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肝细胞生长因子是一个强的肾营养因子

来源:生理科学进展 作者:哈小琴郭树华吴祖泽 2004-9-27
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摘要: 摘要肝细胞生长因子是目前已知生物活性最广泛的生长因子之一,能刺激多种上皮和内皮细胞进行有丝分裂、运动以及促进肾小管形态发生,在组织器官损伤修复、形态发生和肿瘤转移过程中发挥重要作用,在肾脏的发育、急性损伤、再生中具有较强的作用。5肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF)最初作为一种肝细胞有丝......


  摘要 肝细胞生长因子是目前已知生物活性最广泛的生长因子之一,能刺激多种上皮和内皮细胞进行有丝分裂、运动以及促进肾小管形态发生,在组织器官损伤修复、形态发生和肿瘤转移过程中发挥重要作用,在肾脏的发育、急性损伤、再生中具有较强的作用。

  学科分类号 R334+.1 ; R692.5

  肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, 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,随后相继从大鼠血小板、人血浆、兔血清中分离、纯化,其分子量为82~85kD,属不耐热多糖蛋白。HGF主要由间质细胞(如成纤维细胞、巨噬细胞等)产生,在鼠、兔、人等的多种组织中表达,调控细胞生长、分化。其前体由728个氨基酸残基组成单链, 经蛋白酶水解作用产生具有生物活性的异二聚体,成熟的HGF蛋白分子由α链(分子量为56~69kD)和β链(β1:34kD,β2:32kD)通过二硫键相连接,其中α链含有4个Kringle结构,与纤溶酶原具有38%的同源性。HGF基因约70kb,由18个外显子和17个内含子组成。人和鼠HGF cDNA序列高度保守,其生物学活性无明显种属差异[1]。

  HGF通过与特异性膜受体c-met结合而发挥其多样生物学作用,除促有丝分裂活性外,还作为一离散因子(scatter factor, SF)促进细胞扩散迁移, 而且具有独特的形态发生原作用,诱导多种上皮细胞形成分支管状结构,包括肾小管上皮细胞[2]。 HGF/c-met是发育过程中不可缺少的调控物, HGF基因敲除(gene knockout)或 c-met基因突变均会引起个体发育的异常和表型的改变[3]。许多研究证实,HGF/c-met在组织器官损伤后的再生时发挥重要作用。肾脏是HGF受体c-met表达最高的器官之一,事实上不管是胚胎还是成年动物,HGF/c-met均参与肾脏多种生理病理过程的调节, 包括肾脏发育、代偿性肾生长、急性损伤后肾小管的修复与再生等。

  一、HGF性肾损伤及肾功能衰竭中的作用

  肾组织主要由肾小管上皮细胞组成。在正常情况下,细胞大都处于非分裂的静止期。当肾小管上皮细胞损伤时,细胞分裂指数可增加10倍[4],在其后数月内可见到明显细胞再生。大量研究证实,HGF在损伤后肾结构和功能恢复过程中发挥重要作用。在缺血或中毒所诱发的急性损伤肾脏中,HGF和c-met mRNA表达水平都显著升高,并已有证据表明HGF是特异地靶向作用于受损组织的。Liu[5]等利用叶酸造成急性肾损伤模型, 研究HGF/c-met信号体系靶向作用于损伤器官的机制。 结果表明, 注射叶酸后1 小时肾中HGF和c-met mRNA水平迅速升高,循环血液中HGF蛋白水平也明显升高(约16倍),注射后24小时尽管肾中HGF mRNA水平升高,但HGF蛋白水平没有明显的升高,而c-met mRNA和c-met蛋白在修复和再生肾中均升高, c-met蛋白在损伤部位增加显著,说明肾小管修复再生与c-met 表达相关,而并非取决于HGF。鉴于HGF的多样生物学功能都是由特异的受体所介导,故推测c-met受体蛋白局部表达的增加可能是HGF靶向作用于损伤器官所致。正常情况下,HGF在组织中以无活性的单链前体形式存在,一旦组织受损HGF则迅速被激活,成为有活性的蛋白。Joannidis等[6]检测肾缺血或肾中毒后肝、肾脏中HGF与c-met表达的变化,结果c-met只在肾脏表达增加,提示正是因为肾组织的损伤才导致c-met的升高。单侧肾切除后12小时,肺虽然HGF mRNA水平较正常升高5倍,原位杂交结果亦证明游离于肺泡的巨噬细胞HGF mRNA表达明显, 但 c-met表达的变化则特异地发生在肾组织,说明肺对远端肾的损伤产生应激反应分泌HGF,但HGF在肺部很快降至正常水平(肾损伤后24小时),它可能通过血液循环很快被运输到损伤肾组织以刺激肾小管上皮细胞增生,促进组织再生修复。由此可见,急性肾损伤后肾局部c-met表达的增加可能是决定HGF/c-met系统靶向作用于损伤肾的重要原因,肾局部c-met转录的上调在肾小管修复和再生中发挥关键作用。

  肾中毒、单侧肾切除和肾缺血是急性肾功能衰竭的主要诱因,表现为肾小球滤过率下降,血中肌酐水平增加等。急性肾功能衰竭一般是可逆性的,当受损伤小管细胞及时修复后肾功能即可恢复。目前对于急性肾衰尚缺少有效的治疗药物,而HGF作为一肾性营养因子已引起了广泛的关注,大量实验已证实它能刺激急性肾衰后肾的再生。

  采用大鼠肾动脉结扎术和皮下注射HgCl2方法诱发急性肾功能衰竭动物模型,研究发现,肾脏HGF mRNA表达在如上处理后6~12小时达高峰,同时活性升至对照值的3~4倍;原位杂交和免疫组织化学分析表明,HGF mRNA和HGF蛋白在间质细胞(上皮细胞、巨噬细胞等)表达较高且与损伤程度呈正相关。鉴于HGF的表达及活性升高在肾小管细胞增生(48小时达高峰)就已呈现,因此,推测活化的HGF可能与肾小管细胞再生有关。与此推论相吻合的是,一周后,当HGF mRNA表达及HGF活性均恢复正常时,肾小管再生随即停止。实验证明,外源性重组人HGF的应用能减轻肾损伤,加速肾结构和功能的恢复。小鼠尾静脉注射HGF能显著抑制顺铂或HgCl2诱发的血尿素氮及肌酐的增加,而且可刺激肾损伤后肾小管上皮细胞DNA的合成,促进正常肾组织的重建。同样给急性缺血性肾损伤大鼠皮下注射20μg HGF能在7天内明显降低血液中肌酐和尿素氮水平,增加菊粉清除率,降低大鼠死亡率,损伤后第7天经组织学检查发现HGF组较对照组肾脏的损伤程度轻[7]。Taman[8]等用ELISA方法检测发现,急性肾功能衰竭和急性肾小管坏死病人尿中HGF的分泌水平较正常人明显增高,这与动物实验中所观察到的HGF促进小管细胞增生、分化、修复的结果一致。Kjelsberg[9]等应用c-met转基因小鼠动物模型也证实了这一点。Harris[4]的研究表明,HGF抑制急性肾损伤时肾小管上皮细胞的程序性死亡(programmed cell death,PCD),可启动或激发蛋白质和脂质的生物合成,提供启动细胞修复的细胞内环境,保护细胞受损,并参与细胞间及细胞-细胞外基质完整的重建,HGF还可能通过减少诱发损伤的因子而限制损伤。

  在培养的兔和鼠近曲小管细胞以及大鼠肾小球上皮细胞中加入重组人HGF可增加细胞DNA合成,促进细胞分裂增殖[4]。表明HGF在体外亦能表现出明显的加速肾损伤修复的生物活性。上述实验结果为HGF应用于急性肾功能衰竭的临床治疗提供了充分的实验依据。

  二、HGF在肾发育、再生中的调控机制

  许多研究证实,HGF是肾发育以及急性肾损伤后肾小管重建过程中的重要调节因子。HGF 可能通过改变细胞周期调控,诱导细胞分裂分化,抑制细胞凋亡及改变肾血液动力学等机制,参与肾脏的分化发育,加速急性肾损伤后肾功能的恢复[10]。Kolatsi-Joannou[3]用 RT-PCR、Western blot、免疫组织化学方法研究了人发育过程中HGF及c-met表达的动态变化,证实HGF在正常人早期胚胎发育过程中发挥重要作用。在肾发育时期,后肾间质诱使输尿管芽经历一系列形态改变,最终


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