FGF10 基因的生理功能及其在畜牧生产中的应用研究进展

牛韶华，李凤娥，吴俊静，彭先文，梅书棋，乔 木*

（1.湖北省农业科学院畜牧兽医研究所，动物胚胎工程及分子育种湖北省重点实验室，湖北武汉 430064；2.华中农业大学动物科学技术学院，湖北武汉 430070）

成纤维细胞生长因子10（Fibroblasts Growth Factor10，）基因是成纤维细胞生长因子家族成员之一，能够与其受体结合调节多种生物学过程。随着基因组学、分子生物学等学科的发展，国内外对的结构功能及其调控机制等方面进行了大量研究，主要围绕在几种细胞类型中激活的关键细胞内信号通路展开，该基因在细胞中调控多种细胞反应包括细胞增殖、分化、凋亡、迁移等，并且参与机体的伤口愈合和组织修复。近期研究发现，可能与动物的肉品质性状、繁殖能力相关。因此，研究对提高畜牧业生产效益和产品品质有重要意义。本文主要综述了基因结构、生理功能及其在畜牧等方面的研究现状，以期为研究其基因功能奠定基础，并为其在畜牧生产上应用提供理论依据。

1 FGF 家族基因

成纤维细胞生长因子（Fibroblast Growth Factor，FGF）是一类结构相关的多肽家族，具有多种生物活性，参与调节多种发育、代谢、肿瘤和神经过程以及相关疾病，在成长期和成年个体的组织中广泛表达。在20 世纪30 年代首次在大脑组织的提取物中发现FGF，到70 年代被分离出来，根据它的作用将其命名为FGF。这是一组在进化中高度保守的蛋白质组，通过受体酪氨酸激酶触发信号传导。FGF 信号通路在机体各个部位发育过程中起着关键的作用。

目前，已经在哺乳动物中发现了22 个FGF 家族成员（），其中是人类的小鼠同源物，故认为和是同一个基因。这些家族成员可以与4 个成纤维细胞生长因子受体（Fibroblast Growth Factor Receptor，FGFR）结 合，即FGFR1～FGFR4，其与受体的相互作用受细胞外环境的调控。根据发挥功能的分子机制不同，FGF 家族成员可以分为旁分泌、内分泌和胞分泌的FGF。这22个家族成员分为7 个亚家族（），并根据序列相似性、生化功能和进化关系进行了分类，和被称为标准FGF，它们通过旁分泌或者自分泌的方式发挥作用，并结合FGFRs（FGFR1～FGFR4），肝素或硫酸肝素作为辅助因子。成纤维细胞生长因子受体（FGF/FGFR）信号系统调节胚胎发生、血管生成、伤口修复、组织稳态和癌症等多种生物学过程。

2 FGF10 基因的表达与定位

是成纤维生长因子家族的一员，是由84～246 个氨基酸组成的碱性蛋白。1996 年，Yamasaki等首次从鼠的胚胎细胞中发现了基因。研究发现，基因可以通过激活FGFR1 和FGFR2 来调控细胞增殖与分化。和同属于FGF7 亚家族，它们均能够与FGFR1 和FGFR2 的IIIb剪接变体特异性结合。在胚胎的上皮细胞、间质细胞以及成纤维细胞中表达，在成年个体中主要在肝、肺、肠等器官中表达，属于典型的细胞外区域蛋白，通过旁分泌的形式与HS（硫酸乙酰肝素）结合来激活FGFR1 和FGFR2，参与调控动物肺脏和四肢的发育过程，进而调节各种生物学反应。是特异性表达于白色脂肪的唯一FGF，可以调节脂肪细胞的发育和代谢，刺激前脂肪细胞的增生，从而促进脂肪的生成。

3 FGF10 基因的生理功能

最初是通过基于同源性的聚合酶链反应从大鼠胚胎中鉴定出来的。敲除的小鼠在出生前是可以存活的，但部分器官发育开始后出现组织广泛凋亡最终表现出发育异常，如白色脂肪组织、四肢、肺、垂体和唾液腺等，这表明在这些器官发育过程中发挥关键作用。另有研究表明，与FGFR2b 的亲和力远高于FGFR1b，敲除FGFR2b 小鼠的表型与基因敲除的小鼠极其相似（表1）。

表1 敲除FGF10 小鼠和敲除FGF2b 小鼠表型

3.1 FGF10 参与肺的发育对肺的发育至关重要，在间质表达的信号通过FGFR2b 传递到上皮细胞，从而启动和促进肺芽生长。采用荧光原位杂交评估在人肺中的空间分布，发现在整个肺实质中均表达，表明信号通路在人类肺部发育的过程中起着重要作用。Karolak 等研究发现，在肺泡发育不良的个体中存在罕见的突变，并且突变或者单核苷酸多态性（SNP）与假性腺发育阶段后的肺泡发育不良有关，在这种情况下过量的会导致严重的发育不全。基因广泛参与肺损伤性修复过程，能够抑制炎症反应，重建损伤的上皮结构，但其在肺损伤性修复过程中的机制仍未完全阐明。

3.2 FGF10 与脂肪生成是一种脂肪因子，参与脂肪形成的调节。多项研究报道，在重度肥胖的皮下脂肪、内脏脂肪和腹部脂肪中高表达。通过Ras/MAKP 途径促进前脂肪细胞的增殖和分化，对前脂肪细胞的增殖和分化至关重要。Matsubara 等研究表明，调节许多Krüppel 样因子（KLFs）的表达，并且与它们存在协同或拮抗的相互作用。Xu 等证明，在山羊前脂肪细胞成脂分化中起着重要的调节作用，是一个正向的调节因子，敲除会抑制肌内前脂肪细胞的生成，而的过表达则会促进前脂肪细胞的分化。Konishi 等研究发现，肌内脂肪细胞分化2 d 后，的表达量显著升高，而在敲除的小鼠中，白色脂肪组织中细胞周期蛋白D2 的表达显著下降，表明在白色细胞周期蛋白D2 的表达中是必需的，调节脂肪形成。Matsubara 等发现，在鸡前脂肪细胞分化早期，mRNA 水平迅速下降。这种差异可能是由于物种或者脂肪组织类型不同。

在白色脂肪组织中大量表达，尤其在前脂肪细胞中表达。前脂肪细胞分化为成熟细胞的过程被称为脂肪生成，在脂肪的生成过程中需要和PPAR，而在基因敲除小鼠胚胎的白色脂肪组织中PPAR的表达量显著降低。pRb 直接与结合并且刺激的活性，而能够通过激活FGFR2b 和Ras/MAPK 途径诱导pRb 的产生，pRb 又与结合，从而诱导PPAR的表达，最终刺激脂肪的生成。此外，信号是启动3T3-L1 细胞分化的重要信号，阻断信号可抑制信号启动，从而影响3T3-L1 细胞分化。

miR-327 是前脂肪细胞分化为米黄色脂肪细胞的关键调控因子，它可以特异性阻断/FGFR2b 和下游的AKT 信号通路，使得前脂肪细胞的分化受损，这也间接表明可能通过FGFR2-AKT 轴来促进脂肪细胞的分化。

脂蛋白脂肪酶（）主要表达于储存大量脂肪酸的组织，如白色脂肪组织和褐色脂肪组织，是脂肪细胞分化的重要早期标记物。有研究表明，肌内脂肪细胞中过表达可以增强脂蛋白脂肪酶等转录因子的表达，而通过RNA 干扰抑制的表达水平可以抑制脂蛋白脂肪酶的表达，影响脂蛋白脂肪酶诱导的脂质积累。以上研究均表明，可能在调节脂肪细胞代谢中发挥作用，但是直接作用于脂蛋白脂肪酶还是通过PPAR在脂肪细胞代谢中发挥作用尚不清楚，需要更深入地研究在脂肪细胞代谢中的作用。

4 FGF10 基因在畜牧生产及其他领域中的作用

4.1基因在动物胚胎发育中的作用 在牛的卵泡膜细胞、黄体细胞和卵母细胞中检测到有表达，的2 个主要受体FGFR1 和FGFR2 在存在于卵母细胞和颗粒细胞中，在卵母细胞成熟过程中起重要作用。关于在早熟和成熟的母牛卵母细胞体外发育作用的研究中发现，体外培养过程中阻断内源性作用会降低随后的胚胎发育，并且影响胚胎质量相关基因的表达，且能够提高牦牛卵母细胞的成熟率，增加囊胚中的总细胞数，提高妊娠相关蛋白水平，并改善后期囊胚的质量。相关研究也表明，可以增加牛卵丘细胞相关基因的表达。另有研究发现，可以增加冷冻精子的活力，还可以增强牦牛受精过程中精卵的相互作用以及提高DNA的甲基化水平，提高牦牛卵母细胞体外受精的能力。在一些哺乳动物卵巢中，是向发育中颗粒细胞发出旁分泌信号的候选基因，并且mRNA 水平和原始卵泡数量的增加在时间上正相关。Pan 等研究也发现，对受精能力的提升和囊胚质量的改善有重要影响。Son 等研究结果表明，可显著促进猪卵丘-卵母细胞复合物的体外成熟，促进卵丘细胞扩张、卵母细胞成熟和随后的胚胎发育。

4.2在动物脂肪生成中的作用 在肌内脂肪沉积方面，过表达和干扰基因可分别上调或下调、等分化标志基因的表达，但基因是否参与调控成肌细胞分化还不清楚。王雨雪等研究发现，基因在山羊成肌细胞分化过程中有先上升后下降的趋势；通过形态学观察发现，过表达基因可以抑制肌管的形成，而干扰基因能够促进成肌细胞的肌管形成，因此推测基因可能是成肌细胞分化的负调控因子。许晴等研究发现，过表达的基因能促进山羊皮下前体脂肪细胞分化，并且能够上调、和的表达水平，下调的表达水平。杨洋在实验中构建了从江香猪基因的过表达载体；徐敏等研究表明，上调基因后，与脂肪分化相关的基因的表达量均有所增加。以上研究结果表明，基因对猪脂肪的分化具有促进作用，可为深入研究基因对脂肪沉积的调控机理提供参考 。

4.3基因的其他作用可调节大量发育过程，包括大脑模式、肢体发育和分支形态的发生，的一些细胞保护和血管生成治疗应用已经在研究中。有研究表明，可能通过促进上皮细胞增殖在前列腺癌的发病机制中发挥作用。Wang 等在对角膜内皮创面愈合的影响研究中发现，能够促进角膜透明度的恢复，降低促炎因子白细胞介素1（IL-1）和肿瘤坏死因子-（TNF-）的表达，也可以通过与其结合受体直接相互作用而增强线粒体的功能，因此有望成为一种治疗角膜内皮功能障碍的新型药物制剂，此外可以通过抑制磷脂酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）通路和防止过度氧化应激来促进神经再生和功能修复，还可以抑制HMGB1-TLR4 通路在肺泡上皮细胞中发挥抗炎作用。

在畜牧生产中，对该基因的研究主要集中在胚胎发育，在脂肪细胞分化和代谢中的作用近几年才受到关注。广泛表达于白色脂肪组织。现有研究表明，在肌内脂肪细胞成脂过程中发挥作用，但相关调控机制有待进一步阐明。作为一种生长因子，能够有效促进机体的生长发育，调控生长发育的各个阶段，然而相关调控机制的研究仍存在很多未知。

5 小结与展望

在动物机体中具有重要的生理功能，它能影响肺的发育、脂肪的生成，提高经济动物的繁殖性状和肉品质性状，有必要深入研究基因的生理功能及其作用的分子机制。目前，在畜禽肉品质性状上的研究尚且不深入，基因可能是影响畜禽肉品质性状的候选基因，这为寻找潜在的遗传标记并进行畜禽选育提供了理论基础。此外，深入研究多种生理功能的作用机制也可以为治疗人类相关疾病提供新思路，为肥胖及相关代谢障碍的治疗提供新的见解。