TDGF1基因研究概况

杨 雪，王 军；刘红羽；吕文发*

(1.吉林农业大学生命科学学院，动物繁殖生物技术研究室，吉林长春 130118；2.吉林农业大学动物科学技术学院，动物繁殖生物技术研究室，吉林长春 130118)

TDGF1基因研究概况

杨 雪1，王 军2；刘红羽2；吕文发2*

(1.吉林农业大学生命科学学院，动物繁殖生物技术研究室，吉林长春 130118；2.吉林农业大学动物科学技术学院，动物繁殖生物技术研究室，吉林长春 130118)

畸胎瘤衍化生长因子(teratocarcinoma-derived growth factor1，TDGF1)是一种调控细胞存活、增殖、分化和迁移的小分子糖基磷脂酰肌醇(GPI)结合蛋白。TDGF1在正常组织中一般不表达或仅部分组织少量表达，在多种肿瘤细胞中表达极显著。以往有关TDGF1的报道多集中于肿瘤和早期胚胎发育，研究发现，TDGF1通过调控肌肉生成抑制素(myostatin, MSTN)信号参与成肌细胞的增殖分化。在肌源性细胞中，TDGF1的表达是CFC(Cripto-1/FRL-1/Crypic)区与ALK4(anaplastic lymphoma kinase 4)结合从而转化MSTN信号。下调TDGF1，MSTN的信号随之减弱，表明TDGF1对肌源性细胞中MSTN调控的重要性，并且EGF和CFC区对MSTN的调控都很重要。论文综述了TDGF1的分子基础研究及其对成肌细胞增殖分化的作用。

畸胎瘤衍化生长因子；信号通路；肌肉生成抑制素；成肌细胞

TDGF1由Alfredo等1987 年发现，是从未分化的人畸胎瘤细胞 NTERA2 细胞系 cDNA文库中钓取并鉴定的基因[1]。编码TDGF1的基因定位于常染色体 3p21.3，基因全长 2 kb或1.7 kb，分别包含6个外显子、5个内含子，4个外显子和5个内含子，开放阅读框564 bp。编码的蛋白位于EGF-CFC(epidermis growth factor-cripto-1 / FRL-1 / crypic)区，由 188 个氨基酸组成，其中EGF结构域和 CFC结构域是 TDGF1蛋白内部具有标志性的功能结构域[2]。所有的EGF-CFC蛋白在EGF区都含有一个O-糖苷键型岩藻糖基化位点，是作为TGF-β、Nodal和GDF1的共同受体所必需的位点。大多数动物的EGF-CFC蛋白是细胞相关糖蛋白，包含第171～202氨基酸，片段大小为18 ku～21 ku。然而小鼠和人类的TDGF1蛋白分别是24、28、36 ku，原因是形成了N-糖苷键丝氨酸残基和O-糖苷键天冬氨酸残基。TDGF1全部生物活性的表达需要完整的EGF和CFC区，所有的EGF-CFC蛋白都包含1个信号序列、1个特异性EGF类似区、1个丝氨酸富含区是CFC区、1个疏水的碳末端。尽管所有的家族成员在EGF和CFC区都表现出高度同源性，小鼠和人的EGF-CFC区的序列相似性高达94%，但是整个序列的同源性仅达到22%～32%，这表明N末端和C末端无生物学功能，只是减少序列的相似性。TDGF-1 蛋白的C-端包括一个磷脂酰肌醇(GPI)锚定位点，是TDGF1蛋白的细胞膜结合位点[3]。

1 TDGF1 调节的细胞内信号传导途径

1.1 Nodal/ALK4/ALK7/Smad2信号通路

在胚胎发育期间，EGF-CFC蛋白作为细胞表面Nodal 共同受体,活化丝/苏氨酸激酶(ALK4)和Ⅱ型受体(ActRⅡB)复合物，此生化机制对Nodal结合ALK4/ActRⅡB受体复合物并且刺激Smad2磷酸化是必不可少的[4]。TDGF1也可以直接和丝/苏氨酸激酶受体ALK7相互作用增强ALK7结合Nodal的能力。尽管TDGF1可增强ALK7的信号活性，但Nodal是在TDGF1缺失时直接结合ALK7。Nodal与ALK4 的结合是TDGF1 依赖性的；而与ALK7的结合是TDGF1 非依赖性，定点诱变试验表明TDGF1与Nodal相互作用在EGF区，而TDGF1结合ALK4是在CFC区。Nodal信号在胚胎发育初期对TDGF1调控胚胎干细胞向心肌细胞和神经细胞分化是必不可少的[5]。

1.2 Activin/ALK4/ALK7/Smad2信号通路

研究发现，在哺乳动物细胞中，膜锚定型TDGF1 的CFC结构域可以与Activin相互作用，但是这种结合作用依赖于ActRⅡ的存在，形成一个由Activin- ActRⅡ-TDGF1 三者构成的复合物,激活素受体活化机制是通过与Ⅱ型受体(ActRⅡ)结合并磷酸化，之后活化Ι型受体(ALK4)，激活素受体机制是高度繁琐复杂的，除激活素外，还可与Nodal、GDF1、GDF3、MSTN形成信号复合物[6]。激活的Ⅰ型受体继而活化丝氨酸/苏氨酸激酶活性，磷酸化底物Smad2/3蛋白，活化状态的Smad2/3磷酸化Smad4，Smad4将信号携带进入细胞核，并与DNA直接相互作用共同活化或者抑制不同类型细胞，导致活化或者是抑制目的基因[7]。

1.3 Glypican-1/c-Src/MAPK/AKT信号通路

TDGF1能够活化撕裂原活化蛋白激酶(ras/raf/MAPK)和磷脂酰肌醇(PI3-K/AKT/GSK-3b)信号通路。由于在人类的几个癌细胞系条件培养液中已经发现可溶性TDGF1存在，很有可能是具有功能的可溶性TDGF1是从细胞膜自然裂解而来。活化这些信号通路可以获得无GPI的可溶性TDGF1重组蛋白，这两条细胞内通路的激活与癌症进程相关。除此之外，这两条通路的活化发生在TDGF1与磷脂酰肌醇聚糖-1(GPI-1)直接结合的条件下，作为几个不同的生长因子的共同受体发挥作用[8]。

2 TDGF1与胚胎发育及肿瘤的关系

已有研究表明TDGF1在胚胎发育阶段起到非常重要的作用，尤其在干细胞更新、多功能型分化和存活方面，同样在癌症进程中表达。癌症进展相当于胚胎发育在时间和空间上的错误表现。在早期胚胎发育阶段EGF-CFC蛋白作为必不可少的共同受体转化TGF-β家族蛋白信号，TDGF1与TGF-β家族配体Nodal都是胚胎发育的关键调控因子，而且是人类和小鼠胚胎干细胞未分化的标志[9]，在正常成体组织中表达极少[10]。同样，TDGF1在胚胎发育期间被证实活化Nodal/ALK4非依赖型信号通路参与结合GPI-1并且随后活化两条细胞内通路[11]。在小鼠的发育过程中，在小鼠交配后的第4天的囊胚中TDGF1最早出现在滋养层细胞和内细胞团中，当原肠胚形成时TDGF1在外胚层表达，之后的发育中TDGF1的表达受到高度限制，在第6.5天的囊胚中TDGF1出现在外胚层细胞中，并且形成中胚层。在囊胚期的第8.5天TDGF1在心肌层表达。小鼠TDGF1在心前中胚层表达并且在早期心脏系统分化过程中发挥重要的作用。在多功能胚胎干细胞中敲除纯合体TDGF1基因会损害胚胎干细胞分化成心肌细胞的能力，但并未影响胚胎干细胞分化成其他类型的细胞[12]。敲除TDGF1导致形成的胚胎只有头部没有躯干，表明缺少TDGF1会导致胚胎中胚层和外胚层存在严重的缺陷但并不会对神经外胚层的形成造成损害。

在几种人类肿瘤样本中，如结肠癌、卵巢癌和胃癌，检测到TDGF1的高频率表达[13]。也有研究表明，过表达TDGF1与小鼠的乳腺癌恶化相关[14]。TDGF1不仅调控细胞的增殖、存活和转移，而且在肿瘤发生的各个阶段起到至关重要的作用[10]。体外试验研究表明，TDGF1具有很强的促进血管生成功能。TDGF1以浓度依赖型方式促进人脐静脉内皮细胞的增殖、迁移和入侵，并且在基底膜基质促进血管类似结构形成[15]。当小鼠乳腺上皮细胞在涂有细胞外基质蛋白的多孔过滤器上培养时，过表达的TDGF1不仅可以促进细胞增殖，趋化和迁移，而且在Ⅰ型胶原蛋白基质上形成管道状结构[2，16]。用小鼠乳腺肿瘤病毒(MMTV)刺激小鼠乳腺，发现TDGF1在乳腺增生和乳腺癌进程中过表达[17]。在人乳腺癌和小鼠表皮癌中发现TDGF1与EGF相关多肽共表达，表明不同的生长因子在癌细胞的自主增殖中能够相互作用[18]。

3 TDGF1与成肌细胞及MSTN的关系

TDGF1是典型的致癌因子，以往的研究多集中在肿瘤发生、肿瘤复发和转移方面[3，19]。目前也有报道TDGF1参与成肌细胞的增殖分化，但是相关研究极少。MSTN也被称为生长分化因子8(GDF-8)，在骨骼肌中特异性表达并且作为成肌细胞生长的调控抑素发挥作用。已有报道在成年小鼠成肌细胞中发现TDGF1可以调控MSTN信号，下调TDGF1的表达可减弱MSTN的信号[20]。对小鼠的研究表明，过表达TDGF1可通过抑制MSTN信号而促进C2C12细胞增殖[21]。此外，Adriano Buzzati-Traverso实验室报道，小鼠TDGF1可促初级成肌细胞有丝分裂，对成肌细胞的增殖影响是浓度依赖型。该研究同时发现，TDGF1通过抑制MSTN的作用，从而修复骨骼肌损伤并促进卫星细胞向肌源性细胞分化[22]。

MSTN与激活素类似，通过细胞表面受体复合体(Ⅰ型和Ⅱ型)来对目标细胞起作用。MSTN结合Ⅱ型丝/苏氨酸激酶受体ActRIIB之后通过Ⅰ型受体ALK4(ActRIB)或者ALK5(TGF-β receptor I)[23]。在肌源性细胞中，TDGF1的表达是CFC区与ALK4结合，激活Smad2信号转导途径从而转化MSTN信号。EGF和CFC区对MSTN的调控都很重要。在成肌细胞中敲除TDGF1与敲除ALK4机制相同，都会导致MSTN磷酸化减弱，敲除TDGF1导致成肌细胞发生分化，这个观点支持TDGF1可以控制肌源性细胞分化[24]。本实验室通过TDGF1与MSTN相互作用对C2C12细胞增殖的影响进行研究，试验结果表明，MSTN通过TDGF1激活其信号通路，启动Smad蛋白磷酸化，导致MyoD1基因表达量显著下调从而抑制C2C12细胞的增殖作用。

4 展望

在目前的研究中，基因敲除试验发现ALK4是Ⅰ型受体在肌源性细胞中MSTN的主要受体。同时发现TDGF1中的EGF和CFC区对MSTN的调控都是十分重要的，表明TDGF1不仅通过结合ALK4来结合Ⅱ型受体，也很有可能直接结合MSTN。未来的研究应该阐明TDGF1和MSTN相互作用的分子机制，为培育品系优良的肉用家畜提供理论依据。另外，对MSTN 与TDGF1相互作用机理的研究，为医学上相关肌肉萎缩性疾病的治疗提供理论依据。

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Introduction to Advance in TDGF1 Gene

YANG Xue1，WANG Jun2，LIU Hong-yu2，LYU Wen-fa2

(1.AnimalReproductionBiotechnologyResearchCenter，CollegeofLifeScience，JilinAgriculturalUniversity，Changchun，Jilin,130118，China；2.AnimalReproductionBiotechnologyResearchCenter，CollegeofAnimalScienceandTechnology，
JilinAgriculturalUniversity，Changchun,Jilin,130118，China)

TDGF1 is a small molecule sugar-based phosphatidyl inositol (GPI) binding protein for regulation of cell proliferation, survival, differentiation and migration. It is generally not in normal tissue expression but only part of the system of a small amount of expression which is expressed in a wide variety of tumor cells significantly. Previous reports of TDGF1 focused on tumor and early embryonic development. Conversely, recent studies have found that TDGF1 through regulating the MSTN signal is involved in myoblast proliferation and differentiation.In the cells with significant expression of Cripto, such as myogeniccells, the CFC domain of Cripto is associated to ALK4, thereby transducing myostatin signaling.When TDGF1 is down-regulated,myostatin signaling is decreased,demonstrating the importance of TDGF1 in myostatin-controlled responses in myogenic cells. Furthermore, both the EGFand CFC domains of TDGF1 seem to be important in modulating myostatin signaling. The current review was aimed at molecular basis of the TDGF1 and its effect on differentiation of myoblast proliferation.

TDGF1；signaling pathway；myostatin；myoblast

2015-11-19

国家自然科学基金项目(31172227)；吉林省现代肉牛产业技术体系项目(201534)

杨 雪(1988-)，女，吉林吉林人，硕士，主要从事生物化学与分子生物学研究。 *通讯作者

S857.2；Q74

A

1007-5038(2016)05-0112-04