吳子賢，李蘊華，張 斌，張 軍，趙艷紅，劉佳森

（1. 內蒙古自治區(qū)農牧業(yè)科學院畜牧研究所， 內蒙古 呼和浩特 010031；2. 武川縣家畜改良站， 內蒙古 武川011700；3.鄂爾多斯市杭錦旗動物疫病預防控制中心，內蒙古 杭錦旗 017400；4.內蒙古農業(yè)大學動物科學學院/內蒙古自治區(qū)動物遺傳育種與繁殖重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010018）

血小板衍生因子A （platele-derived growth factor A，PDGFA）是結締組織細胞和某些其他細胞類型的主要促分裂原［1］。 它對細胞生長、增殖和分化至關重要，且誘導并維持毛囊的生長期。PDGFA是二聚體分子，由二硫鍵連接結構相似的-A 和-B多肽鏈組成，與同源二聚體和異聚體結合的PDGF同種型， 通過結合并激活兩個結構相關的蛋白酪氨酸激酶受體（α 受體與β 受體），發(fā)揮它們的細胞效應。 而PDGF 受體的激活刺激了細胞生長，導致細胞形態(tài)和動力的變化。 PDGFA 誘導肌動蛋白系統(tǒng)的重組并刺激趨化性， 即定向細胞向PDGFA梯度的運動。 體內PDGFA 在胚胎發(fā)育、細胞分化以及傷口愈合期間具有重要的作用。 筆者從PDGFA 的發(fā)現(xiàn)與結構方面，闡述在不同信號通路中PDGFA 的表達情況，以及在皮膚、肺和絨毛生長中的影響，為進一步研究和驗證PDGFA 的生理功能提供理論依據(jù)。

1 PDGFA 的發(fā)現(xiàn)

PDGF 于20 世紀70 年代首次被發(fā)現(xiàn)，是一種在多種細胞類型中產生的有效有絲分裂原的肽類調節(jié)因子，對細胞生長、增殖和分化具有重要的作用［2］。 此外，PDGF 在胚胎發(fā)育期間很活躍，在胚胎組織如性腺、肺、腎、腸、腦和皮膚中均有表達。 該家族的成員是由4 條多肽鏈組成的二聚糖蛋白，分別由PDGFA、PDGFB、PDGFC 和PDGFD 4 個基因編碼，PDGFA 被較早發(fā)現(xiàn)，1974 年PDGFA 的互補基因首次從人的膠質母細胞瘤基因文庫中分離出來，發(fā)現(xiàn)其自血小板中釋放，是血小板A 顆粒的組成部分，這也是其名稱的由來［3］。 PDGFA主要在表皮細胞、肌細胞、神經(jīng)元前體中起到調節(jié)作用，被認為有助于毛發(fā)周期中的高頻再生［4］。

2 PDGFA 的結構

血小板衍生生長因子（PDGF）是由4 種基因產物（PDGFA～PDGFD）構成的家族，通過兩種受體酪氨酸激酶PDGF-α 和PDGF-β （platele-derived growth factor-α/platele-derived growth factor-β，PDGF-α/PDGF-β）起作用。PDGF 需要與細胞膜上的受體結合才能發(fā)揮生物學效應，PDGFA 具有穩(wěn)定結構， 典型的生長因子結構域參與兩個亞基的二聚化、受體結合與激活［5］。 可通過選擇性剪接，被翻譯成帶有或不帶有保留亞基的氨基酸。 而兩種同工型氨基酸都可以與PDGF-α 結合并激活其活性，最多可形成196 個多肽［6］。PDGFA 是前肽二硫鍵連接形成的二聚體， 該二聚體包含可被弗林蛋白酶去除的氮末端， 而其氮末端決定能否與PDGFA 受體結合成功［7］。

3 PDGFA 的表達通路

毛囊形態(tài)發(fā)生依賴于無翼型MMTV 家族-Wnt （Wingless-Type MMTV Integration Site Family）、音猬因子-SHH（Sonic Hedgehog）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-BMP（Bone Morphogenetic Protein）等基因通路，在上皮細胞與間充質細胞之間相互作用。 Wnt信號通路在毛囊誘導過程中起重要作用，SHH 參與形態(tài)發(fā)生和晚期分化， 而BMP 參與細胞分化。毛囊形態(tài)發(fā)生的大致階段分為： 初始信號誘導表皮形成毛芽， 毛芽釋放信號因子聚集真皮纖維原細胞形成毛乳頭， 毛乳頭細胞再釋放第二種信號刺激上皮細胞增生，分化形成完整的毛囊結構。而PDGFA 為必需的串擾信號主要作用于毛乳頭的上皮。

3.1 PDGFA 與Wnt 信號通路

Wnt信號通路是廣泛存在于多細胞真核生物中的一條高度保守的通路，它可調節(jié)細胞的增殖、分化，維持細胞的活性，影響細胞的遷移。 近年來研究顯示，Wnt通路與毛囊的形態(tài)發(fā)生與生長密切相關。 常子麗等［8］研究表明，Wnt 通路是毛囊形成必不可少的條件， 通過減少Wnt 通路中PDGFA的受體數(shù)量，PDGFA 表達受到抑制，導致毛囊、真皮凝結物形成也受到抑制。 Fu 等［9］研究證明，PDGFA 作為誘導因子之一，在表皮的Wnt通路中表達，并調節(jié)表皮—真皮間信號，控制毛囊生長信號。 Gustafson 等［10］在Wnt的誘導與抑制劑研究中發(fā)現(xiàn)，PDGFA 對Wnt通路表達有誘導作用。 Olsen等［11］研究顯示， 在血管生成過程中，Wnt信號與PDGFA 信號相互作用，可促進血管形成。 上述研究證明， 在毛囊生長過程中，PDGFA 具有誘導毛囊生長的作用。

3.2 PDGFA 與SHH 信號通路

音猬因子（Sonic Hedgehog，SHH）是Hedgehog family 家族主要成員。Zeng 等［12］研究發(fā)現(xiàn)，PDGFA促進血管平滑肌細胞中SHH 的表達。Mcgowan 等［13］研究表明，PDGFA 與SHH 在肺泡間隔形成期間可導致肺纖維化。 Zhang 等［14］在敲除小鼠的SHH后發(fā)現(xiàn)，由于hedgehog 信號通路的抑制，導致宮頸癌細胞上皮—間質的轉化受阻且PDGFA 的表達量下降。 而在小鼠背部皮膚注射PDGFA 后，SHH表達量上升， 表明PDGFA 的表達與SHH 有著緊密聯(lián)系［15］。

3.3 PDGFA 與BMP 信號通路

骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）是一組信號分子，屬于轉化生長因子-β（TGF-β）家族，最初在胚胎中發(fā)現(xiàn)BMP具有誘導骨形成的能力， 隨著研究的深入，BMP的作用相繼被揭示［16］。 Bayer 等［17］使用三維模型， 探索PDGFA 與BMP在間充質細胞和上皮細胞間的共營養(yǎng)物的傳送模式， 發(fā)現(xiàn)PDGFA、BMP 的遞增導致相關血管組織形成的增加。Demirtas 等［18］利用信號因子的互相作用完成了骨組織復原工程，PDGFA 發(fā)揮著加速損傷骨組織再生的重要作用。眾所周知，骨再生是一個極其復雜的生物學過程， 在血管和骨生成時，PDGFA 的受體PDGF-α 被 大量 消耗［19］，說明PDGFA 對BMP的表達起到至關重要的作用。

4 PDGFA 的功能

4.1 PDGFA 在皮膚中的作用

皮膚在生長和維持過程中都需要細胞群的自我更新、 增殖和分化。 Rivera-gonzalez 等［20］與Cappellano 等［21］在設定的小鼠模型上調節(jié)皮膚中PDGFA/AKT，在毛發(fā)生長期真皮中的動態(tài)脂肪形成研究發(fā)現(xiàn)，PDGFA 激活AKT 信號， 以刺激脂肪細胞形成。Horikawa 等［2］在成年小鼠（α-KO 小鼠）中全身滅活PDGFA 基因， 與未處理的對照小鼠（Flox 小鼠）相比，成纖維細胞顯著減少，巨噬細胞無顯著差異。Kamp 等［22］通過觀察PDGF 受體的表達， 觀察間充質中真皮乳頭細胞和上皮細胞的形成， 明晰了PDGFA 參與其調控。 Eming 等［23］將PDGFA 應用于皮膚移植手術發(fā)現(xiàn)，PDGFA 分泌蛋白對皮膚移植傷口愈合影響明顯。研究發(fā)現(xiàn)，毛囊生長周期與下層脂肪細胞層厚度變化一致， 這與PDGFA 的影響具有一定的聯(lián)系［24］，由此推斷脂肪細胞與表皮細胞生長受PDGFA 調控。

4.2 PDGFA 在肺部的作用

在哺乳動物中， 肺部發(fā)育主要分為兩個重要階段，即分支階段和肺泡分化階段。肺泡發(fā)育中涉及多種信號通路的參與，隨著機體的衰老，信號通路改變且與各種肺病相關。 Betsholtz 等［25］研究表明， 在敲除PDGFA 的小鼠中肺泡間隔形成失敗，引起肺泡囊不會分割肺泡，小鼠缺失PDGFA 后肺泡形成異常（見圖1）。 在另一項研究中，利用肺上皮細胞中PDGFA 基因過表達的轉基因小鼠進行試驗，引起PDGFA 陽性細胞的過度生長以及對囊狀分化的抑制。 這些結果表明，PDGFA 是胚胎發(fā)育中肺中間充質細胞的有效生長因子， 并且在妊娠晚期， 從肺小管過渡到肺囊的過程， 需要肺部PDGFA 表達受到抑制［26］。 近些年出現(xiàn)一種肺部纖維化病變（IPF），又稱硬化病、硬皮病，已成為肺部疾病的研究熱點。其致病原因顯示，由于肺泡分化功能衰減，造成氣體交換減少，導致呼吸衰竭直至肺全部纖維化。具體病因尚未知曉，現(xiàn)今研究推測可能與年齡或遺傳相關［27］。 但Gouveia 等［28］的研究中證實，PDGFA 在胚胎的肺上皮細胞中表達，在成體中卻在未分化的上皮細胞中表達。 這表示PDGFA 對肺泡形成具有至關重要的作用，或許在將來可能是治療硬皮病的突破口。

圖1 小鼠野生型肺泡（左）與PDGFA 缺失肺泡（右）外視圖及橫截圖［25］

4.3 PDGFA 與絨毛生長

毛囊雖為小型器官， 但卻是皮膚重要的組成部分， 構成了保護哺乳動物免受外部干擾的物理屏障。 其生成需要表皮—間充質和毛囊的特化衍生物以及毛基板、毛芽、毛釘和真皮凝結物、真皮乳頭之間的逐步信號傳導的相互作用，毛囊發(fā)育始于早期表皮大量細胞增殖堆積而生成基板［29］，隨后產生真皮凝結物， 向下延伸并形成初級毛囊結構。 Karlsson 等［30］研究發(fā)現(xiàn)，PDGFA/PDGF-α 信號傳導在小腸絨毛生長期間， 確保了小腸絨毛的真皮細胞生成， 而在實驗小鼠體內敲除PDGFA后，與野生體小鼠進行對比，結果顯示，實驗組出現(xiàn)更薄的真皮和畸形的毛囊，真皮乳頭更小，異常的真皮鞘和更薄的毛發(fā)［31］，說明PDGFA 能促進上皮細胞的增殖和分化， 真皮乳頭細胞的形成和毛囊的早期發(fā)育與毛囊形態(tài)發(fā)生均依賴PDGFA 的作用。Masahiro 等［32］證明，PDGFA 與FGF2（成纖維細胞生長因子2） 協(xié)同作用于真皮乳頭維持細胞的增殖并誘導毛囊生成。 在Irene 等［33］的研究中，對山羊PDGFA 和PDGF 受體α（PDGFRα）進行免疫組化研究蛋白定位， 在毛囊外根鞘的基底層中觀察到PDGFA 蛋白被免疫染色，PDGFA 被確認為毛囊干細胞的激活劑。這進一步表明PDGFA 在毛囊形成過程中，是毛乳頭細胞簇形成的誘發(fā)基因，對毛囊生成有著重要的意義。

絨山羊作為異質雙重毛被類型，分為有髓質的粗毛和無髓質的絨毛，根據(jù)其發(fā)生的早晚又劃分為初級毛囊與次級毛囊，其特有的絨毛為動物生產中經(jīng)濟價值的體現(xiàn)，成為絨山羊育種中的主要研究熱點。 在初級毛囊發(fā)育成熟后，次級毛囊依附初級毛囊生長發(fā)育，且有季節(jié)性周期，次級毛囊經(jīng)歷生長期（4—11 月）、退行期（12—翌年1月）、休止期（2—3 月）3 個時期，隨著季節(jié)更替，毛囊形態(tài)發(fā)生變化［34］。 在生長期中上皮乳頭細胞起到關鍵作用，其誘導信號的不斷刺激，導致毛囊上皮細胞的增殖分化而形成絨毛。 Eming 等［23］通過在每個時期體外注射PDGFA 透明質酸到小鼠背部皮膚中，連續(xù)注射5 d，之后通過提取皮膚RNA 的實時熒光定量PCR 顯示， 毛囊生長相關信號表達有所提高，證明PDGFA 在毛囊生長期有誘導作用。哺乳動物傷口愈合一般是一個纖維化過程，但沒有毛囊生成，Lim 等［35］通過對小鼠皮膚造成傷害， 激活PDGFA、SHH、Wnt 有助于真皮乳頭細胞形成。Zhang 等［36］在成人體內研究毛囊生長周期發(fā)現(xiàn)，SHH 直接作用于脂肪前體細胞，脂肪前體細胞堆積形成真皮乳頭細胞，Wnt 信號傳導可誘發(fā)毛基板形成，信號通路中PDGFA 受體被大量消耗，說明PDGFA 有誘導Wnt 信號發(fā)生的作用。

5 總結

對絨山羊次級毛囊影響的研究不僅有助于絨毛產業(yè)，而且對于當今解決人的脫發(fā)、毛囊炎等熱門問題提供科學依據(jù)，因此，研究毛囊調控機制對毛囊的生長發(fā)育具有必要性。在PDGFA 對細胞有絲分裂原的誘導作用下， 通過Wnt、SHH、BMP 等信號通路， 在身體各部位形成錯綜復雜的信號網(wǎng)絡，共同維持細胞穩(wěn)態(tài)。 大量實驗證明，PDGFA 在其微量調控下，對胚胎發(fā)育、器官形成、傷口愈合以及毛囊發(fā)育都有重要作用。