角质形成细胞生长因子的研究进展

郝晓艳　郭树忠

角质形成细胞生长因子(keratinocyte growth factor,KGF)是由间质细胞分泌的，通过旁分泌途径刺激上皮增殖的细胞因子。研究表明KGF在组织修复过程中发挥着很重要的作用，这些作用主要是KGF通过加强上皮屏障功能完成，包括促进细胞的增殖、迁移、分化、存活等。重组人角质形成细胞生长因子Palifermin已由FDA批准用于治疗放化疗导致的严重口腔粘膜炎。本文将对KGF的生物学特性、表达调控、生物学功能、及重组KGF的研究和应用进行讨论。

1KGF的生物学特性

角质形成细胞生长因子（KGF）是1989 年由Rubin 等[1]首先从人胚胎肺成纤维细胞的生长培养液中分离出来的单链多肽，分子量为26～28 kDa。KGF 的cDNA 编码194个氨基酸，包含一分泌所需的信号肽和N端的糖基化位点。重组人KGF（recombinant human KGF,rhKGF）在细菌中表达时，产生分子量21kDa的活性蛋白，rhKGF与天然的KGF分子量的差异主要是因为哺乳动物中表达的KGF进行了糖基化修饰，但这种翻译后的修饰对于其生物活性不是必需的，而且rhKGF的活性约是从成纤维细胞培养液中分离得到的天然KGF的10倍。基因序列分析表明KGF从属于成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)家族,也称FGF7。KGF与FGF1、FGF2相比，同源序列大约位于KGF编码区羧基端的2/3处。在这个同源序列区，KGF与其它成纤维细胞生长因子家族成员约有30%～45%的同源性。除人胚胎肺成纤维细胞表达KGF外，很多组织的间质细胞都可表达KGF，比如成年人的肺、皮肤、乳腺、胃、膀胱及前列腺等。最先一直认为上皮细胞不表达KGF,后来的一些实验证实KGF除主要表达于间质细胞外，一些上皮细胞也可表达KGF,如猪子宫内膜上皮、培养的牛卵巢上皮、及晶状体上皮细胞。此外皮肤、胃肠道、阴道内活化的细胞也可表达KGF，而内皮内或淋巴结内的细胞和细胞均检测不到KGF的表达，而从胸腺分离的T细胞可表达KGF，CD3-、CD4－、CD8－的胸腺细胞未检测出表达KGF，但CD4+、CD8+的胸腺细胞可表达KGF[2]。血管平滑肌细胞如猴子宫螺旋动脉平滑肌细胞、培养的人隐静脉、髂动脉平滑肌细胞也可表达有活性的KGF。KGF在黑色素细胞和黑色素瘤细胞内也可表达。KGF可作用于鼠上皮细胞、人乳腺上皮细胞、猴气管上皮细胞、人角质细胞、鼠和人前列腺上皮细胞、鼠肝细胞、2型肺泡细胞、角膜上皮细胞和牛卵巢颗粒细胞。KFG对成纤维细胞、静脉内皮细胞，黑色素细胞没有作用。一直以来认为KGF与其他FGF不同的是KGF的靶细胞仅为上皮细胞，但后来发现也可促进角膜及小血管内皮细胞的增殖，而在这些细胞不能检测到其特异性受体FGF2b的表达，所以KGF是否是通过其他高亲和受体作用于血管内皮，还有待进一步研究。

2KGF表达的调控

巨噬细胞和多形核粒细胞分泌大量的致炎因子IL-1和IL-6，IL-1和IL-6能促进成纤维细胞内KGF基因的转录和蛋白的合成。角质细胞本身分泌IL-1通过c-Jun和c-JunB转录因子刺激成纤维细胞表达KGF和GM-CSF，然后KGF和GM-CSF通过旁分泌的方式刺激角质细胞增值和分化[3]。角质细胞分泌的甲状旁腺激素相关蛋白也可刺激成纤维细胞表达KGF，然后KGF又通过旁分泌的方式促进角质细胞的增殖和分化。局部出血导致血小板浸润，释放一系列生长因子，包括血小板源衍生生长因子(PDGF)和表皮生长因子，后者又刺激成纤维细胞表达KGF，通过KGF脂质体转染鼠急性伤口发现PDGF表达水平与对照组相比没有变化，这也进一步证实了PDGF在组织损伤修复过程中位于KGF信号的上游[4]。此外TNF- 也可刺激成纤维细胞表达KGF。性甾体类激素可通过作用于间质细胞，使KGF的表达量上调来影响精囊、前列腺、子宫内膜的上皮，雄激素刺激成年鼠前列腺的间质细胞表达KGF，也可刺激正常人前列腺间质细胞表达FGF-10，黄体酮和雌激素也能使KGF表达上调。糖皮质激素对KGF的表达起负性调节作用，地塞米松可减少KGF基因的转录以及减弱KGF转录产物的稳定性。

3KGF的生物学功能

KGF表达量上调见于鼠和人全层皮肤损伤、膀胱手术损伤、化疗药物导致的肝损伤、新生兔缺氧性肺损伤、博来霉素导致的急性肺损伤，人炎症性肠病以及银屑病。而在所有这些疾病中，上皮细胞均表达了KGF的特异性受体FGFR2b，这就提示KGF参与了各种上皮的保护和修复过程。KGF脂质体转染鼠急性伤口后再上皮化加速、胰岛素样生长因子Ⅰ(IGF-Ⅰ)、KGF、FGF、VEGF和Ⅳ型胶原表达增加。Jeschke等[5]也证实了这一结果，并且发现IGF-1和KGFcDNA共转染后VEGF表达量高于单一转染，血管新生作用也可增强。KGF脂质体转染后PDGF的表达无差异，而 转化生长因子的表达减少( GF-)，已知PDGF与伤口周围早期炎症反应有关，TGF- 可促进Ⅰ型胶原的合成，从而导致瘢痕的发生。所以KGFcDNA治疗促进再上皮化但同时即不加重炎症反应也不促进瘢痕形成。

促有丝分裂作用：KGF可促进细胞DNA的合成，如人和鼠角质细胞、猴支气管上皮细胞、人和鼠前列腺上皮细胞，鼠肝细胞、Ⅱ型肺泡细胞、角膜上皮细胞和牛卵巢颗粒细胞。已经发现一些基因与KGF的促有丝分裂作用相关，如c-myc、c-fos，这二者是多种细胞分化所必需的最初应答基因。除此之外，还发现一些调控核酸合成的关键酶的基因，如腺苷酸琥珀酸裂解酶，以及嘌呤从头合成和旁路合成的相关酶，添加KGF后，这些酶在HaCaT角质细胞的表达上调，提示KGF与核酸的合成有关，为DNA的复制和RNA的合成提供足够原料。另一个通过RT-PCR发现与KGF促进DNA合成有关的基因是与酵母同源的CHL-1基因，这个基因编码能使染色体分离的解螺旋酶。而且KGF 可诱导角质细胞表达 转化生长因子(TGF-，后者是另一种上皮促有丝分裂源，这就放大了KGF促上皮细胞的有丝分裂作用。

促进细胞迁移作用：KGF可通过剂量依赖性促进正常人角质细胞的迁移，该作用可被KGF中和抗体抑制。KGF作用于角质细胞使得角质细胞对胶原和纤维连接蛋白的粘附能力增强，这便有利于角质细胞在这些基质上的迁移。KGF在体外实验中也可诱导Ⅱ型肺泡细胞的迁移。在再上皮化过程中，角质细胞先脱离基底膜然后开始迁移，再上皮化过程还需降解伤口周围的凝血块、真皮及肉芽组织。多种基质金属蛋白酶(MMP)参与了这一过程。KGF可促进角质细胞合成MMP-1，KGF也可直接诱导MMP-9、MMP-10、MMP-13以及尿激酶型纤维蛋白溶解酶原激活质。这些提示KGF调控着伤口愈合组织重塑过程中酶的表达[6]。

调控细胞分化作用：KGF通过诱导角质细胞终末分化的标记分子来促进角质细胞的分化，如诱导整合素的表达，延迟角蛋白和转谷氨酰胺酶的表达。GF也可影响肺上皮细胞的分化，在肺受到损伤后，Ⅱ型肺泡细胞分化成Ⅰ型肺泡细胞参与气体交换。Ⅱ型肺泡细胞与KGF一同培养时，可长时间保持Ⅱ型肺泡细胞的形态，诱导成Ⅰ型肺泡细胞的时间也延长，Qiao等[7]进一步发现KGF通过激活c-Jun转录因子来维持Ⅱ型肺泡细胞形态。重组KGF可诱导胃肠道内分泌粘蛋白的杯状细胞的分化。KGF也可促进胰腺外分泌细胞分化成导管上皮细胞。

3.4 抗调亡作用：KGF可使放线菌D和肿瘤坏死因子TNF诱导的肝细胞凋亡减少。在全肠外营养的小鼠模型，胃肠道上皮细胞发生严重凋亡，给予KGF后可减少细胞凋亡以及增加抗凋亡蛋白Bal-2的表达[8]。在肺，KGF不仅刺激Ⅱ型肺泡细胞增殖，同时维持其形态，防止其凋亡以及分化成Ⅰ型肺泡细胞。KGF也可抑制缺氧诱导的肺上皮细胞发生凋亡，可能是通过抑制凋亡介导分子的表达，如p53、p21、Bax和Bcl-x。上文提到黄体酮可刺激KGF的表达，Slayden等[9]发现外源的KGF可抑制黄体期基底层细胞的凋亡，这对螺旋动脉的营养供给起重要影响。

3.5细胞保护作用：损伤使得KGF大量表达，并参与损伤组织的修复过程。而且KGF对外源致伤因子可能造成的细胞损伤具有防护作用。外源KGF可减轻高氧造成的肺损伤。氧化应激最早效应是细胞DNA链的断裂，这将导致细胞发生凋亡或坏死。体外实验证实KGF可减少高氧导致的A549肺泡上皮细胞DNA链的断裂。KGF也可防止体内缺氧诱导的肺上皮细胞死亡，它通过激活抗凋亡S6激酶、Akt信号旁路[10]。KGF可诱导角质形成细胞内Nrf-2转化因子的表达，而后者调控多种酶的表达，而这些酶对活性氧(ROS)具有解毒功能,皮肤损伤后巨噬细胞和中性粒细胞表达ROS水平很高，主要是防御入侵的细菌，但是ROS也破坏临近细胞。因此KGF有效的细胞保护作用是通过加强对活性氧的解毒功能而实现的[11]。此外KGF也可同UVB一样通过激活KGFR并诱导角质形成细胞发生内化，从而介导黑色素颗粒从黑色素细胞转移到角质形成细胞，保护皮肤免于UVB的损伤[12]。

4重组KGF(rKGF)的研究

重组人角质形成细胞生长因子Palifermin已由FDA批准用于治疗放化疗导致的严重口腔粘膜炎，这就需要大量具有生物活性的rhKGF，但是rhKGF在细菌内的产出率很低，有时甚至很难检测到。研究者利用各种载体和宿主菌的多种不同的组合方式来表达KGF，以及尝试KGF与谷胱甘肽(GST)融合表达，这虽然提高了KGF的表达量到3.2mg/L/OD600，但仍不及用同样方法表达的FGF1、FGF2、FGF10的产量的1/10。后来研究者在培养基中加入10～100mM氯化镁后，发现氯化镁的用量在30mM时，GST-KGF融合蛋白在BL21(DE3)pLysS菌株的表达量最大，可达到17mg/L/OD600，而且氯化镁的这种作用具有菌株特异性，氯化镁不能提高在BL21(DE3)和DH5 菌株表达KGF的产量[13]。国内游力[14]等应用RT-PCR技术，扩增出KGFcDNA基因，在大肠杆菌表达系统中经IPTG诱导表达，重组蛋白约占菌体蛋白10％。

5临床应用

重组人角质形成细胞生长因子(palifermin)2004年由美国FDA批准用于治疗白血病患者高剂量化疗或者联合放疗导致的严重口腔粘膜炎，商品名Kepivance。Palifermin为静脉注射剂，在抗癌治疗开始前后连续三天给药，化疗前后24h停药，给药剂量每天60mg/kg。Palifermin能减轻粘膜炎的严重程度和减少它的持续时间。Ellison等[15]通过实验发现palifermin不光通过对上皮细胞的保护作用改善粘膜炎，而且可通过免疫调节作用来减少急性移植物抗宿主病的发生。

6总结与展望

KGF是一种多功能的生长因子，通过促进细胞的增殖、迁移、分化、存活、DNA修复以及诱导对活性氧具有解毒功能的酶的表达来加强上皮功能，从而保护上皮免于毒性物质的损伤。但KGF的生物学性质尚未全部了解，KGF主要通过与受体结合发挥生物学功能，但在有的病理生理过程中，KGF表达的上调并不伴随其受体的表达上调，提示KGF是不是通过其它途径发挥作用还有待进一步研究。Palifermin是首个应用的改善放化疗导致的严重口腔粘膜炎的药物，随着KGF作用机制的研究进展，相信KGF的临床应用范围会更加广泛。

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[收稿日期]2008-10-22[修回日期]2008-12-28

编辑/张惠娟