陳雯，許會(huì)靜，張金三*，李校堃

（1. 溫州大學(xué)生命科學(xué)研究院,浙江 溫州, 325000； 2. 溫州醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院, 浙江 溫州, 325000）

成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factors，F(xiàn)GFs）廣泛存在于生物體中，是一種高度保守的多肽，通過激活成纖維細(xì)胞生長因子受體（fibroblast growth factors receptor，F(xiàn)GFR)發(fā)揮其生物學(xué)功能,如調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，控制細(xì)胞增殖、分化和遷移，參與胚胎發(fā)育,組織損傷修復(fù),新生血管形成,干細(xì)胞增殖分化,神經(jīng)再生,鈣磷代謝等，成為不同器官中上皮-間質(zhì)相互作用的介體[1-3]。同時(shí)，在創(chuàng)傷修復(fù)、心血管系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及軟骨再生中均扮演重要角色[4]。目前已發(fā)現(xiàn)23個(gè)FGFs家族成員和4個(gè)FGFR家族成員。FGFR主要由1個(gè)胞質(zhì)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域、2個(gè)或3個(gè)Ig樣結(jié)構(gòu)域（稱為環(huán)Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ）組成，其中環(huán)Ⅲ的C端部分決定了受體的特異性[5]。FGFR1、FGFR2和FGFR3在第3外顯子處進(jìn)行剪接，產(chǎn)生 “b”或“c”亞型[4]。其中“b”亞型主要在上皮細(xì)胞表達(dá)，“c”亞型主要存在于間充質(zhì)組織。

胚胎發(fā)育過程中，F(xiàn)GFs廣泛表達(dá)在胰腺前體細(xì)胞周圍的間充質(zhì)中，通過旁分泌機(jī)制刺激胰腺前體細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞遷移從而啟動(dòng)胰腺發(fā)育過程[3]，并參與調(diào)控內(nèi)分泌胰腺細(xì)胞的精準(zhǔn)分化[6-7]。為更好地了解FGFs及其受體調(diào)控胰腺發(fā)育的研究現(xiàn)狀，本文將對(duì)FGFs在胰腺發(fā)育中的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 小鼠胰腺發(fā)育概述

胰腺的器官發(fā)生可分為3個(gè)階段。第1階段為胚胎期（embryo, E）8.5 d—E12.5 d，胰腺以2個(gè)獨(dú)立胰芽的形式出現(xiàn)；E10.5 d—E11.5 d，背芽和腹芽不斷延伸，分布在十二指腸兩側(cè)；E12.5 d，2個(gè)胰芽融合在一起，進(jìn)行分支和擴(kuò)張，胰腺祖細(xì)胞形成內(nèi)外分泌簇（見圖1a）。第2階段為E13.5 d—E16.5 d，此時(shí)胰腺祖細(xì)胞增殖能力降低并開始分化，E14.5 d時(shí)，導(dǎo)管和腺泡（即外分泌部分）形成，呈現(xiàn)出獨(dú)特的分支形態(tài)；而內(nèi)分泌前體細(xì)胞則通過分層的方式從分支中脫離，聚集在主干中[8-9]（見圖1b）。E16.5 d至出生后為第3階段，此階段胰腺的內(nèi)外分泌部得到重塑趨于成熟，E17.5 d，成熟的細(xì)胞聚集，形成具有腺泡、導(dǎo)管和胰島的胰腺雛形（見圖1b）。

圖1 小鼠胚胎胰腺發(fā)育形態(tài)演變圖Figure 1 Diagram of morphological evolution of pancreatic development in mouse embryo

2 成纖維細(xì)胞生長因子在胰腺發(fā)育中的作用

根據(jù)FGFs家族成員的序列同源性和功能不同可將其分為7個(gè)亞家族（見圖2）。分別是FGF1、FGF4、FGF7、FGF8、FGF9、FGF11和FGF15/19亞家族。FGF1和FGF2是最早發(fā)現(xiàn)的FGF家族成員，它們屬于FGF1亞家族。FGF1亞家族通過調(diào)控下游信號(hào)通路，對(duì)組織器官的形成、血管生成等具有重要作用。研究表明，重組FGF1具有胰島素致敏作用，對(duì)于胰島素抵抗和2型糖尿病的治療具有重要的指導(dǎo)意義[10]。FGF4、FGF5、FGF6共同組成了FGF4亞家族，F(xiàn)GF4在胚胎和組織干細(xì)胞的增殖分化過程中發(fā)揮主要的調(diào)控作用；FGF5主要作用于毛囊生長周期；FGF6對(duì)肌肉修復(fù)和心肌保護(hù)起主要作用[11]。FGF3、FGF7、FGF10以及FGF22組成了FGF7亞家族，其中，F(xiàn)GF7可以促進(jìn)骨骼的形成[12]；FGF10在多種器官發(fā)育中發(fā)揮調(diào)控作用，并與腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及創(chuàng)面修復(fù)和干細(xì)胞的增殖分化有關(guān)[13]。FGF8亞家族由FGF8、FGF17、FGF18組成，其中FGF17參與神經(jīng)形成，腦部以及動(dòng)脈、骨骼的發(fā)育，在胚胎發(fā)育和腫瘤形成中具有一定的作用；FGF18在骨骼發(fā)育中也起著重要作用[14]。FGF9亞家族成員有FGF9、FGF16、FGF20，它 們 主 要 與 受 體FGFR1c、FGFR2c、FGFR3c、FGFR3b以 及FGFR4結(jié) 合，F(xiàn)GF9在 多種組織中表達(dá)，與人類肥胖相關(guān)[15]。FGF11亞家族主要由FGF11、FGF12、FGF13、FGF14組成，屬于胞內(nèi)蛋白，無法分泌到細(xì)胞外，因此不能與FGFR結(jié)合。FGF15/19亞家族由FGF15/19、FGF21和FGF23組成，這個(gè)亞家族成員主要調(diào)控機(jī)體膽汁酸平衡、調(diào)節(jié)葡萄糖和脂質(zhì)代謝等過程。本文重點(diǎn)對(duì)小鼠胰腺發(fā)育中FGF2、FGF4、FGF7、FGF10、FGF21和FGF23的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

2.1 成纖維細(xì)胞生長因子2在小鼠胰腺發(fā)育中的作用

FGF2主要通過FGFR1、FGFR2和FGFR3的IIIc亞型起作用。同時(shí)，它也以較低的親和力與FGFR1b和FGFR4結(jié)合[2-3]。大量證據(jù)表明內(nèi)分泌表型由胰腺前體激活，F(xiàn)GF2是誘導(dǎo)人胰腺前體細(xì)胞定向遷移和聚集以形成胰島細(xì)胞聚集體的有效趨化劑，促進(jìn)腸管形成和胰腺分化過程[4]。在內(nèi)胚層中，F(xiàn)GF2是胰腺前體細(xì)胞啟動(dòng)形成的趨化因子[16-17]，通過絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路激活胰腺十二指腸同源盒1（pancreatic and duodenal homeobox 1，Pdx1）的表達(dá)（見圖3）[18]。此外，F(xiàn)GF2可以激活內(nèi)分泌、自分泌、旁分泌的甘露聚糖，刺激細(xì)胞聚集和細(xì)胞簇形成的初始過程，這是內(nèi)分泌胰腺發(fā)育和分化的重要步驟。

圖2 FGFs家族成員分類示意圖Figure 2 Diagram of classification of the FGFs

圖3 FGFs在小鼠胰腺發(fā)育中的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)Figure 3 Diagram of FGFs transcriptional regulation network in mouse pancreas development

FGF2將人胚胎干細(xì)胞分化形成的定型內(nèi)胚層以濃度依賴的方式指定為前腸和中腸的特定譜系，例如肝、胰、肺和腸的祖細(xì)胞，保留了在前腸內(nèi)胚層中的功能[19-20]。最近， Dettmer等[21]利用人多能干細(xì)胞（human pluripotent stem cells，hPSCs）探究了FGF2、FGF7、FGF10和表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）對(duì)人胰腺發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)FGF2在人類胰腺中的作用與動(dòng)物模型不同。人體胰腺早期發(fā)育時(shí)，F(xiàn)GF2刺激音猥因子（sonic hedgehog，Shh）的表達(dá)，同時(shí)以劑量依賴的方式抑制Pdx1的表達(dá)。然而，小鼠胰腺發(fā)育的早期階段，新生的胰腺內(nèi)胚層分泌FGF2，抑制脊索Shh的表達(dá)[22-23]。因此，F(xiàn)GF2在動(dòng)物和人體中的具體作用還需要進(jìn)一步探究。

2.2 成纖維細(xì)胞生長因子4在小鼠胰腺發(fā)育中的作用

FGF4信號(hào)傳導(dǎo)在內(nèi)胚層中對(duì)Pdx1+細(xì)胞所在區(qū)域的前腸內(nèi)胚層的分化進(jìn)行調(diào)控[24-25]，主要通過FGFR1c和FGFR2c發(fā)出信號(hào)，與維甲酸（retinoic acid，RA）共同促進(jìn)內(nèi)胚層的形成和胰腺的擴(kuò)增（見圖3），同時(shí)誘導(dǎo)胰腺標(biāo)志物的表達(dá)。此外，F(xiàn)GF4可以主導(dǎo)形成導(dǎo)管樣上皮的增生，阻遏外分泌的分化，這可能是由于間充質(zhì)細(xì)胞為適應(yīng)FGF4信號(hào)傳導(dǎo)改變特性而引起的間接作用。已有研究表明，F(xiàn)GF4的異常表達(dá)導(dǎo)致上皮結(jié)構(gòu)散亂分布于基質(zhì)組織中，破壞胰腺形態(tài)的發(fā)生。同時(shí)，F(xiàn)GF4對(duì)Pdx1的表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)劑量依賴性，中等水平的FGF4表達(dá)量是維持Pdx1表達(dá)的重要條件之一，高水平的表達(dá)量則會(huì)抑制Pdx1的表達(dá)。因此，F(xiàn)GF4對(duì)內(nèi)胚層的形成起一定的調(diào)控作用，進(jìn)而影響胰腺早期發(fā)育過程[26]。

2.3 成纖維細(xì)胞生長因子9在小鼠胰腺發(fā)育中的作用

FGF9在胰腺間質(zhì)中表達(dá)，可誘導(dǎo)胰腺間質(zhì)中潛在的Sprouty相關(guān)的酪氨酸激酶結(jié)合蛋白1（Sprouty-related enabled/vasodilator-stimulated phosphoprotein homology 1 domain 1，Spred1）的表達(dá)。Sylvestersen等[27]在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證明Spred和受體酪氨酸激酶的胞內(nèi)負(fù)調(diào)節(jié)器（Sprouty，Spry）家族的一些成員在胚胎小鼠胰腺中表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)Spred1/2以及Spry2/4主要表達(dá)于胰腺間質(zhì)，由多種受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）途徑誘導(dǎo)。利用胚胎胰腺外植體培養(yǎng)，Sylvestersen等[27]證明Spred1/2和Spry2/4在FGF9的下游表達(dá)，通過FGF9的調(diào)控而增加。同時(shí)FGF2和FGF9可以激活FGFR的“c”亞型誘導(dǎo)間質(zhì)Spred1/2和Spry2/4的表達(dá)，這是因?yàn)殚g質(zhì)可以直接或間接對(duì)具有“c”亞型特異性的FGF信號(hào)作出反應(yīng)。上皮-間質(zhì)相互作用對(duì)胰腺的正常發(fā)育很重要，然而目前關(guān)于FGF向間質(zhì)發(fā)出信號(hào)的研究依然很少，包括信號(hào)作用靶點(diǎn)、作用方式等，這些問題仍需要繼續(xù)探索。

2.4 成纖維細(xì)胞生長因子7在小鼠胰腺發(fā)育中的作用

FGF7和FGF10促進(jìn)胚胎胰腺上皮細(xì)胞的增殖和形態(tài)發(fā)生并參與胰腺上皮細(xì)胞的分化程序。盡管它們不改變從無間充質(zhì)胰腺殘基分化出的內(nèi)分泌細(xì)胞的數(shù)量，但仍會(huì)誘導(dǎo)外分泌組織的發(fā)育。轉(zhuǎn)基因小鼠中，在載脂蛋白啟動(dòng)子的控制下，F(xiàn)GF7的過表達(dá)會(huì)引起胰島素表達(dá)的增加，這表明FGF7可能誘導(dǎo)內(nèi)分泌細(xì)胞的分化[5,10]。另外，表達(dá)FGFR2b的胰腺上皮細(xì)胞的生長速度受到FGF7濃度的調(diào)控，同時(shí)抑制內(nèi)分泌組織的發(fā)育，其中FGF7僅與FGFR2b結(jié)合，激活胰腺上皮細(xì)胞增殖，抑制內(nèi)分泌細(xì)胞分化（見圖3）[7]。

2.5 成纖維細(xì)胞生長因子10/FGFR2b/Sox9信號(hào)在小鼠胰腺發(fā)育中的作用

通過前期研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF10-/-的小鼠出生致死，F(xiàn)GF10+/-的小鼠四肢和肺部發(fā)育異常，同時(shí)還表現(xiàn)出胰島素表達(dá)細(xì)胞明顯減少，這表明FGF10對(duì)胰島功能具有調(diào)控作用。

Sry相關(guān)組蛋白9（SRY-related HMG-box gene 9，Sox9）是維持胰腺祖細(xì)胞中FGFR2b表達(dá)所需的細(xì)胞自主因子。FGFR2b通過細(xì)胞聚集以及自分泌和旁分泌作用形成簇進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)分泌胰腺的發(fā)育和分化[28]。Sox9形成了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的核心，該基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)于正常器官生長和維持器官身份至關(guān)重要。在胰腺早期發(fā)育期間，Sox9+祖細(xì)胞特異性消融會(huì)引起胰腺到肝細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)換。Sox9缺乏則會(huì)導(dǎo)致FGFR2b+細(xì)胞自主丟失，而FGFR2b是轉(zhuǎn)導(dǎo)間充質(zhì)FGF10信號(hào)所必需的[29-30]。同時(shí)，又需要FGF10維持上皮祖細(xì)胞中Sox9和FGFR2b的表達(dá)。這表明Sox9、FGFR2b和FGF10在早期胰腺發(fā)育中形成前饋表達(dá)環(huán)[31]。這種自我促進(jìn)的Sox9/FGF10/FGFR2b反饋環(huán)可在廣泛的發(fā)育和再生環(huán)境中調(diào)節(jié)細(xì)胞身份和器官大小。有研究表明EGF、FGF10是胰腺再生期間的形態(tài)發(fā)生原，能夠在體外刺激MAPK和蛋白激酶B（protein kinase B，PKB或AKT）的表達(dá)[32]。胰腺再生時(shí)，F(xiàn)GF10可以激活A(yù)KT，AKT再激活下游通路（見圖3），通過保護(hù)導(dǎo)管祖細(xì)胞免受程序性死亡促進(jìn)再生，這對(duì)導(dǎo)管細(xì)胞體外擴(kuò)增以及β細(xì)胞置換的治療過程具有一定的指導(dǎo)意義。

目前的研究中發(fā)現(xiàn)，早期FGF10缺失會(huì)抑制祖細(xì)胞的分化，影響內(nèi)分泌腺的形成和成熟。對(duì)FGF10的理解和探究將有助于推動(dòng)胚胎胰腺發(fā)育不良的治療，但此過程中FGF10影響的具體路徑和作用機(jī)制還需要深入挖掘。

2.6 成纖維細(xì)胞生長因子21在小鼠胰腺發(fā)育中的作用

FGF21是葡萄糖穩(wěn)態(tài)的有效調(diào)節(jié)劑，通過具有酪氨酸激酶活性的細(xì)胞表面受體起作用，其合成和分泌可由多種代謝和細(xì)胞應(yīng)激觸發(fā)，比如饑餓和ER應(yīng)激等。FGF21在調(diào)節(jié)β細(xì)胞增殖和胰島素合成中發(fā)揮重要作用，主要通過調(diào)節(jié)生長激素（growth hormone，GH）信號(hào)傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)[33]。已有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21抑制了胰島中GH信號(hào)的傳導(dǎo)，從而抑制GH誘導(dǎo)的胰島素表達(dá)、β細(xì)胞增殖等過程[33]，影響胰腺正常發(fā)育。

胰島是FGF21的主要靶標(biāo)之一，F(xiàn)GF21的缺失將直接影響胰島功能和細(xì)胞的生長。葡萄糖誘導(dǎo)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1 / 2 (extracellular regulated protein kinases1/2，ERK1/2)的活化和核易位刺激胰腺β細(xì)胞中胰島素基因的轉(zhuǎn)錄，F(xiàn)GF21通過激活ERK 1/2和AKT信號(hào)通路調(diào)控胰島素含量，使胰島素在2 h內(nèi)恢復(fù)到基礎(chǔ)水平[16]。研究表明，F(xiàn)GF21可以通過減少胰島的糖脂毒性和細(xì)胞凋亡，進(jìn)而保護(hù)糖尿病小鼠的β細(xì)胞不受損傷，但并不影響胰島細(xì)胞的增殖，僅抑制因過度生長引起的β細(xì)胞的擴(kuò)增[33]。在健康大鼠分離的胰島中，F(xiàn)GF21增加了胰島素的mRNA和蛋白質(zhì)水平，并沒有增強(qiáng)葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌，但會(huì)增加糖尿病患者胰島的胰島素分泌和胰島素含量，并通過激活ERK1/2保護(hù)細(xì)胞免于凋亡（見圖3）[34]。以上研究表明FGF21是維持胰島素敏感性、胰島細(xì)胞正常生長、胰島素合成和胰島功能的關(guān)鍵因素。此外，F(xiàn)GF21通過與FGFR和抗衰老基因編碼蛋白β-Klotho組成的酪氨酸激酶受體復(fù)合物刺激腺泡細(xì)胞分泌消化酶[6,35]，緩解空腹/進(jìn)食等生理?xiàng)l件下以及胰腺炎等病理?xiàng)l件下產(chǎn)生的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。

2.7 成纖維細(xì)胞生長因子23在小鼠胰腺發(fā)育中的作用

FGF10和FGF23是腹側(cè)胰腺正常發(fā)育必需的，并通過內(nèi)胚層發(fā)送信號(hào)激活P48的起始表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF10和FGF23對(duì)胰腺和肝臟這2個(gè)器官具有完全相反的作用，二者共同誘導(dǎo)胰腺標(biāo)志物的表達(dá)，同時(shí)抑制肝臟標(biāo)志物表達(dá)。當(dāng)體內(nèi)缺乏這2種生長因子時(shí)，肝臟會(huì)向后擴(kuò)展，損害胰腺中Pdx1+細(xì)胞，引起發(fā)育畸形。胰腺腹側(cè)中胚層（lateral plate mesoderm，LPM），它可以釋放調(diào)控信號(hào)，控制腹芽的規(guī)格和生長，從而形成外分泌腺[14,36-37]。胚胎發(fā)育早期，內(nèi)胚層表達(dá)FGF23基因，介導(dǎo)從內(nèi)胚層到中胚層的信號(hào)傳導(dǎo)，觸發(fā)胰腺LPM模式。FGF10與FGF23作用于胰腺外側(cè)LPM，兩者共同促進(jìn)腹胰發(fā)育[38]。當(dāng)FGF23表達(dá)缺失，腹芽的發(fā)育被推遲但不被阻斷，這個(gè)過程中背芽的發(fā)育基本沒有受到影響。因此，F(xiàn)GF23主要在建立胰腺LPM的模式和腹芽的規(guī)格中發(fā)揮作用[39]。

3 結(jié)語和展望

小鼠胰腺發(fā)育過程中，存在易受不適條件攻擊的關(guān)鍵時(shí)期，尤其是體內(nèi)信號(hào)阻斷或缺失將會(huì)對(duì)機(jī)體造成不可逆的損傷，包括出生后發(fā)育缺陷、器官功能低下，以及成年后潛在疾病的發(fā)生發(fā)展。本文中，F(xiàn)GFs及其受體參與調(diào)控胰腺發(fā)育過程，胰腺發(fā)育早期，F(xiàn)GF2促進(jìn)細(xì)胞簇形成，F(xiàn)GF4促進(jìn)內(nèi)胚層的分化、形成，并主導(dǎo)導(dǎo)管樣上皮的增生，為胰腺的形成和成熟奠定基礎(chǔ)，但FGF2在人體和動(dòng)物中的作用機(jī)制有差別。FGF7、FGF9、FGF10表達(dá)于胰腺間質(zhì)，F(xiàn)GF9調(diào)控間質(zhì)Spry和Sproud信號(hào)傳遞。而FGF7和FGF10同屬于FGF7亞家族，主要激活在上皮細(xì)胞表達(dá)的FGFR2b受體，F(xiàn)GF10、FGFR2b與SOX9又形成反饋環(huán)，調(diào)控胰腺祖細(xì)胞增殖分化，誘導(dǎo)內(nèi)外分泌祖細(xì)胞準(zhǔn)確分化為腺泡、導(dǎo)管和胰島祖細(xì)胞，這是胰腺正常演變的必要條件。FGF21通過β-Klotho激活A(yù)KT、ERK信號(hào)通路，保護(hù)胰島正常功能。這些結(jié)果表明不同的FGF對(duì)胰腺內(nèi)外分泌的調(diào)控作用和機(jī)制不同，需要對(duì)其深入挖掘，明確FGF的作用靶點(diǎn)，為疾病的治療打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。