肝细胞生长因子在眼科疾病中的相关研究进展

2018-01-19樊淑红邹红缪晚虹

中国中医眼科杂志 2018年2期

樊淑红，邹红，缪晚虹

肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor,HGF）是一类具有多功能生物活性的细胞因子，能刺激多种上皮和内皮细胞进行有丝分裂运动，在组织的形成和修复，形态发生和肿瘤转移中发挥重要作用。近年来HGF在眼科疾病中的作用日益受到学者的关注，故本文就HGF和眼科疾病的研究进展综述如下。

1　HGF结构与功能

肝细胞生长因子由Nakamara等人[1]于1984年首次发现并命名，是从部分肝切除大鼠的血清成分中分离出的一种能刺激到原代培养的肝细胞生长与合成的肝源性因子，主要由间充质来源的细胞分泌和合成。HGF基因位于7q21染色体上，编码728个氨基酸，成熟的HGF是由二硫键连接分子量为69 kD的α链和34 kD的β链形成的异二聚体。由α链有一个N端和4个Kringle结构域，在α链的N端有一个由27个氨基酸组成的发夹样结构，是HGF发挥生物学效应的主要作用元件；而由88个氨基酸组成的Kringle结构域的空间取向对HGF分子与受体结合而言非常重要。β链包含一个丝氨酸蛋白酶样结构[2]，是HGF与其特定受体——细胞间质表皮转化因子（cellular-mesenchymal to epithelial transition factor,c-Met）的结合位点[3]。

c-Met是由原癌基因c-Met编码，具有磷酸化活性的跨膜受体。在不同类型的上皮、内皮细胞和造血祖细胞表达。c-Met具有促细胞增殖分裂，诱导刺激上皮细胞和成纤维细胞移行和运动的作用，且与多种癌基因产物和调节蛋白相关。它参与调节多种体内过程，如细胞信号转导、细胞骨架重建等，是调节细胞分裂、增殖和修复过程的一个重要因子[4]。HGF与其c-Met受体结合后酪氨酸残基自动磷酸化，引起酪氨酸激酶的活化，从而激活HGF/c-Met信号通路，诱导相应的生物学效应。

2　HGF生物学作用

HGF通过自分泌、旁分泌或内分泌的方式作用于肝细胞、肾小管上皮细胞等多种上皮源性细胞，诱导多种细胞有丝分裂、刺激细胞增殖运动、对抗细胞凋亡。参与调节许多生物过程，如促进血管内皮细胞增殖和新生血管形成，组织再生和修复，抑制炎症反应，保护神经[5]，抗纤维化作用，刺激癌细胞增殖、侵袭和转移，高浓度时还可抑制肿瘤细胞的生长[6]。

在眼科疾病中，HGF是一种修复性因子，其功能有：（1）HGF的生物作用不仅限于诱导细胞增殖和运动本身，还包括诸如促进眼部组织形态的发生[7]及促进细胞生长，诱导形态发生，刺激T细胞黏附至内皮和迁移，以及抑制内皮细胞凋亡。（2）不同的营养因子可促进视网膜神经节细胞的存活和再生，如睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）和脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BD-NF）。实验研究证明[8]HGF在支持神经节细胞存活和轴突再生方面具有明显优势。HGF及其受体在发育和成年哺乳动物的大脑中表达[9]，与CNTF或BDNF相比，HGF处理的视网膜中的小神经胶质细胞增殖延长。c-Met在神经节细胞和Müller细胞中表达，表明HGF可通过与神经元和神经胶质相互作用而具有神经保护作用。（3）HGF通过自分泌或旁分泌等途径调节作用于角膜、晶状体上皮细胞，维持其组织结构的完整性。（4）HGF在肿瘤发生发展中，具有促进肿瘤细胞增殖、侵袭、转移等生物学效应。有研究表明[10-11]，HGF可有效增强肿瘤细胞对凋亡诱导剂如顺铂和喜树碱的抵抗作用，同时HGF对血管紧张素II诱导的内皮细胞凋亡可发挥阻断作用。国内也有研究发现[6]，当HGF浓度降至20 ng·ml-1后无明显抗细胞凋亡作用，而50 ng·ml-1以上浓度的HGF才可以拮抗由VP-16诱导的细胞凋亡。其机制尚不明确。（5）在某些病理条件下，如增生性糖尿病视网膜病变、视网膜静脉阻塞，HGF参与了新生血管生成这一病理过程，动物实验发现[12]HGF可能通过直接激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Akt）和细胞外信号调节激酶（ERKs）独立于血管内皮生长因子（VEGF）诱导血管生成。HGF同时通过其自分泌、旁分泌途径[13]促进增殖膜上细胞分裂生长。

3　HGF及其受体与眼科疾病

3.1　角膜疾病

角膜是视觉系统的保护屏障和重要屈光介质，角膜由上皮层、前弹力层、基质层、后弹力层和内皮层组成。角膜的透明性是保障我们良好视力的前提[14]。但由于角膜解剖位置，其表面经常受到环境因素的影响，而一个完整的角膜上皮对保持良好视力及抵御眼部感染至关重要。健康的角膜上皮的伤口愈合相对较快。然而，持续的角膜损伤，会导致角膜愈合不良。克服延迟愈合需要增强上皮细胞增殖，而上皮的再生包括细胞外基质蛋白和生长因子等的参与，共同促进细胞黏附、迁移和扩散过程。为了应对损伤，细胞外基质和泪腺分泌一些生长因子，其中HGF已被证明参与角膜上皮细胞的新陈代谢。HGF受体激活磷脂酰肌醇-3激酶/丝氨酸-苏氨酸激酶（PI-3K/Akt）及ERK激酶信号[15-16]，发挥促进细胞分裂，调控细胞周期作用修复角膜上皮。实验研究[17]发现在某些化学损伤、紫外线辐射、病毒感染、低氧等诱导的角膜损伤动物模型及角膜损伤患者中，均可见泪液中HGF和c-Met表达明显增加，在角膜损伤期间，HGF主要由基质成纤维细胞分泌，并以旁分泌的方式作用于角膜上皮，促进伤口愈合。此外，角膜损伤修复过程中，若角膜上皮增生及基质成纤维细胞活化产生过多排列紊乱的胶原纤维，将会导致角膜纤维化。目前已证实[18]HGF具有抑制成纤维细胞生成，抗纤维化作用。丁月等[19]通过对准分子激光原位角膜磨镶术（LASIK）手术前后泪液中与 HGF含量的定量分析，发现LASIK术后泪液中HGF含量存在着一个由升高到降低的短期动态变化过程，这一结果提示由泪腺和角膜成纤维细胞分泌的HGF可能参与了LASIK术后角膜伤口愈合的早期过程，发挥了对角膜损伤反应中的上调作用，促进细胞分裂增殖及迁移等生物学效应作用。因此可以推测，HGF参与了角膜损伤与修复作用机制，并发挥重要的作用。

3.2　后发性白内障

Weng等[20]人使用逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）和蛋白质印迹技术在晶状体组织、晶状体上皮细胞中检测到c-Met和HGF-mRNA。目前已证实[21]HGF及其受体c-Met在晶状体组织及晶状体上皮细胞中均有表达。HGF结合其受体诱导刺激晶状体上皮细胞（LECs）增殖，可能是引起白内障术后最常见的后囊膜混浊（PCO）的主要原因。白内障术后剩余的晶状体上皮细胞保留在前囊上，诱导HGF释放，激活其受体并诱导 ERK和c-Jun氨基末端激酶/应激活化蛋白激酶（JNK/SAPK）以及磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K）的活化[22]，从而诱导细胞周期蛋白D1的表达，刺激LECs增殖造成后囊混浊。这些研究提示我们参与HGF刺激的增殖的这些信号传导途径可以成为PCO的潜在治疗靶点。

3.3　增殖性玻璃体视网膜病变

目前认为[23]肝细胞生长因子/分散因子（HGF/SF）的增加，是诱导视网膜色素上皮（RPE）迁移和增殖进入玻璃体腔并导致增生性玻璃体视网膜病变（PVR）发展重要细胞因子，并通过c-Met信号通路促进新生血管形成。有研究发现[24]c-Met在RPE细胞中高度表达，在视网膜脱离小鼠模型HGF/SF水平增加引发c-Met上调，然后增加RPE增殖和迁移。体外实验证明[25]，HGF及其受体c-Met、成纤维细胞特异蛋白-1（fibroblast-specific protein 1,FSP-1）等其它细胞因子可在RPE细胞中表达，外源性HGF破坏了RPE细胞间连接的完整性，促细胞增生、迁移，促使细胞表型向成纤维细胞表型转化，从而参与了PVR病理过程。国内研究者[26]亦在视网膜脱离（RD）患者血清、玻璃体液和或伴有PVR视网膜前膜中发现HGF及其受体，随着PVR病程进展，玻璃体内HGF浓度逐渐升高。Yu Jung Chen等[27]研究发现表皮生长因子（EGF）和HGF受体通过激活蛋白激酶C（protein kinase C,PKC）活化和ERK磷酸化两条途径诱导RPE细胞迁移，并且这两种生长因子具有协同作用，即不仅可以被每个自身配体激活，而且可以被异源配体交叉激活，从而增强信号传导和细胞迁移。但其潜在机制目前尚不完全清楚。除此之外，PKCδ（PKC同工酶）能够反式激活c-Met和EGF受体，介导PVR相关病理过程的信号转导，或许PKCδ可作为基因治疗预防PVR的更具体的靶点；microRNA-182（miR-182）[28]表达的变化可以影响HGF及其受体所诱导的RPE增殖和迁移这一病理过程，可以通过上调miR-182与PVR组织中的c-Met下调来抑制RPE细胞增殖和迁移，为PVR治疗提供新的靶点和选择。

3.4　眼部肿瘤

近代研究[29]认为来源于癌相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblast,CAF）的HGF，是侵袭性和转移性肿瘤行为的重要触发因素。HGF在肿瘤细胞上激活其同源受体c-Met而促成肿瘤微环境。肿瘤细胞分泌生长因子，上调CAF中HGF的产生，从而促进肿瘤的发生发展。研究显示[30]，通过建立抗HGF和抗c-Met模型治疗，HGF/c-Met轴的破坏可以减少肿瘤的侵袭和生长，从而为抑制肿瘤发展提供新的临床途径。Topcu-Yilmaz P等[31]实验发现，在人和自发性葡萄膜黑色素瘤的动物模型中，HGF的过度表达可以激活RAS信号转导途径结合受体c-Met促进皮肤黑素生成。在葡萄膜黑色素瘤中，c-Met参与调节黑色素瘤的基因表达，其表达增高可增加肿瘤转移风险，此外，细胞周期蛋白依赖性激酶4（CDK4）[32]在功能上使肿瘤抑制基因p16/INK4a失活，从而促进黑素瘤发育。最新研究[33]还发现，miR-182在肿瘤发生和发展中起关键作用。miR-182可抑制HGF诱导的肺癌细胞迁移，侵袭和上皮间质转化（Epithelial-mesenchymal transition,EMT）。另外，血管的发生也是肿瘤形成和维持非常重要的因素。近年发现[34-35]，HGF和VEGF对血管内皮细胞增殖和毛细血管形成均有明显的促进作用，二者联合应用对肿瘤血管形成有协同作用。此外，HGF可能具有刺激血管内皮细胞产生VEGF的作用从而刺激肿瘤生长、转移等，但高浓度时还可抑制肿瘤细胞的生长。同时，HGF及其受体在视网膜母细胞瘤[36]、血管瘤[37]、眼眶横纹肌肉瘤[38]等肿瘤组织中亦有表达。

3.5　其他

HGF可能与近视形成有关。Western blotting研究[39]HGF的表达，结果发现对照组巩膜成纤维细胞中HGF蛋白表达量低，凹透镜成功诱导的近视豚鼠巩膜成纤维细胞HGF蛋白表达增加，与基质金属蛋白酶-2（MMP-2）表达趋势相同。由此推测HGF可能参与调节巩膜正常生理功能。另有研究发现[40]，HGF及其受体在翼状胬肉组织也有表达，均在鳞状上皮细胞层的基底细胞表达最强，提示HGF与翼状胬肉的生成发展可能相关。除此之外，王书华[41]采用双抗体夹心法酶联免疫吸附试验（ELISA）测定三种类型青光眼患者房水中的HGF浓度并与单纯白内障患者相比较，结果表明：三种青光眼组房水HGF浓度均高于白内障组，有统计学意义的差异（P＜0.05），但慢性闭角型青光眼组与开角型青光眼组比较差异没有统计学意义（P=0.815）；而急性闭角型青光眼组与其他两组青光眼组比较差异明显（P＜0.01），故推测HGF可能与青光眼发病后的组织损伤有关。