肝细胞生长因子的生物特性及其与眼部疾病相关关系

　　作者：张强(综述) 王 强(审校) 作者单位：滨州医学院眼科学教研室 滨州市 256603

　　【关键词】 肝细胞生长因子(HGF) ;角膜;青光眼;玻璃体视网膜病变

　　肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF),1984年首次从肝脏部分切除的鼠血清中分离出来,尔后又从鼠的血小板、肝脏及人的血清中分离出来。由于能刺激原代培养的肝细胞生长,所以命名为肝细胞生长因子(HGF)，在人体是由间质细胞产生，作用于上皮细胞，由于它能使细胞克隆生长集落扩散,即又名离散因子( scatter factor，SF)，其受体c2met是原癌基因c2met的产物。HGF通过与受体结合引起受体酪氨酸磷酸化，转导HGF的效应。HGF可促进细胞分裂、运动和分化等，在血管生成、组织损伤修复及促进肿瘤细胞的发生及转移等方面起重要作用。

　　1 HGF的分子结构

　　HGF基因定位于人第7号染色体的长臂上(7q21，11) ,长约70 kb ,由18个外显子和17个内含子组成。成熟的肝细胞生长因子是异二聚体双链结构，由728个氨基酸组成，含有一个分子量为69 kD的α链和一个分子量34　kD的β链，链间以二硫键连结。α链由一个N端发夹区和4个连续的kringle环区构成，依次称为K1 、K2 、K3 、K4 区，每个kringle结构由80个aa组成，K1区是与高亲和力的HGF受体c2met结合的关键部位。β-链含有一个类丝氨酸蛋白酶区，这种环状结构最初发现于与血液纤溶有关的丝氨酸蛋白酶，HGF有38%的氨基酸与血浆纤维蛋白溶酶原同源，血浆纤维蛋白溶酶原由一条含5个kringle环区的α链和一条含有丝氨酸蛋白酶催化亚基的β链组成，但是HGF没有血浆纤维蛋白溶酶的活性，因为在催化中心，β链的数个氨基酸己被取代[1～3]。

　　2 HGF受体c2met

　　HGF受体是由原癌基因c2met编码的跨膜蛋白，c2met位于染色体7q212q31。成熟HGF受体是一个分子量为190 kD的跨膜蛋白，由2个以二硫键相连的亚单位和1个激酶区组成，其间由双硫键连结成杂二聚体，其中α链位于细胞外，分子量50 kD, β链是一个跨膜的亚单位，分为细胞外区、跨膜区和细胞内部分，分子量145 kD。HGF可与受体结合引起受体酪氨酸磷酸化,诱发信息传导,c2met受体在多种组织和细胞中表达,但在上皮细胞中表达浓度最高。HGF受体在组织中广泛存在，表明HGF为亲多组织蛋白。

　　3 HGF的生物学特性

　　HGF通过与其特异性受体c2met结合激活的MAPK途径是HGF发挥其多种功能的主要信号转导途径，引起一系列信号转导蛋白的酶促反应,促发相应生物学效应[4]。cmet受体磷酸化后其信号分子传递的特点是信号分子相互偶联形成多个复合体，不同的复合体与cmet受体不同的位点结合，诱导相应的生物学效应。因cmet受体存在广泛，故HGF在多种组织器官的发生、发展、损伤修复以及恶性肿瘤的发展、转移中起着不可忽视的作用。

　　3.1 HGF保护和调节内皮细胞功能 近年研究发现HGF是一种特异的促内皮细胞生长因子。Bussolino等在人或鼠的血管内皮细胞培养液中加入人的天然HGF，8 d后内皮细胞数量增加了16倍, 用人的重组HGF刺激也获得类似结果,提示通过自分泌或旁分泌方式产生的HGF能刺激内皮细胞分裂和增殖。比较研究发现,HGF刺激内皮细胞生长的作用比bFGF、VEGF强。HGF在保护和调节内皮细胞功能方面起着重要的作用。Matsumori等也报道在急性心肌梗死早期血浆中HGF的含量明显增高。随着分子生物学的发展,转基因技术的日益成熟,将HGF基因转入内皮细胞内进行表达并以旁分泌方式促进内皮细胞生长和修复必将为心血管疾病的防治开辟新领域。

　　3.2 HGF在组织损伤再修复中的作用 正常情况下,机体血浆中含有少量HGF,当组织受到损伤后,由IL21、IL26及TNF2α等炎症因子刺激HGF2mRNA表达升高，机体器官一方面通过自分泌形式,另一方面通过内分泌形式使血浆HGF的含量明显增高。这个过程上皮和间质之间存在着极为重要的信息交换从而在局部被激活而发挥促细胞运动、分裂及血管生成等作用,进而促进损伤组织的修复或重新构建。而如果抑制HGF的表达则不利于组织重建，这已经在低浓度HGF下的体外脂肪衍生干细胞削弱了缺血组织的再通这一实验中得到证实 [5]。又有研究表明,在实验性肝、肾、肺损伤的动物模型中HGF大量表达,应用外源性HGF能明显增强对损伤器官的再生作用。Conway等[6]在急性和慢性损伤组织中把HGF和其受体cmet及其抑制剂应用RTPCR量化检测到,这些为将来靶向修复损伤位点提供了重大价值。

　　3.3 促进血管的形成 前已所述，HGF相当于扩散因子,它由间充质细胞分泌后作用于上皮细胞及间质起源的细胞系,是一种可促进血管内皮细胞运动、生长、形态发生的糖蛋白。HGF及其受体基因不仅在内皮组织中检测到,而且体内外的内皮细胞和血管平滑肌细胞均表达HGF及其受体蛋白[7]，它可使内皮细胞在细胞外基质间隙扩散,伸出胞浆芽并延长,使毛细血管样的导管形成。HGF在有关新生血管形成的疾病病理过程中以旁分泌方式起作用,并因此可造成内皮细胞性新生血管生成,是血管生成的关键因子。鉴于此点认为在肿瘤血管研究方面渴望有新的突破。另外最近已有体外实验证实[8]，通过超声定向微泡爆裂技术输送HGF于心肌梗死处，一段时间后通过检测CD34表明该处诱发大量血管生成，这为将来治疗心肌梗死打开了新的前景。

　　3.4 HGF与恶性肿瘤 前述HGF促血管生成，而血管生成对恶性肿瘤的进展有显著性作用。实验表明,HGF还能破坏细胞之间的连接使细胞间粘附性减弱,刺激多种类型癌细胞迁移和侵袭。如HGF/SF 能显著增强整合素介导的粘附,使淋巴瘤细胞体外侵润力增加了6倍，又如葡萄膜黑色素瘤的肝转移比皮肤黑素瘤转移快得多，正是由于眼部高HGF/cmet通过PI3K/Akt信号途经下调了胞间黏附分子(上皮细胞钙粘蛋白和β连环蛋白)的表达，细胞间连接和粘附性减弱，从而促进瘤细胞的运动转移[9]。另外,恶性肿癌细胞的HGF受体原癌基因cmet呈持续过度表达,导致对HGF敏感性增强,对组织具有侵袭性，美国2004年ASCO会议曾报道,在急性白血病患者血清中HGF浓度与肿瘤完全缓解率密切相关,高的HGF水平可能使患者生存期缩短。许多研究者还报道了HGF和/或c2met表达,参与了人胃癌、结肠癌、直肠癌、甲状腺癌、卵巢癌、肾癌、膀胱癌、前列腺癌及肝癌的发生和进展。研究证明,内源性抑制HGF/SF 2met可以减弱肿瘤细胞生长、恶性程度和转移,抑制信号传导。HGF及其受体的研究,可能会为抗肿瘤转移治疗提供一个极有希望的靶点，且已经有人提出血清HGF浓度和其中一些肿瘤的恶性程度成正比, 因此血清HGF可作为一项肿瘤标志物，将来有望应用于临床。

　　4 HGF与眼组织关系

　　在眼部，HGF可由成纤维细胞、血管平滑肌细胞、周细胞、角膜上皮细胞、晶状体上皮细胞、虹膜及视网膜色素上皮细胞、小梁细胞产生，是一种重要的细胞生长和分化的调节剂，可刺激眼内多种细胞组织的生长和移行。

　　4.1 HGF与角膜疾病 角膜组织主要由角膜上皮细胞、角膜纤维细胞和角膜内皮细胞三种细胞组成。研究表明,体外角膜组织及上述三种角膜细胞可表达HGFmRNA及HGFRmRNA,但在上皮细胞中的表达量很低。通过动物实验得出角膜内皮细胞和纤维细胞可产生HGF并表达HGF受体,而角膜上皮细胞仅表达HGF受体[10]。当角膜上皮损伤后,角膜成纤维细胞的HGFmRNA及HGFRmRNA的表达明显增强,通过旁分泌作用于角膜上皮细胞,促进角膜上皮损伤区边缘的细胞分裂迁移,在上皮损伤缺损的区域形成细胞层,进一步增殖形成一个正常的角膜上皮层,完成损伤后的修复。因此,经旁分泌途径介导基质上皮之间的相互作用在角膜上皮损伤的修复中起关键作用。相反，TGFβ则抑制角膜基质纤维细胞HGF的表达,对上皮细胞的增生起负调控作用，这种正负调控对角膜细胞的生长和对创伤的反应形成一种网络调节，另外，Spix等[11]最近发现HGF先通过诱导上皮细胞上的表皮生长因子受体(EGFR)的转化，有了这个前提上皮组织的发生才会全面开始。

　　4.2 HGF与晶状体疾病 成人晶体无血管及神经组织支配,其在眼前节的解剖位置表明晶体处于独特的调控环境中。晶体细胞的调控信号是通过房水为媒介进行传递的,即水分泌相互作用。角膜内皮细胞分泌的HGF经自分泌或旁分泌方式作用于自身或其它角膜细胞还可通过水分泌相互作用调节晶体上皮细胞的功能,使晶体上皮细胞与角膜内皮细胞发生联系，且已有相关体外实验研究表明随着HGF诱导浓度的增加，人晶状体上皮细胞数量逐渐增多，尤其是50 μg/L的HGF作用最明显，并证实了HGFcmet在晶状体上皮细胞的mRNA及蛋白表达，及在浓度升高的环境下对晶状体上皮细胞的促增殖、抑制凋亡(凋亡抑制因子bcl2增加)的作用 [12]。由此推测，在正常生理状况下，晶状体上皮细胞能够自分泌HGFcmet，当手术或外伤时房水中及晶状体上皮细胞分泌HGFcmet增加，导致晶状体上皮细胞增殖、移行至晶状体后囊膜，并发生纤维化，导致后囊膜混浊(PCO),产生后发性白内障，而目前体外实验也已发现利用一种蛋白酶抑制剂来遏制PCO的发生，而这种PCO模型由高浓度HGF来诱导建立的[13]。

　　4.3 HGF与青光眼 HGF已在房水、玻璃体和泪液中测出。Nishimura等[14]研究发现玻璃体中HGF浓度比正常血浆中HGF浓度高七倍,且高于房水中HGF浓度。房水HGF浓度低于玻璃体浓度,可能是由于眼部前后稳态梯度或HGF从前房更迅速被清除造成的结果。Hu等[15]研究亦发现房水HGF浓度明显高于血浆HGF浓度,并且与血浆HGF浓度无明显相关性,说明眼内合成是HGF浓度升高的主要原因。有研究表明,在青光眼的早期,前房水HGF含量即增高,但不随着病程的延长而更高,只是维持在一定稳定的水平,也支持HGF增高是对组织损伤的反应和与组织的修复有关。培养的人眼小梁细胞HGF和cmet的表达,证实培养的小梁细胞S期的细胞明显增多且能够通过自分泌或旁分泌途径分泌HGF[16]，说明青光眼患者的房水HGF水平明显升高是反应性的,Wang等的研究证明,HGF能调节小梁细胞的增殖和代谢活动,能促进金属基质蛋白酶的生物学活性,能够改变小梁细胞合成细胞外基质,从而降低房水外引流的阻力,意味着HGF能够促进房水的引流并能够降低眼压,这对青光眼十分有益。另外激光小梁成形术中激光对小梁细胞和细胞外基质起作用,同时HGF使细胞外基质成分改变,也降低房水外引流阻力并增强小梁细胞外引流房水的功能。国内有研究将急性闭角型青光眼、慢性闭角型青光眼和开角型青光眼分组研究,得出急性闭角型青光眼和慢性闭角型青光眼、开角型青光眼在发病程度、组织损害程度不一样,对房水HGF浓度的影响也不一样。小梁网对多种生长因子产生反应已得到证实,但它们如何改变青光眼患者眼内压尚需进一步阐明[17]。另外HGF刺激内皮细胞生长的作用比bFGF、VEGF强,是一种特异的促内皮细胞生长因子,在保护和调节内皮细胞功能方面起着重要的作用，故推测HGF的浓度高低在一定程度可以与眼内细胞损伤程度成正比，这在剥脱性青光眼房水HGF浓度最高这一结论中得到证实[18]，表皮剥脱是由非色素性睫状上皮、虹膜色素上皮和赤道前晶状体上皮产生,HGF调节上皮细胞的功能且修复上皮细胞损伤,这种高水平的HGF可能反映剥脱综合征眼部细胞损伤较其他青光眼更严重,此外在早期虹膜血管管腔通常狭窄且可能闭塞,荧光血管造影显示低灌注放射状虹膜毛细血管阻塞,血管数量减少,新生血管形成及不均匀的荧光渗漏,提示剥脱性青光眼房水中HGF浓度升高可能反映较严重的细胞损伤和缺血。前述的HGF可促进血管内皮细胞增殖、迁移,毛细血管样小管形成,诱发血管生成,是直接作用于血管内皮细胞的强效血管生成因子。因此,明确HGF在小梁网微环境中的特殊作用,并且通过外部手段有效控制内源性HGF,或许能为新生血管性青光眼的治疗提供新的思路与前景。

　　4.4 HGF与视网膜疾病 糖尿病视网膜病变、视网膜静脉阻塞、早产儿视网膜病变共有的病理改变是视网膜新生血管形成。以增生性糖尿病性视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy，PDR)为例说明一下这种微血管病变。Nishimura等在PDR的研究中发现PDR患者血清HGF浓度升高,并与视网膜新生血管生成的严重程度相关。而且血清中HGF可作为视网膜血管损害及PDR出现和发展的重要指标。在PDR的病理过程中主要参与的细胞有血管内皮细胞、视网膜色素上皮细胞、神经胶质细胞、成纤维细胞样细胞等。由于这些细胞均可产生HGF,当组织缺血时可上调HGF在组织中的表达,且已发现RPE细胞存在大量HGF受体cmet[19]，HGF通过与其受体结合发挥其促血管内皮细胞运动、生长、形态发生等生物学作用,使内皮细胞在细胞外间质间隙运动扩散,伸出胞浆芽形成毛细血管样导管,促进新生血管形成。另外除了眼组织产生的HGF外,PDR发生时视网膜缺血、缺氧使血视网膜屏障破坏,血液中的HGF通过血眼屏障分布到视网膜间质中去。随着PDR病情的发展,使血视网膜屏障的破坏程度不断加重,HGF较易渗入玻璃体内,也使单核细胞等炎性细胞更易直接侵入眼内,局部释放HGF ,使玻璃体内HGF浓度增高。因此,眼组织内产生的HGF及来自血液中的HGF使玻璃体中HGF的含量随着PDR病程的发展而增高。Cai等人也通过对牛视网膜血管内皮细胞内HGF信号转导机制的研究发现，在一定浓度及作用时间的条件下，HGF可以非常有效地刺激视网膜血管内皮细胞的增殖和迁移，而最近Colombo等[20]则又通过大鼠证实高尿激酶浓度下的内皮细胞可被HGF有效刺激，从而模拟了早期视网膜血管发生，说明HGF确实能介导视网膜新生血管形成。关于增生性玻璃体视网膜病变(proliferative vitreoretinopathy,PVR)方面，这是穿通性眼外伤和视网膜脱离的严重并发症，是视网膜复位失败的主要原因，它的主要特点是视网膜色素上皮细胞(retinal pigmental epithelial,RPE)在视网膜表面和玻璃体腔内形成具有收缩能力的增殖膜，被认为是发生在眼内特殊组织的一种过度损伤愈合的过程，经过炎症期、细胞增生期和组织改建期(瘢痕期)，有许多生长因子参与了这一病理过程。在PVR患者中,当神经视网膜层从RPE层脱离时,RPE细胞增生、迁移。这些细胞通常缺少色素颗粒并表现为巨噬细胞或成纤维细胞样形态。体外实验报道RPE细胞形态更多转变为成纤维细胞样改变,推测HGF和cmet在PVR早期发病机制中可能通过激活RPE细胞并促进RPE变形和运动。国内也有类似研究体外培养RPE细胞增生[21]，从观察结果看到,RPE细胞在正常情况下就具有迁移、扩散、增生反应能力,不同浓度HGF刺激引起的细胞增生情况不同,低浓度时,细胞增生不明显,而在中等浓度时细胞增生最为明显,高浓度时细胞增生稳定，说明HGF对RPE细胞的增生作用不呈现剂量依赖型。进一步研究色素上皮细胞和胶质细胞可产生HGF，并作为RPE细胞趋化和有丝分裂因子，通过刺激其色素上皮细胞上的受体使之磷酸化，从而调控RPE细胞的迁移和增殖。最近又发现在PVR疾病发展不同阶段眼内三种因子(CTGF、PDGFAA、HGF)的不同浓度变化,其中HGF浓度在PVR发展中期达峰值，这就为不同PVR发展阶段下提供了相应靶向治疗[22]。

　　【参考文献】

　　[1]　Seki T ,Hagiya M ,ShimonishiM ,et al.Organization of the human hepatocyte growth factorencoding gene[J].Gene,1991,102:213219.

　　[2]　Comoglio PM , Boccaccio C .The HGF receptor family:unconventional signal transducers for invasive cell growth[J].Cells , 1996 , 1(4) :347354.

　　[3]　Comoglio P , Comoglio PM , Tamagnone L,et al.Plasminogenrelated growth factor and semaphorin receptors : a gene superfamily controlling invasive growth[J].Exp Cell Res ,1999 ,253 (1) :8899.

　　[4]　Jiang WG, Martin TA, Parr C,et al. Hepatocyte growth factor, its receptor, and their potential value in cancer therapies[J]. Hematology, 2005,53:3561.

　　[5]　Cai L, Johnstone BH ,Cook TG,et al.Suppression of hepatocyte growth factor production impairs the ability of adiposederived stem cells to promote ischemic tissue revascularization[J].Stem Cells，2007，25(12):323443.

　　[6]　Conway K, Ruge F, Price P，et al.Hepatocyte growth factor regulation: an integral part of why wounds become chronic[J].Wound Repair Regen，2007，15(5):68392.

　　[7]　董薇，蔡美英. 肝细胞生长因子及其临床应用研究进展[J]. 微生物免疫学进展, 2001,29(3):8790.

　　[8]　Wang ZG,Li XS,Li XL,et al.Therapeutic angiogenesis induced by hepatocyte growth factor directed by ultrasoundtargeted microbubble destruction[J].Zhongguo Yi Xue Ke Xue Yuan Xue Bao，2008，30(1):59.

　　[9]　Ye M,Hu D,Tu L,et al. Involvement of PI3K/Akt signaling pathway in hepatocyte growth factorinduced migration of uveal melanoma cells[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2008，49(2):497504.

　　[10]　Li Q, Weng J, Mohan RR，et al.Hepatocyte growth factor and hepatocyte growth factor receptor in the lacrimal gland, tears, and cornea[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,1996，37(5):727.

　　[11]　Spix JK, Chay EY, Block ER.Hepatocyte growth factor induces epithelial cell motility through transactivation of the epidermal growth factor receptor[J].Exp Cell Res，2007，10;313(15):33193325.

　　[12]　安小玲,张劲松,韩清，等.人晶状体上皮细胞HGF与cmet的表达对增殖和凋亡的影响[J].国际眼科杂志,2005，5(3):445448.

　　[13]　Awasthi N,Wagner BJ.Suppression of human lens epithelial cell proliferation by proteasome inhibition, a potential defense against posterior capsular opacification[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2006，47(10):44824489.

　　[14]　Nishimura M,Ikeda T,Ushiyama M,et al.Increased vitreous concentrations of human hepatocyte growth factor in proliferative diabetic retinopathy[J].J Clin Endocrinol Metab,1999,84:659662.

　　[15]　Hu DN,Robert R.Hepatocyte growth factor is increased in the aqueous humor of glaucomatous eyes[J].J Glaucoma,2001,10:152157.

　　[16]　富名水,张皙,曹美凤. 培养的人眼小梁细胞HGF和cmet 的表达[J].临床眼科杂志，2002,10(5):390392.

　　[17] Ando A, Kaneko S, Matsumura M.The effect of growth factors on the proliferation of cultured porcine trabecular meshwork cells[J].Nippon Ganka Gakkai Zasshi，2004，108(9):54953.

　　[18] Ritch R,SchlotzerSchrehardt U.Exfoliation syndrome[J].Surv Ophthalmol, 2001,45:265315.

　　[19]　HaiLan Liao ,JianChu Wei.Expression of subretinal fluid hepatocyte growth factor and proliferative vitreoretinopathy[J].Intern J Ophthalmol,2005,4(5)：221223.

　　[20]　Colombo ES, Menicucci G, McGuire PG.Hepatocyte growth factor/scatter factor promotes retinal angiogenesis through increased urokinase expression[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2007，48(4):17931800.

　　[21]　张喜梅,张皙.肝细胞生长因子对视网膜色素上皮细胞增生及损伤愈合的影响[J].临床眼科杂志，2004,4(12)：290292.

　　[22] Cui JZ ,Chiu A ,Maberley D.et al.Stage specificity of novel growth factor expression during development of proliferative vitreoretinopathy[J].Eye，2007，21(2):200208.