bFGF 在男性生殖系统的表达及作用研究

崔宁宁，刘一朝，姚美静，刘 敏，王宇婧，母 慧，艾庆燕

作者单位：716000 陕西 延安，延安大学医学院（崔宁宁，刘一朝，姚美静，刘 敏，王宇婧，母 慧）；延安大学医学院组胚教研室（艾庆燕）

成纤维细胞的生长依赖于成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factors, FGF)。 FGF 是一种通过磷酸分离酶和纯化反应得到的活性化学物质[1],在长期的研究中人们已经发现了23 种FGF, 并按照主要的生理功能和化学反应途径可分为内分泌型和旁分泌型。其中内分泌型主要包括FGF15/FGF19、FGF21 和FGF23, 旁分泌型主要包括FGF1-FGF14、FGF16-FGF18、FGF20 和 FGF22[2],它 们 在 结构上都与其人体分泌有着密切的交互相关性[3]。 FGF 家族成员与伤口的愈合和修复、血管生成、胚胎发育及细胞的生长分化等多种生物学功能有着密切联系[4]。 碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)直接诱导细胞形态改变的发生和细胞分化,是目前最有力的有丝分裂原之一[5]。 bFGF 的化学功能和药理作用主要体现在，平滑肌细胞生长发育和进行组织修复两个主要方面,它的生长功能主要是指它可以不断促进平滑肌细胞组织内皮皮层细胞， 生长游走和抑制平滑肌外皮细胞的生长增殖，并以此为组织基础来达到充分发挥上述两种功能[6-7]。 就现有发现来看,bFGF 的生物学效应虽然尚未完全研究清楚, 但它的影响已体现在诸多方面, 尤其是在生殖领域,bFGF 已经成为了人们重点关注的对象之一。 笔者就bFGF 对男性生殖健康的影响及疾病的预防和治疗方面进行综述。

1 bFGF 的分子结构

bFGF 是等电点呈碱性(PI=9.6)且分子量约为16.5kDa的单链蛋白质。由1984 年Bohlen 等从垂体中提取获得,并测得bFGF 中的一种含有146 个氨基酸残基。 随后Bohlen又从组织提取液和cDNA 克隆中发现氨基端延伸的含不同数目残基的bFGF,这提示不同bFGF 的翻译起始位点不同。从拷贝分子基因生物学的角度分析来看，bFGF 的基因为单分子拷贝基因，由3 个外显子和2 个内含子共同连接构成。 bFGF 的染色体 DNA 被转录成 7Kb、3.7Kb、有时为1.4Kb 的mRNA,这些mRNA 只能从脑中检出。

2 bFGF 受体及信号通路

FGF 在机体内分布广泛,它与细胞表面的酪氨酸激酶受体/成纤维细胞生长因子受体(fibroblast growth factor receptors, FGFR) 结合可以使细胞发生一系列的反应。bFGF 存在两种不同类型的分子受体, 分别是高亲和力分子受体、低亲和力分子受体。 高亲和力的磷酸蛋白受体与分子bFGF 相互协同帮助地在细胞内进行结合并形成一个二聚体后,胞内的酪氨酸激酶在该二聚体受体区域的构象状态也会随之发生改变,从而激活酪氨酸激酶,之后磷酸化磷脂酶会产生Crl(PLC-rl),磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP 2)被激酶转化而成为甘油酯(DG)和三磷酸肌醇(IP3),即双信使受体[8]。DG 是磷脂和Ca2+依赖的蛋白激醇C 的内源性激活剂,IP3 信使可调节Ca2+的通透, 两者联合导致Ca2+由内源中释放。 而低亲和力的受体辅助参与bFGF 与高亲和力受体结合,起到加固促进的作用[9]。

ERK 激酶(MAP2K)作为bFGF 的下游通路可与 RA 通路相互作用共同调节细胞的分裂分化水平。 同时,丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)可被bFGF 激活,它可以上调Bcl6b和Etv5 等基因,使精原干细胞自我更新作用增强[10]。

3 bFGF 对男性生殖的作用

3.1 bFGF 在睾丸中的作用 FGF 在机体的许多组织和器官中均有表达,FGFR 在体细胞中具有广泛的特征,但在哺乳动物生殖细胞中表达研究报道较少。

在人类胚胎早期睾丸中bFGF 蛋白主要表达于生殖细胞和Leydig 细胞的间隙中。胚胎12～20 w,是bFGF 在孕早期睾丸精原细胞生长过程中的主要表达高峰期, 其在孕早期胎儿睾丸早期的精原细胞的生长发育及分化阶段,可直接促进精原细胞的生长、分化以及生精小管的形成[11]。 在那些位于雄性胚胎12 w 的睾丸索内的原始生殖细胞中bFGF 呈阳性的表达, 主要作用为主动调节雄性原始生殖细胞的活性反应，从而促进其增殖并向精原细胞分化[12]。

bFGF 存在于睾丸组织, 并已被证实作用之一是促进睾酮(T)分泌。 Saucedo 等[13]发现 FGFR1、2、3、4 mRNA 和蛋白在人睾丸中的表达以及这些受体在生精上皮细胞中的定位。 除此之外，有研究人员通过建立FGF-2 缺陷小鼠来研究哺乳动物精子生成的复杂机制,分析了FGF-2 在维持精子生理学中的作用, 结果表明FGF-2 在哺乳动物精子生成中发挥作用, 而FGF-2 的缺乏会导致精子生产失调,精子形态和功能改变。 因此，FGF-2 与精子生成和运动调节有关[14]。而且，根据常学良等[15]的研究发现 bFGF 可通过促进生精细胞的增殖分化,明显治疗特发性少弱精子症。

bFGF 也可通过促进睾丸内部实质性细胞的数目增多而提高睾丸的品质, 对LC 的分化发育及功能都有直接的调节作用。 从王曦华[16]的研究中可以清楚看到bFGF 可增加睾丸间质调节蛋白(STAR)的浓度来改变其表达,从而诱导一个睾丸间质干细胞转变为一个睾丸间质细胞(SLC)。

有研究发现体外培养的精原干细胞中的干细胞因子(SCF)可以通过诱导幼稚型精原干细胞的体外克隆和分化形成, 而bFGF 则有体外刺激成熟型精原干细胞进行体外克隆的特殊功效,具有促进增殖的作用[17]。 FGF 对离体培养的未成熟Leydig 细胞, 可以增加hCG 所促进的T 分泌,其增加量取决于FGF 剂量大小及处理时间,且bFGF 可促进体外培养精原细胞的分裂增殖[18]。

除此之外, 实验还证明bFGF 对损伤的小鼠睾丸具有显著的促修复作用[19]。临床研究证实,环磷酸腺胺可导致生精功能损害。 另外,模型精子活性的一些检测指标也普遍下降。用bFGF 治疗模型小鼠,结果表明当使用碱性成纤维细胞生长因子进行干预后,小鼠的睾丸组织结构以及附睾的精子质量均有明显恢复。

3.2 bFGF 对精子的作用 在精子中,FGFRs 位于顶体区域和鞭毛。精子暴露于成纤维细胞生长因子2(FGF-2)会导致鞭毛FGFR 磷酸化增加,并激活细胞外信号调节激酶(ERK)和蛋白激酶 B(PKB 或 Akt)信号通路[20]。 使用针对FGF-2 的抗体进行的Western 免疫印迹分析显示, 精子蛋白提取物中存在18 kDa 的条带, 该蛋白被免疫定位在精子鞭毛和顶体区域以及所有生殖细胞中。通过流式细胞术评估的精子FGF-2 水平与每个射精的精子浓度、 运动性、总精子数和总运动细胞呈正相关。 此外,与具有正常运动性的样品相比, 具有异常运动性的样品显示FGF2 水平降低,此项提示FGF-2 水平是精子质量的潜在标志。

FGF 通过负调节精子MAPK 信号转导通路,一定程度上调节尾部的发生、功能以及精子鞭毛的运动,从而影响精子的活动力。 综上所述,在男性精子发生与生殖调节方面,bFGF 发挥重要作用。

3.3 bFGF 在前列腺中的作用 前列腺生长及功能受到多种调节因子控制,bFGF 起到了十分重要的作用, 可以将其视为一种肿瘤标记物。 前列腺成纤维细胞可合成bFGF,bFGF 能反过来促进成纤维细胞的生长,即bFGF 可作用于Pca 细胞并促进其增殖。 在癌分化中的主要作用是使其由静止进入侵袭表型。 bFGF 在前列腺增生组织以及癌组织中表达水平有明显升高[21],但目前研究表明bFGF 的mRNA的表达与前列腺增生、前列腺癌等疾病的病理分期并未存在明显的相关性。 另外, 在前列腺癌的裸鼠模型上敲除bFGF 的基因后可以抑制前列腺癌的生长转移, 提高裸鼠的生存率[22]。 目前治疗前列腺疾病的药物如加味桂茯苓颗粒、 前列散淤胶囊、 益肾活血颗粒等大多是通过降低bFGFmRNA 的表达,从而抑制成纤维细胞的增殖来发挥作用[23-24]。 bFGF 在被乙酰肝素酶催化和激活后，可以促进毛细血管新生和肿瘤细胞的发生和增殖。在前列腺增生的组织中,因bFGF 的含量增多而促进了细胞增殖和生长[25]，当bFGF 表达量显著增多, 淋巴细胞就会通关过分泌一些相关的因子来促进整个局部和淋巴细胞的增殖。良性前列腺组织增生时，患者组织中bFGF 含量水平越高,局部的疼痛感就越明显,更易造成排尿困难。 此项提示可通过前列腺组织bFGF 的浓度变化, 从而推测前列腺疾病的发生和病理情况,指导临床对前列腺生理功能异常的早期诊断和治疗。

bFGF 在机体内广泛存在并一直发挥着广泛的运动调控作用,bFGF 及其受体与精子的生成和相关运动的调控作用密切相关,与男性生殖系统疾病密切联系相关,在男性生殖疾病领域中占有重要的地位, 尽管目前对于bFGF 的研究已取得一定的突破和进展,但对于它们在生殖疾病系统中的具体表达意义、作用及其调节的机制还有待进一步研究,其对男性生殖系统的调节机制也仍有待完善,以期促进男性生殖生理学的发展。