牛韶華，李鳳娥，吳俊靜，彭先文，梅書棋，喬 木*

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物胚胎工程及分子育種湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430064；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430070）

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子10（Fibroblasts Growth Factor10，）基因是成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子家族成員之一，能夠與其受體結(jié)合調(diào)節(jié)多種生物學(xué)過(guò)程。隨著基因組學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)的結(jié)構(gòu)功能及其調(diào)控機(jī)制等方面進(jìn)行了大量研究，主要圍繞在幾種細(xì)胞類型中激活的關(guān)鍵細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路展開，該基因在細(xì)胞中調(diào)控多種細(xì)胞反應(yīng)包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡、遷移等，并且參與機(jī)體的傷口愈合和組織修復(fù)。近期研究發(fā)現(xiàn)，可能與動(dòng)物的肉品質(zhì)性狀、繁殖能力相關(guān)。因此，研究對(duì)提高畜牧業(yè)生產(chǎn)效益和產(chǎn)品品質(zhì)有重要意義。本文主要綜述了基因結(jié)構(gòu)、生理功能及其在畜牧等方面的研究現(xiàn)狀，以期為研究其基因功能奠定基礎(chǔ)，并為其在畜牧生產(chǎn)上應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 FGF 家族基因

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（Fibroblast Growth Factor，F(xiàn)GF）是一類結(jié)構(gòu)相關(guān)的多肽家族，具有多種生物活性，參與調(diào)節(jié)多種發(fā)育、代謝、腫瘤和神經(jīng)過(guò)程以及相關(guān)疾病，在成長(zhǎng)期和成年個(gè)體的組織中廣泛表達(dá)。在20 世紀(jì)30 年代首次在大腦組織的提取物中發(fā)現(xiàn)FGF，到70 年代被分離出來(lái)，根據(jù)它的作用將其命名為FGF。這是一組在進(jìn)化中高度保守的蛋白質(zhì)組，通過(guò)受體酪氨酸激酶觸發(fā)信號(hào)傳導(dǎo)。FGF 信號(hào)通路在機(jī)體各個(gè)部位發(fā)育過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用。

目前，已經(jīng)在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了22 個(gè)FGF 家族成員（），其中是人類的小鼠同源物，故認(rèn)為和是同一個(gè)基因。這些家族成員可以與4 個(gè)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（Fibroblast Growth Factor Receptor，F(xiàn)GFR）結(jié) 合，即FGFR1～FGFR4，其與受體的相互作用受細(xì)胞外環(huán)境的調(diào)控。根據(jù)發(fā)揮功能的分子機(jī)制不同，F(xiàn)GF 家族成員可以分為旁分泌、內(nèi)分泌和胞分泌的FGF。這22個(gè)家族成員分為7 個(gè)亞家族（），并根據(jù)序列相似性、生化功能和進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行了分類，和被稱為標(biāo)準(zhǔn)FGF，它們通過(guò)旁分泌或者自分泌的方式發(fā)揮作用，并結(jié)合FGFRs（FGFR1～FGFR4），肝素或硫酸肝素作為輔助因子。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（FGF/FGFR）信號(hào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)胚胎發(fā)生、血管生成、傷口修復(fù)、組織穩(wěn)態(tài)和癌癥等多種生物學(xué)過(guò)程。

2 FGF10 基因的表達(dá)與定位

是成纖維生長(zhǎng)因子家族的一員，是由84～246 個(gè)氨基酸組成的堿性蛋白。1996 年，Yamasaki等首次從鼠的胚胎細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了基因。研究發(fā)現(xiàn)，基因可以通過(guò)激活FGFR1 和FGFR2 來(lái)調(diào)控細(xì)胞增殖與分化。和同屬于FGF7 亞家族，它們均能夠與FGFR1 和FGFR2 的IIIb剪接變體特異性結(jié)合。在胚胎的上皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞中表達(dá)，在成年個(gè)體中主要在肝、肺、腸等器官中表達(dá)，屬于典型的細(xì)胞外區(qū)域蛋白，通過(guò)旁分泌的形式與HS（硫酸乙酰肝素）結(jié)合來(lái)激活FGFR1 和FGFR2，參與調(diào)控動(dòng)物肺臟和四肢的發(fā)育過(guò)程，進(jìn)而調(diào)節(jié)各種生物學(xué)反應(yīng)。是特異性表達(dá)于白色脂肪的唯一FGF，可以調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的發(fā)育和代謝，刺激前脂肪細(xì)胞的增生，從而促進(jìn)脂肪的生成。

3 FGF10 基因的生理功能

最初是通過(guò)基于同源性的聚合酶鏈反應(yīng)從大鼠胚胎中鑒定出來(lái)的。敲除的小鼠在出生前是可以存活的，但部分器官發(fā)育開始后出現(xiàn)組織廣泛凋亡最終表現(xiàn)出發(fā)育異常，如白色脂肪組織、四肢、肺、垂體和唾液腺等，這表明在這些器官發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。另有研究表明，與FGFR2b 的親和力遠(yuǎn)高于FGFR1b，敲除FGFR2b 小鼠的表型與基因敲除的小鼠極其相似（表1）。

表1 敲除FGF10 小鼠和敲除FGF2b 小鼠表型

3.1 FGF10 參與肺的發(fā)育對(duì)肺的發(fā)育至關(guān)重要，在間質(zhì)表達(dá)的信號(hào)通過(guò)FGFR2b 傳遞到上皮細(xì)胞，從而啟動(dòng)和促進(jìn)肺芽生長(zhǎng)。采用熒光原位雜交評(píng)估在人肺中的空間分布，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)肺實(shí)質(zhì)中均表達(dá)，表明信號(hào)通路在人類肺部發(fā)育的過(guò)程中起著重要作用。Karolak 等研究發(fā)現(xiàn)，在肺泡發(fā)育不良的個(gè)體中存在罕見的突變，并且突變或者單核苷酸多態(tài)性（SNP）與假性腺發(fā)育階段后的肺泡發(fā)育不良有關(guān)，在這種情況下過(guò)量的會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)育不全?；驈V泛參與肺損傷性修復(fù)過(guò)程，能夠抑制炎癥反應(yīng)，重建損傷的上皮結(jié)構(gòu)，但其在肺損傷性修復(fù)過(guò)程中的機(jī)制仍未完全闡明。

3.2 FGF10 與脂肪生成是一種脂肪因子，參與脂肪形成的調(diào)節(jié)。多項(xiàng)研究報(bào)道，在重度肥胖的皮下脂肪、內(nèi)臟脂肪和腹部脂肪中高表達(dá)。通過(guò)Ras/MAKP 途徑促進(jìn)前脂肪細(xì)胞的增殖和分化，對(duì)前脂肪細(xì)胞的增殖和分化至關(guān)重要。Matsubara 等研究表明，調(diào)節(jié)許多Krüppel 樣因子（KLFs）的表達(dá)，并且與它們存在協(xié)同或拮抗的相互作用。Xu 等證明，在山羊前脂肪細(xì)胞成脂分化中起著重要的調(diào)節(jié)作用，是一個(gè)正向的調(diào)節(jié)因子，敲除會(huì)抑制肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞的生成，而的過(guò)表達(dá)則會(huì)促進(jìn)前脂肪細(xì)胞的分化。Konishi 等研究發(fā)現(xiàn)，肌內(nèi)脂肪細(xì)胞分化2 d 后，的表達(dá)量顯著升高，而在敲除的小鼠中，白色脂肪組織中細(xì)胞周期蛋白D2 的表達(dá)顯著下降，表明在白色細(xì)胞周期蛋白D2 的表達(dá)中是必需的，調(diào)節(jié)脂肪形成。Matsubara 等發(fā)現(xiàn)，在雞前脂肪細(xì)胞分化早期，mRNA 水平迅速下降。這種差異可能是由于物種或者脂肪組織類型不同。

在白色脂肪組織中大量表達(dá)，尤其在前脂肪細(xì)胞中表達(dá)。前脂肪細(xì)胞分化為成熟細(xì)胞的過(guò)程被稱為脂肪生成，在脂肪的生成過(guò)程中需要和PPAR，而在基因敲除小鼠胚胎的白色脂肪組織中PPAR的表達(dá)量顯著降低。pRb 直接與結(jié)合并且刺激的活性，而能夠通過(guò)激活FGFR2b 和Ras/MAPK 途徑誘導(dǎo)pRb 的產(chǎn)生，pRb 又與結(jié)合，從而誘導(dǎo)PPAR的表達(dá)，最終刺激脂肪的生成。此外，信號(hào)是啟動(dòng)3T3-L1 細(xì)胞分化的重要信號(hào)，阻斷信號(hào)可抑制信號(hào)啟動(dòng)，從而影響3T3-L1 細(xì)胞分化。

miR-327 是前脂肪細(xì)胞分化為米黃色脂肪細(xì)胞的關(guān)鍵調(diào)控因子，它可以特異性阻斷/FGFR2b 和下游的AKT 信號(hào)通路，使得前脂肪細(xì)胞的分化受損，這也間接表明可能通過(guò)FGFR2-AKT 軸來(lái)促進(jìn)脂肪細(xì)胞的分化。

脂蛋白脂肪酶（）主要表達(dá)于儲(chǔ)存大量脂肪酸的組織，如白色脂肪組織和褐色脂肪組織，是脂肪細(xì)胞分化的重要早期標(biāo)記物。有研究表明，肌內(nèi)脂肪細(xì)胞中過(guò)表達(dá)可以增強(qiáng)脂蛋白脂肪酶等轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，而通過(guò)RNA 干擾抑制的表達(dá)水平可以抑制脂蛋白脂肪酶的表達(dá)，影響脂蛋白脂肪酶誘導(dǎo)的脂質(zhì)積累。以上研究均表明，可能在調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞代謝中發(fā)揮作用，但是直接作用于脂蛋白脂肪酶還是通過(guò)PPAR在脂肪細(xì)胞代謝中發(fā)揮作用尚不清楚，需要更深入地研究在脂肪細(xì)胞代謝中的作用。

4 FGF10 基因在畜牧生產(chǎn)及其他領(lǐng)域中的作用

4.1基因在動(dòng)物胚胎發(fā)育中的作用 在牛的卵泡膜細(xì)胞、黃體細(xì)胞和卵母細(xì)胞中檢測(cè)到有表達(dá)，的2 個(gè)主要受體FGFR1 和FGFR2 在存在于卵母細(xì)胞和顆粒細(xì)胞中，在卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中起重要作用。關(guān)于在早熟和成熟的母牛卵母細(xì)胞體外發(fā)育作用的研究中發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)過(guò)程中阻斷內(nèi)源性作用會(huì)降低隨后的胚胎發(fā)育，并且影響胚胎質(zhì)量相關(guān)基因的表達(dá)，且能夠提高牦牛卵母細(xì)胞的成熟率，增加囊胚中的總細(xì)胞數(shù)，提高妊娠相關(guān)蛋白水平，并改善后期囊胚的質(zhì)量。相關(guān)研究也表明，可以增加牛卵丘細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)。另有研究發(fā)現(xiàn)，可以增加冷凍精子的活力，還可以增強(qiáng)牦牛受精過(guò)程中精卵的相互作用以及提高DNA的甲基化水平，提高牦牛卵母細(xì)胞體外受精的能力。在一些哺乳動(dòng)物卵巢中，是向發(fā)育中顆粒細(xì)胞發(fā)出旁分泌信號(hào)的候選基因，并且mRNA 水平和原始卵泡數(shù)量的增加在時(shí)間上正相關(guān)。Pan 等研究也發(fā)現(xiàn)，對(duì)受精能力的提升和囊胚質(zhì)量的改善有重要影響。Son 等研究結(jié)果表明，可顯著促進(jìn)豬卵丘-卵母細(xì)胞復(fù)合物的體外成熟，促進(jìn)卵丘細(xì)胞擴(kuò)張、卵母細(xì)胞成熟和隨后的胚胎發(fā)育。

4.2在動(dòng)物脂肪生成中的作用 在肌內(nèi)脂肪沉積方面，過(guò)表達(dá)和干擾基因可分別上調(diào)或下調(diào)、等分化標(biāo)志基因的表達(dá)，但基因是否參與調(diào)控成肌細(xì)胞分化還不清楚。王雨雪等研究發(fā)現(xiàn)，基因在山羊成肌細(xì)胞分化過(guò)程中有先上升后下降的趨勢(shì)；通過(guò)形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)基因可以抑制肌管的形成，而干擾基因能夠促進(jìn)成肌細(xì)胞的肌管形成，因此推測(cè)基因可能是成肌細(xì)胞分化的負(fù)調(diào)控因子。許晴等研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)的基因能促進(jìn)山羊皮下前體脂肪細(xì)胞分化，并且能夠上調(diào)、和的表達(dá)水平，下調(diào)的表達(dá)水平。楊洋在實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建了從江香豬基因的過(guò)表達(dá)載體；徐敏等研究表明，上調(diào)基因后，與脂肪分化相關(guān)的基因的表達(dá)量均有所增加。以上研究結(jié)果表明，基因?qū)ωi脂肪的分化具有促進(jìn)作用，可為深入研究基因?qū)χ境练e的調(diào)控機(jī)理提供參考 。

4.3基因的其他作用可調(diào)節(jié)大量發(fā)育過(guò)程，包括大腦模式、肢體發(fā)育和分支形態(tài)的發(fā)生，的一些細(xì)胞保護(hù)和血管生成治療應(yīng)用已經(jīng)在研究中。有研究表明，可能通過(guò)促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖在前列腺癌的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。Wang 等在對(duì)角膜內(nèi)皮創(chuàng)面愈合的影響研究中發(fā)現(xiàn)，能夠促進(jìn)角膜透明度的恢復(fù)，降低促炎因子白細(xì)胞介素1（IL-1）和腫瘤壞死因子-（TNF-）的表達(dá)，也可以通過(guò)與其結(jié)合受體直接相互作用而增強(qiáng)線粒體的功能，因此有望成為一種治療角膜內(nèi)皮功能障礙的新型藥物制劑，此外可以通過(guò)抑制磷脂酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）通路和防止過(guò)度氧化應(yīng)激來(lái)促進(jìn)神經(jīng)再生和功能修復(fù)，還可以抑制HMGB1-TLR4 通路在肺泡上皮細(xì)胞中發(fā)揮抗炎作用。

在畜牧生產(chǎn)中，對(duì)該基因的研究主要集中在胚胎發(fā)育，在脂肪細(xì)胞分化和代謝中的作用近幾年才受到關(guān)注。廣泛表達(dá)于白色脂肪組織。現(xiàn)有研究表明，在肌內(nèi)脂肪細(xì)胞成脂過(guò)程中發(fā)揮作用，但相關(guān)調(diào)控機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。作為一種生長(zhǎng)因子，能夠有效促進(jìn)機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育，調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段，然而相關(guān)調(diào)控機(jī)制的研究仍存在很多未知。

5 小結(jié)與展望

在動(dòng)物機(jī)體中具有重要的生理功能，它能影響肺的發(fā)育、脂肪的生成，提高經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的繁殖性狀和肉品質(zhì)性狀，有必要深入研究基因的生理功能及其作用的分子機(jī)制。目前，在畜禽肉品質(zhì)性狀上的研究尚且不深入，基因可能是影響畜禽肉品質(zhì)性狀的候選基因，這為尋找潛在的遺傳標(biāo)記并進(jìn)行畜禽選育提供了理論基礎(chǔ)。此外，深入研究多種生理功能的作用機(jī)制也可以為治療人類相關(guān)疾病提供新思路，為肥胖及相關(guān)代謝障礙的治療提供新的見解。