角质细胞生长因子及其防护作用的分析

【关键词】 角质细胞生长因子；成纤维细胞；上皮细胞；细胞凋亡
　　角质细胞生长因子（keratinocyte growth factor， KGF）是在1989年由Rubin等［1］从人胎肺成纤维细胞的培养上清中分离并纯化的，并发现具有促进小鼠角质细胞有丝分裂的作用，故将其定名为角质细胞生长因子。KGF是具有肝素结合特性的成纤维细胞生长因子超家族中的成员，又称为FGF7［2］。
　　1 KGF及其分子结构
　　1.1 KGF的分子结构 KGF基因编码194个氨基酸残基的蛋白质，包含一个供分泌的信号肽和N端的糖基化位点。由于N端没有糖基化，在细菌中表达的KGF为21 kD的蛋白分子［3］，而哺乳动物细胞产生的KGF因N末端糖基化及与多肽链结合的糖蛋白不同，分子量为26~28 kD的单链多肽［1］。重组KGF比天然KGF的有丝分裂原性的专一活性高10倍左右，不经糖基化修饰是否是KGF有丝分裂原活性提高的原因尚待进一步研究［4］。蛋白肽链氨基酸序列分析表明，KGF与FGF家族的其它成员相比，在多肽链C端有35%~45%的同源性，而KGF端的64个氨基酸是独特的［5］。
　　1.2 KGF的表达及调控 已经证实，胚胎、新生儿和成人上皮细胞起源的成纤维细胞和来自肺、肝、角膜、皮肤、乳腺、胃肠道、肾、膀胱、前列腺、卵巢等器官的间质细胞以及血管内皮细胞、平滑肌细胞均可表达KGF，而内皮细胞、淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞、黑色素细胞不表达KGF［6，7］。上皮细胞表达其特异受体KGFR，KGF主要以旁分泌的方式发挥生物学功能。以往认为上皮细胞不表达KGF，但最近实验发现前列腺上皮细胞和前列腺癌［8］细胞以及卵巢上皮细胞和卵巢癌上皮细胞［9］以自分泌方式表达KGF，成人脑组织亦有表达［10］。KGF的表达受IL1、IL6、TGFα等许多细胞因子的正调控。IL1是最强的诱导剂，在肺和真皮的成纤维细胞中，从RNA和蛋白质水平都可证明此诱导作用的存在。KGF的表达还受激素的正调控。在人前列腺中，雄激素二氢睾酮刺激KGF mRNA及蛋白的表达［11］，而雌激素17β雌二醇促进乳腺基质KGF mRNA及蛋白表达［12］。甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）通过旁分泌的途径显著地提高上皮成纤维细胞中KGF mRNA、蛋白的表达及分泌［13］。
　　1.3 KGF受体（KGFR）的结构 KGFR是酪氨酸蛋白激酶型受体（PTK）的家族成员，它和bek/FGFR2基因是相同基因在转录过程中剪切不同的外显子形成的剪接变异体。KGFR的配体结合区除信号肽外，还含有2个或3个免疫球蛋白(Ig)样结构域，在IgⅠ和IgⅡ 结构之间含有主要由天冬氨酸和谷氨酸等8个氨基酸构成的酸性氨基酸序列。在第三个Ig样结构中有一部分呈突起状。第一个被克隆出来的KGFR含有IgⅡ和IgⅢ两个Ig样结构，以后从人或小鼠乳腺上皮细胞克隆出来的KGFR均含有三个Ig样结构，但它们具有同样结合配体的能力，提示IgⅠ结构域不参与配体的结合。第三个Ig样结构的羧基端和相邻柄区的49个不同顺序的氨基酸序列决定了KGFR和bek/FGFR2基因与配体结合的特异性差异，此区两者的同源性仅为47%［5］。KGFR IgⅢ羧基端区域是KGF的结合域［14］。KGFR上的糖蛋白是KGFR与KGF结合所必需的基团，不同的糖基影响不同组织KGFR和KGF的亲和性［15］。
　　2 KGF生物学功能
　　2.1 促进上皮细胞增殖与分化 体外研究显示，KGF刺激角质细胞DNA合成的能力比TGFα和EGF强2~10倍［1］。刘琳等［16］研究表明，外源性的KGF2在50~100 μg/ml浓度时可明显提高碱烧伤后兔角膜上皮细胞的愈合率，且呈剂量依赖性，消除了角膜损伤对新生血管的刺激作用，从而间接抑制了新生血管生长。推测KGF可能通过刺激角膜缘上皮干细胞的增生和移行而促进角膜上皮损伤的愈合。减少肝细胞的变性坏死，促进肝细胞增殖与合成代谢，减少肝星状细胞激活从而减少纤维组织增生而发挥抗纤维化作用［17］。马骏等［18］实验发现，KGF（5 mg/kg）可引起肺Ⅱ型细胞的增殖，主要表现为BrdUrd标记指数的升高及倍增时间的降低，这种增殖效应短暂，第7天回至正常。这为进一步将KGF作为肺肿瘤放疗的保护剂研究打下了理论基础。KGF及KGFR在整个胃肠系统中均有表达，具有刺激胃肠系统上皮细胞增殖和分化的功能，对保持胃肠粘膜的完整性和促进损伤修复有和重要作用。静脉给予大鼠KGF能减轻由非甾体类抗炎药物引起的急性肠损伤并促进小肠溃疡的愈合［19］。KGF还能逆转完全肠外营养（TPN）导致的肠粘膜上皮结构和功能的改变：通过增加肠内蛋白和DNA的合成、微绒毛的高度，促进干细胞增殖，上调上皮细胞KGFR的表达，减少上皮细胞的凋亡，削弱TPN引起的离子转运增加，增强粘膜上皮的屏障功能［20］，故KGF在提高接受TPN治疗病人的治疗效果方面有重要临床意义。
　　2.2 维持细胞骨架稳定 Waters和Sayla等用电子显微镜观察发现，过氧化氢引起培养的Calu3单层细胞通透性发生改变时，细胞内F肌纤蛋白丝排列紊乱，肌丝断裂，细胞连接中的F肌纤蛋白丝杂乱且不连接。当损伤后的细胞用KGF处理后，观察染色的F肌纤蛋白丝增多增长，排列整齐。细胞在过氧化氢前用KGF预处理，也显示相同作用。在PKC抑制剂Calphostin C存在下，KGF失去了这种作用［21，22］。KGF结合受体相继激活PKC，阻止了F肌纤蛋白的断裂并使细胞内的G肌纤蛋白向F肌纤蛋白转变，保持细胞结构的完整［23］。
　　2.3 KGF在放化疗中的防护作用 放疗和化疗在发挥抗癌、抑癌作用的同时，也破坏正常细胞分裂迅速的胃肠道，导致的临床症状被广泛称为“mucositis”（粘膜炎），在小鼠的放疗和化疗模型中，给小鼠预先滴注重组KGF，可降低其胃肠道损伤，缓解损伤导致的体重下降，加速恢复期的体重增加，显著改善小鼠的生存状态。KGF对胃肠粘膜的保护机制是KGF的预处理增加了小肠绒毛的高度和隐窝的深度；KGF对小肠隐窝干细胞也有直接作用，加强其在放化疗中的存活率［24］。在临床恶性血液病的放化疗中，KGF的防护作用的研究已较成熟。在一项Ⅲ期双盲研究中，研究者比较在大剂量放化疗前及骨髓移植后，静脉注射重组人角质细胞生长因子（Palifermin）和安慰剂的效果。结果显示，Palifermin组病人3、4级口腔粘膜炎（WHO）的发病率和持续时间均低于安慰剂组，4级口腔粘膜炎和口腔及咽喉疼痛发病率、阿片类止痛药和全静脉营养的使用及发热性中性粒细胞减少症也更少。与本药有关的副作用如皮疹、瘙痒、红斑和口舌的病症都为轻、中度，且是暂时的［25］。根据这项研究，美国FDA已经批准Palifermin用于治疗恶性血液病患者由高剂量放化疗导致的口腔粘膜炎。另外，实验证实KGF可减轻Calu3细胞直接暴露于过氧化氢或辐射诱导的通透性增加。而用PKC的阻断剂Calphostin C之后，发现KGF对降低过氧化氢及辐射诱导的Caul3单层培养细胞的通透性增高无降低作用［21~23］。这表明，KGF对气道屏障的保护作用的信号传导是依赖PKC途径，这与其它生长因子的作用机制类似。Terry等［26］实验发现，KGF通过影响鼠肺组织细胞的增殖动力学，延长鼠胸部放疗诱导的局限性肺炎的潜伏期，拮抗由放疗引起的肺损伤。这为进一步将KGF作为肺肿瘤放疗的保护剂研究打下了理论基础。Braun等［27］研究发现，KGF能保护人角质细胞HacaT免受由具有亲电子和氧化特性的外源性化学物导致的损伤以及紫外照射诱导的细胞死亡。与其它类型细胞相比，KGF是通过蛋白重新合成而不是直接的抗细胞凋亡发挥作用的。体内实验发现KGF可使培养的人头皮毛囊免受具有细胞毒性的外源性化学物甲萘醌的损伤，具有临床意义。在鼠背皮肤注射KGF能显著减少紫外照射导致的细胞死亡。Lu等［28］研究发现由PAK4与KGFR相互作用的新的信号轴，参与了KGF介导的拮抗氧化剂诱导的上皮细胞凋亡。
　　24 KGF与肿瘤 研究表明KGF与肿瘤有着密切的关系。Kazunori等［29］体外研究证实，由胃纤维原细胞分泌的KGF能刺激胃硬癌癌细胞大量增殖。KGF与FGF10可能通过激活MAPK途径而在子宫内膜癌细胞的增殖中起重要作用［30］。另一方面，在KGF在上皮源性肿瘤化疗中的作用研究结果不一致。在人类乳腺癌，KGF对抗癌药物所引起的细胞凋亡有抑制效应，KGF和KGFR可能是通过联合上调Bcl2的表达来实现的［31］。在肺癌细胞系A549，KGF能激活Akt信号转导通路和抵抗Fas介导的细胞凋亡［32］。但在大鼠乳腺癌模型，KGF联合甲氨蝶呤则能促进癌细胞的凋亡［33］。Oelmann等［34］实验证明，在体外培养的35种上皮来源癌细胞系、22种淋巴瘤和白血病细胞系中，大多数癌细胞系在rHuKGF作用下，没有发生有意义的增殖，只有5种癌细胞系（2种肺癌、1种胃癌、1种结肠癌、1种乳腺癌细胞系）发生了有统计意义的增殖，呈剂量依赖性。rHuKGF没有降低肿瘤细胞对氟尿嘧啶的药物敏感性。并得出结论，一些表达KGFR的上皮源性的癌细胞，当考虑治疗方案时，由KGF导致的增殖效应可能不会降低其化疗敏感性。
　　3 总结与展望
　　
　　目前对KGF的生物学性质尚未全部了解。由于KGF对多种致伤因素引起的组织损伤具有显著的保护及促进修复作用，尤其是在保护辐射和化疗所致的损伤方面令人瞩目，因此KGF作为新类型的损伤防护剂，在放射医学与临床肿瘤治疗学中具有重要的应用前景。

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