7］在利用hBMSCs體外定向誘導(dǎo)成軟骨細(xì)胞的過程中發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)可以使細(xì)胞具有軟骨細(xì)胞樣形態(tài)，增加軟骨組織基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子(sox 9)、aggrecan、Ⅰ型膠原和Ⅱ型膠原的基因表達(dá)。但是Ⅰ型膠原表達(dá)上升明顯，而軟骨組織特異性Ⅱ型膠原的表達(dá)升高幅度較小，說明單獨(dú)使用TGF-β不能使hBMSCs分化成為完全的軟骨細(xì)胞，而加入IGF-Ⅰ能顯著提高 TGF-β誘導(dǎo) hBMSCs向軟骨細(xì)胞分化的能力，明顯升高sox 9及Ⅱ型膠原的表達(dá)，使細(xì)胞形態(tài)上更成熟，分化成完全的軟骨細(xì)胞。Fukumoto等［8］也證實(shí) IGF-Ⅰ在軟骨形成過程中能顯著提高TGF-β促進(jìn)BMSCs增殖和向軟骨細(xì)胞分化的能力。

3 IGF-Ⅰ抑制MSCs凋亡

IGF-Ⅰ與IGF-ⅠR結(jié)合后，主要通過兩條細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路發(fā)揮抗MSCs凋亡的作用，作用最強(qiáng)的通路是PI3K途徑，IGF-Ⅰ可以直接促使其受體上的PI3K活化，也可以通過使IRS-1磷酸化間接活化PI3K，最終使Akt蛋白激酶增加，Akt被活化?；罨腁kt誘導(dǎo)叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子磷酸化和核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)活化，信號轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，產(chǎn)生了抗凋亡的信號［9］。另一個(gè)通路是 MAPK途徑，IGF-Ⅰ與IGF-ⅠR結(jié)合后使得IRS-1和Shc磷酸化，它們與生長因子結(jié)合蛋白2、鳥苷酸交換因子形成復(fù)合物，一系列信號傳導(dǎo)后導(dǎo)致Erk活化，活化信號轉(zhuǎn)入核內(nèi)，啟動(dòng)相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)發(fā)揮對抗細(xì)胞凋亡的作用［10］。有研究者發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅰ可使Bcl-2家族中的抗凋亡蛋白Bcl-X表達(dá)增加，而Bcl-2家族中的前凋亡蛋白Bad、BaX表達(dá)下降。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一種重要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，mTOR信號突變會(huì)抑制Akt底物AS160的磷酸化，從而抑制 PI3K/Akt途徑，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。IGF-Ⅰ通過激活mTOR而發(fā)揮抗MSCs凋亡作用。同時(shí)IGF-Ⅰ-Akt-mTOR信號途徑激活，導(dǎo)致細(xì)胞生存素(Survivin)mRNA表達(dá)增加，從而發(fā)揮抗MSCs凋亡的作用。Matsouka等［11］用射線局部照射Wistar大鼠腹部，從其股骨中提取BMSCs，發(fā)現(xiàn)BMSCs數(shù)量減少，核酸內(nèi)切酶活性增強(qiáng)，DNA和RNA碎片增加，BMSCs凋亡增加，而實(shí)驗(yàn)組大鼠給予rIGF-Ⅰ(0.1 mg/g ，Bid)+rGH(0.25 mg/g ，Qd)處理后，會(huì)完全逆轉(zhuǎn)這種現(xiàn)象。

4 IGF-Ⅰ增強(qiáng)MSCs的定向遷移能力

BMSCs的遷移能力是受眾多生長因子和趨化因子調(diào)控的。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在眾多因子中，IGF-Ⅰ和血小板源性生長因子-AB(PDGF-AB)調(diào)節(jié)BMSCs遷移的能力最強(qiáng)?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1)和其特異受體CXCR4是MSCs定向趨化遷動(dòng)的必需因子。Li等從Lewis大鼠脛骨和股骨中提取BMSCs進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)IGF-Ⅰ與IGF-Ⅰ R結(jié)合后，引起一系列反應(yīng)，參與SDF-1/CXCR4介導(dǎo)的BMSCs定向遷移和定居的行為。與對照組比較，IGF-Ⅰ(10 ng/mL，0～48 h)能顯著增加BMSCs上 CXCR4 mRNA表達(dá)(P＜0.01)及CXCR4蛋白水平(IGF-Ⅰ vs control=29.8% ±3.4%vs 10.5% ±2.1%，P ＜0.01)，并且使用IGF-Ⅰ抗體能抑制這一現(xiàn)象。IGF-Ⅰ(10 ng/mL)能增強(qiáng)SDF-1(100 nM)誘導(dǎo)的BMSCs遷移能力，這種作用能被 PI3K抑制劑 LY294002(5 μmmol/L)和 Wortmannin(20 μmmol/L)所抑制，而MAP/Erk 激酶抑制劑 PD98059(2、10、50 nmmol/L)對其無影響，說明IGF-Ⅰ誘導(dǎo)BMSCs定向遷移的能力是通過PI3K/Akt通路介導(dǎo)的，并不涉及MAP/Erk激酶通路。Guo等［12］在體外用 IGF-Ⅰ預(yù)處理MSCs 48 h后流式細(xì)胞儀顯示MSCs表面的CXCR4表達(dá)增加，而未經(jīng)預(yù)處理的MSCs表面CXCR4表達(dá)不增加;再將兩種的MSCs通過尾靜脈注入急性心肌梗死老鼠模型中，觀察4周后發(fā)現(xiàn)與對照組比較，實(shí)驗(yàn)組梗死心肌周圍有更多MSCs聚集定居并存活下來，梗死區(qū)域面積縮小，TnT蛋白表達(dá)增加，毛細(xì)血管密度增加，左室功能得到改善，說明IGF-Ⅰ能增加MSCs表面CXCR4表達(dá)，提高M(jìn)SCs的遷移能力。IGF-Ⅰ在hMSCs定向遷徙中有重要作用。

綜上所述，IGF-Ⅰ與MSCs細(xì)胞膜上的 IGF-ⅠR結(jié)合后，激活多種信號傳導(dǎo)通路，調(diào)節(jié)MSCs的生物學(xué)行為，促進(jìn)MSCs增殖、定向遷移、抑制MSCs凋亡，還可協(xié)同其他細(xì)胞因子發(fā)揮促進(jìn)MSCs分化的作用。

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