侯 琳 綜述,舒桂華 審校

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

角質細胞生長因子-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合特性的單鏈多肽。KGF-2在整個脊椎動物的胚胎發(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,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,國內外對其研究已較為深入,公認KGF-2是強力的有絲分裂原,可調控上皮細胞增殖、分化和遷移等生理過程,其在器官上皮組織損傷修復中的作用日益受到重視,并已在潰瘍性結腸炎、創(chuàng)面愈合等方面取得了重大進展[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肺部疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關,且有增加兒童期甚至成年后發(fā)生慢性肺部疾病的風險[5]。現(xiàn)就KGF-2的結構、生物學功能,以及其與新生兒相關肺部疾病的關系做一綜述。

1 KGF-2結構及其受體

人源KGF-2 cDNA全長627 bp,位于第5號染色體p12～p13區(qū)域,由208個氨基酸殘基構成的單鏈多肽,具有2個糖基化位點(51和196aa)及酸和熱不穩(wěn)定性,其立體結構為FGF家族典型的β-三葉草型[1]。KGF-2主要來源于間充質細胞(MSCs)、平滑肌細胞等,其分泌及表達由Wnt信號通路調控[6]。KGF-2是酪氨酸激酶超家族成員,有2種重要的細胞膜表面受體：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,KGF-2作為配體均需要與KGF受體結合才能發(fā)揮作用,該受體結合的特異性與細胞表面及細胞外基質中的硫酸乙酰肝素有關。KGF-2通過與硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)緊密結合,促進KGF-2與FGFR2b受體相互作用,穩(wěn)定蛋白質并保護它們免于降解[8]。

2 KGF-2生物學功能

KGF-2諸多生物學功能主要通過FGF-10-HSPG-FGFR2b三元復合物形成,繼而觸發(fā)FGFR2b的二聚化和其胞內結構域酪氨酸殘基的磷酸化,磷酸化的FGFR2b激活免疫球蛋白結構域的FGF受體底物2α(FRS2α),促使活化的FRS2α募集生長因子受體結合蛋白2(GRB2),激活FGF10-FGFR2b經典的下游信號通路,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)及信號轉導和轉錄激活因子(STAT)等[9],產生多種生物學活性。但KGF-2對不同細胞、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是人類角質形成細胞的有絲分裂原,在低濃度生長因子刺激下可促進細胞進行有絲分裂,增加早晚期分化標志物K1、K10及絲聚蛋白表達,促進Ca2+內流[10],進而加速細胞分裂。KGF-2也可通過RAS蛋白調節(jié)細胞外信號調節(jié)激酶(ERK1/2)磷酸化,控制上皮細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型上皮細胞(AECⅡ)的細胞周期實現(xiàn)其促細胞增殖的作用。細胞增殖周期可分為2個時期,即細胞間期(包括G1、S、G23個時期)和分裂期(M期),均受細胞周期蛋白Cyclin和周期蛋白依賴性激酶(CDK)調控[12]。KGF-2通過MAPK/ERK信號通路,調控Cyclin D1及不同細胞周期CDK激酶表達,抑制凋亡蛋白胱天蛋白酶9活性,加快細胞周期從G1期轉入S期及從G2期轉入M期,提高AECⅡ分裂指數(shù),促進細胞增殖、分化[13]。此外,KGF-2還可刺激蛋白酪氨酸激酶Src誘導其主要底物Cortactin——一種參與細胞遷移的F-肌動蛋白結合蛋白,發(fā)生酪氨酸磷酸化達到促遷移作用[14]。(3)抗凋亡作用：KGF-2可激活MEK/ERK途徑誘導線粒體膜上的抗凋亡蛋白(如Bcl-2和Bcl-XL)釋放,同時使凋亡蛋白Bax失活,抑制線粒體細胞色素C產生,阻斷原痙攣9轉化為凋亡酶Caspase-3,防止細胞凋亡[15]。KGF-2也可經PI3K/Akt信號通路來抑制Fas介導的凋亡信號,實現(xiàn)對上皮細胞的保護作用[16]。(4)抗纖維化作用：KGF-2可通過抑制膜受體調控蛋白Smad2/3的激活,阻斷轉化生長因子β(TGF-β)介導的纖維化信號,同時還可降低器官纖維化過程中基質金屬蛋白酶(MMP)-2、MMP-9的活性,共同發(fā)揮抗纖維化作用[17]。

3 KGF-2與新生兒相關肺部疾病的關系

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械通氣肺損傷等因素所致,主要發(fā)生于早產兒,其中胎齡<32周早產兒BPD發(fā)生率為12.3%～30.0%[18]。目前,BPD主要病理改變?yōu)樵纭⒅衅诔掷m(xù)肺組織炎癥反應和晚期肺間質纖維化,具體的發(fā)病機制至今尚未完全明晰[19]。KGF-2在體內和體外對氧化應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表達上調,從而減輕氧化應激和自由基形成,增強肺泡抗氧化能力,提高AECⅡ的存活率并顯著減少肺泡中性粒細胞流入及拮抗Caspase-3的表達[20-21]。有關新生小鼠BPD模型的研究發(fā)現(xiàn),KGF-2mRNA的3′-UTR與microRNA-421相結合,阻斷Bcl-2經線粒體依賴機制對凋亡信號通路的保護作用,提高促凋亡蛋白Bax及炎癥因子的表達,繼而抑制KGF-2的轉錄,減少肺泡上皮細胞凋亡[22]。此外有研究認為,KGF-2能抑制TGF-β等重要促纖維化因子的產生和分泌,二者呈負線性相關,均可作為反映BPD病情的重要指標[23]。一項對1 400例早產兒的薈萃分析顯示,低水平KGF-2與BPD相關性肺動脈高壓(BPD-PH)的發(fā)生、發(fā)展有關,究其原因可能是KGF-2缺乏導致肺泡彌散功能障礙、肺血管減少及血管重塑異常[24]。顯著降低血管內皮生長因子、血小板內皮細胞黏附分子等內皮標志物的生成,阻斷FGFR2b配體活性,增加IL-6表達水平,減少IL-10表達水平,激活JAK-STAT信號通路,最終引起α-平滑肌肌動蛋白陽性細胞增加和血管生成受損,導致BPD-PH[25]。TAGHIZADEH等[26]研究還發(fā)現(xiàn)KGF-2的過表達和重組人KGF-2的應用可彌補轉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是新生兒時期常見的危重癥之一,臨床癥狀重,病死率高,發(fā)病機制尚未完全闡明[27]。根據(jù)國際新生兒ARDS多中心研究報告,ARDS主要繼發(fā)于膿毒血癥、吸入相關性肺損傷(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,肺順應性下降[28]。近年來有關ARDS與KGF-2之間相互聯(lián)系的文獻諸多。有研究發(fā)現(xiàn)在ARDS小鼠模型中,KGF-2于48 h內在支氣管肺泡灌洗液中檢測到其表達減低,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相關體外實驗還發(fā)現(xiàn),經腹膜內注射重組人KGF-2可減少炎癥細胞聚集,降低內皮細胞凋亡并增加內皮細胞增殖,表明使用外源性重組KGF-2有助于肺損傷修復,穩(wěn)定上皮細胞完整性[30]。近年來,有研究發(fā)現(xiàn)MSCs表面可表達KGF-2受體,因其生物學特性、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介導的炎癥反應,上調Tregs細胞和Th17細胞的比例,增加表面活性劑蛋白質SP-C的表達,從而緩解ARDS[34]。

3.3KGF-2與呼吸機相關性肺損傷(VILI) 近年來,VILI的發(fā)生率隨著有創(chuàng)機械通氣在危重新生兒中的應用逐年上升,其發(fā)病機制主要涉及肺泡上皮細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性通氣策略治療為主,但盡管如此,低潮氣量肺保護性通氣策略仍然可引起炎癥反應加劇和促纖維化反應的發(fā)生導致某些肺部區(qū)域損傷[35]。BI等[36]在VILI大鼠模型中發(fā)現(xiàn),經氣管內滴入重組人KGF-2可以減少中性粒細胞的浸潤和活化,抑制相關趨化因子聚集,增加動脈血氧分壓水平,進一步修復肺內彌散屏障功能。UPADHYAY等[37]發(fā)現(xiàn)KGF-2可通過激活Grb2-SOS/Ras/Raf-1途徑促進MAPK/ERK磷酸化,上調肺泡上皮細胞中Na+-K+-ATP酶活性,減弱機械拉伸誘導的肺泡上皮細胞DNA損傷和細胞凋亡。有研究發(fā)現(xiàn),VILI小鼠靜脈內注射預活化的新鮮冷凍無異源性MSCs,可明顯增加肺順應性及IL-10抗炎能力、啟動干擾素-γ表達、改善肺上皮損傷修復,而以上這些作用可能是通過MSCs分泌KGF實現(xiàn)的[38]。因此KGF-2可通過動員MSCs發(fā)揮肺損傷保護作用。

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)和肺泡毛細血管發(fā)育不良伴肺靜脈錯位[39]。BARNETT等[40]在AcDys患兒中發(fā)現(xiàn),純合FGFR2錯義突變可能是該病的致病基因,通過研究p.R255Q突變位點對下游信號傳導的影響,發(fā)現(xiàn)FGFR2錯義突變可導致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]的一項動物實驗發(fā)現(xiàn),KGF-2基因敲除小鼠出現(xiàn)多種嚴重的肺部疾病表型,認為KGF-2缺乏導致肺組織修復作用明顯減弱,肺形態(tài)缺如,嚴重者圍生期死亡。BZDEGA等[42]研究發(fā)現(xiàn)在肺發(fā)育過程中,KGF-2表達及激活信號傳導均受TBX4調控,二者呈正相關,二者的蛋白質產物是上皮間充質信號通路的組成部分,參與調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-間質信號通路的缺陷。KAROLAK等[43]報道的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致CAD的致命風險顯著增加,提示KGF-2基因突變或基因位點單核苷酸多態(tài)性(SNP)是該病的潛在危險因素。隨后有研究發(fā)現(xiàn),KGF-2基因2個外顯子缺失(g.44300489/44312646del)亦與CAD的致病相關,故該病可能主要由于KGF-2基因突變后功能缺失所致[44]。

4 小結與展望

綜上所述,KGF-2作為一種細胞生長因子,具有多功能生物學作用,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。未來關于KGF-2與新生兒肺部疾病關系的研究尚需全面、深入探討。隨著基因組學和分子生物學研究的快速發(fā)展,生物制劑逐漸成為新生兒呼吸系統(tǒng)疾病干預治療的研究熱點。其中,KGF-2作為肺組織發(fā)育過程中的重要保護性因子,有望為新生兒肺部疾病的防治提供新的靶點及理論參考依據(jù)。