尿液生物化学与检验
上QQ阅读APP看书,第一时间看更新

第五节 生长因子

生长因子(growth factors)是一类通过与特异的、高亲和的细胞膜受体结合,调节细胞生长与其他细胞功能等多效应的多肽类物质,是具有刺激细胞生长活性的细胞因子,存在于血小板和各种成体与胚胎组织及大多数培养细胞中,对不同种类细胞具有一定的专一性。在分泌特点上生长因子主要属于自分泌(autocrine)和旁分泌(paracrine)。各类生长因子都有其相应的受体,是普遍存在于细胞膜上的跨膜蛋白,不少受体具有激酶活性,特别是酪氨酸激酶活性(如PDGF受体、EGF受体等)。生长因子有多种,如血小板类生长因子(血小板来源生长因子,PDGF;骨肉瘤来源生长因子ODGF)、表皮生长因子类(表皮生长因子,EGF、转化生长因子,TGFα和TGFβ)、成纤维细胞生长因子(αFGF、βFGF)、类胰岛素生长因子(IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、神经生长因子(NGF)、白细胞介素类生长因子(IL-1、IL-1、IL-3等)、红细胞生成素(EPO)、集落刺激因子(CSF)等。

一、血小板分泌的生长因子

血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor,PDGF)是1974年发现的一种刺激结缔组织等组织细胞增长肽类调节因子,因其来源于血小板而得名。PDGF是贮存于血小板α颗粒中的一种碱性蛋白质,当血液凝固时由崩解的血小板释放出来并且被激活,具有刺激特定细胞趋化与促进特定细胞生长的生物活性。它是低分子量促细胞分裂素。能刺激停滞于G0/G1期的成纤维细胞、神经胶质细胞、平滑肌细胞等多种细胞进入分裂增殖周期。此外,在组织受到损伤时巨噬细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、胚胎干细胞等也可以合成并释放PDGF。肝脏受损时,巨噬细胞、血小板、浸润的炎细胞、受损的内皮细胞及激活的肝星形细胞均可以分泌PDGF。以自分泌、旁分泌的方式发挥作用。结合的PDGF是分子量为30kD的热稳定糖蛋白,是靠二硫键相连的A、B两条多肽链组合成的二聚体。有AA、AB、BB三种存在形式和两种类型的受体(α和β受体),其活性依次是BB>AB>AA。AB、BB还能促进平滑肌迁移,而AA则不具有这一功能,相反还有抑制作用。所以一般认为PDGFAB、BB是促进病灶形成因子,PDGF-AA是抑制因子。PDGF可以促进肾小球系膜细胞、成纤维细胞、血管平滑肌细胞、上皮细胞及内皮细胞的增殖,并促进细胞外基质合成和分泌,参与炎症细胞如中性粒细胞和单个核细胞趋化,因此PDGF是参与肾脏纤维化的重要细胞生长因子之一。

二、转化生长因子

转化生长因子(transforming growth factor,TGF)是指两类多肽类生长因子,转化生长因子-α(transforming growth factor-α,TGF-α)和转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)。TGF-α是由巨噬细胞,脑细胞和表皮细胞产生,可诱导上皮发育。TGF-β是属于一组新近发现的调节细胞生长和分化的TGF-β超家族。这一家族除TGF-β外,还有活化素(activins)、抑制素(inhibins)、米勒管抑制质(Mullerian inhibitor substance,MIS)和骨形成蛋白(bone morpho-genetic proteins,BMPs)。TGF-β的命名是根据这种细胞因子能使正常的成纤维细胞的表型发生转化,即在表皮生长因子(EGF)同时存在的条件下,改变成纤维细胞贴壁生长特性而获得在琼脂中生长的能力,并失去生长中密度信赖的抑制作用。TGF-β与早先报道的从非洲绿猴肾上皮细胞BSC-1所分泌的生长抑制因子是同一物质。TGF-β可由血小板、巨噬细胞分泌,同时肾脏内所有固有细胞均可表达和分泌,一般以无活性的形式分泌,在酸性条件下,可被蛋白酶活化。TGF-β是一多功能蛋白质,可以影响多种细胞的生长,分化、细胞凋亡及免疫调节等功能。人类TGF-β有三个亚型,TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3,是一种细胞生长的双向调节因子,即具有生长促进和生长抑制两重属性,可精细调节体内细胞的生长。许多细胞表面包括所有肾脏细胞表面都有TGF-β受体(TGF-βR)。TGF-βR存在着Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三种形式,分子量分别为53kD、70~85kD和250~350kD,Ⅰ、Ⅱ型TGF-βR均为糖蛋白,它们和TGF-β1的亲和力要比和TGF-β2的亲和力大10~80倍;Ⅲ型受体是一种蛋白聚糖(proteoglycan),它与TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3的亲和力近似,为TGF-β主要的受体,可能在TGF-β 发挥生物学功能中起着主要作用。TGF-βRⅢ又名endoglin,CD105、TGF-β1和TGF-β3为其主要配体。Ⅱ型TGF-βR胞浆区具有丝氨酸/苏氨酸激酶区。这种结构也见于活化受体Ⅱ(ActRⅡ)和ActRⅡB。Ⅲ型TGF-β受体本身缺乏蛋白激酶活性,对于其如何参与信号的传递还不清楚。TGF-β抑制上皮细胞的增殖,但对肾小球系膜细胞,成纤维细胞既促进细胞增殖,又促使其细胞外基质的合成。当TGF-β诱导增殖时G蛋白可能参与诱导过程,此外,TGF-β促进Ca 2+内流和胞内IP3水平的升高,激活PKC。TGF-β影响细胞分泌、活化的作用机制复杂,是调节肾脏炎症、硬化的最重要的生长因子。

三、成纤维细胞生长因子

成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)是由垂体和下丘脑分泌的多肽。成纤维细胞生长因子有酸性(acid fibroblast growth factor,aFGF)(pI 5.6)和碱性(basic fibroblast growth factor,bFGF)(pI 9.6)两种亚型。能促进成纤维细胞有丝分裂、中胚层细胞的生长,还可刺激血管形成,在创伤愈合及肢体再生中发挥作用。在动脉硬化灶中起作用的主要是bFGF,bFGF可以由内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞分泌。它的作用是促进内皮细胞的游走和平滑肌细胞的增殖,不能使平滑肌细胞游走。能够促进新血管形成,修复损害的内皮细胞。FGF被认为是病灶形成促进因子,但从修复角度看它也有有利的一面:①对骨骼系统的作用,促进生成大量的成骨细胞、抑制破骨细胞。治疗骨质酥松、股骨头坏死、关节炎、风湿病和因钙缺乏导致的疾病。②对消化系统的作用,加强胃肠功能,促进消化酶的分解,增进食欲,治疗慢性胃炎。③对血液系统的作用,加强骨髓造血功能,促进干细胞生成,进而生成大量红细胞和白细胞。加强左心室厚度,增强心肌弹性力,高效治疗心脏病。有效清除血液中低密度蛋白,防止在血管壁沉积,治疗血栓。

四、肝细胞生长因子

肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)最早是1984年由日本的中村敏一教授从大鼠血浆中得到的,其结构实质是含728个氨基酸的肝素结合糖蛋白;是重要的保护性因子,它来自间质细胞,以旁分泌方式作用于邻近细胞,并与细胞表面的受体结合并激活酪氨酸激酶活性,能刺激多种上皮和内皮细胞进行有丝分裂、运动以及促进肾小管形态发生,在组织器官损伤修复、形态发生和肿瘤转移过程中发挥重要作用,在肾脏的发育、急性损伤、再生中具有较强的作用。
HGF的受体是原癌基因 cmet编码的一种跨膜蛋白,称为Met,是由Mr为190 000的前体蛋白分裂而得来,由Mr为50 000的a链和Mr为145 000的3链经二硫键相连而成的杂二聚体。Prat等发现某些癌细胞的Mr为190 000 Met的前体,缺乏裂解过程,不需连接配体就已有活性,因此就失去了HGF的生长控制。各种瘤细胞和cmet转化后的细胞都过度表达Met,对HGF的反应比正常细胞更敏感强烈。
HGF及其受体的生物学作用包括:①启动肝再生,实验证明,在众多细胞因子中,HGF是肝再生的启动信号,并在肝细胞增殖过程中起重要作用;②促进细胞分裂作用,HGF在原代肝细胞的无血清培养中可刺激肝细胞DNA合成,1g/L HGF即可观察到生物活性,最大活性浓度5~10g/L。另有报道HGF对其他许多细胞也有刺激作用,例如能够刺激肾小管细胞、角化细胞、黑色素瘤等细胞的DNA合成;③细胞运动作用,HGF具有类似散射因子的功能,在一些上皮细胞和内皮细胞培养体系中加入不同浓度,均可促进细胞扩散和迁移。HGF具有促进包括肝细胞、上皮细胞、内皮细胞、造血细胞等多种类型细胞的生长、迁移和形态发生的作用,还参与多种细胞的增殖、迁移和形态发生;④肿瘤坏死作用,高浓度的HGF对某些癌及肉瘤细胞系有抑制作用和肿瘤坏死用,该作用机制尚不完全清楚;⑤ cmet原癌基因的RNA表达存在于人类的某些上皮组织,如肝脏、肾脏、胎盘、消化道上皮等。共聚焦激光扫描显微镜下证实, cmet基因蛋白表达位于腺样结构细胞的边缘。 cmet编码的蛋白属于酪氨酸激酶生长因子的受体家族,在体外细胞恶性转化的过程中可以出现基因扩增、重排和过度表达。对于依赖外生的受体调节生长刺激的,进入细胞周期和分裂进程的正常细胞来说,这就意味着存在着一个调节细胞增生的平衡机制。相比较而言,肿瘤细胞通过产生生长因子与受体获得一定水平的自主生长信号(自主分泌)。近年来,已有相关研究表明,与癌形成和发展有关的不同细胞类型之间出现异型信号(非自主分泌),但目前的体内实验方法不足以说明这种复杂的关系。

五、血管内皮细胞生长因子

血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)早期亦称作血管通透因子(vascular permeability factor,VPF),是血管内皮细胞特异性的肝素结合生长因子(heparin-binding growth factor),是一高度特异的血管内皮细胞有丝分裂素,具有促进内皮细胞增殖、迁移,促进血管生成,增加血管通透性以及血管维持功能,是新生血管形成的主要调控者。在肾脏组织中,VEGF主要表达在足细胞,肾组织局部的VEGF浓度和分布的变化与肾脏疾病患者蛋白尿的产生密切相关,同时组织中的VEGF含量与病变的程度相关。由于 VEGF基因编码蛋白剪切,蛋白分子可有几个亚型,在人类肾脏存在的分子主要是VEGF165。VEGF除了促进血管内皮细胞增殖及其提高对蛋白质和其他分子的通透性以外,还可以刺激单核细胞移行穿过内皮细胞。

六、表皮生长因子

表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)是最早发现的生长因子,表皮生长因子是一种小肽,由53个氨基酸残基组成,是类EGF大家族的一个成员。由多数肿瘤细胞、伤口中角质细胞和巨噬细胞产生,在肾脏内主要表达在肾小管上皮细胞,其受体也表达在肾小管上皮细胞膜上,EGF可直接作用于肾小管上皮细胞,在肾小管上皮细胞再生修复过程中起重要作用。对调节细胞生长、增殖和分化起着重要作用,能增加血管通透性,促进血管内皮细胞增殖,促进血管形成。TGF-α是EGF家族成员之一,但基因来源不同,可与肾小管上皮细胞的EGF受体特异结合,并对体外培养的肾小管上皮细胞具有明显的促进有丝分裂作用。

七、结缔组织生长因子

结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)是1991年Bradham等首先在人脐静脉内皮细胞的条件培养基中发现的,它是一种由349个氨基酸组成,分子量为34~38kD的富含半胱氨酸的分泌肽。这个家族成员在氨基酸序列上有着高度的同源性,其蛋白质结构中包括:N末端的胰岛素样生长因子结合区、血管性假血友病因子(vonWilebrand factor,vWf)C型重复区、血小板反应蛋白(thrombospondin,TSP)1型重复区以及富含半胱氨酸的C末端结合区四个主要结构区域。人类 CTGF基因位于6q23.1,是一种早期快速反应基因,CTGF属一类新的富含半胱氨酸生长因子家族,目前该家族共有CTGF/fisp-12,cef10/Cyr61和Nov三个成员。CTGF广泛存在于人类多种组织器官,如心脏、肺脏、肝脏、肾脏和结缔组织中,尤其在肾脏中含量最高,其生物学效应主要是促进间充质来源细胞(如成纤维细胞、软骨细胞)增殖、细胞外基质合成分泌。在病理情况下,CTGF过度表达与某些增生性和纤维化性疾病的发生密切相关,如肾纤维化、肝硬化、肺纤维化和硬皮病等。CTGF与包括血管、皮肤、心脏、肾脏、胰腺、肺及肝脏等在内的许多组织器官纤维化发生发展密切相关。
(黄霞 周朝敏 王欲舟)