肝细胞生长因子的生物学应用实验研究进展(1)

[文章编号]167327768(2008)0620903203综　述肝细胞生长因子的生物学应用实验研究进展

黎素军　(广西南宁市第一医院心内科,530022)

[关键词]　肝细胞生长因子;生物学;实验研究;综述

[中图法分类号]R329.26 [文献标识码]　A

肝细胞生长因子(hepat ocyte gr owth fact or,HGF)最初作为一种肝细胞有丝分裂原是从肝部分切除大鼠的血清中分离得到的。1931年,英国学者H iggens等发现部分切除后的残存肝脏可迅速增殖,其体积和功能较快恢复正常。20世纪60年代, Barcher等在肝大部分切除大鼠与正常大鼠之间建立交叉血循环,发现在肝大部分切除大鼠肝再生期间,正常大鼠肝细胞也有增生现象[1]。之后世界各地学者对HGF进行广泛的研究。近来研究发现HGF在促进肝细胞再生的同时参与正常组织的损伤后修复、细胞的运动以及肿瘤的形成、浸润和转移、分化及肿瘤血管形成中都发挥重要的作用[2～4]。目前主要实验研究针对不同疾病中不同靶器官的治疗进行研究,发现了其具有多向生物学作用。本文拟对其生物学作用和应用研究进展进行如下综述。

1　肝细胞生长因子的生物学特性

HGF是来源于间充质的多效生长因子,可以促进多种细胞的分裂和生长。以内分泌、旁分泌、自分泌形式在保护器官,延缓组织老化方面发挥作用。参与肝、肾、肺、乳腺、肌肉、神经组织的胚胎发育。HGF首先以无活性的单链蛋白(HGF SF)形式分泌,经肝细胞生长因子激活因子(hepat ocyte gr owth fact or acti2 vat or,HGF A)切割成成熟的异二聚体HGF,机体内HGF A可激活HGF SF前体,使之从单链前体变为双链活性形式,是调节细胞外HGF SF活性的关键步骤[5,6]。从人血浆和胎盘中提取纯化的HGF浓度很低,且成本高昂,因此,利用基因工程表达重组人HGF(rhHGF)是大量获取具生物活性HGF的有效途径。2　肝细胞生长因子的生物学应用

2.1　在肾脏疾病中的应用　20世纪90年代研究就发现,许多合并存在肾小管损害的肾脏疾病,如急慢性肾功能不全、肾移植和肾缺血、糖尿病肾病等,使用HGF均具有治疗作用。Ka waida等[7]报道,给予HgCl2致肾损伤小鼠模型,随后注射rhHGF,结果发现模型鼠血尿素氮、肌酐减少,并刺激肾小管DNA合成。提示外源性HGF可以防止急性肾损伤,促进肾脏组织修复。2001年,M izuno等[8]结扎鼠单侧输尿管致肾小管间质纤维化(TI F)老鼠模型,应用内源性HGF抗体中和血液中的HGF,结果发现TI F的进展加速,并使转化生长因子β(TGF2β)增加和小管细胞的增殖减少和凋亡增加。当给予外源性HGF后TGF2β表达和小管细胞的凋亡减少,增殖增加,TI F的预后明显改善。Funakoshi等[9]报道,遗传性肾小球肾炎小鼠模型,应用rhHGF可以延缓肾功能不全和纤维化进展。在小鼠出生后14周,诱发肾小管萎缩和肾功能不全,在14～17周时给予rhHGF。结果发现小管上皮细胞的DNA合成增加,比对照组高4.4倍。据此认为rhHGF可促进肾小管实质的生长,抑制受累肾脏TGF2β的表达,从而抑制了TI F进展为肾小球硬化症。

2.2　在肺疾病中的应用　急性肺损伤(如急性肺炎、肺纤维化肺移植等)后,HGF可以促进气管和肺泡上皮再生。Douglas 等[10]报道HGF可明显促进体外培养的肺气道上皮细胞DNA 的合成,并且呈剂量依赖性:小剂量的rhHGF(50μg)能使HC1损伤后的肺气道上皮细胞DNA合成增加3倍,大剂量rhHGF (280μg)能使损伤后的肺泡上皮细胞DNA合成增加7倍。Dohi等[11]报道肺纤维化老鼠模型,气管内给予rhHGF能显著减少胶原的生成。在同样的研究中,对培养的肺上皮细胞给予rhHGF后,细胞表面纤溶酶的表达增加,进而增加了细胞溶解纤维蛋白的能力。Saka maki等[12]研究发现HGF可以刺激肺切除术后气管和肺泡上皮细胞的增殖,在肺上皮细胞DNA合成增多之前,HGF mRNA和其受体c2met的表达就已经上调,使用抗体中和HGF后,肺上皮细胞DNA的合成受到抑制。

2.3　在心血管疾病中的应用　研究发现HGF不仅刺激肝细胞再生,也可促进血管生成。其特异性受体c2met也存在于血管内皮细胞和心肌细胞,且其促血管内皮细胞有丝分裂的活性是生长因子中最强的[13]。近期的研究显示其在治疗外周血管疾病、心肌缺血疾病和脑血管疾病中具有潜在的应用价值。

2003年,Funakoshi等[9]研究发现,继发于缺血或者再灌注损伤的心肌损伤小鼠模型,给予rhHGF后可以抗心肌细胞凋亡从而产生心脏保护作用。用特殊化的抗体中和HGF后,心肌细胞大量凋亡,以梗死区域最为显著,小鼠死亡率超过50%。给予rhHGF后心肌梗死区域明显减少,心脏功能也得到改善。说明HGF具有抗心肌细胞凋亡的活性。Aoki等[14]在犬心肌缺血模型肌注HGF。结果发现rhHGF可以诱导血管再生,增加心肌血流灌注,改善心脏舒张功能。此外,Taniya ma等[15]报道剪断兔大腿动脉构建单侧后肢缺血模型,于手术后10～12d 从髂动脉给予rhHGF,术后30d时发现有明显的侧支循环形成。研究还发现HGF促进兔模型侧枝形成,改善血流,减少肌肉萎缩[16]。此外,也有研究表明在糖尿病和单侧后肢缺血老鼠模型中肌肉注射HGF质粒可以诱导血管新生[17]。Yasuda 等[18]报道经特制的导管将HGF注入损伤的血管壁,可有效地减轻球囊损伤后的兔髂动脉新生内膜的增殖。Hayashi等[19]对大鼠颈动脉球囊损伤后局部转染HGF基因,发现转染区HGF 浓度升高,损伤区血管再内皮化,明显抑制新生内膜的形成。提示HGF可能通过直接和间接的方式促进血管内皮细胞增殖,加速内皮愈合的同时间接抑制血管平滑肌细胞的增殖,从

309

内　科 2008年12月　第3卷　第6期

而起到防治再狭窄的作用。近来,还有学者[20]报道转染HGF 基因能够减缓压力超负荷所致的大鼠左室增大及心肌纤维化,提示HGF具有抗心脏重塑作用。

2.4　在中枢神经系统性疾病中的应用　HGF在多种中枢神经系统疾病(例如短暂性脑缺血、神经系统退行性病变、脊髓损伤等)中有潜在的治疗价值。1998年,M iyazawa等[21]首次报道了rhHGF可以保护大鼠中枢神经系统局部短暂性缺血病灶中的神经元,减少海马区神经细胞的死亡。静脉给药,在阻塞大鼠右侧中央动脉120m in后,HGF可以减轻神经细胞的损伤和死亡。提示HGF有促血管新生和抗凋亡作用。为了探讨一种有效的方法减少脑缺血后神经细胞的死亡,Hayashi等[22]使用脂质体将HGF基因转染至短暂脑缺血沙鼠模型的蛛网膜下间隙,使脑脊液中的HGF显著增加,结果减少了神经元的凋亡。

2.5　在消化系统疾病中的应用　B rzoz owski等[23,24]报道在胃溃疡大鼠模型的局部(胃黏膜下层)和全身注射rhHGF,发现HGF可以促进胃黏膜的再生以及胃黏膜中腺体结构的修复,使溃疡面迅速愈合。其机理可能为环氧化酶2(COX22酶)表达增加。由于HGF促进新生血管生成,黏膜的血流增加而使溃疡快速愈合。Dai等[25]报道,在大鼠尾静脉注射rhHGF质粒后,血液中rhHGF表达增加。结果糖尿病大鼠胰岛素分泌增加。其机理是rhHGF促进胰岛β细胞生长,减少β细胞凋亡所致。W arzecha等[26]研究HGF对胰腺炎的治疗作用,给胰腺炎大鼠注入HGF,结果血浆中I L210水平增加并刺激胰腺细胞DNA合成,改善胰腺血流,减少胰腺损伤及血淀粉酶和脂肪酶。

2.6　在肝脏疾病中的应用　HGF在肝脏疾病中的应用价值是目前研究的热点。大量的实验研究均表明,肝细胞生长因子具有良好的保护肝脏功能,促进肝细胞再生的作用。Kosai等[27]发现HGF在体外有抗细胞凋亡的作用,并且能有效防止内毒素诱发的暴发性肝衰竭。在给予内毒素LPS前6h和30m in,分别在每只老鼠腹膜内注射120μg rhHGF。结果LPS虽然仍诱发了肝细胞的凋亡,但仍有75%的老鼠存活。而未注射rh2 HGF的对照组很快出现了大量的肝细胞凋亡,严重的肝损伤导致全部老鼠于8h后死亡。此外,O tsuka等[28]发现,HGF可以抑制四氯化碳诱发的急性肝损伤,表现为动物血清中转氨酶水平下降,肝小叶中心坏死减轻。

有报道,胃内给四氯化碳构建肝硬化大鼠模型,在肝切除之前的4d注射rhHGF的质粒,4d后手术。结果需要切除的肝脏体积较对照组减少了70%。老鼠体重恢复较快,肝细胞增殖明显,肝功能较快恢复到正常水平。此外,还发现rhHGF可以激活肝硬化大鼠Erk1/Erk2信号传导途径,启动肝损伤后的再生与修复[7]。最近N ishino等[29]报道,术前3d注射rhHGF 质粒(20mg)可以使肝硬化大鼠部分肝脏切除术后存活率明显升高,并上调抗凋亡基因Bcl2xl的表达,但对肝细胞的增殖率不大。HGF的应用可以抑制肝细胞凋亡,促进肝细胞再生,恢复肝细胞功能,度过肝衰竭危险期,从而提高存活率。

综上所述,HGF所具有的多种潜在生物学功能已引起人们的关注,尤其是在心脏病学领域。HGF及基因在促进缺血心肌组织的血管新生,预防血管成形术后再狭窄,防止动脉粥样硬化,抗心肌细胞凋亡及抗心脏组织纤维化等方面研究取得了令人鼓舞的效果,其有望最终应用于临床,造福广大患者。

参　考　文　献

[1]　Moolten F L,Barcher NL.Regenerati on of rat liver:transfer of humoral

agent by cr oss circulati on[J].Science,1967,158(798):272～274.

[2]　M izuno S,Naka mura T.Hepat ocyte gr owth fact or:a regenerative drug

for acute hepatitis and liver cirrhosis[J].Regen Med,2007,2(2): 161～170.

[3]　Conway K,Price P,Harding KG.The molecular and clinical i m pact of

hepat ocyte gr owth fact or,its recep t or,activat ors,and inhibit ors in wound healing[J].Wound Repair Regen,2006,14(1):2～10. [4]　Mazzone M,Comogli o P M.The Met pathway:master s witch and drug

target in cancer p r ogressi on[J].F ASE B J,2006,20(10):1611～1621.

[5]　Shi m omura T,Denda K,Kita mura A,et al.Hepat ocyte gr owth fact or

activat or inhibit or,a novel Kunitz2type serine p r otease inhibit or[J].J

B i ol Che m,1997,272(10):6370～6376.

[6]　Bellusci S,Moens G,Gaudino G,et al.Creati on of an hepat ocyte

gr owth fact or/scatter fact or aut ocrine l oop in carcinoma cells induces

invasive p r operties ass ociated with increased tumorigenicity[J].On2 cogene,1994,9(4):1091～1099.

[7]　Ka waida K,Matsumot o K,Shi m azu H,et al.Hepat ocyte gr owth fact or

p revents acute renal failure and accelerates renal regenerati on in m ice [J].Pr oc Natl Acad Sci US A,1994,91(10):4357～4361.

[8]　M izuno S,Matsumot o K,Naka mura T.Hepat ocyte gr owth fact or sup2

p resses interstitial fibr osis in a mouse model of obstructive nephr opa2 thy[J].Kidney I nt,2001,59(4):1304～1314.

[9]　Funakoshi H,Naka mura T.Hepat ocyte gr owth fact or:fr om diagnosis

t o clinical app licati ons[J].Clin Chi m Acta,2003,327(122):1～23.

[10]　Douglas D,Chen G,Khalil N.I ncrease in the beta chain of hepat o2

cyte gr owth fact or(HGF beta)p recedes c2met exp ressi on after bleo2 mycin2induced lung injury in the rat[J].Exp Lung Res,2002,28

(4):301～314.

[11]　Dohi M,Hasega wa T,Ya ma mot o K,et al.Hepat ocyte gr owth fact or

attenuates collagen accumulati on in a murine model of pul m onary fi2

br osis[J].Am J Res p ir Crit Care Med,2000,162(6):2302～

2307.

[12]　Sakamaki Y,Matsumot o K,M izuno S,et al.Hepat ocyte gr owth fact or

sti m ulates p r oliferati on of res p irat ory ep ithelial cells during post2

pneumonect omy compensat ory lung gr owth in m ice[J].Am J Res p ir

CellMol B i ol,2002,26(5):525～533.

[13]　Morishita R,Aoki M,Hashiya N,et al.Therapeutic angi ogenesis u2

sing hepat ocyte gr owth fact or(HGF)[J].Curr Gene Ther,2004,4

(2):199～206.

[14]　Aoki M,Morishita R,Taniya ma Y,et al.Therapeutic angi ogenesis

induced by hepat ocyte gr owth fact or:potential gene therapy f or is2

chem ic diseases[J].J A ther oscler Thr omb,2000,7(2):71～76. [15]　Taniyama Y,Morishita R,Aoki M,et al.Therapeutic angi ogenesis

induced by human hepat ocyte gr owth fact or gene in rat and rabbit

hind li m b ische m ia models:p reclinical study f or treat m ent of peri ph2

eral arterial disease[J].Gene Ther,2001,8(3):181～189. [16]　Taniya ma Y,Morishita R,H iraoka K,et al.Therapeutic angi ogenesis

induced by human hepat ocyte gr owth fact or gene in rat diabetic hind

li m b ische m ia model:molecular mechanis m s of delayed angi ogenesis

in diabetes[J].Circulati on,2001,104(19):2344～2350.

[17]　Morishita R,Sakaki M,Yama mot o K,et al.I m pair ment of collateral

409In terna l M ed icine of C h ina,D ec.2008,V ol.3,N o.6