肝素结合样表皮生长因子在机体各组织器官损伤中的修复作用研究进展

曾文，蒙臣，王雪，王轶铭，李清，王贤裕

湖北医药学院附属医院(十堰市太和医院)，湖北十堰442000

肝素结合样表皮生长因子(HB-EGF)是表皮生长因子(EGF)家族中的一员，是一种高效的有丝分裂原和趋化蛋白。HB-EGF最先是通过肝素亲和层析法从巨噬细胞的条件培养基中分离出来的。除HB-EGF之外，EGF家族还包括6名成员：EGF、转化生长因子-α、细胞调节素、双调蛋白、上皮调节蛋白以及神经调节蛋白。机体生理状态下，HB-EGF在多种组织和器官中均有表达。HB-EGF可通过与表皮生长因子受体(Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR)结合后调控细胞增殖、迁移、黏附和分化等多种效应。HB-EGF在人体组织和器官中广泛表达，在肺、心脏、骨骼肌和大脑组织中表达水平较高。机体首先合成HB-EGF前体蛋白(pro HB-EGF)，pro HB-EGF可在细胞表面近膜结构域内被基质金属蛋白酶(Matrix Metalloproteinase，MMP)或整合素蛋白酶(A Disintegrin And Metalloproteinase，ADAM)裂解，最终释放可溶性成熟HB-EGF[1]。

HB-EGF包含一个EGF样结构域以及一个肝素结合结构域，允许与细胞表面的肝素和硫酸乙酰肝素相互作用，从而发挥各种生物学作用。HB-EGF参与胚泡着床、心肺正常发育、动脉粥样硬化、肿瘤生长等一系列生理病理过程。当组织损伤时，HB-EGF表达会随着不同形式的损伤刺激而升高，可直接结合并激活EGFR和酪氨酸激酶受体4(ErBb4)，还可通过异二聚体作用激活酪氨酸激酶受体2(ErBb2)和酪氨酸激酶受体3(ErBb3)，促进皮肤伤口的愈合、缺血性损伤后神经再生、肺切除后肺泡再生、肠吻合术后肠组织增殖、肝叶部分切除后肝细胞增殖，并保护许多类型的缺血再灌注损伤。现将HB-EGF在皮肤、眼、脑、肠道、肝及其他组织器官损伤中的作用相关研究进行综述，旨在为临床组织器官的损伤修复治疗提供借鉴。

1 HB-EGF在皮肤损伤中的修复作用

皮肤由表皮、真皮和皮下组织构成。当损伤发生时，表皮的角质形成细胞产生和分泌HB-EGF，促进皮肤创面愈合。在烧伤患儿的烧伤创面液体中可检测到高表达HB-EGF[2]。HB-EGF主要表达于未烧伤皮肤的表皮基底层，可重新分布于烧伤皮肤的创面边缘、毛囊和汗腺处，促进烧伤皮肤的修复和再生。在小鼠烧伤创面形成后不久就在真皮附属物和创面边缘的全层皮肤中检测到HB-EGF表达[3]。有研究[4]提出，HB-EGF可有效地促进角质形成细胞的增殖和迁移，而当小鼠角质形成细胞特异性缺失HB-EGF时，皮肤创面愈合速度减慢，但创面边缘的细胞增殖无明显差异。在组织创伤愈合过程中HB-EGF主要通过刺激角质细胞迁移而非增殖促进皮肤伤口愈合[5]。

将HB-EGF重组蛋白直接应用创面，因其活性短、降解速度快，促进皮肤损伤修复效果不明显，因此如何提高HB-EGF的生物利用率或优化其向损伤组织传送，达到HB-EGF修复作用最大化，成为近年来的研究热点。将HB-EGF以与透明质酸水凝胶结合的形式递送至创口，可显著提高HB-EGF促进创面愈合的有效性[6]；通过以肝素为基础的载体缓慢递送HB-EGF，也可增强糖尿病创伤模型再生上皮化、创面基质重建、促进创口收缩以及血管重建[7]；使用维甲酸诱导角质细胞高表达HB-EGF，可有效促进基底细胞增殖[8]；或共同补充配体和受体，增加HB-EGF生物利用度，例如在猪模型中，将含有ErbB3受体基因的腺病毒转染到猪创伤模型中，联合应用HB-EGF，可显著改善表皮再生、基底细胞增殖、肉芽组织和新生血管形成[9]。

2 HB-EGF在眼损伤中的修复作用

角膜上皮创面愈合是维持角膜内环境稳定的重要过程，创面愈合受损会增加角膜感染的风险，严重时可导致视力下降。在细胞实验[3]中，已证实HB-EGF可刺激人角膜上皮细胞(Corneal Epithelial Cell，CEC)增殖与迁移。在小鼠角膜上皮损伤模型中，特异性敲除HB-EGF小鼠的角膜上皮损伤愈合延迟，从特异性敲除HB-EGF小鼠中分离的CEC在体外实验中使用HB-EGF处理后其损伤创面闭合和细胞黏附均有改善[10]。EGFR信号通路的激活是角膜上皮伤口愈合过程中的关键事件，会显著影响损伤处细胞的增殖与迁移， HB-EGF的表达减少则会抑制EGFR的激活，延迟角膜上皮细胞创面愈合[11]。因此，HB-EGF的表达以及EGFR信号通路的激活是CEC创面愈合的关键因素。

与EGF相比，HB-EGF具有在细胞表面与肝素和硫酸乙酰肝素结合的能力，可以限制其扩散，使局部HB-EGF浓度增加，因此，在治疗CEC创面时具有更高的生物利用率和更长的EGFR活化时间[12]，可更好的促进细胞迁移、细胞增殖和组织重塑，提高了角膜伤口愈合率，而这种效应可被HB-EGF中和抗体抑制。这说明了HB-EGF在角膜上皮损伤愈合过程中发挥着重要作用，为角膜上皮创面愈合早期进行有效的临床治疗提供可能，尽可能减少角膜感染风险，防止不良预后。

视网膜是眼部重要的视觉器官。有研究表明[13]，在视网膜受损时，HB-EGF可刺激视网膜中Müller神经胶质细胞去分化和增殖，从而促进视网膜再生。在视网膜缺血再灌注模型中，HB-EGF通过抑制视网膜神经胶质细胞肿胀，减少视网膜水肿发展，促进视网膜缺血再灌注的恢复[14]。另外，HB-EGF不仅可以通过EGFR信号通路，还可以通过刺激Müller胶质细胞去分化和抗氧化应激，防止光诱导的视感光细胞变性，减轻视网膜损伤[15]。以上结果表明HB-EGF是视网膜损伤和变性过程中的保护机制之一。

有研究表明HB-EGF也参与了增生性玻璃体视网膜病变，这被认为是视网膜伤口愈合过程中HB-EGF调控不佳引起Müller胶质细胞过度增生，从而导致神经胶质瘢痕形成。眼部新生血管形成可导致不可逆性失明，在增生性糖尿病性视网膜病变、新生血管性青光眼、光诱导的视网膜损伤中均可发现HB-EGF表达上调[16]，这些结果表明HB-EGF可能参与某些视网膜疾病，在眼新生血管形成中起着重要作用。但尚不能确定HB-EGF上调是保护性表达还是视网膜损伤后出现的病理性表达。

3 HB-EGF在脑损伤中的修复作用

HB-EGF是一种由缺氧诱导的神经保护蛋白，它还能刺激神经元前体细胞的增殖，在中枢神经系统中的含量高于EGF家族的其他成员，尤其富集于海马、大脑皮层以及小脑。条件敲除腹侧前脑中的HB-EGF，将导致海马区记忆形成受损，运动和神经传导受损，以及行为异常，证明了HB-EGF有重要的神经营养功能[17]。另外HB-EGF可增加缺血再灌注损伤后神经细胞的再生，与EGF相比，大脑中动脉结扎所致的缺血再灌注后大脑皮层中HB-EGF的mRNA表达明显增加，而条件性敲除HB-EGF将导致更大面积的梗塞，皮层活性氧含量以及细胞凋亡增加[18]。虽然这些具体作用机制目前尚未可知，但可认为HB-EGF的神经营养特性对脑血管缺血事件后患者的康复具有促进作用。

4 HB-EGF对肺损伤中的修复作用

HB-EGF能够促进肺损伤修复。首先，HB-EGF是Ⅱ型肺泡上皮细胞的有丝分裂原，在肺损伤后促进Ⅱ型肺泡上皮细胞增殖并分化为Ⅰ型肺泡上皮细胞，从而为肺泡结构重建提供基础。其次，慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease , COPD)等肺损伤可释放炎症因子诱导气道上皮细胞分泌HB-EGF，激活EGFR信号通路，减轻肺部炎症和损伤，促进细胞增殖和抑制细胞凋亡，防止肺功能下降[19]。已有研究[20]证明,HB-EGF通过影响细胞迁移以及细胞间黏附促进损伤修复，当小鼠一侧肺组织被切除后，健侧肺中HB-EGF表达增加，促进肺组织代偿性增生并使肺组织结构重建[21]。同时，应用HB-EGF可减缓肠缺血/再灌注损伤(Ischemia-Reperfusion Injury,I/R)模型以及烧伤模型所导致的肺损伤[22]。因此可认为HB-EGF是促进肺损伤修复以及维持肺内环境稳定的多种保护机制之一。

然而这与Woodruff等[23]的研究结果相反，他们认为HB-EGF/EGFR通路参与了肺纤维化的发生，HB-EGF表达失调和/或EGFR持续活化可能导致气道上皮的异常修复，从而通过促进气道纤维化推动COPD的发展。导致这种相互矛盾的结果的机制目前尚未可知，这里我们认为是人类疾病成因复杂常伴随其他疾病，例如临床很多肺切除患者都是患有肺癌，这是COPD患者的一种主要的合并症，而HB-EGF的表达以及EGFR通路活化通常会受到肿瘤生长和转移的影响[24]，我们推测这就是导致在人类COPD患者中HB-EGF过度表达的原因。

5 HB-EGF对肠道损伤中的修复作用

HB-EGF是胃肠上皮自分泌的一种生长因子，根据氧化因素或渗透压的变化而改变，参与胃肠道上皮日常增殖及更新。而在胃肠道受损时，相关研究证明给予外源性HB-EGF可以保护胃肠道免受各种形式的组织学损伤，包括坏死性小肠结肠炎(NEC)、肠缺血再灌注损伤(I/R)、失血性休克与复苏(HS/R)等，同时研究者发现HB-EGF在酸性环境中稳定，通过胃肠道给药是可行的并可有效提高其在胃肠道中的生物利用率[25]。另外，在小鼠胃肠道吻合模型中，给予HB-EGF处理后胃肠道吻合口强度增强，吻合口周围血管生成，从而改善和促进胃肠吻合口愈合[26]。特异性敲除HB-EGF小鼠对NEC的易感性增加，这也说明了HB-EGF在保护胃肠道屏障方面的重要性[27]。

以上结果提示我们HB-EGF对胃肠道具有重要的保护作用，有望作为用于胃肠道损伤的治疗中。这种疗法通过多种机制实现，包括抑制肠上皮细胞凋亡、减少炎症因子浸润、促进肠细胞间黏附、促进肠细胞迁移与增殖[28]等。HB-EGF可促进间充质干细胞的增殖和迁移，在肠I/R后同时给予HB-EGF和间充质干细胞治疗，可减少移植过程中间充质干细胞的凋亡，并使间充质干细胞首先植入到受损肠壁中[29]，因此联合使用HB-EGF和间充质干细胞也为肠损伤提供了一种新的疗法。

6 HB-EGF对肝损伤中的修复作用

HB-EGF是肝细胞的有丝分裂原，与肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor，HGF)有类似的肝细胞营养作用，HB-EGF与HGF在促进肝细胞增殖方面具有协同作用，在部分肝切除后与HGF共同表达增加。在转基因小鼠模型中进一步证实了HB-EGF对肝脏的营养作用，表达肝特异性pro HB-EGF的转基因小鼠在肝叶部分切除后肝脏再生能力增强，此外在再生肝脏中也观察到HB-EGF表达增加、肝细胞增殖等现象[30]。然而与局限的肝叶部分切除(切除1/3)相比，HB-EGF在广泛的肝叶部分切除(切除2/3)后有更明显的上调现象，这似乎与驱动静止期肝细胞进入细胞周期有密切关系，为HB-EGF的肝营养作用提供了另一种机制[31]。

除了在肝叶部分切除后肝再生中的作用，HB-EGF在其他形式肝损伤中对肝脏的保护作用。胆汁淤积会导致严重的肝损伤，在胆管结扎所致的胆汁淤积模型中，给予HB-EGF处理可使肝脏转氨酶降低，而条件性敲除HB-EGF可导致更严重的肝纤维化[32]。当使用HGF和HB-EGF联合治疗时，主要通过发挥细胞保护作用和抗纤维化作用抑制胆管结扎诱导的胆汁淤积性肝损伤。以上研究结果为HB-EGF作为肝细胞保护剂提供了进一步的证据，并有望在临床应用于肝叶部分切除术后促进肝叶再生治疗。

7 HB-EGF在其他组织器官损伤中的修复作用

目前，关于HB-EGF在心、肾、尿道、鼓膜等其他组织器官中的作用机制相关研究较少，但HB-EGF在其受到损伤后的修复作用已得到初步证实。HB-EGF在正常心脏功能和正常心脏瓣膜形成中具有关键作用，当心肌处于低氧环境时HB-EGF有利于损伤心肌细胞的增殖[33]，然而同时HB-EGF具有促进心肌细胞、成纤维细胞增生、胶原纤维表达增多等生物学效应，在心脏受到缺氧等损伤刺激后的心肌重构过程中发挥重要作用。局部HB-EGF过表达可导致心肌梗死后心肌重构加剧，造成不良预后。这一结果不排除使用HB-EGF治疗心肌缺氧患者具有临床益处的可能性。在肾部分梗死模型中，梗死灶附近的肾小管上皮细胞中发现了HB-EGF的表达上调，在调节梗死灶附近肌成纤维细胞的分化和促进周围组织的重塑过程中发挥作用。同样的，在肾I/R后HB-EGF也参与了早期肾上皮细胞的修复、增殖和再生，促进肾I/R后损伤恢复[34]，在损伤尿路上皮修复再生过程中，HB-EGF通过EGFR信号通路发挥关键作用；在探究慢性鼓膜穿孔治愈手段过程中发现，HB-EGF可诱导小鼠鼓膜角质形成细胞迁移，从而封闭鼓膜穿孔使鼓膜创口达到组织学愈合[35]，这种治疗方法为非手术修复鼓膜穿孔提供了新思路。

综上所述，HB-EGF可用于皮肤、脑、肺、肠、肝等重要器官损伤的治疗，在组织器官的细胞修复、增殖和再生中发挥重要作用。HB-EGF的表达是由多种形式的机械或化学损伤引起的，通过产生抗凋亡、促进增殖迁移和血管生成等效应，使HB-EGF在全身组织修复和再生中发挥着关键作用。但目前仍需要进一步的研究以建立这些疗法的相关临床选择，充分发挥HB-EGF在各组织器官损伤中的修复作用，使HB-EGF在临床得到更好的应用，造福于受众群体。我们将持续关注并探究HB-EGF在机体各组织器官损伤中的修复作用。