成纤维细胞生长因子10功能及与人类肺部疾病相关性的研究进展

彭雨婷，程警霈，刘 杰，魏盈盈，王烈峰

（1. 赣南医学院2019级硕士研究生；2. 赣南医学院2020级硕士研究生；3. 赣南医学院2021级硕士研究生；4. 赣南医学院基础医学院，江西 赣州 341000）

成纤维细胞生长因子（Fibroblast growth factors，FGF）是多肽生长因子家族中的一员，主要由23 个家族成员组成，分子大小为17 kDa～34 kDa，各成员之间的氨基酸序列具有高度同源性［1-2］。成纤维细胞生长因子又称肝素结合蛋白，是一种肝素结合蛋白有丝分裂因子，与细胞膜表面硫酸肝脂素具有强大的亲和力，结合后可激活细胞表面的FGF 受体从而级联活化胞内相关信号通路，参与细胞的增殖、迁徙、分化，同时与某些疾病的发生发展相关。碱性成纤维细胞生长因子（Basic fibroblast growth factor，bFGF）和酸性成纤维细胞生长因子（Acid fibroblast growth factor，aFGF）是发现最早的生长因子，随着基因工程技术的发展，又陆续发现了FGF8、FGF9、FGF10、FGF21 等20 余种成纤维细胞生长因子。FGF10 与角质形成生长因子（成胚细胞生长因子7）高度同源，它能旁分泌激活胞内信号通路，参与胚胎发育、细胞生长、形态发生、组织修复、肿瘤生长及侵袭等多种生命活动［3］。

1 FGF10概况

1. 1 FGF10 的分子结构FGF10 是成纤维细胞生长因子家族的新成员，1996 年通过同源聚合酶链反应技术从大鼠胚胎中被鉴定出来［4］。FGF10 由215个氨基酸组成，分子量为19. 2 kDa，编码基因位于5p12 区域，是具有保守氨基酸序列的碱性蛋白质，由于FGF10 在结构和生物活性方面与FGF7 具有高度同源性，因此又称为角质生长因子2［5］，隶属于FGF7亚家族。

1. 2 FGF10 的分子机制成纤维细胞生长因子在发挥生物学作用时，主要通过结合并活化细胞膜上相应的特异性受体并选择性激活PI3K/Akt、JAK/STAT、PLCγ、MAPK-ERK 四条胞内主要的信号通路。FGFRs 由三个胞外免疫球蛋白结构域和一个胞内酪氨酸激酶结构域组成，是一种跨膜受体酪氨酸激酶。在22种成纤维细胞生长因子受体中，目前研究较为透彻的是FGFR1-4，由于存在选择性剪接，因此从FGFR1-4又产生出其他7种不同的FGFRs蛋白（如FGFRs 1b，1c，2b，2c，3b，3c和4），这些受体通过与相应FGFs 特异性结合而被活化［6-7］。FGFR2 编码基因位于染色体10q26 区域，有FGFR2b 和FGFR2c 两种不同的亚型［8］，FGFR2b 是FGF10 的特异性结合受体，FGF10 通过活化胞膜上的FGFR2b启动胞质内酪氨酸激酶结构域，可选择性活化上述四条信号通路发挥其生物学功能［9］。

2 FGF10的功能

2. 1 参与四肢形成与发育肢体发育需要成纤维细胞生长因子介导的上皮-间充质信号转化［10］。有研究表明，FGF10 对于早期肢芽或异位肢体的形成是不可或缺的［11］。GROS J等［12］发现间充质肢体祖细胞来源于上皮-间充质转化，而这种转化主要受到Tbx5 和FGF10 基因调控，且将FGF10 同绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein，GFP）通过电穿孔技术转至鸡胚内36 h后发现，FGF10可诱导肢体肿胀，启动异位肢体形成。而此前更早的研究也证实敲除FGF10基因后，虽形成肢芽，但肢芽发育严重迟缓［13］。由此可见，FGF10 在四肢发育中起着重要的作用。

2. 2 介导腺体发育（泪腺、唾液腺、胰腺）泪腺缺失或发育不全会引起眼部过敏、复发性眼部感染和溢液等症状。泪腺的形成与发育离不开FGF10 的参与，FGF10 是泪腺形成的重要诱导信号，可与FGFR2b 相互作用诱导泪芽生长［14］。ZHENG W J等［15］通过给健康的新西兰雌兔滴加FGF10 眼药水发现在治疗后3 天和7 天泪河高度（Tear meniscus height，TMH）和泪河面积（Tear meniscus area，TMA）均高于PBS组，在治疗第7天时，角膜荧光素减少，损伤的上皮细胞得到修复，角膜上皮细胞Muc1 mRNA表达有所上调。此后，GARG A 等［16］认为FGF10 信号在诱导泪腺出芽中具有重要作用，且FGF10 表达缺失是神经嵴Shp2突变体泪腺发育不全的原因，随后通过体内外实验证明，FGF-Shp2-Alx4-FGF10 轴可调控神经嵴和泪腺的发育。唾液腺发育不全会导致口干、口腔炎症、龋齿和牙齿侵蚀，FGF10 不仅可调控泪腺发育，在唾液腺的发生与形成中也发挥着核心作用，它主要通过引导唾液腺上皮细胞向下生长促进唾液腺的形成与发育。

胰腺是控制能量消耗和代谢的重要器官，胚胎期胰腺发育不全可能会导致出生后患上免疫系统疾病［17］。而胚胎期胰腺的发育同样受到相关生长因子及其受体的调控，早期相关研究指出，FGF10及其配体FGFR2b 在早期胰腺的发育过程中具有重要的调控作用，两者的缺陷均会导致胰腺的发育或功能受到不同程度的损伤［18-19］。KAYALI A G 等［18］通过分析Fgfr2b-/-小鼠的表型确定Fgfr2b在胰腺发育中的作用。他们发现，在胚胎发育过程中，Fgfr2b-/-胚胎的胰腺与野生型相比较小，胰腺导管分支和导管细胞增殖减少，但外分泌和内分泌胰腺分化都相对正常。在胰腺发育过程中，外源性FGF10 功能的发挥主要是通过活化MAPK及PI3K/Akt等通路来发挥作用［18］。在此之后，也有研究报道FGF10 可以促进多能干细胞分化为特征性的胰腺祖细胞［20］。综上所述，FGF10及其配体在泪腺、唾液腺及胰腺的发育中都发挥着重要的作用，是早期腺体发育必不可少的生长因子。

2. 3 促进器官形成与发育（肺、心和肝脏）胚肺的发育是从最初的气道发育到最终分支完善的过程。从组织学的角度来说，肺的发育主要分为4 个时期，胚胎期、假腺期、小管期、囊泡期以及肺泡期［21］。 肺发育4 个时期均依赖于FGF10、FGF9、SHH、Bmp4及Tgf-β等多种形态发生因子的参与，相关研究报道，FGF10可通过与相应的配体相互作用，激活下游信号级联，参与假腺期肺芽、肺分支及肺泡细胞形成与再生，在肺组织的形成与发育过程中扮演重要角色。

芽和分支形态的发生是肺、肾、肝、胰腺及乳腺等多个上皮组织器官形成与发生的必经过程。早在20 世纪90 年代末，SEKINE K 等［22］为了深入了解FGF10的功能，构建了FGF10敲除小鼠。他们发现敲除FGF10后的胚胎期小鼠已有成形的气管，但未见初级肺芽，最终这些小鼠出现肺分支形态中断，死于肺严重发育不全。

FGF10 信号转导对分支的生长是必要的，FGF10 集中在芽尖侧边，诱导芽尖在生长时发生分裂，从而产生分支。FGF10 与Sprouty2 彼此间的负反馈调节也会影响肺分支的形成，FGF10 及其受体分别表达于间充质组织和分支尖端上皮细胞，而Sprouty2 主要在分支尖端局部表达，当FGF10 及其受体表达降低或Sprouty2表达增强时会使得肺分支形成较差，肺发育受阻，而FGF10 突变会使得肺分支消除［23］。有研究表明，TBX4-FGF10及SHH-FOXF1信号轴可调控肺发育，SHH 既可负反馈下调FGF10的表达，抑制肺芽的形成，同时又可被Hhip1抑制进而促进FGF10的局部表达及肺芽的发育［24］。

肺泡的形成是胚肺发育的最后阶段，肺泡肌成纤维细胞是肺泡形成最关键的细胞，它主要来源于Pdgfra 阳性的脂肪成纤维细胞，有文献报道，FGF10可能参与了Pdgfra 阳性脂肪成纤维细胞的形成［25］，因此可以推测FGF10 在肺泡的形成与发育中起至关重要的作用。

心脏是胚胎发育过程中最先发挥作用的器官，FGF10 是早期心脏祖细胞的主要标记物之一，也是胚胎发育中心肌细胞发育与增殖的关键调节因子［26］。FGF10/FGFR2b 通路是心脏形成和发育所必不可少的信号分子。MARGUERIE A 等［27］通过组织学、扫描电镜及FGF10转基因鼠的构建发现，Fgfr2-Ⅲb突变的胚鼠出现心室间隔缺损、心肌壁变薄、小梁异常等心脏缺陷，同时FGF10和Fgfr2-Ⅲb突变的胚胎都缺乏肺动脉和肺静脉。随后URNESS L D等［28］通过一系列的研究首次证明中胚层中的FGF10对心脏动脉极的形成非常重要。

肝脏是人体最大的器官，有强大的解毒、代谢和免疫功能，同时也具有很强的再生能力。肝脏的发育与功能的发挥离不开众多成纤维细胞生长因子的参与。FGF10 参与了胚胎期肝脏的形成与发育。BERG T 等［29］发现FGF10-/-和FGFR2b-/-小鼠肝脏普遍比野生型鼠小，且肝母细胞增殖减弱提示FGF10对肝脏的发育具有重要作用。

3 FGF10与肺部疾病

3. 1 支气管发育不良FGF10 介导胚肺形态的发生，且FGF10的缺乏与肺部相关疾病的发生具有一定的相关性。支气管肺发育不良（Bronchopulmonary dysplasia，BPD）是目前常见的婴幼儿（尤其是体重低于1 000 g的早产儿）慢性呼吸性疾病。该病最常见于因急性呼吸窘迫需要机械通气和氧疗的早产儿［30］。该病的临床表现为呼吸急促、紫绀及反复下呼吸道感染，患有支气管肺发育不良的早产儿通常伴发肺动脉高压及其他严重的呼吸道症状，高死亡率及预后较差是该病最主要的特征［31-32］。有研究证明，炎症诱导的FGF10 蛋白缺乏与支气管肺发育不良（BPD）有关，在支气管肺发育不良的实验小鼠模型中，TLR2 或TLR4 的活化抑制了FGF10 的表达，FGF10 作为肺正常发育必不可少的生长因子，抑制FGF10 的表达导致囊状气道形态发生异常，同时肌成纤维细胞也因此错误定位于囊状气道周围。进一步研究发现，toll样受体主要是通过激活其下游的炎症介质，如肿瘤坏死因子α 及转化生长因子β 等炎症因子来抑制FGF10 在肺间质中的表达，从而导致了支气管肺发育不良［33-34］。此后，HAN T 等［35］检测了BPD 小鼠肺组织中FGF10 的表达并体外培养肺细胞，发现外源性FGF10 的增加可降低高压氧暴露后肺细胞中NF-κB 及p65 的表达，提示FGF10 可以负反馈抑制NF-κB 及p65 等炎症相关介质的表达，进而促进高氧诱导BPD 后的肺修复，为支气管肺发育不良的医治提供了依据。有文献报道，抑制miR-421 可上调FGF10 的表达，抑制肺泡细胞凋亡并减轻小鼠炎症反应［36］。肺动脉高压（Pulmonary arterial Hypertension，PH）是支气管肺发育不良的主要特征，FGF10 缺乏会导致肺部血管减少并发育畸形，导致肺动脉高压［36］。因此，作为肺正常发育必不可少的生长因子，调控FGF10 表达可为治疗肺支气管发育不良提供参考依据。

3. 2 特发性肺纤维化特发性肺纤维化（Idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一种年龄相关性肺间质疾病，好发于65岁以上的老年人。活化的肺成纤维细胞和肌成纤维细胞过度沉积细胞外基质（ECM）蛋白，导致气体交换减少和肺功能受损，最终发生进行性呼吸衰竭，作为一种进展和终末期的肺部疾病，目前尚无治疗方法［37］。因此探究其发病机制成为防治该病的焦点。肺纤维化的发生发展涉及到众多的信号通路，如TGF-β、Wnt、Notch 以及FGF10 信号通路等，当肺损伤时，上述通路的改变可促进或逆转纤维化进程［38］。最近，LUETA J J等［39］给予Notch3敲除小鼠一定剂量的博来霉素来构建肺纤维化小鼠模型，造模成功后，通过免疫荧光检测肌成纤维细胞中α-SMA 的表达情况，发现表达α-SMA 阳性的肌成纤维细胞减少，肺组织体积增大，肺功能改善。由此提示Notch3缺乏可以减轻肺纤维化的发展，该研究也为肺纤维化的治疗提供了潜在的新靶点。Wnt/β-catenin信号轴是抗纤维化治疗的重要靶点，在肺纤维化过程中，该通路被持续性激活，然而抑制该通路治疗肺纤维化的机制目前还不清楚。最近研究表明，Wnt/β-catenin/CBP 信号转导的新型抑制剂PRI-724 可有效改善博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化，提示靶向抑制Wnt/β-catenin 通路是治疗肺纤维化的良好策略［40］。FGF10作为肺形成与发育的重要信号分子，在肺纤维化的过程中也发挥着重要的作用。2017年，EL AGHA E 等研究发现，FGF10 阳性细胞可激活肺纤维化过程中的肌成纤维细胞，使其分解并获得脂肪成纤维细胞特征，同时还发现在IPF 患者肺组织中FGF10 表达水平显著升高［41］，这些都提示，FGF10参与了肺纤维化的发生与发展。

综上所述，在胚肺发育过程中，FGF10以旁分泌的方式介导间质-上皮细胞转化，参与肺芽的形成、分支的发生以及肺泡的发育，并且维持肺干（祖）细胞的稳态、自我更新以及分化和迁移，同时FGF10也参与了机体四肢、腺体及其他组织器官的发育，由于FGF10 参与了机体大部分组织器官的发育，也因此被赋予了广泛的功能，与肺疾病在内的众多疾病的发生发展相关，但部分作用机理尚未明确。因此，弄清作用机理将对今后疾病的研究及药物开发产生重大的影响。