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《成纤维细胞生长因子及其与受体作用机制》的研究进展院系：专业:姓名：学号：洛阳师范学院《成纤维细胞生长因子及其与受体作用机制》的研究进展摘要：成纤维细胞生长因子(FGF)是一类多肽类物质，其中大多数成员可与肝素结合发挥作用。目前已知FGF至少包括23个因子，即FGF1～23。部分FGF家族成员N末端有大约3O个氨基酸残基组成的典型信号肽序列，可以分泌到细胞外。FGF家族成员是一类生理功能较广泛的生长因子，功能包括促进细胞有丝分裂、趋化与血管生成、促进中胚层和神经外胚层细胞的存活与生长等。本文根据最近的研究成果对FGF因子及其受体研究进展做一综述，并主要对FGF因子特征及其研究趋势进行了探讨。引言：成纤维细胞生长因子最早是从脑和垂体的提取液中发现的，该物质是一种能促进成纤维细胞生长的多肽类活性物质，可以通过与细胞膜特异性受体结合对细胞生长进行调节。从70年代中期到目前已进行了大量广泛的研究，目前已知FGF至少包括23个因子，它们在一级氨基酸序列上有一定的同源性，并有类似的生物学功能，且广泛存在于体内多种组织中。FGF对中胚层和神经外胚层来源的细胞具有十分明显的促细胞分裂增殖作用，并且在机体内的胚胎发育、细胞生长分化、创伤组织愈合及肿瘤发生发展中起着十分重要的作用。1.成纤维细胞生长因子（FGF）家族成纤维生长因子（Fibroblastgrowthfactor,FGF）又被称为肝素亲和生长因子(Heparinbindinggrowthfactor,HBGF)，是一类通过与细胞膜特异性受体结合发挥作用的多肽分子。现已知FGF家族至少包括23个成员，即FGF1～FGF23。FGF家族成员之间的氨基酸序列同源性约为25%～50%，其每个成员都有140个氨基酸的中轴，该中轴在不同的成员中有高度的同源性。结构分析表明，此中轴折叠成12条逆向平行的β链，它们又进一步形成圆柱状的结构。部分FGF家族成员N末端有大约3O个氨基酸残基组成的典型信号肽序列，使得它们可通过内质网一高尔基复合体的经典(即自分泌和旁分泌)途径被分泌到细胞外，但其中也有部分FGF则因本身缺乏信号肽结构，不能向外分泌，只能在细胞受损时释放[1]。多数FGF（如FGF3～8、10、15、17～19、21～23）的N末端具有典型的信号肽序列。而FGF16和FGF20虽然没有明确的信号肽序列却也能高效地分泌到细胞外[12]。FGF1和FGF2也缺乏信号肽序列和正常的分泌途径，却也能出现在胞外基质，推测两者可能来自受伤的细胞，或者通过与内质网-高尔基体通路不同的细胞脱颗粒机制释放至胞外的。此外，FGF11～14没有典型的信号肽序列，因此认为这些FGF是在胞内发挥作用[13]。由于FGF家族成员之间的氨基酸序列有25％～50％的同源性，分子结构有一定的共性，故FGF不同分子之间的生物学效应既有相似性，又有各自的特点[1-3]。FGF1(aFGF)和FGF2(bFGF)是最先被发现，也是迄今为止研究最充分的两个成员，因其各自的等电点分别为酸性和碱性而被称为酸性和碱性成纤维细胞生长因子。两者氨基酸同源性达55%，并通过相同机制被转运，该机制在肝素存在下可被增强。两者作用于相同的受体通过一系列信号转导机制，发挥促进组织器官的形态发生、损伤修复、血管生成和神经细胞再生等作用，从而促进中胚层和神经外胚层来源的组织细胞(如成纤维细胞、血管内皮细胞和神经细胞等)的存活与生长，大量实验证明bFGF比aFGF的活性强3O～100倍[4]。FGF3(Int2)，FGF4(hst/KFGF)；FGF5在发现时被鉴定为癌基因；FGF6(hst2)与FGF4氨基酸序列的相似性很高；FGF7(KeratinocyteGrowthFactor,KGF)在发现时被认为是表皮细胞的丝裂原也称为角质细胞生长因子[5,6]；FGF8是从大鼠乳腺癌细胞分离出来的一种受雄激素诱导的生长因子，在上皮组织中表达并激活成纤维细胞生长因子受体2c，但FGF-8对成纤维细胞生长因子受体2b却无活性。FGF9是从人神经胶质瘤细胞分离出的神经胶质细胞激活因子[7]；FGF10主要在大鼠的正常前列腺细胞以及高分化的前列腺癌中表达并与FGF7具有很高的同源性[4]，如上皮细胞表达的FGFR2b可以分别被FGF10与FGF7激活，其配体由间叶组织产生，但这些配体对间叶组织表达的FGFR2c却无活性。FGF11、FGF12，FGF13，FGF14最初是从人的视网膜细胞中被鉴定分离出的，并分布于婴儿及成人的中枢神经系统中[8]。FGF15为E2Apbxl同源结合域嵌合性癌基因的下游靶蛋白[9]；FGF16最早是从大鼠心脏中利用PCR分离出来[7]，并与FGF9具有很高的同源性。FGF17是从大鼠胚胎脑组织中分离出的一种生长因子，与FGF8相似性较高，约有53.7%的同源性，人与大鼠FGF17有98%~100%的同源性，说明FGF家族在进化过程中很保守，同时大量实验证明FGF8与FGF17两者可协同调控中脑和后脑汇合处的神经上皮细胞增殖。FGF18与FGF-8同源性较高，主要存在于人心脏、胰腺及骨骼肌中,在其它组织的分布较少。另外ZhangN等人还发现原癌基因Pleiot-rophin与中期因子Midkine也属于FGF家族，在种属间很保守,但与其它FGF家族成员关系目前还不是很清楚[10]。FGF-20在成年人脑组织，尤其是小脑组织有特异性表达，在一些肿瘤细胞株中也有一定量表达，其对组织修复有一定的作用。研究发现，FGF-21与FGF-19同源性较高，一些动物实验表明FGF-21主要参与体内葡萄糖和脂类代谢等生理过程，目前FGF-21已经成为世界糖尿病研究的新热点。发现FGF-22选择性表达于皮肤毛囊的内毛根鞘[11]；FGF-23是人体内一种重要的调磷因子，可调节钠-磷共转运蛋白Ⅱa(NaPiⅡa)和1α羟化酶的活性，从而引起低磷性佝偻病、骨软化症[5]。作为一种生物因家族，FGF的调节作用还有一定的细胞特异性。2.FGF家族成员的基因定位FGF可以被分为FGF7、FGF10、FGF22和FGF9、FGF16、FGF20等多个亚型。FGF的各个亚型与各染色体定位之间无十分明显的关联性，人类FGF基因主要分布于整个基因组中，但也有一些FGF基因在基因组上呈群落分布，如FGF3、FGF4和FGF19位于染色体11q13区；FGF6、FGF23位于染色体13p13区；而FGF17、FGF20定位于染色体8p21-p22区相互链接的位置上；FGF18定位于14p11区；FGF-21定位于人α1,2-墨角藻糖基转移酶基因的5’侧翼区，编码209个氨基酸大小的多肽，主要表达于肝脏中，FGF-21与家族中FGF-19的同源性较高；FGF23则定位于染色体12p13区。因此可推测FGF家族可能是在复制、进化和易位等复杂过程中形成的[13]。人类FGF基因的编码区多数是由3个结构相似的外显子组成。但在FGF11～14的编码区是由5个外显子构成的[14]，FGF基因编码区的大小约为5～100kb。此外，部分FGF可通过选择性剪接（alternativesplicing）形成FGF亚型，但目前其剪接机制还不是很清楚。FGF广泛存在于脊椎动物和无脊椎动物体内。通过基因组的解读，在果蝇和线虫体内分别找到1种FGF(branchless)[13]和2种FGF(egl-17和let-756)[15]，斑马鱼（zebrafish）体内则有4种FGF（FGF3、8、17、18），鸡体内有7种FGF（FGF2、4、8、12、14、18、19），然而在大肠杆菌和酵母等单细胞生物中未检到FGF，显示FGF家族成员在进化过程中种类逐渐呈增多趋势[14]。3.FGF家族的功能FGF家族成员是一种生理功能较广泛的生物因子,它不仅能促进细胞生长、而且还在组织形成与修复、胚胎发育、炎症和血栓的形成、肿瘤发生与转移、血糖及脂类代谢的调节、等生理及病理过程中起重要作用，它对成纤维细胞、上皮细胞及血管内皮细胞也有促分裂作用[16，17]。据最新研究报道，FGF家族成员中的FGF-21与糖尿病及其并发症的发生和发展有着密不可分的关系[18]，FGF-23是人体内重要的调磷因子与低磷性佝偻病及骨软化症的发病有密切关系[19]。4.FGF受体及其与FGF的作用机制FGF主要通过和靶细胞膜表面受体结合发挥其生物学功能的,且FGF受体几乎存在于体内所有组织[20],其在正常的效应细胞的特异性受体为单链多肽类分子,受体分子量因效应细胞不同而有一定差别(110～150kDa)。FGF受体有五种即FGFR1～5,可将其分为两类:一类是亲合力较高的受体,分子量为125～156KDa,属酪氨酸蛋白激酶型受体；另一类为亲合力较低的受体，即肝素样受体，Kd值为2×10-9mol/L。FGF家族成员可以相互竞争对方的受体，以FGF1、FGF2为例，两型FGF均可与分子量为145KDa和125KDa的受体发挥作用，只是FGF1与125KDa受体亲和力较高，而FGF2与145KDa受体亲和力较高。凝集素可抑制FGF与受体的结合，因此推测FGF受体可能含有N2酰葡萄糖胺和半乳糖残基。与其它多肽类受体结构相似，FGFR主要由三部分构成：细胞内的酪氨酸蛋白激酶活性结构域、疏水氨基酸组成的跨膜结构域以及细胞外3个免疫球蛋白样重复序列组成的配体结合域。FGF受体胞外区含有3个免疫球蛋白结合位点类似区，即Ig样结构域分别称为LoopI、II、III,LoopIII主要决定配体的结合特异性。对于FGFR1～3,由于LoopIII的不同而形成FGFRIIIb、FGFRIIIc,LoopI与LoopII结构域之间存在一个由保守的酸性氨基酸残基组成的酸性氨基酸盒(acidicbox)，受体结构如图1。LoopIII有两个选择性剪切外显子IIIb与IIIc编码其C端,IIIb主要在内皮层细胞转录效率较高，而IIIc主要在表皮层细胞转录效率较高。FGF1、FGF7及FGF10主要与FGFRIIIb结合,并在组织器官的形成中发挥重要作用[22]；而FGF2、FGF4、FGF6、FGF8和FGF9则特异性激活FGFR2-Ⅲc，这种结合的特异性与硫酸乙酰肝素和细胞膜环境关系较密切[23]。其中，FGF10与FGFR2Ⅲb亲和力较高，是FGFR2Ⅲb的特异性配体。当FGFR2胞外段发生点突变(S252W)时，FGF2、FGF6、FGF9将会激活FGFR2-Ⅲb，且FGF7和FGF10也会激活FGFR2-Ⅲc，以致于表达这些FGF的细胞被自分泌信号激活。FGFR也在皮肤组织中表达,主要分布于表皮基底层细胞、真皮层、皮下组织和成纤维细胞及毛囊、汗腺的上皮细胞等。5.FGF的信号转导机制FGFR与多数生长因子受体一样都是属于酪氨酸激酶型受体，受体在与配体结合后发生二聚体化，从而激活酪氨酸激酶，在激活Shc/Frs-Raf/MAPKKK-MAPKK-MAPK通路的基础上，通过大量释放蛋白激酶C(PKC)、磷脂酶C(PLC)、磷脂酰肌醇3-激酶系统(IP3K)和Ca2+，向细胞内传递信号[24，25]。目前，在FGFR1中已发现了几个自体磷酸化位点，已知几个细胞内信号级联反应是由FGFR1介导的信号所激活的,包括Ras途径、磷酸肌醇3激酶(PI3K)、磷脂酶(PLC)等途径。6.拮抗剂对FGF的调节作用属于信号蛋白Wnt、骨形态发生蛋白BMP和与胆固醇共价结合的分泌性蛋白Hedgehog家族等分泌性信号分子存在分泌性拮抗剂，通过信号和拮抗剂的双调节（dualregulation）作用精细地控制各自的信号系统[26]。来自果蝇的spry最早被确认为FGF拮抗剂，起初曾认为spry是一种分泌性信号，其后研究证实spry是一种胞内蛋白质可以与细胞膜内侧结合，spry通过阻碍Ras信号传递来阻断FGF信号[27]。研究表明，spry表达受FGF信号的影响，如spry在肢芽形成区域过表达将会阻碍肢芽形成[28]。7.酸性多糖对FGF的调节作用FGF中有些成员可与肝素