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1、1肝细胞生长因子的生物特性及其与眼部疾病相关关系【关键词】 肝细胞生长因子(HGF) ；角膜；青光眼；玻璃体视网膜病变 肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF),1984 年首次从肝脏部分切除的鼠血清中分离出来,尔后又从鼠的血小板、肝脏及人的血清中分离出来。由于能刺激原代培养的肝细胞生长,所以命名为肝细胞生长因子(HGF)，在人体是由间质细胞产生，作用于上皮细胞，由于它能使细胞克隆生长集落扩散,即又名离散因子( scatter factor，SF)，其受体 c2met 是原癌基因 c2met 的产物。HGF 通过与受体结合引起受体酪氨酸磷酸化，转导 HGF
2、的效应。HGF 可促进细胞分裂、运动和分化等，在血管生成、组织损伤修复及促进肿瘤细胞的发生及转移等方面起重要作用。 1 HGF 的分子结构 HGF 基因定位于人第 7 号染色体的长臂上(7q21，11) ,长约 70 kb ,由 18 个外显子和 17 个内含子组成。成熟的肝细胞生长因子是异二聚体双链结构，由 728 个氨基酸组成，含有一个分子量为 69 kD 的 链和一个分子量 34kD 的 链，链间以二硫键连结。链由一个 N 端发夹区和 4 个连续的 kringle 环区构成，依次称为K1 、K2 、K3 、K4 区，每个 kringle 结构由 80 个 aa 组成，K1区是与高亲和力的
3、 HGF 受体 c2met 结合的关键部位。-链含有2一个类丝氨酸蛋白酶区，这种环状结构最初发现于与血液纤溶有关的丝氨酸蛋白酶，HGF 有 38%的氨基酸与血浆纤维蛋白溶酶原同源，血浆纤维蛋白溶酶原由一条含 5 个 kringle 环区的 链和一条含有丝氨酸蛋白酶催化亚基的 链组成，但是 HGF 没有血浆纤维蛋白溶酶的活性，因为在催化中心， 链的数个氨基酸己被取代 。 2 HGF 受体 c2met HGF 受体是由原癌基因 c2met 编码的跨膜蛋白，c2met位于染色体 7q212q31。成熟 HGF 受体是一个分子量为 190 kD 的跨膜蛋白，由 2 个以二硫键相连的亚单位和 1 个激酶
4、区组成，其间由双硫键连结成杂二聚体，其中 链位于细胞外，分子量 50 kD, 链是一个跨膜的亚单位，分为细胞外区、跨膜区和细胞内部分，分子量 145 kD。HGF 可与受体结合引起受体酪氨酸磷酸化,诱发信息传导,c2met 受体在多种组织和细胞中表达,但在上皮细胞中表达浓度最高。HGF 受体在组织中广泛存在，表明 HGF 为亲多组织蛋白。 3 HGF 的生物学特性 HGF 通过与其特异性受体 c2met 结合激活的 MAPK 途径是HGF 发挥其多种功能的主要信号转导途径，引起一系列信号转导蛋白的酶促反应,促发相应生物学效应 。cmet 受体磷酸化后其信号分子传递的特点是信号分子相互偶联形成多
5、个复合体，不同的复合体与 cmet 受体不同的位点结合，诱导相应的生物学效应。因3cmet 受体存在广泛，故 HGF 在多种组织器官的发生、发展、损伤修复以及恶性肿瘤的发展、转移中起着不可忽视的作用。 3.1 HGF 保护和调节内皮细胞功能 近年研究发现 HGF 是一种特异的促内皮细胞生长因子。Bussolino 等在人或鼠的血管内皮细胞培养液中加入人的天然 HGF，8 d 后内皮细胞数量增加了 16 倍, 用人的重组 HGF 刺激也获得类似结果,提示通过自分泌或旁分泌方式产生的 HGF 能刺激内皮细胞分裂和增殖。比较研究发现,HGF 刺激内皮细胞生长的作用比 bFGF、VEGF 强。HGF
6、在保护和调节内皮细胞功能方面起着重要的作用。Matsumori 等也报道在急性心肌梗死早期血浆中 HGF 的含量明显增高。随着分子生物学的发展,转基因技术的日益成熟,将 HGF 基因转入内皮细胞内进行表达并以旁分泌方式促进内皮细胞生长和修复必将为心血管疾病的防治开辟新领域。 3.2 HGF 在组织损伤再修复中的作用 正常情况下,机体血浆中含有少量 HGF,当组织受到损伤后, 由 IL21、IL26 及 TNF2 等炎症因子刺激 HGF2mRNA 表达升高，机体器官一方面通过自分泌形式,另一方面通过内分泌形式使血浆 HGF 的含量明显增高。这个过程上皮和间质之间存在着极为重要的信息交换从而在局部
7、被激活而发挥促细胞运动、分裂及血管生成等作用,进而促进损伤组织的修复或重新构建。而如果抑制 HGF 的表达则不利于组织重建，这已经在低浓度 HGF 下的体外脂肪衍生干细胞削弱了缺血组织的再通这一实验中得到证实 。又有研究表明, 在实验性肝、肾、肺损伤的动物模4型中 HGF 大量表达, 应用外源性 HGF 能明显增强对损伤器官的再生作用。Conway 等在急性和慢性损伤组织中把 HGF 和其受体cmet 及其抑制剂应用 RTPCR 量化检测到,这些为将来靶向修复损伤位点提供了重大价值。 . 促进血管的形成 前已所述，HGF 相当于扩散因子,它由间充质细胞分泌后作用于上皮细胞及间质起源的细胞系,是
8、一种可促进血管内皮细胞运动、生长、形态发生的糖蛋白。HGF 及其受体基因不仅在内皮组织中检测到,而且体内外的内皮细胞和血管平滑肌细胞均表达 HGF 及其受体蛋白 ，它可使内皮细胞在细胞外基质间隙扩散,伸出胞浆芽并延长, 使毛细血管样的导管形成。HGF 在有关新生血管形成的疾病病理过程中以旁分泌方式起作用,并因此可造成内皮细胞性新生血管生成,是血管生成的关键因子。鉴于此点认为在肿瘤血管研究方面渴望有新的突破。另外最近已有体外实验证实 ，通过超声定向微泡爆裂技术输送 HGF 于心肌梗死处，一段时间后通过检测 CD34 表明该处诱发大量血管生成，这为将来治疗心肌梗死打开了新的前景。 . HGF 与恶
9、性肿瘤 前述 HGF 促血管生成，而血管生成对恶性肿瘤的进展有显著性作用。实验表明,HGF 还能破坏细胞之间的连接使细胞间粘附性减弱,刺激多种类型癌细胞迁移和侵袭。如HGF/SF 能显著增强整合素介导的粘附, 使淋巴瘤细胞体外侵润力增加了 6 倍，又如葡萄膜黑色素瘤的肝转移比皮肤黑素瘤转移快得多，正是由于眼部高 HGF/cmet 通过 PI3K/Akt 信号途经下调了胞间5黏附分子(上皮细胞钙粘蛋白和 连环蛋白)的表达，细胞间连接和粘附性减弱，从而促进瘤细胞的运动转移 。另外,恶性肿癌细胞的 HGF 受体 原癌基因 cmet 呈持续过度表达,导致对 HGF 敏感性增强,对组织具有侵袭性，美国
10、2004 年 ASCO 会议曾报道,在急性白血病患者血清中 HGF 浓度与肿瘤完全缓解率密切相关,高的 HGF水平可能使患者生存期缩短。许多研究者还报道了 HGF 和/或c2met 表达,参与了人胃癌、结肠癌、直肠癌、甲状腺癌、卵巢癌、肾癌、膀胱癌、前列腺癌及肝癌的发生和进展。研究证明,内源性抑制 HGF/SF 2met 可以减弱肿瘤细胞生长、恶性程度和转移,抑制信号传导。HGF 及其受体的研究,可能会为抗肿瘤转移治疗提供一个极有希望的靶点，且已经有人提出血清 HGF 浓度和其中一些肿瘤的恶性程度成正比, 因此血清 HGF 可作为一项肿瘤标志物，将来有望应用于临床。 4 HGF 与眼组织关系
11、在眼部，HGF 可由成纤维细胞、血管平滑肌细胞、周细胞、角膜上皮细胞、晶状体上皮细胞、虹膜及视网膜色素上皮细胞、小梁细胞产生，是一种重要的细胞生长和分化的调节剂，可刺激眼内多种细胞组织的生长和移行。 4.1 HGF 与角膜疾病 角膜组织主要由角膜上皮细胞、角膜纤维细胞和角膜内皮细胞三种细胞组成。研究表明,体外角膜组织及上述三种角膜细胞可表达 HGFmRNA 及 HGFRmRNA,但在上皮细胞中的表达量很低。通过动物实验得出角膜内皮细胞和纤维细胞可产6生 HGF 并表达 HGF 受体,而角膜上皮细胞仅表达 HGF 受体 。当角膜上皮损伤后,角膜成纤维细胞的 HGFmRNA 及HGFRmRNA 的
12、表达明显增强, 通过旁分泌作用于角膜上皮细胞, 促进角膜上皮损伤区边缘的细胞分裂迁移,在上皮损伤缺损的区域形成细胞层,进一步增殖形成一个正常的角膜上皮层,完成损伤后的修复。因此, 经旁分泌途径介导基质 上皮之间的相互作用在角膜上皮损伤的修复中起关键作用。相反，TGF 则抑制角膜基质纤维细胞HGF 的表达, 对上皮细胞的增生起负调控作用，这种正负调控对角膜细胞的生长和对创伤的反应形成一种网络调节，另外，Spix 等最近发现 HGF 先通过诱导上皮细胞上的表皮生长因子受体(EGFR)的转化，有了这个前提上皮组织的发生才会全面开始。 . HGF 与晶状体疾病 成人晶体无血管及神经组织支配,其在眼前节
13、的解剖位置表明晶体处于独特的调控环境中。晶体细胞的调控信号是通过房水为媒介进行传递的,即水分泌相互作用。角膜内皮细胞分泌的 HGF 经自分泌或旁分泌方式作用于自身或其它角膜细胞还可通过水分泌相互作用调节晶体上皮细胞的功能,使晶体上皮细胞与角膜内皮细胞发生联系，且已有相关体外实验研究表明随着 HGF诱导浓度的增加，人晶状体上皮细胞数量逐渐增多，尤其是 50 g/L 的 HGF 作用最明显，并证实了 HGFcmet 在晶状体上皮细胞的 mRNA 及蛋白表达，及在浓度升高的环境下对晶状体上皮细胞的促增殖、抑制凋亡(凋亡抑制因子 bcl2 增加)的作用 。由此推测，在正常生理状况下，晶状体上皮细胞能够
14、自分泌7HGFcmet，当手术或外伤时房水中及晶状体上皮细胞分泌HGFcmet 增加，导致晶状体上皮细胞增殖、移行至晶状体后囊膜，并发生纤维化，导致后囊膜混浊(PCO),产生后发性白内障，而目前体外实验也已发现利用一种蛋白酶抑制剂来遏制 PCO 的发生，而这种 PCO 模型由高浓度 HGF 来诱导建立的 。 . HGF 与青光眼 HGF 已在房水、玻璃体和泪液中测出。Nishimura 等研究发现玻璃体中 HGF 浓度比正常血浆中HGF 浓度高七倍, 且高于房水中 HGF 浓度。房水 HGF 浓度低于玻璃体浓度,可能是由于眼部前后稳态梯度或 HGF 从前房更迅速被清除造成的结果。Hu 等研究亦
15、发现房水 HGF 浓度明显高于血浆 HGF 浓度, 并且与血浆 HGF 浓度无明显相关性,说明眼内合成是HGF 浓度升高的主要原因。有研究表明,在青光眼的早期,前房水HGF 含量即增高, 但不随着病程的延长而更高,只是维持在一定稳定的水平,也支持 HGF 增高是对组织损伤的反应和与组织的修复有关。培养的人眼小梁细胞 HGF 和 cmet 的表达,证实培养的小梁细胞 S期的细胞明显增多且能够通过自分泌或旁分泌途径分泌HGF ，说明青光眼患者的房水 HGF 水平明显升高是反应性的,Wang 等的研究证明,HGF 能调节小梁细胞的增殖和代谢活动,能促进金属基质蛋白酶的生物学活性,能够改变小梁细胞合成
16、细胞外基质, 从而降低房水外引流的阻力, 意味着 HGF 能够促进房水的引流并能够降低眼压,这对青光眼十分有益。另外激光小梁成形术中激光对小梁细胞和细胞外基质起作用,同时 HGF 使细胞外基质成分改变,也8降低房水外引流阻力并增强小梁细胞外引流房水的功能。国内有研究将急性闭角型青光眼、慢性闭角型青光眼和开角型青光眼分组研究, 得出急性闭角型青光眼和慢性闭角型青光眼、开角型青光眼在发病程度、组织损害程度不一样,对房水 HGF 浓度的影响也不一样。小梁网对多种生长因子产生反应已得到证实,但它们如何改变青光眼患者眼内压尚需进一步阐明 。另外 HGF 刺激内皮细胞生长的作用比 bFGF、VEGF 强,是一种特异的促内皮细胞生长因子,在保护和调节内皮
