基本介紹
- 中文名：肝細胞生長因子
- 外文名：hepatocyte growth factor
- 簡稱：HG
- 解釋：急性肝損傷動物血漿中的蛋白因子
簡介,研究歷史,結構與作用,生理作用,心肌保護作用,
簡介
肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)是存在於急性肝損傷動物血漿中的蛋白因子，它能刺激肝細胞的DNA合成，且在肝再生過程中起重要作用。HGF不同於再生肝和胚胎肝細胞胞棱中的肝刺激物質(hepatic stimulatory substance．HSS)。愈來愈多的報導表明，HGF不只是作用於肝再生，而且對許多組織和細胞的生長、分化起重要調控作用。
研究歷史
早在1964年，人們就觀察到動物肝臟部分切除後，可能是某種體棱因子誘發肝再生。直到1984年，Micha Lopoulos等發現肝部分切除後，大鼠血漿內含有刺激肝細胞DNA合成的物質，並命名為肝細胞生成素(hepatopoietin．HPTA)。以後，Nakamura自太鼠血小板中分離出類似物質，稱為肝細胞生長因子(tlGF) 1988年，Gohda自暴發性肝衰竭病人血漿中分離出人肝細胞生長因子(huHGF) 進一步研究表明，這幾個物質具有類似結構發表的太鼠和兔肝細胞生成索的氮基酸序列與人HGF的基因序列表明它們是同一類物質。人們對血漿中肝刺激因子的命名可歸結為一種新的因子—— 肝細胞生長因子。
結構與作用
HGF及其受體c—met受體的結構與生物學作用
HGF與c—met結合後，使之酪氨酸殘基磷酸化並啟動受體後信號傳導過程。HGF系統(HGF與其受體c—met)廣泛表達於多種組織並參與複雜的生物學過程，如調節細胞的生長、運動以及組織的形態發生。研究發現，HGF可以激活Bcl-2基因表達並抑制Bax蛋白向線粒體膜表面移位，維持線粒體膜內外的電化學梯度、阻止線粒體內的細胞色素c 漏出， 從而抑制凋之相關蛋白caspase-3和caspase-9的活性，產生抗細胞凋亡作用_4]；HGF可以刺激血管內皮生長因子(VEGF)、基質金屬蛋白酶一1(MMP-1)以及c-met在血管內皮細胞和血管平滑肌細胞表達，並顯著增加ets-1的mRNA表達和轉錄活性，從而在新生血管形成過程中發揮重要作用]；HGF與c—met結合，可引起細胞外信號調節激酶(ERK)磷酸化，導致信號轉導及轉錄活化蛋白(STAT3)磷酸化形成二聚體進入核內，促進早期生長反應基因如c—los的表達， 在轉錄水平調節細胞生長。
生理作用
HGF是一種作用廣泛的因子，除對肝細胞作用之外，還對多種組織和細胞具有調控作用。其主要生理作用有：
(一) 啟動肝再生
肝再生是一個相當複雜的過程，其詳細機制有待於進一步闡明眾多細胞因子參與肝再生的調節，許多實驗證明，HGF是肝再生的啟動信息並在肝細胞增殖過程中起重要作用。大鼠肝部分切除以後，殘留肝中肝細胞12h後DNA合成開始增強，24~48h達高峰。血漿中HGF活性則在肝部分切除後1～2h內迅速升高，且可高出正常5倍，第6h後HGF活性下降，形成HGF的第一活性期。血漿HGF在肝部分切除手術後第12h再次升高，24~48h達到高峰．形成血漿中HGF的第二個活性期，該活性期與殘留肝中DNA合成的時相是一致的。HGF第一活性期遠在殘留肝中肝細胞DNA合成之前，這一事實表明HGF可能是肝再生的啟動因子。
(二) 促細胞分裂作用
HGF生物活性測定是觀察HGF對原代培養肝細胞DNA合成的刺激作用，HGF在原代肝細胞無血清培養中可刺激肝細胞DNA合成，每毫升lng HGF即可觀察到生物活性，最大活性濃度為每毫升5～1Oug。表皮生長因子(EGF)與HGF具有協同作用，而轉化生長因子可抑制HGF活性。HGF通過門靜脈注射，可在體內刺激肝細胞DNA合成。HGF除對肝細胞有刺激作用外，還對多種細胞具有刺激作用，已發現，HGF能夠刺激腎小管細胞、肝非實質細胞、角化細胞、黑色素瘤等細胞的DNA合成。
(三) 細胞運動作用
HGF具有類似擴散因子(sF)的功能，在一些上皮細胞和內皮細胞培養體系中加入不同濃度HGF均可促進細胞擴散和遷移。HGF對細胞促分裂作用和促運動作用是不一致的．HGF對一種細胞有分裂作用則無運動作用；但肝細胞除外，HGF既可促進肝細胞分裂又可促進肝細胞運動。HGF的不同作用可能是通過不同受體而實現的。
(四)腫瘤壞死作用
高濃度HGF對某些癌及肉瘤細胞系有抑制生長作用和腫瘤壞死作用．該作用機制尚不清楚。HGF受體分布於多種器官及組織，包括肝臟、皮膚、子宮、大腦、肺臟和腎臟。IKGF受體的廣泛分布表明，HGF不但對肝再生，而且對其它組織的生長、分化具有重要作用。
心肌保護作用
1 抗心肌細胞凋亡：已經進入終末期分化的細胞中(心肌細胞和神經元細胞)是不發生細胞凋亡的。但是隨著大量的研究證實許多心臟疾病，如缺血/再灌注損傷、心肌梗死、心室壁重建、心力衰竭等疾病均存在細胞凋亡，說明了細胞凋亡是造成心肌細胞死亡的主要原因。研究表明，不僅缺血缺氧可刺激培養的心肌細胞凋亡，而且心肌凋亡還存在於動物缺血和心肌梗死模型以及心肌梗死患者屍檢標本中。心肌細胞凋亡是心肌梗死後早期心肌細胞大量丟失的一個重要原因。心肌持續缺血出現心肌細胞凋亡，隨著供心保存時間的延長， 肌細胞凋亡數目明顯增多，保存12h後，心肌細胞凋亡率急速升高；保存36 h後，有近8O 的心肌細胞發生了凋亡。心肌細胞凋亡與心肌缺血缺氧、心律失常、心肌梗死、心室重塑等密切相關。凋亡細胞數量是心肌功能恢復的重要因素。心肌細胞凋亡是多種心血管疾病的一個重要的發生和進展機制。認為，Bcl一2家族參與的細胞凋亡的“線粒體途徑”是心肌細胞凋亡發生的主要機制。實驗證實，肝細胞生長因子具有明顯的抗凋亡特性，Ryugo等在將HGF加入Euro—collins心臟保存液中長時間保存供心的研究中發現，心肌細胞凋亡指數顯著降低；HGF特異性受體c—met及抗凋亡基因bcl—xL 的表達明顯增加，復跳後供心的功能較對照組改善。Nakamura等在大鼠心肌梗死動物模型中也發現，給予外源性HGF能夠顯著增加抗凋亡基因bcl—xL的表達，同時顯著減少梗死心肌邊緣區心肌細胞凋亡的數量。Ueda等_1 研究證明，HGF可對抗Hz0z對培養心肌細胞的損害，並迅速增加損傷心肌細胞抗凋亡基因bcl—xL的表達， 提示HGF通過其抗凋亡及抗氧化作用而發揮心肌保護作用。
2 保護和修復內皮細胞功能： 內皮細胞功能狀況與心肌組織有非常密切關係。內皮細胞損傷時，內皮結構或功能受損，內皮下膠原、微纖維等暴露，可導致血管通透性增加，加重心肌水腫；也會引起血管舒縮異常， 張力增加，誘使血小板黏附和聚集；血管壁的抗凝和纖溶活性降低，促凝作用增強；同時，局部的前列環素(PGI2) 和血管內皮舒張因子(EDRF)減少， 內皮素(ET) 和血小板活化因子(PAF)增加，及血小板的代謝產物前列腺素H2和TXA2等的縮血管作用，導致血管痙攣，血栓形成及血管閉塞，進而導致心肌灌注不足，心肌組織缺血梗死，心臟移植後早期心功能衰竭等嚴重後果。
2．1 抗內皮細胞凋亡：體外研究表明，HGF可以阻止無血清培養的血管內皮細胞DNA合成的減少和細胞死亡，且可以防止高濃度的I)-葡萄糖誘導主動脈內皮細胞凋亡和壞死.Nakagami等研究證實， HOF 通過(ERK)/STAT3及絲/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)等信號轉導通路的激活來發揮抗內皮細胞凋亡作用。
2．2 激活一氧化氮合酶：HGF可以通過激活一氧化氮合酶(N0S)系統修復內皮細胞，研究表明，HGF可以影響內皮細胞一氧化氮合酶(eNOS) 的表達。蛋白印跡分析表明，HGF可強烈刺激人大隱靜脈內皮細胞eNOS的表達，在HGF處理人大隱靜脈內皮細胞後2h就可以檢
測到eNOS表達的明顯上調，6～8 h達高峰，16 h後仍處於較高水平。另外，HGF引起微血管的舒張，可為N0阻斷劑所抑制。這種短期的效應是HGF誘導的eNOS表達上調的結果。對牛心主動脈內皮細胞(BAEC)的研究證實，HGF可誘導eNOS活性相關的Ser的1179位點的磷酸化，進而導致eNOS的磷酸化和激活，修復內皮細胞。在HGF存在的情況下，人冠狀動脈內皮細胞(HCAEC)內皮素1(ET一1)的分泌顯著減少，並呈HGF濃度依賴性 。冠脈系統的血管張力及心肌血流灌注主要依賴於內皮細胞釋放NO的舒張調節，血管內皮細胞功能紊亂勢必影響到心肌血供。血循環中內皮素(ET) 下降，N0 升高， 內皮功能改善，隨之心肌梗死範圍明顯縮小，說明內皮細胞功能狀況與心肌組織功能有著緊密聯繫。
2．3 刺激內皮細胞增殖：HGF也是一種特異的促內皮細胞生長因子。可呈劑量依賴性促進內皮細胞的DNA的合成，而且HGF刺激的DNA合成明顯強於鹼性成纖維細胞生長因子(bFGF) 和血管內皮生長因子(VEGF)， 提示HGF具有強大的促進內皮細胞增殖作用。Bussolino等在人單層內皮細胞上， 人為地造成內皮細胞連續性的中斷，然後給予HGF刺激，24h後裸露無細胞區完全被增生、移行的內皮細胞所填充並恢復到原樣，而對照組裸露無明顯變化。Hayashi等通過轉基因方法，將攜帶HGF基因的載體轉染內皮細胞和平滑肌細胞後進行培養，培養液中可檢測到HGF，用該培養液中提取的HGF刺激內皮細胞，可明顯促進內皮細胞生長，且比外源性HGF作用更強，提示通過自分泌或旁分泌方式產生的HGF能刺激內皮細胞的分裂和增殖。
3 促進血管新生：VEGF能明顯促進血管內皮細胞的增殖遷移，其治療心肌組織缺血已取得了確切的臨床療效，並有預防和治療血管再狹窄的作用。血管平滑肌細胞和心肌細胞均可分泌VEGF，並通過旁分泌作用於鄰近的內皮細胞。在心臟組織中，心肌細胞、血管平滑肌細胞數量巨大，增加這些細胞分泌VEGF，也可能成為治療缺血心肌組織血管新生和防治再狹窄的一種方法。HGF可通過刺激心肌血管內皮細胞的增殖而促進缺血組織的血管新生。Wqjta等發現，HGF能增加冠狀動脈血管平滑肌細胞和心肌細胞VEGF的分泌，促進血管新生，增加心肌組織供血。在體內，血管造影、生理學和組織學檢查表明，血管平滑肌細胞、心肌細胞內有HGF的受體c—met的存在，HGF誘導血管再生作用強於VEGF。HGF通過促進血管新生作用，起到心肌保護作用。心肌梗死之後HGF和c-met表達水平均顯著增加。冠脈側支循環的數量是影響梗死面積大小的重要因素之一，冠脈豐富的病人雖然主要冠脈完全閉塞，但卻沒有血管供應區域心肌梗死的證據。閉塞遠端心肌存活依賴於側支循環血流，因此，促進血管新生、增加側支循環是挽救瀕死心肌重要手段。已經證實，不論是離體還是在體，HGF都能夠明顯的促進VEGF的mRNA表達，而且在促血管生成方面具有協同作用]。Miyagawa等將載有HGF基因的質粒轉染入小鼠心梗心肌，發現梗死範圍減少，梗死區血管新生較單純心肌細胞移植組顯著增加； 同時對血管生成有重要作用的轉錄因子ETs的活化，證實了HGF促進血管生成的作用。
4 限制心室重塑和改善心功能：HGF能有效地限制心肌梗死後左室重塑，並能改善心功能。在臨床研究中發現，患者血漿中HGF水平與左室重塑的程度呈負相關。急性心肌梗死後左室重塑的主要決定因素是心肌梗死範圍、瘢痕形成及室壁張力。HGF是間質細胞衍生的一種促進細胞有絲分裂多功能因子，能夠減少心肌梗死範圍， 因此在一定程度上也能限制左室重塑，具有顯著的心肌保護作用，但其作用機制還不十分清楚。1wata等_1 研究發現， 心肌組織中HGF降低，生長轉化因子一113(TGF一1t3)升高， 可促進心肌纖維化，HGF基因轉染組心肌膠原成分較對照組明顯降低，左室舒張功能得到改善。Li等觀察了心肌梗死病人梗死區與非梗死區靜脈血中HGF的比值，發現其與左室舒張末內徑指數呈負相關；與左室射血分數呈正相關。這進一步說明，局部HGF系統在心肌組織的抗心室重塑、修復等過程中起著重要作用。
