髓源性生长因子的研究进展

韦利穆 王灿 董小英 综述 富路 审校

(哈尔滨医科大学附属第一医院心血管内科，黑龙江哈尔滨150001)

心血管疾病是一种严重危害人类健康的疾病，其中急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是世界范围内疾病死亡的主要原因之一，随着对AMI患者治疗的研究进展，虽然AMI早期死亡率下降但存活的AMI患者心力衰竭的发生率高[1]。并且，这些心肌梗死后心力衰竭患者具有很高的再住院率及死亡率，因而AMI的治疗仍是医学领域研究的焦点。近年来以细胞为基础的治疗方法被认为是增加心肌细胞数量和改善心肌梗死预后的有效手段[2-6]，其中以骨髓来源细胞进行心肌梗死治疗获得了广泛关注[7-12]，然而其治疗机制尚存在争议。许多研究认为细胞治疗过程中分泌蛋白的释放起到重要作用[13]。Korf-Klingebiel等[14]对AMI患者的骨髓细胞进行了生物信息学分泌物分析，发现骨髓来源的单核细胞和巨噬细胞产生的由19号染色体开放阅读框10(chromosome 19 open reading frame 10，C19orf10)编码的具有促进心肌细胞存活和血管生成功能的蛋白质在骨髓来源细胞治疗AMI中起到重要作用，将这种蛋白命名为髓源性生长因子(myeloid-derived growth factor,MYDGF)。最初由C19orf10编码的蛋白质被命名为基质衍生生长因子(SF20)或白介素-25(IL-25)[15]，随后发现其在肝癌细胞[16]、3T3-L1脂肪细胞[17]、人滑膜细胞[18]和鼠骨髓来源的巨噬细胞中表达[19]。

1 MYDGF的表达

许多研究表明表达趋化因子受体CXCR4的骨髓细胞在AMI治疗中优先到达缺血组织并促进血管生成[20-21]。Korf-Klingebiel等[14]对AMI患者的CXCR4high和CXCR4low的骨髓细胞进行分析证实CXCR4high的骨髓细胞是MYDGF的主要来源，同时在AMI患者的血浆及心室梗死区中MYDGF表达上调。随后在C57BL/6N小鼠心脏缺血再灌注模型中发现小鼠心室梗死区、骨髓、脾及外周血中MYDGF表达增高，并且主要由巨噬细胞和单核细胞表达。

许多其他类型的细胞中也发现了MYDGF的表达，最初Tulin等[15]研究表明其具有促进淋巴细胞增殖的作用，在睾丸、脾、心脏、肺脏、肝脏等组织中广泛表达，在休眠的CD8+、CD19+和单核细胞中表达。随后研究发现，在淋巴细胞、自然杀伤细胞和间充质干细胞等非骨髓性癌细胞系中检测到了MYDGF[22]；在脂肪细胞分化过程中SF20/IL-25表达上调[17]；在类风湿性关节炎或骨关节炎患者的成纤维细胞样滑膜细胞、关节滑膜切片及关节液中发现C19orf10表达增高[18,22-23]；在鼠骨源性巨噬细胞分化为经典活化的巨噬细胞过程中鼠类C19orf10表达增加[19]；在肝癌细胞组织中C19orf10蛋白表达与甲胎蛋白的表达显著正相关，并且在肿瘤上皮细胞的表达水平显著高于基质细胞[16]。以上这些研究表明MYDGF可能是炎症、低氧等应激状态下机体适应性保护机制的一部分并在其中发挥重要作用。

2 MYDGF的结构

C19orf10编码的蛋白MYDGF是一种具有独特结构特征的蛋白。最初将小鼠C19orf10编码的蛋白命名为IL-25/SF20，基因C19orf10定位于小鼠17号染色体C3和Ir5之间的H2复合物区域，假定预测蛋白质为球状蛋白[15]。随后， Weiler等[18]对分离的风湿性关节炎或骨关节炎患者的滑膜成纤维细胞裂解物进行分析，发现C19orf10产物相对分子质量为1.65×104，C19orf10基因位于染色体19p13.3上，跨越约30 kbp，C19orf10可能有三种剪接变异体a、b和c，其中以剪接变异体b最为常见。剪接变异体a与b基因产物具有相同的相对分子质量1.65×104，剪接变异体c在5’末端可能是不完整的，其基因产物是173个氨基酸的蛋白质，理论相对分子质量为1.88×104，理论等电点为6.2，预测其具有31个氨基酸的信号肽，在32位氨基酸发现了非胰蛋白酶切割位点，该位点被预测为信号肽被切割以产生成熟蛋白质的确切位点，预测位于第63和92位的两个半胱氨酸残基为二硫键。Weiler等还检测了可能预测分子特征或性质的C19orf10序列的其他序列模式，发现C19orf10不具有任何已知的域或基序，预计C19orf10产物具有两个潜在的O-糖基化位点和8个潜在的磷酸化位点S33、S84、S132、S169、T36、Y61、Y67、Y119。在最新的研究中Korf-Klingebiel等[14]报道人C19orf10成熟的分泌蛋白质含有142个氨基酸，理论相对分子质量为1.58×104，含有一个31个氨基酸N端信号肽，然后是一个信号肽切割位点。小鼠的C19orf10同系物由17号染色体上的基因编码,预测成熟的分泌蛋白将含有142个氨基酸，理论相对分子质量为1.57×104,含有24个氨基酸的N端信号肽，然后是信号肽切割位点。不包括信号肽，人类和小鼠蛋白质具有高度的氨基酸序列同源性。

3 MYDGF的分泌

MYDGF是一种分泌蛋白。蛋白质可通过内质网-高尔基体途径和非内质网-高尔基途径分泌到细胞外，内质网-高尔基体分泌途径的抑制剂布雷菲德菌素A通过干扰高尔基体的功能来抑制蛋白质分泌。Korf-Klingebiel等[14]报道MYDGF是通过经典分泌途径从细胞释放的分泌蛋白，体外研究发现在表达全长MYDGF的HEK-293细胞中，大部分MYDGF蛋白被释放到细胞上清液中，而且布雷菲德菌素A或N端信号肽的缺失能阻止MYDGF的释放，说明MYDGF是作为分泌蛋白从细胞中释放，其释放通过内质网-高尔基体分泌途径，然而，之前Wang等[17]研究表明在脂肪细胞分化过程中，SF20/IL-25分泌不能被布雷菲德菌素A阻断，推断其通过非内质网-高尔基体途径分泌，可能还通过成熟3T3-L1脂肪细胞具有的仅存在于脂肪细胞中的分泌途径进行分泌。

4 MYDGF的作用

许多细胞和组织都表达MYDGF，然而仅有部分研究对MYDGF的作用进行详细阐述。MYDGF最先由Tulin等[24]报道，因为其有助于淋巴细胞增殖被命名为SF20/IL-25[15]，后因该生物学功能无法重复而撤稿。Wang等[17]研究发现在脂肪细胞分化过程中SF20/IL-25表达明显增高，将其鉴定为脂肪细胞分泌因子，推测其可能参与调节与脂肪组织发育相关的过程，比如血管化和神经支配相关的过程。在类风湿性关节炎和骨关节炎的患者成纤维细胞样滑膜细胞中发现C19orf10浓度显著，推测其可能参与关节炎症与关节破坏，然而C19orf10在滑膜生物学中的作用仍有待确定[18,22-23]。

MYDGF具有促进肝癌细胞增殖的作用[16]。分别对C19orf10低表达的HLE细胞和C19orf10高表达的Hep3B和HuH7细胞进行C19orf10过表达和敲除研究，发现C19orf10过表达肝癌细胞增殖明显增加，C19orf10敲除导致G1期细胞增加和S期和G2期细胞减少。研究发现，敲除C19orf10抑制了c-Raf、MEK、MAPK、PI3K和pAkt的磷酸化，表明C19orf10参与了MAPK/Akt途径；敲除C19orf10也抑制Rb、CDK4和CDK6的磷酸化，这与观察到的G1细胞周期停滞相一致。并且，添加针对MYDGF的抗体消除了由MYDGF诱导的肝癌细胞增殖。这些数据表明MYDGF可能是甲胎蛋白阳性的肝癌细胞中过度表达的生长因子并且可能通过活化未识别的MYDGF受体来激活Akt/MAPK途径从而促进肝癌细胞增殖。

MYDGF具有抑制心肌细胞凋亡和促进血管内皮细胞增殖的作用[14]。Korf-Klingebiel分析高表达趋化因子受体CXCR4的骨髓细胞分泌的蛋白质,将每种检测到的蛋白质的cDNA克隆到动物的表达质粒中并转染到HEK-293细胞中，将每一个转染子中的条件培养上清液处理模拟缺血再灌注损伤的新生大鼠心室肌细胞，发现表达MYDGF的上清液具有与GDF-15相似的增强的代谢活性和抑制caspase-3和caspase-7活性的作用，也具有与血管内皮生长因子相似的刺激人类冠状动脉内皮细胞增殖和管腔形成的作用，随后，分别在体外细胞及动物模型中对MYDGF的功能进行了研究。

在体外细胞中研究了MYDGF保护心肌细胞的作用机制，发现MYDGF通过PI3K和Akt信号通路抑制心肌细胞凋亡，通过MAPK1/3、STAT3和细胞周期蛋白D1的信号通路增强内皮细胞增殖。重组MYDGF处理模拟缺血再灌注的新生大鼠心室肌细胞增强了T308和S473上Akt1的磷酸化，促进Akt下游靶点Bad(S136)和Bax(S184)的磷酸化，降低cytochrome C和caspase-9的水平，降低caspase-3和caspase-7的酶活性，PI3K抑制剂LY294002可以消除MYDGF抑制心肌细胞凋亡作用。重组MYDGF处理人冠状动脉内皮细胞增加了S727上STAT3的磷酸化，增强了STAT3的转录活性，并增加了细胞周期蛋白D1蛋白的表达，STAT3抑制剂Stattic、促分裂原活化的蛋白激酶1抑制剂PD98059或下调细胞周期蛋白D表达的特异性RNA都可以阻止MYDGF诱导的内皮细胞增殖。

在小鼠模型中探讨了内源性及外源性MYDGF在心脏修复中的作用。实验了内源性MYDGF缺失损害缺血性损伤后的适应性血管生成，内源性MYDGF保护心肌细胞免受缺血和再灌注损伤，并支持梗死愈合过程中的血管生成。结扎MYDGF缺陷型小鼠和野生型小鼠冠状动脉1 h后进行再灌注，发现再灌注后野生型小鼠梗死边缘区的毛细血管密度逐渐增加，而MYDGF缺陷型小鼠血管生成反应受损，从而产生较大的梗死面积，较严重的心室重构和收缩功能障碍，将野生型小鼠骨髓细胞移植到MYDGF缺陷型小鼠后上述情况得到明显改善。实验也证实了早期全身应用外源性MDGFMI治疗将长久有益于心脏功能恢复和生存预后，连续的MYDGF治疗将进一步减小心室梗死面积，改善了心室重构和心脏收缩功能。Korf-Klingebiel等使用靶向LC-MS确定小鼠中MYDGF的血浆半衰期约为15.3 min，为了评估MYDGF的治疗潜力，结扎FVB/N小鼠冠状动脉1 h后进行再灌注，并在再灌注开始时给予小鼠静脉内注射重组MYDGF(10 μg)保护心脏免于再灌注损伤，然后通过渗透泵(10 μg/d)连续皮下输注7 d增强愈合，发现在再灌注后24 h MYDGF蛋白减少了梗死面积和梗死边界区TUNEL +心肌细胞核的数量，在再灌注后第2天、第6天和第28天MYDGF蛋白增强内皮细胞增殖并促进梗死边界区毛细血管密度的增加。这些实验结果为未来的研究提供了详实的基础资料，表明MYDGF具有治疗缺血组织的潜力，然而MYDGF临床应用方面的研究尚缺乏。

5 小结

尽管许多细胞和组织都能产生MYDGF,仅有少数文献对其生物学作用进行阐述,研究发现AMI患者的CXCR4high骨髓细胞是MYDGF的主要来源，MYDGF在AMI患者的心室梗死区及血浆中表达上调被认为是心肌损伤的适应性保护机制。已证实MYDGF通过PI3K-Akt途径抑制心肌细胞凋亡，通过MAPK1/3、STAT3和细胞周期蛋白D1信号通路促进血管内皮细胞增殖，可以用于AMI后治疗以保护和修复心脏。合成的MYDGF用于治疗AMI小鼠明显减小了心室梗死面积，改善了心室重构及收缩功能障碍，显著改善了AMI的治疗和预后，然而MYDGF临床应用方面尚待进一步研究。MYDGF可能具有作为一种新的生长因子、新的生物学标志物、或新的治疗靶点的潜力。今后仍需对MYDGF的受体或信号分子、MYDGF在其他心血管疾病中的作用、以及MYDGF的临床应用等方面进行探索。