FGFs及其受体与后囊膜混浊的研究进展

丁芝祥，陈 阳(综述)，彭燕一(审校)

(桂林医学院附属医院眼科，广西 桂林 541001)

近年来，由于白内障手术技术和人工晶体的发展，白内障术后后囊膜混浊(posterior capsule opacification，PCO)的发生率较20世纪90年代有所下降，但仍然是影响术后视力恢复的主要并发症。文献报道，成人白内障术后2～5年PCO的发生率为14.7%～42.7%[1]，术后5年掺钕钇铝石榴石激光后囊膜切开率高达24%[2]。而且PCO的发生率往往与年龄相关，年龄越轻，发生率越高，儿童白内障术后PCO的发生率为43.7%～100%[3]。研究已证实，白内障术后前囊膜周边部和赤道部残留的晶状体上皮细胞过度增殖、移行并化生为成纤维样细胞是PCO发生的主要生物学基础[4-5]。白内障术后眼内多种细胞因子水平发生变化，它们是调节晶状体上皮细胞各种作用的重要物质。许多学者对成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factors，FGFs)及成纤维细胞生长因子受体(fibroblast growth factor receptors，FGFRs)在PCO形成中的作用进行了深入研究。

1 FGFs的种类及其分子生物学

FGFs是1973年从垂体和大脑提取物中获得的一种多肽，因其对成纤维细胞有促有丝分裂作用而得名。后来发现这类因子广泛表达于多种细胞和组织，在促进胚胎发育、细胞增殖、移行、分化、创伤愈合、肿瘤发生与转移等生理及病理过程中起重要作用。

FGFs家族至少包括23个成员(FGF1～23)，它们的氨基酸序列有一定的同源性，部分成员有类似的生物学功能。依据序列同源性和系统发育不同,人FGFs家族有七个亚家族：FGF1(包括FGF1、FGF2)、FGF4(包括FGF4、FGF5、FGF6)、FGF7(包括FGF3、FGF7、FGF10、FGF22)、FGF8(包括FGF8、FGF17、FGF18)、FGF9(包括FGF9、FGF16、FGF20)、FGF11(包括FGF11、FGF12、FGF13、FGF14)、FGF19(包括FGF19、FGF21、FGF23)等[6]。脊椎动物FGFs的相对分子质量为(17～34)×103，而果蝇FGFs的相对分子质量为84×103。从结构上来说，FGFs相对保守，所有家族成员共享一个由120氨基酸组成的保守序列，具有16%～65%的同源性[7]。FGFs基因包含三种编码外显子，其中一个外显子含有蛋氨酸起始密码。正是这三个外显子编码的β平行链折叠成独特的β三叶草结构域，这种结构决定了其功能特异性。大多数FGFs(FGF3～8、FGF10、FGF17～19、FGF21和FGF23)有N端信号肽，从而能分泌到细胞外。FGF9、FGF16和FGF20没有明显的可剪接的N端信号肽，但仍能分泌出细胞。FGF1和FGF2没有信号肽，不能像FGF9、FGF16和FGF20一样分泌到胞外，但能通过细胞损伤和胞外的内质网-高尔基途径释放到胞外。FGF22有一个可剪接的N端信号肽，但仅附着于细胞表面并不分泌。FGF11～14没有信号肽存在，不以受体依赖的方式作用于细胞内。

多种FGFs在眼部组织广泛分布，其表达具有时间和空间差异性。在脊椎动物胚胎发育过程中，FGF1和FGF2主要分布在外胚层，而FGF8、FGF9、FGF15(在人和鸡为FGF19)主要在视泡部位[8]。FGF2在人眼组织中广泛分布，在晶状体及其周围组织中均可表达，被认为是参与晶状体上皮细胞各种生命活动最重要的一种FGFs。夏朝霞等[9]将正常人及白内障患者晶状体上皮细胞体外培养，后者生长缓慢，有丝分裂能力差，FGF2表达明显增多，推测白内障患者术后残留的上皮细胞引起损伤修复过程，合成并释放FGF2，造成细胞的增生、移行和纤维化，可能成为后囊混浊的原因之一。

2 FGFRs种类及其分子生物学

FGFs的生物学效应是通过与FGFRs结合而实现的。FGFRs家族中高亲和力的酪氨酸激酶受体由四个成员组成：FGFR1～4，分别位于染色体8p12、10q26、4p16.3和5q35.1-qter[10]。

FGFRs结构由胞外配体结合区、跨膜区、胞内酪氨酸激酶区三部分组成。胞外区有三个免疫球蛋白样结构域：第一个免疫球蛋白样结构域的作用是调节FGFRs与FGFs结合的亲和力；第二个免疫球蛋白样结构域是FGFs低亲和力受体硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(heparin sulfate proteoglycans，HSPGs)结合的部位；第三个免疫球蛋白样结构域是与FGFs结合的部位。目前已知23种FGFs均分别作用于HSPGs链的不同特异性部位，HSPGs与FGFs结合可提高FGFs与FGFRs的亲和力及稳定性。同时Klotho家族蛋白也可通过与FGFRs结合，增加FGFs与FGFRs的亲和力，能促进FGFs-FGFRs的相互作用。FGFR1～3的第三个免疫球蛋白样结构域有两个剪接变异体，产生Ⅲb和Ⅲc两种亚型。Ⅲb亚型分布于上皮细胞，而Ⅲc亚型在间充质细胞表达[11]。FGFs和相应受体的分布具有组织特异性，其亲和力亦存在差异。每个FGFRs亚型可以与多个FGFs 配体结合，一些FGFs配体也可以结合多个受体[12]。

FGFR1～3在晶状体和其他组织中广泛分布，而FGFR4只在晶状体等组织的发育早期大量表达。成人和胚胎晶状体上皮细胞都表达FGFR1基因，且胚胎的表达水平高于成人，提示其表达具有年龄相关性，这可能是儿童后发性白内障发生率高的原因之一[13]。Bhuyan等[14]用反转录聚合酶链反应和免疫印迹分析法检测人正常晶状体多种生长因子信使RNA(mRNA)和蛋白质表达，发现60岁以上人晶状体上皮细胞中FGFR2表达水平降低，但显著高于晶状体纤维细胞中的蛋白质表达水平，这可能是晶状体对赤道部上皮细胞终身增殖、分化为纤维细胞的代偿性反应。

3 FGFs/FGFRs信号通路

FGFs与FGFRs结合后连同HSPGs构成FGFs-FGFRs-HSPGs二聚体复合物，激活胞内结构区的酪氨酸激酶，进而受体末端的酪氨酸也被激活触发一系列信号转导通路，导致特定的细胞反应。目前理解最清楚的FGFs信号转导通路包括小G蛋白/丝裂原激活蛋白激酶信号通路、磷酸肌醇3-激酶/丝苏氨酸蛋白激酶信号通路、磷脂酶Cγ信号通路。FGFRs的酪氨酸残基磷酸化后激活FGFRs底物2α，后者与鸟嘌呤核苷酸交换因子2、酪氨酸磷酸酶、鸟嘌呤核苷酸交换因子2的相关结合蛋白1形成信号复合物，进而激活小G蛋白/丝裂原激活蛋白激酶信号通路、磷酸肌醇3-激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶信号通路[15-16]。c-Jun氨基端激酶、细胞外信号调节激酶、p38丝裂原激活蛋白激酶是丝裂原激活蛋白激酶信号通路下游的效应分子，与多种细胞的生长和分化有密切关系。磷酸肌醇3-激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶信号通路与细胞存活、凋亡和细胞极性控制有关。磷酸化的FGFRs酪氨酸亦可激活磷脂酶Cγ，后者水解三磷酸肌醇和二酰甘油，进而激活蛋白激酶C，但这一信号通路的生理意义并不明显。

4 FGFs/FGFRs在PCO形成中的作用

白内障手术后，由于手术创伤及人工晶体植入的异物反应等导致眼内转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、表皮生长因子、FGFs等多种生长因子水平升高，引起残留晶状体上皮细胞过度增殖、向后囊膜移行、化生为成纤维样细胞，并伴有细胞外基质和胶原产生，最终导致PCO的形成。研究表明，FGFs/FGFRs信号通路可能是导致PCO形成的关键性因素之一。

4.1FGFs/FGFRs信号对细胞增殖的作用 在白内障手术后，由于手术创伤造成晶状体上皮细胞、囊膜及其周围组织损伤使细胞内和细胞外基质间的FGF2释放，局部高浓度的FGF2与残留晶状体上皮细胞上相应受体结合，通过FGFs/FGFRs信号途径将信号传递到细胞内，最终导致细胞增殖。

研究已证实，FGF2能显著促进晶状体上皮细胞增殖，其效应呈剂量依赖性，浓度在10 μg/L时作用达到高峰[17]。最近，Hu等[18]运用蛋白质组学技术将重组人FGF2作用于人晶状体上皮细胞HLE-B3后，与对照组比较，获得5个差异表达的蛋白质点。Iyengar等[19]应用鼠晶状体体外培养，比较房水、胰岛素样生长因子1、血小板源性生长因子A、表皮生长因子、FGF2对晶状体上皮细胞增殖的影响，发现FGF2的作用与房水相似，可持续激活细胞外信号调节激酶1/2达6 h，而胰岛素样生长因子1、血小板源性生长因子A、表皮生长因子只能一过性激活细胞外信号调节激酶1/2，给予FGFR抑制剂，房水诱导的细胞外信号调节激酶1/2持续激活受到干扰，而给予其他的生长因子受体抑制剂，房水保持其对细胞外信号调节激酶1/2的持续激活，证实阻断FGFs/FGFRs信号通路后能抑制房水诱导的晶状体上皮细胞增殖，FGF2在房水诱导的信号通路和晶状体上皮细胞增殖中起关键性作用。

4.2FGFs/FGFRs信号对细胞迁移的作用 FGFs对晶状体上皮细胞的作用具有多重性，在不同的浓度和培养条件下,表现出对于细胞的增殖、迁移、黏附的作用不同。王欣玲等[20]应用5 μg/L 的FGF2作用于人晶状体上皮细胞，细胞划痕试验显示FGF2促进了细胞的迁移速度,同时黏着斑激酶 mRNA的表达水平上调；但是随浓度升高,此种作用消失。高浓度FGF2 (15 μg/L)反而对细胞迁移起明显的抑制作用,此时黏着斑激酶mRNA表达也抑制，推测黏着斑激酶在FGF2引起的人晶状体上皮细胞迁移的双相调节中起重要作用。Liu等[21]则用transwell(一种研究细胞侵袭的实验模型)细胞侵袭实验证明，FGF2可诱导兔晶状体上皮细胞的迁移，并伴有细胞外基质成分纤维结合蛋白的合成增加，而免疫抑制剂雷帕霉素能抑制这种作用，但具体机制尚不明确。

4.3FGFs/FGFRs信号对细胞转分化的作用 白内障术后迁移到后囊膜的晶状体上皮细胞化生为成纤维样细胞，称为上皮-间质转化，形成PCO的主要病理改变。有多种调控因子参与晶状体上皮细胞上皮-间质转化的发生、发展过程，其中TGF-β、FGF2等生长因子在此过程中发挥着关键性的作用。

生理情况下，FGF2是调控晶状体上皮细胞增殖、迁移和转分化的主要细胞因子，不同浓度的FGF2分别发挥促增殖、迁移和转分化作用。FGF2并不直接诱导晶状体上皮细胞发生转分化，而是通过增强TGF-β的作用促进细胞的转分化。Banh等[22]将鼠晶状体囊膜体外培养，在培养液中分别加入TGF-β2、TGF-β2+FGF2，4 d后TGF-β2+FGF2组发生的PCO样形态学改变和上皮-间质转化标志物较TGF-β2组更加显著。研究表明，FGF2可促进体外培养的晶状体上皮细胞TGF-β受体(TGF-βR)的表达：用无FGF2的培养液培养鼠龄13 d以下、尚无TGF-βR表达的鼠晶状体上皮细胞时，鼠晶状体上皮细胞对TGF-β2无反应，但改用含FGF2的培养液则观察到细胞发生转分化现象[23]。此外，FGFs信号可能通过整合素连接激酶增强TGF-β和整合素信号通路的效应，介导TGF-β诱导产生的上皮-间质转化形态学改变[24]。

5 抑制FGFs/FGFRs信号在预防PCO中的应用

以FGFs/FGFRs信号通路为靶标的抑制剂能够阻断FGFs和FGFRs的相互作用，抑制该信号通路的激活，具有预防PCO形成的潜能。近年来研究阻断FGFs/FGFRs信号通路的策略主要包括：①FGFs反义寡核苷酸。刘宏伟等[25]设计针对大鼠晶状体上皮细胞FGF2的反义寡核苷酸，体外实验结果表明FGF2反义寡核昔酸及其脂质体可减少细胞FGF2的mRNA水平，并有效抑制细胞的增殖。②FGFs小干扰RNA。研究者构建FGF2小干扰RNA(FGF2 siRNA)表达质粒并在体外稳定转染人晶状体上皮细胞LEC-B3，检测到细胞FGF2基因和蛋白表达降低，细胞增殖核抗原表达明显降低，证实干扰bFGF基因表达可有效抑制LEC-B3细胞增殖[26]。③FGFRs抗体或特异性拮抗剂。利用针对FGFRs的抗体或特异性拮抗剂可阻断FGFs与FGFRs结合，切断其信号传递，如FGFR1特异性拮抗剂SU5402可显著抑制LEC-B3细胞的增生[27]。

6 结 语

FGFs及FGFRs通过参与晶状体上皮细胞的增殖、迁移和转分化等病理生理过程而与PCO的发生、发展有密切关系，成为预防PCO形成和基因治疗的一个研究热点。进一步深入研究FGFs与其他细胞因子的相互作用和FGFs/FGFRs信号通路机制，建立合适的PCO动物模型，并探索体内实验所需要的安全、高效的基因转移系统，有助于以FGFs/FGFRs信号为靶标的药物应用于PCO防治的临床研究中。

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