角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor,KGF)又称FGF-7,是成纤维细胞生长因子(FGFs)家族成员之一,最早由Rubin等人于1989年从人胚胎肺成纤维细胞的培养液中分离纯化获得,分子量为26-28KD。KGF由多种来源的间质细胞分泌,作用靶细胞为上皮细胞,能促进上皮细胞的增殖和生长,与上皮创伤愈合、胚胎发育、肿瘤形成与发展、免疫重建等关系密切。下面我们将详细介绍KGF基因及蛋白信息、受体、信号通路、相关疾病及市场应用。

KGF基因及蛋白相关信息

KGF基因位于15号染色体(15q15-15q21.1),包括3个外显子和2个内含子;启动子区位于-225/+190区,具典型的TATA(31bp)和CCAAT(50bp),为顺式作用调控因子如IL6、毛喉素等提供结合位点,1503/-775区存在抑制因子的结合部位。人9号染色体上存在5个重复KGF基因序列,但是不能生成有功能的KGF蛋白;21号染色体上有KGF相似基因序列,功能不明。

KGF基因转录后可得到一个3.853kb的mRNA,翻译后生成由194个氨基酸组成的人KGF蛋白,可分为信号肽、成熟肽两部分。KGF信号肽部分存有与天冬氨酸结合的糖基化位点,KGF成熟肽与肝素、硫酸乙酰肝素蛋白多糖有高度亲和力。在大肠杆菌中过表达的重组KGF活性约为天然蛋白的10倍,可能与重组KGF未被糖基化有关。KGF肽链前23个氨基酸缺失不影响其促有丝分裂活性,而24-29段的氨基酸残基对其生物学活性有重要影响,KGF 122-132段是KGF受体的特异性结合位点。KGF属于FGF家族,又称FGF-7,与FGF其他家族蛋白的同源区域包括羧基端2/3 KGF编码片段;但KGF有明显的信号肽结构,这是FGF家族aFGF、bFGF等所不具有的。

 

KGF氨基酸序列信息

 

天然KGF的稳定性差于其他家族成员,活性易受环境影响,生物半衰期短,并且缺乏组织选择性。在50℃孵育10 min活性不受影响,60℃孵育10 min活性降低68%,100℃孵育3 min后则不能检测到活性。KGF在0.5 mol/L 乙酸中室温放置60 min,活性下降14%。KGF应用于创面,易受创面蛋白酶的影响,稳定性较差。

KGF受体及信号通路

KGF受体(KGF receptor,KGFR)是一种表达于上皮细胞的酪氨酸激酶受体,由FGF受体2(FGF receptor 2,FGFR-2)基因编码,为FGFR-2的剪接异变体FGFR-2-III b,是KGF惟一可结合的高亲和力受体。KGFR的结构包括细胞外段、跨膜区、细胞内段3部分。Miki等研究发现KGFR细胞外段除含有信号肽外,在N端大约50个氨基酸处包含3个免疫球蛋白样结构域,根据蛋白样结构域的不同又可分为两种,一种为在Ig I、Ig II结构域之间含有一段酸性氨基酸序列(主要是天门冬氨酸或谷氨酸),另一种不含Ig I和酸性氨基酸序列,但两种KGFR具有同样结合配体的能力,提示Ig I结构域并不参与配体结合。KGFR和FGFR-2是同一基因编码的不同产物,结构极其相似,但在Ig III羧基端的49个氨基酸处则有明显不同,决定了KGFR结合配体的特异性。

FGF与FGFR受体结合后激活的经典信号通路可分为3类:RAS/MAPK、PI3K/AKT、PLCγ/PKC,参与细胞复制、分化、迁移等过程。KGFR信号通路有些与FGFR信号通路相同,如通过ERK/Runx2通路促进胚胎干细胞向成骨细胞分化,通过MAPK信号通路参与阿米母细胞瘤的复制,通过STAT11/IRF1(IRF2)信号通路上调IL-7的表达,通过PI3K及JNK/SREBP-1信号通路促进脂类合成等。

 

FGF-FGFR信号通路

 

KGF功能与疾病

KGF的表达仅限于间质细胞,而他的受体则是在上皮细胞中表达,承担间质细胞-上皮细胞间的信号传递功能。KGF作用于上皮细胞后能促进上皮细胞的增殖,KGF刺激角质细胞DNA合成的能力比转化生长因子TGF-α和表皮生长因子强2-10倍。鼠、猪、兔等皮肤损伤模型表明KGF在皮肤受损时表达量快速升高,促进上皮细胞增殖及皮肤上皮化,加强皮肤毛囊和皮脂腺的前体细胞增殖和分化。时间上来看,KGF在皮肤受损后维持7天左右,该时间段正是皮肤愈合时间,KGF受体KGFR则从皮肤受损的第8-9天开始快速转录翻译。此外,KGF在骨骼肌细胞、心肌细胞、卵泡、精囊腺、前列腺等发育过程中起着重要功能。

既然KGF特异作用于上皮细胞,那些与上皮细胞有关的疾病是否可用KGF或KGF抗体治疗呢?

KGF与肺水肿:肺水肿是指由于某种原因引起肺内组织液的生成和回流平衡失调,使大量组织液在很短时间内不能被肺淋巴和肺静脉系统吸收,从肺毛细血管内外渗,积聚在肺泡、肺间质和细小支气管内,从而造成肺通气与换气功能严重障碍。在临床上表现为极度的呼吸困难,端坐呼吸,发绀,大汗淋漓,阵发性咳嗽伴大量白色或粉红色泡沫痰,双肺布满对称性湿啰音。高血压、心肌梗塞、心瓣膜病引起的心脏功能不全、肺炎、肺栓塞、休克、颅内病变等都能导致肺水肿。实验表明KGF可能通过上调Na+-K+离子通道的表达,促进Na+-K+离子通道的跨上皮运输,促进肺急性损伤后肺泡液体的清除。KGF预先处理大鼠,对盐酸造成的肺损伤有保护作用。KGF能促进肺泡上皮II型细胞增殖,在急性肺损伤后的肺泡损伤修复中具有重要作用,是临床潜在的预防及治疗肺水肿的药物。

KGF与消化道损伤:KGF、KGFR在整个肠胃系统均有表达,能刺激肠胃系统上皮细胞增殖分化,降低胃酸分泌,具有治疗肠胃溃疡的功能。动物模型显示,放疗、化疗治疗癌症时预先用KGF处理还能起到保护肠胃的功能。

KGF与角膜损伤修复:角膜损伤修复过程中涉及许多生长因子,其中就包括KGF。在活体条件下,KGF可明显加快角膜上皮损伤恢复的速度,缩短了角膜上皮修复时间,可用于临床角膜疾病的治疗。

KGF与癌症:肿瘤的发生中上皮细胞明显增多,可能与KGF有关。胰腺癌、前列腺癌等癌症中KGF表达显著增加。KGF与KGFR结合还能促进卵巢癌上皮细胞的增殖及转移,在卵巢癌的发生过程中起着重要作用,KGF在乳腺癌的发生发展过程中起着类似作用。

KGF还被报道可治疗肿瘤放疗化疗引起的口腔黏膜炎;激活Nrf2信号通路并促进HO-1、NOQ-1、GCLC等抗氧化蛋白表达,对缺血再灌注引起的损伤具有保护功能,对紫外线引起的视网膜色素上皮细胞损伤也具有保护功能。

KGF市场应用

Palifermin

 

1、  药物:

Palifermin是人重组KGF因子,是经美国FDA认证的上市药物。肿瘤患者的放疗化疗时会导致胃肠道黏膜炎及口腔黏膜炎,Palifermin靶定口腔及胃肠道内膜上皮细胞与特定的上皮细胞表面受体相结合,从而刺激上皮细胞的增殖分化,增强细胞保护作用。

2、  化妆品

KGF是生物化妆品中常见的细胞因子,常用于高级护肤化妆品中,具有以下作用:

1)抗皱作用:直接作用于上皮细胞,有效启动肌肤细胞的再生和修复功能,抚平老化皱纹;

2)修复作用:日光晒伤、手术后的创面(如纹眉、纹眼线,纹唇,漂唇等)、衰老皮肤、祛斑后、暗疮治疗及其创面等具有全方位的修复作用;

3)保湿作用:快速恢复角质层保水能力,减缓肌肤内水分向体外的散失速度,修复皮肤的弹性与光泽;

4)抗敏作用:修复受损表皮角质层,降低皮肤敏感度,减少红血丝的形成。

 

参考文献

1. 金萍,李玉新,麻彤辉,何孟园。角质细胞生长因子的研究进展。生物工程进展【J】,2001.Vol.21.NO6

2. 宗宪磊,蔡景龙,姜笃银,王魏。角质细胞生长因子的研究进展。中国修复重建外科杂志【J】,2009年2月第2卷第2期。

 

晶诺生物具备成熟的蛋白质表达和纯化平台、细胞因子生物活性检测平台和严格的质控体系,提供高纯度高活性的KGF。

 

联系我们

电话:13392273325

QQ:2775427010

邮箱:info@gene-optimal.com