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细胞因子小笔记之EGF

EGF简介

20世纪60年代初,Montalcini 和Cohen教授在纯化小鼠颌下腺神经生长因子(NGF)时发现一种可促进新生小鼠提早开眼、长牙且对热稳定的多肽类物质,后续研究发现它具有抑制胃酸分泌作用,故又称“抑胃素”。随后将“抑胃素”加入培养的皮肤表皮时,发现它可直接促进表皮生长,为此被定名为表皮生长因子(Epidermal growth factor,EGF)。人表皮生长因子(hEGF)于1974年从人尿中被提纯出来,其由53个氨基酸组成,分子量6045道尔顿,分子内有6个半胱氨酸组成的二硫键,形成3个分子内环型结构,组成生物活性所必需的受体结合区域。

EGF无糖基部位,非常稳定,耐热耐酸,广泛存在于体液和多种腺体中,主要由颌下腺、十二指肠合成,在人体的绝大多数体液中均已发现,在乳汁、尿液、精液中的含量特异性地增高,但在血清中的浓度较低。

众多的实验研究表明,EGF可刺激多种细胞的增殖,主要是表皮细胞、内皮细胞。用于角膜损伤、烧烫伤及手术等创面的修复和愈合取得了很好的疗效,Montalcini 和Cohen教授因为发现表皮生长因子并分析其结构和作用机理,获得了1986年诺贝尔生理学及医学奖。

人EGF遗传信息

人EGF基因位于4号染色体长臂2区5带,其蛋白产物由1207个氨基酸组成,蛋白产物进一步加工为由53个氨基酸组成的成熟EGF。成熟EGF分子量约6.3kd,等电点4.44,其氨基酸序列如下:

Fig1. EGF蛋白氨基酸序列

人EGF受体:EGFR

人EGFR有多种同源异构体,其中a型异构体(NCBI Reference Sequence: NP_005219.2)为编码序列最长的类型,其成熟后含有1186个氨基酸,分子量约132kd。

EGFR在上皮细胞、间充质细胞等许多类型细胞中表达,是一种糖蛋白,属于酪氨酸激酶型受体。EGFR定位于细胞膜,分为外膜区、跨膜区及胞内区,EGFR蛋白N端622个氨基酸残基位于外膜区,跨膜区为22个氨基酸残基构成的α螺旋结构,胞内区为EGFR蛋白C端542个氨基酸组成的多肽段,该多肽段可细分为反馈衰减区(可被PKC、Erk、异三聚体g蛋白识别,约由50个氨基酸组成)、酪氨酸激酶区(SH1,src homology 1;约由250个氨基酸组成)、羧端尾部区(由229个氨基酸组成,含有5个自磷酸化结构域)。

EGF、TGFα、HB-EGF、神经调节素2-α(NRG2-α)、双调节蛋白(Amphiregulin)等能与EGF受体结合使EGFR形成二聚体结构,引起自身发生磷酸化并使下游MAPK、Akt、JNK等信号通路相关蛋白磷酸化,促进细胞增殖、细胞迁移、细胞分化、蛋白分泌等,在胚胎发育、器官形成、器官维持修复等过程中发挥重要功能,EGFR等蛋白酪氨酸激酶功能缺失或其相关信号通路中关键因子的活性或细胞定位异常,均会引起肿瘤、糖尿病、免疫缺陷及心血管疾病的发生。

Fig2. EGF与EGFR结合复合物晶体结构

Fig3. EGF信号通路

 

EGF、EGFR与疾病

1、EGF、EGFR与癌症

临床数据显示EGF、EGFR基因与癌症的发生、转移密切相关。EGF影响癌症主要与EGF启动子区基因多态性有关,如Shahbazi等研究了EGF启动子区61位点的EGF 61*G/A 基因多态性改变与外周血细胞中EGF水平及恶性黑色素瘤易感性之间的关系,结果发现该位点的突变会降低外周血细胞的EGF水平,并且会增加患恶性黑色素瘤的发病风险(关于EGF启动子区基因多态性与癌症的关系,相关研究很多,但是结果不同存在争议,具体机制有待阐明)。

egfr 基因突变是导致癌症的重要原因,egfr 的突变主要发生在胞内TK区域的前四个外显子上(18~21),目前发现的TK区域突变有30多种,他们能导致不依赖于配体的EGFR TK激活,称为激活突变。

激活突变有三种类型:缺失突变、替代突变、复制或插入突变,它们都发生在TK区域的ATP结合口袋上。

其中外显子19的缺失突变(del E746-A750)和外显子21上的替代突变(L858R)又叫经典突变或热点突变,约占突变的90%。

并不是所有的突变都是激活突变,如发生在外显子20上的替代突变T790M为耐药突变,研究还发现有L858Q、 D761Y 、T854A等耐药突变。异常的EGFR活化能够促进肿瘤细胞的增殖、迁移、分化、血管新生,并且能够抑制肿瘤细胞的凋亡。异常的EGFR活化机制包括受体本身的扩增、受体配体的过表达、活化突变以及负性调节途径的缺乏,其中以EGFR的突变活化为主要机制。各项研究也表明EGFR在多种肿瘤细胞中存在突变或扩增的情况,已经检测到的突变数量最多的是非小细胞肺癌。


Fig4. EGFR基因常见突变类型

2、EGF、EGFR与生殖

EGFR在胚胎发育及分化等方面起着很重要的作用。有些学者用基因突变技术使EGFR基因失活后发现,EGFR缺失的CF-1系小鼠胚胎在着床前由于内细胞团的退化而死亡;129/Sv系小鼠突变体胚胎在妊娠中期由于胎盘缺损而死亡;CD-1系突变体小鼠可以存活3周以上,表现为皮肤、肾、脑、肝、和胃肠道等异常。在小鼠胚胎中虽无EGF的表达,但在同期子宫上皮细胞的顶部区域表达EGF;在囊胚中EGFR主要存在于滋养层中,但也有关于在内细胞团中检测到EGFR存在的报道。这些结果表明,虽然许多动物胚胎自身不能合成EGF,但EGFR的存在可以使外源的EGF或者转化生长因子-α(TGF-α)、肝素结合性EGF样生长因子(HB-EGF)等与EGFR结合而作用于胚胎,影响胚胎的早期发育。

EGF对精子发生过程具有调节作用,Tsutsumi等对雄性小鼠做唾液腺切开引流术后发现,血浆EGF水平显著降低,附睾中精子数减少50%以上;如果每天给这些小鼠注射一定量的EGF则可阻止精子数目的减少,并使精子数上升。通过进一步实验发现,切除唾液腺的小鼠精子细胞数比未处理的小鼠少,而精母细胞数量比正常小鼠明显增加。用一定量的EGF处理切除唾液腺的小鼠后,各级生精细胞数量与正常小鼠的大致相同。EGF对精子发生的调节作用是通过控制转铁蛋白(transferrin)的分泌来实现的,转铁蛋白是由两个在结构和功能上类似的结构域组成的,分子量约为80kDa的单一肽链糖蛋白,既是最重要的铁转运蛋白,又是细胞生长的专一性因子。

3、EGF与溃疡

消化性溃疡(peptic ulcer,PU)愈合过程中,EGF被认为是一种抗溃疡和促进溃疡愈合的分子调节因子,其对细胞增殖和分化的调控作用已日益受到重视。EGF能刺激上皮细胞中的mRNA,DNA和蛋白质合成,促使粘膜上皮的增生。此外,消化道内的EGF还可通过壁细胞上的EGF受体和其他通路,诸如自分泌、旁分泌和近分泌等途径调节胃酸。近年还发现EGF的保护作用部分是通过ODC酶活性增加介导的,该酶是多胺类生物合成的限速酶。因此内源性EGF缺乏,可直接降低粘膜抗损害因素的防御能力,促使溃疡的形成。临床研究亦证明活动期PU患者唾液、胃液及血清EGF含量明显低于正常人,而经治疗,溃疡得以迅速愈合后,EGF含量亦上升或恢复至正常。

口腔溃疡(oral ulce, OU)是一种常见的口腔黏膜疾病,病因复杂,一般人群的患病率可高达25%以上。其中以复发性口腔溃疡最为常见,病程一般为7-10天,发作期间有比较剧烈的灼痛,严重影响患者的生活质量。目前对其发生的分子生物学机制了解不多,一般认为其发病及愈合过程有多种因子参与,临床上治疗主要以消炎、止痛、防腐、促进愈合等对症治疗为主。许多研究证明EGF)及其受体EGFR在损伤黏膜重建中起重要作用。孙等在口腔复发性阿弗他溃疡组织 (RAU)中发现EGF、EGFR表达明显减少。康复新液是临床上广泛应用的中药制剂,对口腔溃疡有良好疗效,能促进肉芽组织生长,促进血管新生,加快坏死组织脱落,迅速修复各类溃疡及创伤创面,对其作用机制研究表明,康复新液能促进EGF、EGFR表达。

4、EGF与衰老

为了研究衰老是否影响EGF的生成,Chou JS等测定了从婴幼儿到老年组不同人群的尿液中EGF的含量变化,结果表明婴幼儿组EGF尿液中含量最高,老年组中的最低,EGF生成随着年龄增长逐渐下降。葛志华等通过大鼠衰老模型,检测发现与对照组相比,衰老大鼠下颌下腺中EGF、EGFR mRNA的含量明显下降,说明衰老能够影响EGF、EGFR转录。Iwasa H等在Caenorhabditis elegans中发现HPA-1、HPA-2能结合EGF或EGFR,将这两个基因通过RNA干扰降低表达后,能降低衰老引起的运动能力下降,减少色素积累,延长寿命。


Fig5. HPA-1、HPA-2调控线虫EGF信号通路模式图

EGF、EGFR靶点药物

1、抗癌药物

EGFR突变是癌症发生的重要因素,目前以EGFR为靶点的小分子抑制剂及抗体药物的研究很多。以抗体为例,目前上市的EGFR抗体药物包括耐昔妥珠单抗(Necitumumab)、帕尼单抗(panitumumab)、西妥昔单抗(Cetuximab)等,这些单抗药物与EGFR结合后能阻止EGFR与EGF等配体的相互作用,抑制下游RAS-ERK等信号通路激活,还能够促进内质网应激反应(ER stress),促使ER蛋白转运至细胞膜,还可能引起受体内在化和被破坏。EGFR抗体与EGFR结合,能将肿瘤细胞周期阻滞在G1期,减少S期肿瘤细胞数目,引起肿瘤凋亡等最终起到治疗癌症的功能。除了EGFR抗体外,EGFR抑制剂也有很多,如吉非替尼(Gefitinib)、盐酸厄洛替尼片(Erlotinib HCl)、拉帕替尼(Lapatinib)等,这些抑制剂主要抑制EGFR激酶活性,抑制EGFR自磷酸化,阻止肿瘤细胞生长、转移并促进其凋亡。

2、创伤修复及溃疡治疗药物

EGF由于具有促进细胞蛋白生成、细胞增殖、细胞迁移分化等功能,可用于组织创伤修复及口腔溃疡、胃溃疡等治疗。常见的治疗消化道溃疡的中药方剂如半夏泻心汤、黄连温胆汤、黄芪建中口服液、安胃汤等及治疗口腔溃疡的康复新液能通过促进细胞EGF的生成发挥疗效。

国内以EGF为主要成份的生物制品或医疗器械也有很多,如重组人表皮生长因子凝胶、EGF保湿修复精华膜、重组人表皮生长因子衍生物及一次性使用EGF生物活性敷料等等,这些产品能够用于创伤修复及溃疡治疗,临床上应用广泛。生物化妆品行业中EGF使用量大,面膜、修复液、修复霜等各种产品中有添加,但是不同的化妆品生产商EGF原料来源不同,活性单位存在差异,导致EGF化妆品市场比较混乱,消费者购买时需要慎重挑选。

参考文献

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