【角质细胞生长因子2及其在皮肤科中的应用】 重组人表皮生长因子凝胶

　　角质细胞生长因子-2(keratinocyte growth factor-2,KGF-2)是成纤维细胞生长因子家族的一员,其生物学功能研究结果显示:KGF-2 在体外不仅能够促进角质细胞的生长和增殖,而且对其凋亡具有抑制作用,还对细胞的移行具有影响。动物模型研究表明,KGF-2在促进皮肤创口愈合,预防放疗引起的粘膜炎,以及治疗溃疡和肠炎等方面都有显著疗效[1-2],这些提示该蛋白质可以作为生物美容的新成员,将其应用于美容化妆品行业中,将是一种新的尝试。
　　
　　1KGF-2 的发现、结构、来源及生物学特性
　　人KGF-2 cDNA由Emoto等[3]于1997年首次从人的肺中克隆,是成纤维细胞生长因子(FGFs)家族中的一员,因与角质细胞生长因子(KGF,又称FGF-7) 在结构上有54%的序列同源性以及来源、性质和作用方式上的相似性,故又被称为KGF-2。KGF-2基因位于染色体的5p12-p13区域,其编码的蛋白质与小鼠KGF-2的同源性高达95.6%,是由208个氨基酸组成的单体,其N端是由39个疏水氨基酸组成的信号肽序列,成熟蛋白含169个氨基酸(40～208aa),理论相对分子质量为19.3×103[4]。KGF-2主要是由成纤维细胞及其他间充质来源的细胞分泌,如成纤维细胞、损伤修复中的肉芽组织以及上皮组织周围的γδT 细胞均可分泌KGF-2。此外,上皮组织的损伤还可上调KGF-2的表达。成纤维细胞生长因子的受体包括四种类型,即FGFR1～FGFR4。KGF-2可以高亲和力特异结合于FGFR2的剪切变异体FGFR2-Ⅲb,尚可以较低亲和力结合于FGFR1剪切变异体FGFR1-Ⅲb。这两种受体都特异性地表达于上皮细胞表面,同为跨膜蛋白质,主要由3个部分组成,即胞外段、跨膜区和胞内段。胞外段为配体结合区,包括2或3个免疫球蛋白样功能区。KGF-2与这两种酪氨酸激酶型受体结合后,通过激活特定的信号通路以间充质-上皮相互作用的方式发挥其生理功能。KGF-2对所有内胚层及外胚层上皮特异性作用的发挥还依赖于其与肝素及硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG) 的亲和力。KGF-2 通过作用于硫酸乙酰肝素(HS)链的特异部位,选择性形成FGFR-KGF-2-HS复合体调节自身在作用部位的浓度和信号传递,KGF-2通过HSPG 的介导,特异性地作用于上皮细胞。KGF-2充当上皮-间质相互作用的重要信号, 因而是多种器官发育各个阶段所必需的形态发生因子,如肺-支气管、胰腺、皮肤、肾脏、前列腺、四肢等,并对多种组织器官内胚层上皮和外胚层上皮的损伤修复过程起决定性作用[5]。
　　2 KGF-2 与受体
　　KGF-2 有两种细胞膜表面受体:FGFR1Ⅲb和FGFR2Ⅲb。KGF-2与FGFR2Ⅲb的亲和力很高,而与FGFR1Ⅲb的亲和力很低,只有在高浓度KGF-2存在时才与FGFR1Ⅲb结合。FGFR1Ⅲb在许多类型的细胞中都表达,但对其介导的KGF-2的生物学作用仍不清楚。FGFR2Ⅲb仅在上皮细胞中表达,是KGF-2的主要受体,KGF-2的众多重要的生物学功能主要是通过FGFR2Ⅲb介导的信号转导途径完成。FGFR2 Ⅲb基因敲除鼠表现出KGF-2基因敲除鼠类似的发育缺陷和特征[6]。KGF-2与受体结合后, 促使受体胞内的C端酪氨酸残基磷酸化,磷酸化的受体具有了酪氨酸蛋白激酶活性,并与一系列靶蛋白发生作用, 引发信号级联反应, 发挥生物学功能。Brian等[7]获得了人KGF-2与其受体FGFR2Ⅲb复合物的晶体结构。对KGF2-FGFR2Ⅲb结构模型的分析表明KGF-2与受体在D3的选择性剪接区的作用界面上形成了大量特定的相互作用,表明这一作用界面对KGF-2与FGFR2Ⅲb亲和力和结合特异性起到了决定性作用。同时,KGF2-FGFR2Ⅲb 结构模型也揭示了KGF-2与FGFR2Ⅲb之间众多的特异相互作用,以及参与这些相互作用的氨基酸残基。
　　
　　3KGF-2 在正常组织中的生理功能
　　KGFs亚家族目前有两个成员,即KGF-1(即FGF-7)和KGF-2 (即FGF-10),它们功能极为相似。KGF-2具有促进上皮细胞生长和增殖的特异性作用,具有很多重要的生物学功能。在个体发育过程中,KGF-2参与并调控多种组织和器官的形成和分化[8]。
　　3.1 KGF-2在组织、器官中的研究:Kinoshita等在正常鼠粘膜结缔组织中检测到KGF mRNA的表达,KGF-2受体仅在胃粘膜深层上皮中表达。李红等[9]从体外受精-胚胎取卵的卵泡液中分离出颗粒细胞体外培养,在KGF-2诱导下显示人卵泡颗粒细胞内的Ca2+和DNA呈显著增加。表明促进了颗粒细胞的生长,参与了调控卵泡的发育。
　　3.2 KGF-2促进神经细胞生长、血管形成:马雁冰等从人胚肺二倍体细胞KMB17中抽提总RNA,经逆转录聚合酶链反应扩增获得编码人KGF-2的cDNA,克隆于硫氧环蛋白表达载体pTHioHisA ,获得了95%纯度的具有生物活性的重组人KGF-2。它能够促进成纤维细胞NIH/3T3增殖,诱导鸡胚背根神经节轴突的生长,促进鸡胚尿囊膜血管生成。KGF-2通过旁分泌刺激上皮细胞增殖、加快血管形成和纤维组织的生长以支持上皮细胞的生长,并给上皮提供丰富的营养物质,是维持正常组织结构的重要机制。
　　
　　4KGF-2促进创面愈合功能
　　KGF-2不仅在维持正常组织结构中发挥重要作用,而且还参与组织损伤的修复。KGF-2可促进上皮细胞增殖与分化,维持细胞骨架稳定,加快上皮细胞和肉芽组织的形成,加速皮肤创面的愈合。在皮肤创伤早期,FGFs家族的FGF-1(aFGF)、FGF-2 (bFGF)、FGF-5、FGF-7(KGF-1)和KGF-2(FGF-10)等的表达均明显上调,提示它们可能参与了皮肤创伤愈合的过程。KGF-2作为一个旁分泌生长因子对上皮的修复、再生起着重要的作用。
　　4.1 KGF-2对皮肤切割伤、烧伤愈合作用:重组人角质细胞生长因子2 ( recombinant human keratinocyte growth factor -2 ,rhKGF-2) 是KGF-2基因的全序列克隆到大肠杆菌载体pET30a(+)表达的基因工程产物。有文献报道,rhKGF-2对实验动物烧(烫)伤和皮肤切割伤的愈合有效[10]。缪云萍等[11]观察rhKGF-2涂膜剂能明显加快家兔皮肤深Ⅱ°烫伤和皮肤全层切除后创面周围上皮细胞的增生与迁移,愈合过程明显缩短。王根虎等[12]研究rhKGF-2涂膜剂对大鼠皮肤深Ⅱ°烫伤和全层切除后的皮肤损伤的愈合有明显的促进作用,使新生上皮移行距离和新生上皮厚度明显增加。Jimenez 等应用rhKGF-2对小鼠背部皮肤切割伤口进行治疗,发现损伤口处表皮变厚,伤口愈合速度明显加快、抗张强度明显增强。提示此类生物制剂可用于治疗烧(烫)伤的患者,促进患者大面积身体表皮损伤的修复和加速移植手术后的伤口愈合。Smith等观察了rhKGF-2对皮肤移植后裸鼠的皮肤愈合作用,结果显示rhKGF-2对移植皮肤的愈合作用显著。KGF-2 在体外对成纤维细胞生长无刺激作用,但在体内能促进成纤维细胞生长和肉芽组织形成,可能是通过刺激另外某些生长因子如血小板衍生生长因子AB、转化细胞生长因子a 等分泌间接作用于成纤维细胞、血管内皮细胞等途径实现的[27]。
　　4.2 KGF-2对皮肤、粘膜的溃疡、放化疗损伤的修复作用:Xia 等比较了rhKGF-2 ,KGF-1和转化细胞生长因子β对局部缺血损伤的兔耳真皮溃疡的治疗作用显示,rhKGF-2 能促进动物表皮细胞生长,促进上皮及肉芽组织的形成,而KGF-1则无此功效。Miceli 等采用rhKGF-2 皮下注射给药治疗硫酸葡聚糖钠盐诱导的小鼠肠溃疡,结果显示rhKGF-2 使受损的肠道上皮细胞完全恢复正常,表明它对炎性肠病和Crohn 病有治疗作用。KGF-2受体也存在于口腔、呼吸道、胃肠道粘膜上皮细胞,刺激上皮细胞的增殖和分化,促进DNA合成修复,对射线所致的口腔溃疡、呼吸道粘膜炎,对放化疗过程中引发的胃肠道粘膜损伤具有保护效应及明显的治疗作用[13]。王小华等应用KGF防护肠道辐射损伤探讨作用与机制,结果表明,KGF具有促进上皮细胞增殖作用,其辐射防护作用表现为降低细胞辐射敏感性,抑制辐射诱导的细胞凋亡可能是其作用机制之一。Frank 等观察到KGF可上调细胞内谷胱甘肽过氧化酶的表达,此酶在氧应激反应中清除细胞内氧自由基过程中起重要作用,因而认为KGF可增强细胞抵抗氧自由基损伤的机制。
　　4.3 KGF-2可抑制瘢痕组织的形成:Xia等采用rhKGF-2对局部缺血损伤的兔耳真皮溃疡治疗,几乎不产生瘢痕。该研究认为KGF-2能促进角质形成细胞的增殖,刺激伤口周围上皮细胞的再生、分化和迁移,但对成纤维细胞和内皮细胞则无直接作用,因此可以减轻伤口愈合过程中的瘢痕组织形成。霍黉琦等[14]运用3T3 BALB/c细胞和Wister大鼠CCl4 肝纤维化模型对rhKGF在体内外的生物活性测定显示rhKGF-2明显抑制成纤维细胞的生长,减少纤维组织增生。
　　
　　5KGF-2在美容化妆品中的应用及其前景
　　KGF-2不仅具有促进皮肤创口愈合,预防放疗引起的粘膜炎,以及治疗溃疡和肠炎等方面都有显著疗效,而且能特异促进上皮细胞增殖、分化。它仅作用于上皮细胞,而不作用于成纤维细胞和内皮细胞,有助于改善血液微循环,但不会促进微血管生成。相关医学实验结果表明,该细胞生长因子用于皮肤是安全的、无任何刺激性反应。因此, KGF-2对保护和疗养皮肤、粘膜具有十分独特的功效。除了用于各种医疗药品(如:角质细胞生长因子2滴眼液, 外用冻干重组角质细胞生长因子2制剂等) 外, KGF-2在护肤保健化妆品中也具有广泛的应用价值和市场前景。随着KGF-2生物学功能的不断发展,已日益引起高科技美容专家对KGF-2的重视,这种细胞生长因子与目前美容领域里所用的aFGF、bFGF等成纤维细胞因子不同,它仅作用于上皮细胞,而不作用于成纤维细胞和内皮细胞,有助于改善血液微循环,但不会促进微血管生成。KGF-2促进上皮细胞的生长、分化和迁移,使新生的表皮细胞取代衰老的角质细胞,维持皮肤厚度,防止水分散失,达到使皮肤细嫩而富有光泽的目的。同时KGF-2还可以防止结缔组织大量取代脂肪组织,维持两者处于适当比例,避免真皮过度增厚,防止皮肤变皱。由于KGF-2可以启动上皮细胞对皮下组织的协同信号反馈,故可以促进皮肤各种组织新陈代谢的平衡,改善包括结缔组织在内的皮肤各组织的功能,增加皮肤的弹性,使肌肤焕发出新的生命力。KGF-2还可以祛除脸上的色斑,因为它可以促使上皮细胞的分化和迁移,使表皮细胞的代谢和更新加速,避免色素在皮肤上沉积形成色斑。KGF-2促进上皮再生的过程是皮肤损伤修复的关键步骤,因此该因子修复皮肤创面的功能具有其他产品无法比拟的优点。这对于那些需要进行美容手术的人士无疑是一个莫大的惊喜。
　　研究还发现KGF-2与肽类化合物和透明质酸等保湿因子具有优良的正协同作用, 因此在配制含KGF-2化妆品中应考虑添加天然肽和透明质酸, 起到保护KGF-2生物活性、提高KGF-2透渗性和有利皮肤吸收KGF-2的作用。据报道,我国目前已有科研单位及化妆品企业在对KGF-2进行开发研究,其中吉林农大生物反应器与药物开发工程研究中心在KGF-2护肤品方面的研发已取得一定的进展。在我国美容化妆品市场快速增长的良好态势下,含KGF-2的美容化妆品具有广阔的市场潜量, 由此引入生物美容的新观念与新时尚, 引发美容化妆品行业的又一次革命。
　　
　　[参考文献]
　　[1]陈秋东,许永兴,徐志南.人表皮生长因子及其在化妆品中的应用[J].日用化学工业,2002,5:38-40.
　　[2]CHEN Xia,HU Wei,WEIWan-Gui,et al.Effects of Keratinocyte Growth Factor 2(KGF-2)on Keratinocyte Growth, Migration and on Excisional Wound Healing [J]. Progress in Biochemistry and Biophysics,2009,36(7):854-862.
　　[3]Emoto H,Tagashira S,Mattei MG,et al.Structure and expression of human fibroblast growth factor-10[J]. Biol Chem,1997,272:23191-23 194.
　　[4]Igarashi M,Finch PW,Aaronson SA.Characterization of recombinant human fibroblast growth factor (FGF) -10 reveals functional similarities with keratinocyte growth factor (FGF-7)[J].Biol Chem,1998,273:13230-13235.
　　[5]余德荣,游 力.FGF-10与肺的形态发生和损伤修复研究进展[J].国际生物制品学杂志,2006,29(6):274-277.
　　[6]Burns RC,Fairbanks TJ,Sala F,et al.Requirement for fibroblast growth factor 10 or fibroblast growth factor receptor 2-Ⅲb signaling for cecal development in mouse[J].Dev Biol,2004,265:61-74.
　　[7]Brian KY,Makoto I,Anna VE,et al.Structural basis by which alternative splicing confers specificity in fibroblast growth factor receptors[J].Proc Natl Acad Sci USA,2003,100(5):2266-2271.
　　[8]陈千益,付晋凤,葛茂星.角质细胞生长因子2 在创面愈合中的作用[J].医学综述,2007,13(17):1299-1301.
　　[9]李 红,杨 霖,陈士岭,等.角质细胞生长因子(KGF)对人卵泡颗粒细胞内Ca2+ 浓度和DNA 合成的影响[J].生殖与避孕,2005,25(1):50-52.
　　[10]刘 琳,李永平,黄树其,等.角质细胞生长因子-2 促进兔角膜碱烧伤上皮愈合机制的研究[J].中华眼科杂志,2005,41(4):364-368.
　　[11]缪云萍,叶小弟,程 敏,等.重组人角质细胞生长因子-2 涂膜剂对家兔损伤创面愈合的影响[J].中华烧伤杂志,2006,22(2):105-108.
　　[12]王根虎,缪云萍,程 敏,等. 重组人角质细胞生长因-2 涂膜剂促进大鼠皮肤伤口愈合[J].中国现代应用药学杂志,2005,22(4):284-288.
　　[13]Han DS,Li F,Holt L,et al.Keratinocyte growth factor-2( FGF-10) promotes healing of experimental small intestinal ulceration in rats[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2000,279(5):G1011-G1022.
　　[14]霍黉琦,李新平,范 开,等.重组人角质细胞生长因子的体内外作用研究[J].中国药学杂志,2005,40(22):1749-1752.
　　
　　[收稿日期]2010-02-23 [修回日期]2010-04-13
　　编辑/李阳利