夏 天，林仙花，唐業(yè)東，胡雪峰

（福建師范大學生命科學學院，福建省發(fā)育與神經生物學實驗室，福建福州350108）

成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factors，F(xiàn)GFs）是1973年Armelin首次從小鼠腦垂體提取液中純化分離出的一種廣泛存在于脊椎動物和無脊椎動物體內與發(fā)育相關的信號分子。至今已發(fā)現(xiàn)23個家族成員，其同源性酪氨酸激酶蛋白受體分為4種類型，配體與受體相結合，激活3條下游信號途徑參與調控細胞增殖、遷移和分化。FGFs信號在組織器官發(fā)育和修復、組織穩(wěn)態(tài)和新陳代謝過程中具有多樣性效應，在小鼠肺上皮和間質相互調控網絡中具有誘導肺芽萌發(fā)，促進細胞增殖分化，調節(jié)肺分支形態(tài)建成的作用。近年越來越多研究表明，不同F(xiàn)GFs的表達異常可引起多種相關肺疾病，如肺癌、慢性阻塞性肺疾病、纖維化等［1］。

1 FGFs信號通路簡介

1.1 FGFs

FGFs是一類由150個～200個氨基酸構成的多肽物質，具有廣泛促有絲分裂的細胞內活性，并參與多種生物生命活動過程，包括細胞生長、胚胎發(fā)育、形態(tài)發(fā)生、組織修復、腫瘤生長和入侵。目前已經發(fā)現(xiàn)的FGF家族至少包括23個成員，F(xiàn)gf1～Fgf23，成員之間具有25%～50%的相同氨基酸序列，中心區(qū)域氨基酸序列存在高度同源性的硫酸乙酰肝素結合域，折疊成12條逆向平行的β鏈，又進一步形成圓柱狀結構。

FGFs分泌蛋白配體可分為旁分泌型和內分泌型，F(xiàn)GF1－FGF18、FGF20、FGF22 屬 于 旁 分 泌，F(xiàn)GF19、FGF21、FGF23屬于內分泌［2］。旁分泌FGFs比內分泌FGFs對硫酰乙酰肝素表現(xiàn)出更高的親和力，因此固定在鄰近分泌位點的細胞周圍和細胞外基質上，只在相同器官的細胞中發(fā)揮作用。相反，因為與硫酸乙酰肝素親和力差，內分泌FGFs從分泌它們的細胞中自由擴散，進入血液循環(huán)到達遠處器官的靶細胞發(fā)揮作用。旁分泌FGFs需要硫酸乙酰肝素作為激活受體的輔因子，而內分泌依賴Klotho協(xié)同受體激活受體［3］。胚胎發(fā)育中，旁分泌FGFs在每一步都發(fā)揮重要作用，包括生殖細胞層的誘導和模式，體軸形成，器官發(fā)生和形態(tài)發(fā)生的誘導和組織模式［4－5］；內分泌FGFs調節(jié)多種新陳代謝過程，包括磷酸化，葡萄糖和脂類代謝。

1.2 成纖維細胞生長因子受體

成纖維細胞生長因子受體（fibroblast growth factor recepter，F(xiàn)GFRs）信號典型蛋白結構由3個胞外免疫球蛋白域（D1～D3），1個單向跨膜域和1個細胞內酪氨酸激酶域組成。酪氨酸激酶型受體與配體結合后發(fā)生二聚體化，偶聯(lián)受體亞基細胞間發(fā)生磷酸化以活化FGFR信號途徑。

1.3 FGFs信號轉導途徑

FGF配體誘發(fā)受體二聚化，引導細胞內受體激酶域以正確的距離和方向轉移磷酸根，接著激活受體激酶?；罨氖荏w激酶轉而磷酸化并激活細胞內底物，F(xiàn)GFR激酶主要底物是FGFR底物2α（FRS2α）和磷脂酶Cγ1（PLCγ1），它們在結構上與受體激酶連接。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GFR 激酶引導3 條信號傳導途徑：MAPKK／MAPK kinase 途 徑；BAX／BCL－2－associated X protein途徑；PDK／phosphoinositide－dependent protein kinase途徑［6］。

1.3.1 MAPKK／MAPK kinase途徑 FGFR底物2α（FRS2α）被 激 活 后 與 生 長 因 子 連 接 蛋 白（receptorbound 2GRB2）結合，GRB2 招 募（guanine nucleotide exchange factor son of sevenless，SOS），接著SOS激活RAS GTPase起始MARK 級聯(lián)反應，激活的MAPK從細胞質轉到細胞核，并在細胞核內磷酸化，立即激活早期基因轉錄。這條通路的主要結果是細胞增殖，但也可導致細胞分化，細胞遷移或者引起另一個細胞發(fā)生反應。

1.3.2 BAX／BCL－2－associated X protein 途 徑FRS2α激活后與GRB2協(xié)同結合蛋白1（adaptor protein GRB2－associated binging protein 1，GAB1）結合形成信號復合物。而招募的GAB1以PI3K－AKT 通路調節(jié)下游信號，PI3K 介導PDK 激活AKT酶（protein kinase B）表達，抑制促細胞凋亡反應器從而保證細胞活性，如細胞死亡的拮抗物BCL－2（BAD）和叉頭轉錄因子O型（forkhead box class O，F(xiàn)OXO）頭轉錄。

1.3.3 PDK／phosphoinositide－dependent protein kinase途徑 FGFR激酶招募PLCγ1并將其磷酸化，起始一條獨特信號通路，在細胞遷移和細胞分化中起作用，并對RAS－MAPK 和PI3K－AKT 途徑產生影響?；罨腜LCγ1催化磷脂膜的磷脂酰磷酸肌醇4，5－二磷酸（PtdIns（4，5）（P2）水解為二酰甘油（DAG）和肌糖－1，4，5－三磷酸肌醇（IP3）8。DAG 激活蛋白酶C（PKC），以磷酸化方式依次激活它的底物，包括富含甘氨酸的十八烷基化激酶C底物（myristoylated Alarich C kinase substrate，MARCKS），MARCKS是細胞活性調節(jié)物質；IP3刺激胞內儲存的Ca2＋離子釋放，觸發(fā)Ca2＋依賴蛋白（如鈣調磷酸酶）激活，Ca2＋依賴蛋白激活后誘導激活的T 細胞轉錄因子核因子（NFAT）在核內轉運，刺激對細胞活性至關重要的蛋白表達［7］。

2 FGFs信號通路在小鼠肺發(fā)育中的作用

2.1 小鼠肺發(fā)育過程

小鼠肺器官發(fā)育過程包括：①假腺期（胚胎齡9.5d～16.5d（E9.5－E16.5），原腸胚（上皮層）誘導侵入周圍內臟中胚層（間充質），間皮重疊并建立肺原基，E9.5形成氣管和各級支氣管，E10.5－E16.5細支氣管再分支成短管束，呼吸樹形成；②微管期（E16.6－E17.4），呼吸樹朝直徑和長度擴展，毛細血管在肺腺泡生成后整合入肺泡上皮細胞之間開始構成管道網絡系統(tǒng)；③囊狀期（E17.5－P5），未來呼吸區(qū)域的末端導管形成外周呼吸道，此階段末期的胎肺可以支持早熟胎兒肺部氣體交換；④泡狀期（P6－P30），毛細血管網絡和肺泡為準備氣體交換而進行重建，肺泡數(shù)量和表面積顯著增多。整個肺分支形態(tài)是由上皮和間質層相互作用形成的，肺芽經歷萌發(fā)，生長和最終分支3個階段，在分支點連續(xù)重復著這套循環(huán)，構建起肺呼吸道復雜的樹樣結構，最終形成成熟的肺［8］。

2.2 FGFs在小鼠肺發(fā)育中的作用

已有研究表明，F(xiàn)gf1、Fgf2、Fgf7、Fgf8、Fgf9、Fgf10和Fgf18在小鼠肺發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，包括肺芽萌發(fā)，促進細胞增殖分化，誘導肺分支形態(tài)建成等。Fgf1在假腺肺早期小鼠胚胎肺上皮和肺泡巨噬細胞中表達，對于肺上皮萌發(fā)肺芽過程中發(fā)揮重要作用，是所有FGFRs的高度親和性配體，主要依賴酪氨酸激酶受體Ras－Raf－MEK－MAP 激酶－轉錄調節(jié)通路介導細胞外信號，從而調節(jié)肺的形態(tài)建成。Fgf1參與肺部病理修復過程，當肺部損傷后肺泡上皮細胞和巨噬細胞內表達Fgf1；實驗性誘導的肺纖維化過程中，F(xiàn)gf1開始表達，通過MEK－ERK 誘導Smad2去磷酸化引起膠原合成增加（膠原酶合成減少），EMT（Epithelial－mesenchymal transition）下調和肌成纖維細胞積累，成功抵抗TGF－β引起的肺部纖維化并緩解了肺功能紊亂。Fgf2在肺上皮支氣管平滑肌細胞中表達，可有效誘導肺上皮細胞特定表面活性蛋白（SP－A，－B和－C）的表達，是肺上皮細胞特異表面活性蛋白表達最有效的誘導劑。Fgf2可加強肺部組織上皮細胞增殖，從而修復損壞的肺部組織，因此Fgf2基因修飾的間充質干細胞已經成為治療緩解肺組織損傷的高效基因修飾載體［9］。然而Fgf2也可介導MAPK信號通路促進肌成纖維細胞增殖，導致肺纖維致密化。Ju W等［10］研究發(fā)現(xiàn)，如果阻斷FGF2／FGFR通路便可有效減輕肺纖維化程度。蔡宏鳳等［11］在治療肺癌的研究過程中發(fā)現(xiàn)，上皮間質轉化是腫瘤浸潤轉移的重要機制之一，而阻斷fgf2信號通路在誘導肺癌細胞A549上皮間質轉化過程中發(fā)揮的作用，則可能改善肺癌浸潤和轉移的效應，為治療肺癌提供更好的方法。Fgf7在小鼠假腺肺早期和微管肺早期肺上皮有強烈表達，結合受體經MAPK信號傳導途徑完成一系列的級聯(lián)反應，發(fā)揮生物學效應［12］。Fgf7具有促進遠端呼吸道上皮細胞分化并形成囊樣結構的作用。Fgf7能有效誘導Erm 和Pea3表達，從而調控成體肺上皮細胞的分化過程（E11.5 時Erm 特異在肺上皮表達，而Pea3在肺上皮和間質中均表達），促進驅動肺泡上皮細胞成熟Ⅰ型Ⅱ型分化和特性表達。Fgf7預處理小鼠可有效緩解酸、高氧、輻射等因素導致的肺組織損傷，同時，損傷肺組織中Fgf7的表達量有顯著提高，推斷出Fgf7對肺損傷具有較好的保護及修復作用［13］。

小鼠胚胎E12.5初次檢測到Fgf8mRNA 轉錄，在肺間質和肺上皮中均可表達，是調控肺胚胎階段過程中細胞增殖所必需的生長因子，能夠維持胚胎肺發(fā)育并引導產后肺泡的發(fā)生。Fgf8突變小鼠遠端肺I型上皮細胞較少，由于內襯肺泡壁細胞持久表達Nkx2.1，引起肺II型上皮細胞異常增殖，從而抑制肺泡化過程。研究表明，F(xiàn)gf8缺失小鼠的肺上皮和間充質從E16.5～E18.5將會出現(xiàn)明顯的過度增殖，引起肺上皮細胞分化被阻斷，血管重塑異常［14］。

FGF9通過Fgfr2IIIc參與調節(jié)肺分支形態(tài)的建成。E10.5，F(xiàn)gf9在肺芽外緣的肺胸膜和支氣管上皮表達，但在隨后的E12.5和E14.5，肺胸膜持續(xù)表達Fgf9，但在上皮位置已經檢測不到Fgf9的存在。研究表明，F(xiàn)gf9對于促進肺間質細胞的增殖具有重要的作用。Fgf9－／－小鼠胚胎肺間質發(fā)育不良以至于到妊娠末期難以維系生命［15］。

Fgf10在小鼠肺外周間充質組織以及間充質包裹著正在發(fā)育的肺上皮遠側尖端中表達，在肺器官發(fā)育過程中肺芽形成、遠端間質細胞分化過程中發(fā)揮著重要作用。Fgf10缺陷小鼠會因缺乏下游氣管、主要支氣管和肺實質，導致小鼠死亡。Fgf10是Fgfr2b的主要配體，而Fgfr2b是早期肺氣管發(fā)育上皮間充質相互作用的關鍵，抑制FGFR2信號可導致肺氣腫疾病或肺器官發(fā)育不良癥狀。Fgf10在參與調節(jié)肺分支形態(tài)時，與其他信號通路因子相作用，如TGF－β（transforming growth factors－β）信號通路。研究發(fā)現(xiàn)，TGF－β信號通路可以抑制Fgf10的表達從而調節(jié)成體肺上皮干細胞的生長［16］。FGF10通過K－RAS基因調控肺發(fā)育過程，F(xiàn)gf10在肺Ⅱ型上皮細胞過表達使其下游RAS－MAPK信號通路過度打開，從而導致肺腺瘤樣組織增生，為肺部相關腫瘤疾病的治療提供了一定理論支持［17］。

Fgf18在胚胎和產后肺中顯著性表達，在肺近端呼吸道軟骨管和周圍間充質中表達，具有刺激肺間充質細胞和上皮細胞增殖，抑制遠端肺泡形成的作用。Fgf18的表達時間和模式不同于Fgf9或Fgf10，在胎兒期3d～10d具有高通量表達，表達出來的蛋白可結合Fgfr1亞型以外的多種FGFRs，其功能可能與Fgf7（結合并激活Fgfr2IIIb）和Fgf10（結合Fgfr2IIIB和Fgfr1IIIB亞型）重疊。Fgf18和Fgf8是在肺上皮表達密切相關，但Fgf18缺失小鼠報告表型與Fgf8截然不同：Fgf18基因缺失突變小鼠體型偏小發(fā)育不良，肺形態(tài)較小，近遠端呼吸道受損，氣泡空間縮減，細胞增殖減少，然而Fgf8突變體表型遠端上皮增生，間質過度增殖，遠端上皮分化紊亂。Takahashi H 用除草酚誘導肺纖維化，提出Fgf18在微管肺階段和囊狀肺時期表達的下調可能干擾肺囊狀－泡狀分化以及遠端呼吸道的成熟從而導致肺發(fā)育不良，也證明了Fgf18對肺發(fā)育的重要性［18］。

2.3 FGFRs在小鼠肺發(fā)育中的作用

FGFRs信號在肺上皮分支形態(tài)發(fā)生，遠端細支氣管分化和胎肺血管生成中起著重要作用。在胚胎發(fā)育階段，F(xiàn)gfr1在氣管和肺芽間充質中都有表達。而Fgfr2在肺胚胎早期上皮區(qū)域全部都能檢測到，之后其表達只局限于遠端上皮區(qū)。Fgfr3和Fgfr4在遠端上皮低水平表達。缺乏Fgfr3和Fgfr4的小鼠突變體沒有經歷正常的肺泡化，但在出生后如果立即抑制FGFR信號，則不能改變出生后小鼠的肺泡化。FGFRs表達量擴增則可導致肺鱗狀細胞癌（Squamous cell lung carcinoma，SCC）發(fā)生［19］。其中FGFR1 擴增是肺鱗癌中最常見的一種可治療性基因損傷，因為FGFR級聯(lián)在腫瘤細胞增殖，血管生成，移植和存活中扮演重要作用，而FGFR 抑制劑在多種活體／離體腫瘤模型中可以減少細胞增殖，誘導細胞死亡，所以將FGFR1標準化報告與FGFR1抑制劑相結合對肺鱗癌的臨床治療具有重要意義［20］。哺乳動物衰老過程中，體內氧化應激損傷等會導致成纖維細胞和肺上皮細胞功能異常以及修復能力受損，進而導致肺組織結構發(fā)生變化，如特發(fā)性肺纖維化。李小溪等研究發(fā)現(xiàn)，8月齡的小鼠肺組織的纖維化傾向比5周齡的小鼠更加明顯，可證明小鼠肺組織的纖維化進程可能與衰老相關，F(xiàn)GFs／FGFR 系統(tǒng)活性下降，證明FGFRs不僅能促進肺組織發(fā)育，還在肺組織的纖維化／損傷修復中起著不可或缺的作用，據(jù)此，F(xiàn)GFRs相關分子藥物可能是未來治療肺纖維化疾病的關鍵［21］。

3 小結

FGFs配體與受體相互協(xié)調共同控制肺的發(fā)育，對小鼠肺芽萌發(fā)，促進細胞增殖分化，誘導肺分支形態(tài)建成等方面都發(fā)揮著關鍵作用。肺間質細胞的分化也逐漸引起人們關注，不同類型的間質細胞群構成成體肺中不同位置的干細胞龕，釋放激活或抑制干細胞的重要信號［22］。而肺相關疾病的產生，可能就是由于相關FGFs表達異常，造成干細胞龕的穩(wěn)態(tài)發(fā)生破壞而引起的。

此外，F(xiàn)GFs與其他信號通路BMPs，WNTs 以及Hedgehogs在肺部相互作用機制大多還不清楚，F(xiàn)GFs信號特異性轉導的分子機制仍然需要進一步探索，比如FGFR激酶在配體－受體二聚體過程中轉磷酸化的速度、程度和持續(xù)時間由什么決定，又是怎樣導致不同信號的產生？解決這些問題不僅利于我們理解FGFs在極其多樣化的生物環(huán)境中怎樣生成和運輸，還為進一步闡明肺器官發(fā)育的分子機制奠定基礎。

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