血小板衍生因子A 的生理功能研究进展

吴子贤，李蕴华，张 斌，张 军，赵艳红，刘佳森

（1. 内蒙古自治区农牧业科学院畜牧研究所， 内蒙古 呼和浩特 010031；2. 武川县家畜改良站， 内蒙古 武川011700；3.鄂尔多斯市杭锦旗动物疫病预防控制中心，内蒙古 杭锦旗 017400；4.内蒙古农业大学动物科学学院/内蒙古自治区动物遗传育种与繁殖重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010018）

血小板衍生因子A （platele-derived growth factor A，PDGFA）是结缔组织细胞和某些其他细胞类型的主要促分裂原［1］。 它对细胞生长、增殖和分化至关重要，且诱导并维持毛囊的生长期。PDGFA是二聚体分子，由二硫键连接结构相似的-A 和-B多肽链组成，与同源二聚体和异聚体结合的PDGF同种型， 通过结合并激活两个结构相关的蛋白酪氨酸激酶受体（α 受体与β 受体），发挥它们的细胞效应。 而PDGF 受体的激活刺激了细胞生长，导致细胞形态和动力的变化。 PDGFA 诱导肌动蛋白系统的重组并刺激趋化性， 即定向细胞向PDGFA梯度的运动。 体内PDGFA 在胚胎发育、细胞分化以及伤口愈合期间具有重要的作用。 笔者从PDGFA 的发现与结构方面，阐述在不同信号通路中PDGFA 的表达情况，以及在皮肤、肺和绒毛生长中的影响，为进一步研究和验证PDGFA 的生理功能提供理论依据。

1 PDGFA 的发现

PDGF 于20 世纪70 年代首次被发现，是一种在多种细胞类型中产生的有效有丝分裂原的肽类调节因子，对细胞生长、增殖和分化具有重要的作用［2］。 此外，PDGF 在胚胎发育期间很活跃，在胚胎组织如性腺、肺、肾、肠、脑和皮肤中均有表达。 该家族的成员是由4 条多肽链组成的二聚糖蛋白，分别由PDGFA、PDGFB、PDGFC 和PDGFD 4 个基因编码，PDGFA 被较早发现，1974 年PDGFA 的互补基因首次从人的胶质母细胞瘤基因文库中分离出来，发现其自血小板中释放，是血小板A 颗粒的组成部分，这也是其名称的由来［3］。 PDGFA主要在表皮细胞、肌细胞、神经元前体中起到调节作用，被认为有助于毛发周期中的高频再生［4］。

2 PDGFA 的结构

血小板衍生生长因子（PDGF）是由4 种基因产物（PDGFA～PDGFD）构成的家族，通过两种受体酪氨酸激酶PDGF-α 和PDGF-β （platele-derived growth factor-α/platele-derived growth factor-β，PDGF-α/PDGF-β）起作用。PDGF 需要与细胞膜上的受体结合才能发挥生物学效应，PDGFA 具有稳定结构， 典型的生长因子结构域参与两个亚基的二聚化、受体结合与激活［5］。 可通过选择性剪接，被翻译成带有或不带有保留亚基的氨基酸。 而两种同工型氨基酸都可以与PDGF-α 结合并激活其活性，最多可形成196 个多肽［6］。PDGFA 是前肽二硫键连接形成的二聚体， 该二聚体包含可被弗林蛋白酶去除的氮末端， 而其氮末端决定能否与PDGFA 受体结合成功［7］。

3 PDGFA 的表达通路

毛囊形态发生依赖于无翼型MMTV 家族-Wnt （Wingless-Type MMTV Integration Site Family）、音猬因子-SHH（Sonic Hedgehog）、骨形态发生蛋白-BMP（Bone Morphogenetic Protein）等基因通路，在上皮细胞与间充质细胞之间相互作用。 Wnt信号通路在毛囊诱导过程中起重要作用，SHH 参与形态发生和晚期分化， 而BMP 参与细胞分化。毛囊形态发生的大致阶段分为： 初始信号诱导表皮形成毛芽， 毛芽释放信号因子聚集真皮纤维原细胞形成毛乳头， 毛乳头细胞再释放第二种信号刺激上皮细胞增生，分化形成完整的毛囊结构。而PDGFA 为必需的串扰信号主要作用于毛乳头的上皮。

3.1 PDGFA 与Wnt 信号通路

Wnt信号通路是广泛存在于多细胞真核生物中的一条高度保守的通路，它可调节细胞的增殖、分化，维持细胞的活性，影响细胞的迁移。 近年来研究显示，Wnt通路与毛囊的形态发生与生长密切相关。 常子丽等［8］研究表明，Wnt 通路是毛囊形成必不可少的条件， 通过减少Wnt 通路中PDGFA的受体数量，PDGFA 表达受到抑制，导致毛囊、真皮凝结物形成也受到抑制。 Fu 等［9］研究证明，PDGFA 作为诱导因子之一，在表皮的Wnt通路中表达，并调节表皮—真皮间信号，控制毛囊生长信号。 Gustafson 等［10］在Wnt的诱导与抑制剂研究中发现，PDGFA 对Wnt通路表达有诱导作用。 Olsen等［11］研究显示， 在血管生成过程中，Wnt信号与PDGFA 信号相互作用，可促进血管形成。 上述研究证明， 在毛囊生长过程中，PDGFA 具有诱导毛囊生长的作用。

3.2 PDGFA 与SHH 信号通路

音猬因子（Sonic Hedgehog，SHH）是Hedgehog family 家族主要成员。Zeng 等［12］研究发现，PDGFA促进血管平滑肌细胞中SHH 的表达。Mcgowan 等［13］研究表明，PDGFA 与SHH 在肺泡间隔形成期间可导致肺纤维化。 Zhang 等［14］在敲除小鼠的SHH后发现，由于hedgehog 信号通路的抑制，导致宫颈癌细胞上皮—间质的转化受阻且PDGFA 的表达量下降。 而在小鼠背部皮肤注射PDGFA 后，SHH表达量上升， 表明PDGFA 的表达与SHH 有着紧密联系［15］。

3.3 PDGFA 与BMP 信号通路

骨形态发生蛋白（BMP）是一组信号分子，属于转化生长因子-β（TGF-β）家族，最初在胚胎中发现BMP具有诱导骨形成的能力， 随着研究的深入，BMP的作用相继被揭示［16］。 Bayer 等［17］使用三维模型， 探索PDGFA 与BMP在间充质细胞和上皮细胞间的共营养物的传送模式， 发现PDGFA、BMP 的递增导致相关血管组织形成的增加。Demirtas 等［18］利用信号因子的互相作用完成了骨组织复原工程，PDGFA 发挥着加速损伤骨组织再生的重要作用。众所周知，骨再生是一个极其复杂的生物学过程， 在血管和骨生成时，PDGFA 的受体PDGF-α 被 大量 消耗［19］，说明PDGFA 对BMP的表达起到至关重要的作用。

4 PDGFA 的功能

4.1 PDGFA 在皮肤中的作用

皮肤在生长和维持过程中都需要细胞群的自我更新、 增殖和分化。 Rivera-gonzalez 等［20］与Cappellano 等［21］在设定的小鼠模型上调节皮肤中PDGFA/AKT，在毛发生长期真皮中的动态脂肪形成研究发现，PDGFA 激活AKT 信号， 以刺激脂肪细胞形成。Horikawa 等［2］在成年小鼠（α-KO 小鼠）中全身灭活PDGFA 基因， 与未处理的对照小鼠（Flox 小鼠）相比，成纤维细胞显著减少，巨噬细胞无显著差异。Kamp 等［22］通过观察PDGF 受体的表达， 观察间充质中真皮乳头细胞和上皮细胞的形成， 明晰了PDGFA 参与其调控。 Eming 等［23］将PDGFA 应用于皮肤移植手术发现，PDGFA 分泌蛋白对皮肤移植伤口愈合影响明显。研究发现，毛囊生长周期与下层脂肪细胞层厚度变化一致， 这与PDGFA 的影响具有一定的联系［24］，由此推断脂肪细胞与表皮细胞生长受PDGFA 调控。

4.2 PDGFA 在肺部的作用

在哺乳动物中， 肺部发育主要分为两个重要阶段，即分支阶段和肺泡分化阶段。肺泡发育中涉及多种信号通路的参与，随着机体的衰老，信号通路改变且与各种肺病相关。 Betsholtz 等［25］研究表明， 在敲除PDGFA 的小鼠中肺泡间隔形成失败，引起肺泡囊不会分割肺泡，小鼠缺失PDGFA 后肺泡形成异常（见图1）。 在另一项研究中，利用肺上皮细胞中PDGFA 基因过表达的转基因小鼠进行试验，引起PDGFA 阳性细胞的过度生长以及对囊状分化的抑制。 这些结果表明，PDGFA 是胚胎发育中肺中间充质细胞的有效生长因子， 并且在妊娠晚期， 从肺小管过渡到肺囊的过程， 需要肺部PDGFA 表达受到抑制［26］。 近些年出现一种肺部纤维化病变（IPF），又称硬化病、硬皮病，已成为肺部疾病的研究热点。其致病原因显示，由于肺泡分化功能衰减，造成气体交换减少，导致呼吸衰竭直至肺全部纤维化。具体病因尚未知晓，现今研究推测可能与年龄或遗传相关［27］。 但Gouveia 等［28］的研究中证实，PDGFA 在胚胎的肺上皮细胞中表达，在成体中却在未分化的上皮细胞中表达。 这表示PDGFA 对肺泡形成具有至关重要的作用，或许在将来可能是治疗硬皮病的突破口。

图1 小鼠野生型肺泡（左）与PDGFA 缺失肺泡（右）外视图及横截图［25］

4.3 PDGFA 与绒毛生长

毛囊虽为小型器官， 但却是皮肤重要的组成部分， 构成了保护哺乳动物免受外部干扰的物理屏障。 其生成需要表皮—间充质和毛囊的特化衍生物以及毛基板、毛芽、毛钉和真皮凝结物、真皮乳头之间的逐步信号传导的相互作用，毛囊发育始于早期表皮大量细胞增殖堆积而生成基板［29］，随后产生真皮凝结物， 向下延伸并形成初级毛囊结构。 Karlsson 等［30］研究发现，PDGFA/PDGF-α 信号传导在小肠绒毛生长期间， 确保了小肠绒毛的真皮细胞生成， 而在实验小鼠体内敲除PDGFA后，与野生体小鼠进行对比，结果显示，实验组出现更薄的真皮和畸形的毛囊，真皮乳头更小，异常的真皮鞘和更薄的毛发［31］，说明PDGFA 能促进上皮细胞的增殖和分化， 真皮乳头细胞的形成和毛囊的早期发育与毛囊形态发生均依赖PDGFA 的作用。Masahiro 等［32］证明，PDGFA 与FGF2（成纤维细胞生长因子2） 协同作用于真皮乳头维持细胞的增殖并诱导毛囊生成。 在Irene 等［33］的研究中，对山羊PDGFA 和PDGF 受体α（PDGFRα）进行免疫组化研究蛋白定位， 在毛囊外根鞘的基底层中观察到PDGFA 蛋白被免疫染色，PDGFA 被确认为毛囊干细胞的激活剂。这进一步表明PDGFA 在毛囊形成过程中，是毛乳头细胞簇形成的诱发基因，对毛囊生成有着重要的意义。

绒山羊作为异质双重毛被类型，分为有髓质的粗毛和无髓质的绒毛，根据其发生的早晚又划分为初级毛囊与次级毛囊，其特有的绒毛为动物生产中经济价值的体现，成为绒山羊育种中的主要研究热点。 在初级毛囊发育成熟后，次级毛囊依附初级毛囊生长发育，且有季节性周期，次级毛囊经历生长期（4—11 月）、退行期（12—翌年1月）、休止期（2—3 月）3 个时期，随着季节更替，毛囊形态发生变化［34］。 在生长期中上皮乳头细胞起到关键作用，其诱导信号的不断刺激，导致毛囊上皮细胞的增殖分化而形成绒毛。 Eming 等［23］通过在每个时期体外注射PDGFA 透明质酸到小鼠背部皮肤中，连续注射5 d，之后通过提取皮肤RNA 的实时荧光定量PCR 显示， 毛囊生长相关信号表达有所提高，证明PDGFA 在毛囊生长期有诱导作用。哺乳动物伤口愈合一般是一个纤维化过程，但没有毛囊生成，Lim 等［35］通过对小鼠皮肤造成伤害， 激活PDGFA、SHH、Wnt 有助于真皮乳头细胞形成。Zhang 等［36］在成人体内研究毛囊生长周期发现，SHH 直接作用于脂肪前体细胞，脂肪前体细胞堆积形成真皮乳头细胞，Wnt 信号传导可诱发毛基板形成，信号通路中PDGFA 受体被大量消耗，说明PDGFA 有诱导Wnt 信号发生的作用。

5 总结

对绒山羊次级毛囊影响的研究不仅有助于绒毛产业，而且对于当今解决人的脱发、毛囊炎等热门问题提供科学依据，因此，研究毛囊调控机制对毛囊的生长发育具有必要性。在PDGFA 对细胞有丝分裂原的诱导作用下， 通过Wnt、SHH、BMP 等信号通路， 在身体各部位形成错综复杂的信号网络，共同维持细胞稳态。 大量实验证明，PDGFA 在其微量调控下，对胚胎发育、器官形成、伤口愈合以及毛囊发育都有重要作用。