宋 娟， 侯東妮， 童 琳*， 宋元林*

1. 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，上海 200032 2. 上海市呼吸病研究所，上海 200032 3. 復(fù)旦大學(xué)呼吸病研究所，上海 200032

成纖維細胞生長因子10(fibroblast growth factor-10，F(xiàn)GF-10)是在20世紀90年代被發(fā)現(xiàn)的1種分泌型生長因子[1-2]。FGF-10可參與脊椎動物胚胎發(fā)育中多種臟器的形成，具有促進上皮細胞增生和傷口愈合作用。FGF-10在肺的胚胎發(fā)育過程以及成年肺組織損傷修復(fù)中起著重要作用，對肺內(nèi)干細胞庫的穩(wěn)態(tài)和活化發(fā)揮著重要調(diào)控作用[2-3]。因此，其在肺部疾病的預(yù)防和治療中具有潛在價值。

1 FGF-10的生物學(xué)特性

從系統(tǒng)進化角度來講，22個FGF基因可以劃分為7個亞家族(FGF-1、FGF-4、FGF-7、FGF-8、FGF-9、FGF-11、FGF-15/19，表1)。這7個亞家族又可根據(jù)其各自的生物學(xué)功能被分為：經(jīng)典分泌型FGF(FGF-1、FGF-4、FGF-7、FGF-8、FGF-9亞家族)、內(nèi)分泌型FGF(FGF-15/19亞家族)和胞內(nèi)FGF(FGF-11亞家族)。其中FGF-10最早是由Emoto等[1]從人肺組織中分離出來的包含208個氨基酸的單鏈多肽，具有肝素結(jié)合特性，由于其與角質(zhì)細胞生長因子(keratinocyte growth factor，KGF，又名FGF-7)在性質(zhì)、功能、結(jié)構(gòu)等方面的相似性而被命名為角質(zhì)細胞生長因子-2(keratinocyte growth factor-2，KGF-2)。FGF-10是FGF-7亞家族的一員，其表達受Wnt信號通路的調(diào)控。3D類器官模型研究[2]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF和Wnt信號通路的協(xié)同作用對肺上皮的發(fā)育和損傷后修復(fù)起著至關(guān)重要的作用，分泌的細胞主要為成纖維細胞等間充質(zhì)來源細胞。間質(zhì)來源的分泌型FGF-10與細胞外基質(zhì)中的硫酸乙酰肝素蛋白多糖(heparin sulfate proteoglycans, HSPG)緊密結(jié)合，后者對穩(wěn)定FGF-10的結(jié)構(gòu)、限制FGF-10彌散、增加其與FGF受體的親和力發(fā)揮著重要作用[3]。FGF-10-HSPG-FGFR2二聚體的形成激活下游受體酪氨酸激酶。FGF-10與其受體(fibroblast growth factor receptor-2-Ⅲb, FGFR2Ⅲb)結(jié)合后，活化下游RAS-促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)或磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B, PKB，可稱AKT)信號通路。FGF-10主要與成纖維細胞生長因子受體FGFR2Ⅲb結(jié)合，也能以較低的親和力與FGFR1Ⅲb結(jié)合。同樣結(jié)合于FGFR2Ⅲb受體，F(xiàn)GF-7結(jié)合受體后導(dǎo)致受體降解，細胞增殖；而FGF-10結(jié)合受體后，促進受體回收，細胞遷移。進一步研究[4]顯示，F(xiàn)GF-10結(jié)合FGFR2Ⅲb受體后，使受體734位酪氨酸快速磷酸化，進而募集PI3K和SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白4(SH3-domain binding protein 4, SH3BP4)形成復(fù)合體，促進受體回收(圖1)。

圖1 FGF與FGFR作用示意圖

表1 FGF的分類及主要功能

FGF:fibroblast growth factor, 成纖維細胞生長因子；-：功能暫不明確。

FGF-10有著多種生物學(xué)功能。作用于上皮細胞，F(xiàn)GF-10可促進細胞遷移、分化和增殖，通過旁分泌的方式促進間質(zhì)-上皮相互作用。FGF-10可促進傷口愈合，減少瘢痕生成。在脊椎動物胚胎發(fā)育時，F(xiàn)GF-10參與支氣管、肺、四肢等多種臟器的形成。

2 FGF-10在胚胎肺發(fā)育中的作用

FGF-10對肺分支形態(tài)正常發(fā)育非常重要。肺發(fā)育期間肺泡上皮祖細胞的分化、增殖和存活受FGF-10調(diào)控。在肺發(fā)育早期，視黃酸和無翅型MMTV整合位點家族成員5a(wingless-type MMTV integration site family, member A, Wnt5a)刺激早期FGF-10表達[5-6]，F(xiàn)GF-10主要在遠端肺間質(zhì)和氣管腹側(cè)面的間質(zhì)中富集，對于調(diào)節(jié)上皮增殖和譜系分化、驅(qū)動上皮細胞損傷后修復(fù)起著重要作用。FGF-10通過激活A(yù)kt活化上皮細胞β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號，防止遠端上皮祖細胞分化為表達Y染色體性別決定區(qū)域基因2(sex determining region Y-box 2, SOX2)的氣道上皮細胞[3]，遠離FGF-10的上皮細胞逐漸分化成SOX2陽性氣道上皮細胞。FGF-10也可以調(diào)節(jié)近端上皮分化，如FGF-10抑制SOX2陽性氣道上皮細胞分化為纖毛細胞，促進其向基底細胞方向分化[7]。

FGF-10/FGFR2在小鼠肺上皮分支正常形態(tài)的形成中起重要作用。FGF-10-/-小鼠因為肺臟發(fā)育不良出生后即死亡，雖然有胚胎氣管形成，但是隨后的肺芽形成被破壞[8]。FGF-10的刺激對管狀肺芽特定的生長方向起重要作用。當(dāng)肺芽延長時，靠近肺芽末端間質(zhì)中形成FGF-10表達高峰；當(dāng)末端分支或側(cè)芽發(fā)生時，則分別形成2個FGF-10表達高峰，單一表達峰或雙表達峰受肺芽末端與肺邊界的距離影響，距離較遠時形成單峰，距離近時則形成雙峰[9]。

此外，F(xiàn)GF-10-ETS異構(gòu)體(E26 transformation-specific variant，ETV)-Sonic hedgehog(SHH)反饋抑制環(huán)路在肺發(fā)育過程中調(diào)控支氣管分支的形成。在胚胎肺分支形成的過程中，F(xiàn)GF-10誘導(dǎo)末端氣道上皮表達骨生成蛋白4(bone morphogenetic protein-4, BMP-4)和SHH，后兩者又可反饋抑制鄰近間質(zhì)中FGF-10的表達。Hippo信號在進化過程中高度保守，對于調(diào)節(jié)器官形態(tài)、干細胞行為等非常重要，Hippo信號可通過阻斷FGF-10和β-catenin來促進肺上皮祖細胞的譜系定向[10]，具體見圖2。此外，BMP-4還能促進間充質(zhì)向支氣管旁平滑肌分化，延緩上皮增殖，輔助調(diào)節(jié)肺分支的發(fā)生。FGF-10-鼠類肉瘤病毒癌基因(kirsten rat sarcoma viral oncogene, KRAS)-SOX9信號驅(qū)動肺芽分支，以此來拮抗其過早分化[7]。

圖2 末端氣道上皮細胞與間質(zhì)細胞相互作用

FGF-10的精密調(diào)節(jié)對正常肺形態(tài)的發(fā)生至關(guān)重要。FGF-10在胚胎肺發(fā)育中并不單獨發(fā)揮作用，F(xiàn)GF-1和FGF-9可能通過自分泌形式介導(dǎo)FGF-10的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和肺上皮分支形成。與FGF-9主要促進近端肺上皮如纖毛細胞和基底細胞的增殖和分化不同，F(xiàn)GF-7和FGF-10可直接誘導(dǎo)遠端肺上皮分化。此外,在肺發(fā)育的假腺管期，F(xiàn)GF-9-FGFR3通過PI3K信號通路抑制遠端上皮細胞的分化，F(xiàn)GF-10-FGFR2Ⅲb更多依賴MAPK信號通路促進上皮細胞增殖和分化，兩者在一定程度上維持相對平衡[11]。

胚肺發(fā)育過程中，曾出現(xiàn)2波FGF-10陽性細胞，第1波FGF-10陽性細胞可轉(zhuǎn)化為支氣管旁和血管旁平滑肌細胞及脂成纖維細胞；第2波轉(zhuǎn)化為脂成纖維細胞和1種Nkx2.1(-) E-Cad(-) Epcam(+) Pro-Spc(+)的未知細胞[12]。在成年肺中，F(xiàn)GF-10陽性細胞群則是組織原位間充質(zhì)干細胞庫。FGF-10信號對肺發(fā)育晚期脂成纖維細胞的形成具有重要影響。

3 FGF-10在呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病機制中的作用

3.1 支氣管肺發(fā)育不良 支氣管肺發(fā)育不良多發(fā)生于感染或受炎癥反應(yīng)刺激的早產(chǎn)兒，其病理機制是由于囊狀氣道的發(fā)育停滯，囊狀氣道分支減少導(dǎo)致成熟肺泡數(shù)量減少。FGF-10的分泌缺陷與支氣管肺發(fā)育不良有關(guān)，患兒肺組織中多發(fā)現(xiàn)FGF-10表達下調(diào)[13]。正常FGF-10在肺間質(zhì)細胞中的表達可被微生物產(chǎn)物或炎癥反應(yīng)干擾，這種干擾主要由核因子-κB(nuclear factor κB, NF-κB)信號介導(dǎo)，活化NF-κB入核并激活相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達，除了激活促炎基因的表達，NF-κB也可抑制正常發(fā)育過程中重要基因的表達[14]。在實驗小鼠模型中，Toll樣受體2(Toll-like receptor 2, TLR2)或Toll樣受體4(Toll-like receptor 4, TLR4)的激活抑制FGF-10表達，進而導(dǎo)致囊狀氣道發(fā)育停滯[13]。炎癥信號導(dǎo)致的FGF-10表達抑制與NF-κB依賴的NF-κB p65(RELA)、SP1/SP3和FGF-10啟動子相互作用有關(guān)[14]。此外，有團隊在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)microRNA-421可靶向沉默F(xiàn)GF-10，可能與支氣管肺發(fā)育不良的發(fā)生相關(guān)[15]。

3.2 慢性阻塞性肺疾病 FGF-10與慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)的發(fā)生有關(guān)。普通人群中高達26%的人存在氣道分支異常，增加了COPD的患病風(fēng)險[16]。FGF-10基因無功能突變的雜合子患者，因單倍體基因劑量不足，患者肺功能檢查提示不可逆性氣流受限(提示患有COPD)[17]。此外，COPD易感性與FGF-10基因單核苷酸多態(tài)性存在關(guān)聯(lián)。研究[18]顯示，F(xiàn)GF-10基因rs2973644和rs10473352多態(tài)性位點可能與中國北方漢族COPD患者易感性相關(guān)，rs1011814多態(tài)性位點與COPD的嚴重程度相關(guān),rs1448044多態(tài)性位點與肺功能下降相關(guān)。肺發(fā)育早期關(guān)鍵基因(如FGF-10)的突變可導(dǎo)致肺結(jié)構(gòu)的異常，在長期環(huán)境因素(如煙草暴露)的影響下增加疾病的患病風(fēng)險。

3.3 肺 癌 FGF-10對肺癌細胞具有調(diào)控作用。FGF-10可使腫瘤細胞自我更新能力降低，體外給予肺癌細胞FGF-10刺激，可減少腫瘤干細胞的富集，從而減少化療抵抗的腫瘤干細胞組成，使得肺癌細胞對化療藥物敏感[19]。

3.4 可吸入顆粒物相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病 可吸入顆粒物(particulate matter, PM)與多種呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)，急性大劑量暴露主要表現(xiàn)為肺部炎癥細胞浸潤增加和血漿蛋白滲出增加，F(xiàn)GF-10預(yù)處理可以抑制高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein, HMGB1)-TLR4信號通路來減輕PM誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[20]。FGF-10有抗氧化作用，可降低活性氧的生成，以此來拮抗PM引起的細胞毒性，進一步減少銅綠假單胞菌對上皮的侵襲[21]。

3.5 特發(fā)性肺纖維化 特發(fā)性肺纖維化是一種病因不明的進展型、間質(zhì)性肺病，治療手段有限，病死率高，主要表現(xiàn)為活化肌成纖維細胞的聚集和細胞外基質(zhì)蛋白的沉積，以及由此而造成的肺泡結(jié)構(gòu)和功能的破壞，氣血交換受阻。肺纖維化小鼠模型研究[22]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-10+細胞可以促進活化肌成纖維細胞的形成，在疾病緩解期，后者又可獲得脂成纖維細胞的特性；此外，特發(fā)性肺纖維化患者肺組織中FGF-10的表達明顯上調(diào)，以成熟的纖維化病變最為明顯，然而，早期損傷后重塑區(qū)域活躍的纖維化病灶中FGF-10的表達水平則較低，F(xiàn)GF-10有可能拮抗促纖維化的細胞因子(如TGF-β1)從而起到保護作用。

4 FGF-10在急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)防治中的作用

4.1 ARDS ARDS的病因是刺激因素對肺造成急性損傷，由此造成缺氧性的呼吸衰竭，以難治性低氧血癥、非心源性肺水腫、呼吸困難為臨床表現(xiàn)。ARDS的病理生理特征主要為肺容積減少，順應(yīng)性下降，通氣/血流比例失調(diào)。其病理機制包括失控的炎癥反應(yīng)，廣泛的內(nèi)皮細胞和上皮細胞損傷，導(dǎo)致氣血屏障通透性增加，肺間質(zhì)及肺泡內(nèi)廣泛的液體滲出，肺泡內(nèi)透明膜形成。ARDS是多種公共衛(wèi)生急癥如甲流、SARS、COVID-19等致死的重要病因，據(jù)統(tǒng)計全球每年有超過300萬ARDS患者,總體死亡率約為40%[1]。國內(nèi)外對ARDS進行了大規(guī)模的研究，但是在臨床實際應(yīng)用中，ARDS的治療迄今尚缺乏有效的手段。

4.2 FGF-10對肺泡上皮細胞具有保護作用 在脂多糖(lipopolysaccharides, LPS)引起的急性肺損傷模型中，F(xiàn)GF-10的表達顯著下調(diào)，損傷修復(fù)期FGF-10又可上調(diào)表達[23]。體外實驗[24-25]顯示，F(xiàn)GF-10通過活化MAPK通路，能夠減輕石棉、過氧化物和機械牽張力造成的肺泡上皮損傷。FGF-10對肺泡上皮細胞具有促進增殖作用，F(xiàn)GF-10使過氧化氫刺激的肺泡上皮細胞內(nèi)細胞周期蛋白含量顯著升高，打破過氧化氫引起的G0/G1期阻滯，促使細胞從G0/G1期向S期過渡，從而進入分裂增殖期[24]。FGF-10轉(zhuǎn)基因小鼠研究[26]顯示，F(xiàn)GF-10可顯著減輕博來霉素誘導(dǎo)的肺部炎癥損傷和纖維化，增加存活的肺泡Ⅱ型上皮細胞的數(shù)量。

另外，在博來霉素誘導(dǎo)的急性肺損傷模型中，F(xiàn)GF-10-FGFR2Ⅲb信號可驅(qū)動遠端氣道上皮p63+/Scgb1a1+/SOX2+的支氣管上皮干細胞去分化成新的基底細胞,后者可進一步分化成Ⅰ型肺泡上皮和Ⅱ型肺泡上皮，從而啟動損傷后修復(fù)，F(xiàn)GF-10-FGFR2Ⅲb對維持新生基底細胞的干性、誘導(dǎo)其分化十分重要[27]。FGF-10可預(yù)防高原肺水腫，降低死亡率，改善氧合，減少氣血屏障的破壞[28]。FGF-10還可以通過激活PI3K/Thr308/AKT信號通路、抑制NF-κB信號通路雙向調(diào)控Treg細胞和Th17細胞的平衡，從而緩解急性肺損傷[29]。此外，F(xiàn)GF-10對LPS、機械通氣、缺血再灌注引起的急性肺損傷均有保護作用[30-32]。在銅綠假單胞菌感染性重癥肺炎小鼠模型中，F(xiàn)GF-10通過增加肺內(nèi)細菌清除、增加肺泡巨噬細胞的數(shù)量及促進肺內(nèi)源性間充質(zhì)干細胞增生來降低死亡率[33]。但在大部分動物模型中，F(xiàn)GF-10均為提前2～3 d氣道內(nèi)滴注給藥，F(xiàn)GF-10能發(fā)揮預(yù)防肺損傷作用。一項采用損傷后給藥的研究[34]顯示，F(xiàn)GF-10仍有一定抗肺損傷作用，但與預(yù)防性給藥相比，作用不及預(yù)防性給藥顯著。

5 FGF-10在肺部的作用機制研究進展

FGF-10對急性肺損傷具有保護作用，對于FGF-10在肺內(nèi)發(fā)揮作用的機制研究仍在探索中，目前已知的機制主要包括FGF-10對上皮細胞、內(nèi)皮細胞、肺間充質(zhì)干細胞3個方面(圖3)。

圖3 FGF-10在肺部主要作用示意圖

5.1 上皮細胞 有研究[30]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-10能促進氣道上皮細胞和肺泡Ⅱ型上皮細胞的增殖，增殖的肺泡Ⅱ型上皮細胞可通過遷移覆蓋損傷的上皮，以修復(fù)和維護氣血屏障的完整性。急性肺損傷時，肺表面活性蛋白的表達明顯降低，F(xiàn)GF-10可增加表面活性蛋白(SP-A、SP-C)的合成，從而改善表面活性物質(zhì)自穩(wěn)態(tài)，對氣血屏障的穩(wěn)定有一定作用[30-31]。位于遠端間質(zhì)中表達FGF-10的細胞被認為是支氣管旁平滑肌細胞的祖細胞[35]。當(dāng)氣道上皮被臭氧、博來霉素或萘損傷時，存活的上皮細胞分泌Wnt7b，Wnt7b活化支氣管旁平滑肌細胞巢，使其表達FGF-10[35]。從細胞巢分泌的FGF-10隨后作用于Club干細胞亞群(1種位于氣道上皮的干細胞)，打破靜息狀態(tài)，誘導(dǎo)增殖和啟動上皮修復(fù)[35]。這種旁分泌作用對于活化尚存活的Club細胞非常重要。氣道被萘損傷后，活化支氣管旁平滑肌細胞分泌FGF-10，活化Club細胞內(nèi)的Notch信號，誘導(dǎo)鋅指轉(zhuǎn)錄因子(Snai1)表達。隨后Club細胞經(jīng)歷短暫的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，以啟動修復(fù)程序[36]。

5.2 內(nèi)皮細胞 FGF-10對內(nèi)皮細胞也有作用。體外研究[28,32]證實，F(xiàn)GF-10可上調(diào)AKT，抑制因缺氧誘導(dǎo)的肺微血管內(nèi)皮細胞凋亡，F(xiàn)GF-10的這種抗凋亡作用可被PI3K抑制或EGFR抑制劑部分阻斷。此外，在急性心肌梗死小鼠模型中，F(xiàn)GF-10可有效減輕心肌炎癥和纖維化，抑制心室擴張，促進內(nèi)皮細胞增殖，進而增加小動脈和毛細血管的穩(wěn)定性，對心血管系統(tǒng)發(fā)揮保護作用[37]。

5.3 間充質(zhì)干細胞 有研究[38]發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細胞表面表達FGF-10受體，F(xiàn)GF-10對肺組織原位間充質(zhì)干細胞具有調(diào)控作用。氣道內(nèi)滴注FGF-10可動員肺間充質(zhì)干細胞，這些肺間充質(zhì)干細胞可通過肺泡灌洗的方法被提取并分離培養(yǎng)[38]。將這部分肺間充質(zhì)干細胞體外培養(yǎng)擴增后回輸至急性肺損傷的大鼠肺內(nèi)，可有效減輕肺損傷，促進損傷修復(fù)[38]。表達譜分析顯示，F(xiàn)GF-10動員的肺原位間充質(zhì)干細胞與骨髓間充質(zhì)干細胞具有不同的功能特性和細胞內(nèi)信號活化特征。這可能是肺間充質(zhì)干細胞對肺損傷的保護作用優(yōu)于骨髓間充質(zhì)干細胞的原因之一[38]。因此，F(xiàn)GF-10可能通過動員肺間充質(zhì)干細胞，從而發(fā)揮肺損傷保護作用。此外，本課題組前期比較過不同給藥方式對FGF-10動員肺間充質(zhì)干細胞的影響[38]，發(fā)現(xiàn)FGF-10氣道內(nèi)滴注給藥后3 d，可通過支氣管肺泡灌洗液分離到肺間充質(zhì)干細胞，而FGF-10通過靜脈給藥或磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer saline, PBS)氣道內(nèi)滴注后則難以分離到肺間充質(zhì)干細胞。

6 FGF-10用于治療人類疾病的安全性研究

美國人類基因組公司進行多項臨床試驗[39]，將FGF-10用于治療潰瘍性結(jié)腸炎、糖尿病靜脈潰瘍、化療所致的口腔黏膜炎等難治性上皮損傷，證實了FGF-10用于人體的安全性。新生源公司曾進行FGF-10用于淺Ⅱ度燒傷的Ⅲ期臨床試驗，前期研究結(jié)果顯示其安全性良好。此外，本課題組連續(xù)觀察了動物FGF-10氣道內(nèi)滴注給藥后數(shù)月，未發(fā)現(xiàn)有致器官纖維化作用[28]。

綜上所述，F(xiàn)GF-10參與細胞增殖、遷移、分化、凋亡以及胚胎發(fā)育等生理過程的調(diào)控，能動員肺間充質(zhì)干細胞，促進損傷修復(fù)，抑制纖維化。其生物學(xué)特性以及對胚胎和出生后動物的作用及機制仍未充分闡明，其中包括FGF-10動員肺間充質(zhì)干細胞的機制，仍需進一步深入研究。FGF-10對各種刺激因子造成的急性肺損傷及氣道損傷均有保護作用，使用FGF-10重組蛋白治療肺部疾病目前正在探索中，有望獲得突破性進展。FGF-10作為一種旁分泌作用的蛋白，更適合局部給藥，對FGF-10重組蛋白局部給藥的研究將為FGF-10應(yīng)用于人類疾病治療提供新策略。