成纤维细胞生长因子10在肺损伤性修复中的研究进展

施强强，刘莉，董年

(温州医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科 浙江省介入肺脏病学重点实验室，浙江 温州 325000)

成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)10又名角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor，KGF)2，属于FGF7亚家族成员，包括FGF3/7/10/22[1]。FGF10是一种多效应的旁分泌因子，以旁分泌的形式作用于上皮细胞，介导间充质-上皮信号转导，是上皮细胞特异性的有丝分裂原，调控上皮细胞的生长、增殖和分化[2]。既往研究主要集中于FGF10在胚胎器官形态发育中的作用，包括皮肤、胰腺、肺和四肢等[3]。如胚胎时期肺组织中的FGF10表达缺失可以引起支气管肺形态发育障碍，从而导致胚胎过早死亡[4]。FGF10是强力的有丝分裂原，可促进上皮细胞增殖、分化和迁移，其在上皮性组织器官的损伤性修复中的作用日益受到重视，已在创面愈合、角膜溃疡等方面取得了重大进展[5-6]。基于FGF10在肺器官形态发育中的重要调控作用，围绕FGF10在肺损伤性修复中的研究是肺再生的重要研究方向[7]。现就FGF10的蛋白结构和生物功能以及在气道炎症性疾病和急性肺损伤中的差异表达、损伤修复机制予以综述，以为FGF10在肺损伤性修复中的临床转化研究提供理论依据。

1 FGF10的蛋白结构特点和生物功能

人源FGF10基因位于第5号染色体p12～p13区域，编码由208个氨基酸构成的单链多肽，单链多肽经剪切折叠后的成熟蛋白由169个氨基酸构成，其立体结构为FGF家族典型的β-三叶草型。FGF10包括FGF家族传统的肝素结合域，与组织间质中的硫酸乙酰肝素结合决定了其只能以旁分泌的形式发挥调控作用[8]。FGF10主要来源于间充质细胞，包括间充质干细胞、脂成纤维细胞和平滑肌细胞等，其表达分泌由Wnt信号通路调控[9]。在肺的器官形态发育中，间充质细胞来源的FGF10表达具有时空性，表现为FGF10可以诱导肺上皮芽的定向生长分化，调控支气管肺泡树生成和肺泡表面活性物质的合成等[10-13]。在出生后生理状态下，肺组织中的间充质细胞分泌的FGF10主要功能为维持肺上皮干细胞稳态；在出生后肺损伤性修复中，来自间充质细胞的FGF10可以诱导肺上皮干细胞分化，维持上皮组织的正常功能[14]。无论是生理状态还是损伤性修复，FGF10作为配体均需要与FGF受体(FGF receptor，FGFR)结合才能发挥作用，FGFR包括FGFR1～FGFR4，是酪氨酸激酶超家族成员，在FGFR剪切体中FGFR2b是FGF10最主要的高亲和力受体，仅表达于上皮细胞，决定了FGF10靶向调控上皮细胞[15-16]。FGF10-FGFR2b配体受体结合触发系列信号转导通路(包括c-Jun氨基端激酶、促分裂原活化的蛋白激酶、蛋白激酶B、磷脂酶C-γ和信号转导及转录激活因子等[17])，调控支气管-肺上皮损伤修复过程。

2 FGF10与肺损伤性修复

2.1FGF10与气道上皮损伤性修复 气管-支气管主要作为肺气体传导部位，气道上皮细胞是气道的首要屏障，可分为基底干细胞、柱状纤毛上皮细胞和分泌型气道上皮细胞，其中基底干细胞是气道上皮干细胞。作为体内外环境的交界，气道上皮的损伤是气道炎症性疾病发生发展的基础，包括气管-支气管炎和慢性阻塞性肺疾病等，而气道上皮损伤后的修复过程决定气道炎症性疾病的转归。

已知FGF10与胚胎时期肺的器官形态发育密切相关，包括FGF10基因突变和FGF10基因位点单核苷酸多态性导致支气管树发育不全[4]。如研究报道，FGF10基因单倍体不足与慢性阻塞性肺疾病发病密切相关[18-19]，FGF10基因rs1448044附近位点的单核苷酸多态性与肺功能密切相关[20]。以上研究表明，FGF10的基因状态在胚胎时即已决定了气道炎症性疾病的易感性。与胚胎时期FGF10在支气管肺形态发育中重要作用一致的是，FGF10在出生后正常气道上皮维持中同样发挥重要作用。生理状态下，主气管支气管软骨周围围绕基底干细胞壁龛，其稳态维持依赖自分泌的FGF10-FGFR2b信号通路，而周围细支气管仅有气道上皮细胞和平滑肌细胞围绕，其中平滑肌细胞在气道损伤时具有转分化为间充质干细胞的潜能[21]。在气道上皮损伤性修复中，周围细支气管的气道上皮细胞经反馈调低自身Hippo活性和减少Yap胞核转移促进Wnt7b分泌，而气道上皮来源的Wnt7b可以诱导平滑肌细胞分泌FGF10，扩大基底干细胞壁龛，共同参与气道上皮再生修复[22-24]。在慢性阻塞性肺疾病发病的病理生理机制中，烟熏等反复刺激使气道上皮发生鳞状化生，气道鳞状化生区域的气道上皮细胞Yap表达水平升高，促使Yap介导的FGF10表达水平升高，从而促进基底干细胞的增殖、分化[22]。

在气道上皮损伤性修复中，除了早已熟知的基底干细胞，FGF10也可以调控其他间充质干细胞，如Moiseenko等[25]利用化学物品萘建立气道上皮损伤模型，发现了一种新的间充质干细胞，其主要经Wnt-FGF10信号通路发挥气道上皮修复作用。FGF10除了可以调控气道上皮干细胞，参与气道上皮修复外，还可以直接作用于气道上皮细胞发挥作用。在空气颗粒物诱导的气道损伤模型中，学者发现来自间充质细胞的FGF10可以活化气道上皮细胞的FGFR2，调控高迁移率族蛋白B1-Toll样受体4信号通路，抑制气道上皮细胞炎症介质的分泌和过早的凋亡坏死[26-27]。目前围绕FGF10在气道上皮细胞中的保护机制，学者开展了一系列分子机制研究，包括自噬依赖的炎症损伤反应、内质网应激等，与此同时构建了肺间充质细胞条件性敲除FGF10和肺上皮条件性敲除FGFR2b转基因动物模型[28]。除了颗粒物诱导的气道损伤模型外，在烟雾诱导的气道损伤模型中，学者发现FGF10可以调控处于分裂期的气道上皮细胞数目，提高气道上皮细胞的增殖力，从而提高气道上皮屏障功能，抵御烟熏损害[29]。在气道上皮损伤性修复中，FGF10无论是直接作用于气道上皮细胞还是调控基底干细胞的增殖分化，均旨在重建气道上皮屏障，一旦损伤超过了气道上皮的修复能力，便会伴随气道结构性改变。

2.2FGF10与肺泡上皮损伤性修复 肺泡上皮细胞是肺上皮细胞中最丰富的细胞类型，包括肺泡Ⅰ型上皮细胞(alveolar typeⅠ epithelial cell，AECⅠ)和肺泡Ⅱ型上皮细胞(alveolar type Ⅱ epithelial cell，AECⅡ)，AECⅠ和AECⅡ共同构成了肺泡上皮，是气血屏障的重要构成部分，其中AECⅠ是肺泡重要的组织结构细胞，AECⅡ被认为是肺泡上皮干细胞。弥漫性肺泡损伤是急性肺损伤的基本病理改变，肺泡上皮损伤性修复在一定程度上决定了急性肺损伤的预后转归，以下综合阐述FGF10在急性肺损伤时的差异表达调控和促进肺泡上皮修复的机制。

急性肺损伤是临床常见的急危重症，可继发于脓毒血症、机械通气等，其发病的主要原因为炎症瀑布反应导致肺泡上皮-血管内皮屏障破坏。炎症瀑布反应涉及促炎-抑炎细胞因子网络的动态失衡，间充质细胞来源的FGF10在其中发挥了抑制炎症反应和促进肺泡修复的作用。Charafeddine等[30]率先在高氧肺损伤中发现，内源性FGF10表达水平升高伴随AECⅡ的增殖，与之相应在后续的机械通气等肺损伤中均观察到FGF10表达水平升高的现象[31]。关于急性肺损伤时FGF10表达的调控机制，体外研究发现炎症介质(白细胞介素-1α、白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α等)可以调控FGF10的表达[32]。除炎症介质外，FGF10的表达受上皮-间充质之间的交互作用调控，上皮细胞来源的Wnt7b等可以促进间充质细胞来源FGF10的分泌。考虑到肺损伤内源性FGF10水平升高的局限性，Panos等[33]首次报道了使用重组FGF10可以缓解高氧肺损伤，随后在不同类型的肺损伤中观察到类似的保护作用，包括机械通气、脓毒血症、缺血再灌注等[31，34-35]。其中涉及的分子机制复杂，一方面是直接作用于AECⅠ，防止过早的坏死凋亡，维持气道上皮屏障的完整性，如有研究报道FGF10通过激活促分裂原活化的蛋白激酶信号通路阻止机械牵张诱导的肺泡上皮细胞DNA损伤和激活促分裂原活化的蛋白激酶激酶/胞外信号调节激酶信号通路阻止石棉暴露诱导的肺泡上皮细胞过早凋亡[36-37]。除了维护AECⅠ细胞活力外，FGF10还可以增加AECⅠ钠离子通道表达，促进肺水清除[38]。另一方面是AECⅡ的增殖和分化，FGF10-FGFR2b在其中发挥了重要的调控作用。文献报道，条件性敲除AECⅡ中的FGFR2b基因可以明显降低AECⅡ在肺损伤性修复中转分化AECⅠ的数量[39]。

目前AECⅡ在肺泡上皮损伤性修复中的重要作用逐步被人们认识，AECⅡ不仅可以分化为AECⅠ维护肺泡上皮的完整性，还可以分泌肺泡表面活性物质，防止肺损伤时肺不张的发生，其中FGF10在AECⅡ和脂成纤维细胞交互作用中扮演重要角色，脂成纤维细胞作为 AECⅡ干细胞壁龛的重要组成部分，是维持AECⅡ细胞干性的重要因素[40]，而FGF10可以调控脂成纤维细胞输送脂质给AECⅡ以合成肺泡表面活性物质[41]。针对肺损伤性修复的研究发现，AECⅡ 40%来源于自我更新，60%来源于周围支气管上皮干细胞分化[42]，而FGF10触发的Hippo信号通路在支气管上皮干细胞的干性维持和修复再生中发挥重要调控作用[22]。此外，Yuan等[43]研究发现在博来霉素肺损伤中FGF10-FGFR2b信号通路在调控支气管上皮干细胞分化、参与肺泡上皮再生中发挥重要作用。Quantius等[44]报道在流感病毒肺损伤中，FGFR2b驱动上皮干细胞参与肺泡上皮修复。Chen等[45]研究发现在脂多糖肺损伤中，Vagal-α7烟碱型乙酰胆碱受体信号通路以FGF10依赖激活的形式调控肺干细胞分化为AECⅡ。以上研究在一定程度解释了肺损伤性修复中AECⅡ来源的多样化，不同细胞表型的间充质干细胞可以分化为AECⅡ，参与肺泡损伤修复，且FGF10在上皮干细胞维持分化中发挥重要调控作用[46]。与此同时肺损伤性修复中适当水平的FGF10可以促进炎症及时消退和肺泡上皮修复[47]，然而FGF10表达缺失可以导致AECⅠ延迟修复和肺纤维化过程[48]，过量的FGF10可以诱导AECⅡ的过度增殖、分化，导致肺腺瘤样组织增生[49]。目前FGF10在肺损伤肺泡上皮修复中的巨大潜力已被逐步关注，尤其是FGF10具有促肺泡上皮有丝分裂、抗凋亡和诱导上皮干细胞分化的作用[50]。

3 FGF10在肺部疾病的转化研究

目前，FGF10在肺损伤性修复中的作用已被肯定。作为间充质信号分子，FGF10调控间充质-上皮的信号转导以促进上皮的损伤修复，然而目前已有的研究结果主要来自动物细胞实验，没有直接相关的临床试验研究结果。一项Ⅱ期双盲临床试验在评估静脉注射KGF-1在急性呼吸窘迫综合征中的治疗价值发现，KGF-1没有任何病理生理或临床预后的改善作用，甚至可能危害健康[51]。KGF-1即FGF7，与FGF10同属FGF7亚家族，在蛋白结构和生物活动上具有一定的相似性。目前临床关于FGF10在肺部疾病中的转化研究较少，其中复旦大学中山医院围绕重组FGF10肺吸入制剂在治疗肺损伤方面完成了临床试验前的药学和药效研究[52]。目前，FGF10在肺部疾病的转化研究仍处于停滞阶段。一方面由于FGF10的系统性不良反应，静脉使用FGF10不可避免地导致眼睑肿胀和肠道杯状细胞化生，同时作为上皮细胞有丝分裂原，临床尚需要充分考虑FGF10潜在的致瘤风险[53]；另一方面由于重组FGF10的生物活性和蛋白稳定性问题，已知在生理情况下FGF10和FGFR2的配体-受体作用需要肝素的参与以充分活化FGFR2，而如何保证在FGF10气道局部给药时可以充分地活化气道上皮细胞的FGFR2仍待解决。由于肺是一个开放性器官，开发FGF10肺吸入制剂是后续临床转化的重要方向，吸入制剂可以解决FGF10靶向部位稳定给药的问题，而对于FGF10的生物活性问题，除了利用生物功能改造更为稳定和更具活性的重组FGF10蛋白外，研究间充质细胞来源的富含FGF10的外泌体同样是发展方向[54]。目前针对肺部疾病沉重的社会经济负担，尤其是发病率居高不下的气道炎症性疾病和病死率亟待降低的急性肺损伤，FGF10的药物开发价值巨大，可以从肺损伤性修复的角度为药物研发提供新方向。

4 小 结

FGF10是近年来备受关注的FGF蛋白，广泛参与肺损伤性修复的病理生理过程，其作用机制涉及调控肺上皮干细胞的增殖分化和维持肺上皮细胞的正常功能，达到抑制炎症反应和重建损伤的上皮结构的目的。然而其在肺损伤性修复中的机制仍未完全阐明，未来的研究应聚焦于FGF10在肺损伤性修复时是如何在炎症微环境中被精细调控保持在适当水平，以及在FGF10特异性调控上皮细胞外，FGF10在肺损伤性修复中是否同样靶向调控炎症细胞，如是否可以潜在调控中性粒细胞胞外诱捕网发挥抑炎作用。伴随着在肺损伤性修复中FGF10多效性的生物学功能逐渐被揭示，未来围绕FGF10在肺损伤性修复中的成药性基础-转化研究将成为热点。