神经系统疾病中肝细胞生长因子的生物学效应

神经系统疾病中肝细胞生长因子的生物学效应

张飞飞王占祥陈玉英

张飞飞王占祥(通讯作者)陈玉英

（福建医科大学第一临床医学院厦门市第一医院神经外科福建厦门351003）

【关键词】神经系统疾病肝细胞生长因子凋亡微血管纤维化

【中图分类号】R329.2+8【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2012）07-0030-02

肝细胞生长因子(HepatocytegrowthfactorHGF)又称离散因子(Scatterfactor,SF)最早是由NakamuraT等人分离和纯化,作为肝细胞有丝分裂原从肝部分切除大鼠的血液中分离得到[1]。它具有广泛的生物学效应,参与机体多种器官组织细胞的生长、再生和重塑过程。还可作为神经营养因子，在神经系统损伤和修复过程中发挥重要作用。

1.HGF及其受体分子结构

1.1HGF的分子结构

人的HGF基因位于7号染色体长臂(7q11.2-21),DNA分子量约为70kD,包含18个外显子和17个内含子。HGF蛋白的前体是由728个氨基酸组成的单链,经蛋白酶水解后，最终成为由α链(分子量69kD)和β链(分子量34kD)通过二硫键连接的异二聚体。α链有4个Kringle区,其N端有一个发夹样结构,α链N端的发夹样结构与前2个Kringle区结构为HGF发挥生物学效应所必需;β链具有丝氨酸蛋白酶样结构,但由于其激活部位的2个氨基酸发生了替换,所以没有蛋白酶的催化活性。

1.2HGF的受体

目前发现的HGF受体有两个，一个是c-Met,其特点是高亲和力低效应；另一个是细胞表面上的一种硫酸肝素蛋白多糖，其特点是低亲和力高效应，HGF的细胞内效应主要是通过高亲和力受体c-Met完成。HGF的受体是原癌基因c-Met产物,人类c-Met为原癌基因，定位在7q21-q31，大小约120kb。c-Met分子是由一分子量为50kD的α链和一分子量为145kD的β链以二硫键连接组成的异二聚体。HGF分子与c-Met特异结合，诱导c-Met上的酪氨酸磷酸化。磷酸化后的酪氨酸残基能与含SH2功能区的胞内信号转导蛋白结合，募集细胞内分子，激活细胞内多个信号级联从而产生效应。外源性HGF则是通过激活细胞外调节激酶(ErK1/2)，诱发信号转导途径的级联反应而发挥作用。

2.HGF在中枢神经系统中的表达

正常脑组织中，大脑皮质、海马的CA-1区、小脑颗粒细胞层神经元中有HGF的mRNA表达。脑内ＨＧＦ主要由神经元，星形胶质细胞和小胶质细胞产生，目前证实多数炎性细胞因子如肿瘤坏死因子(TumorNecrosisFactor-αTNF-α)皆能诱导HGF表达的增加，而转化生长因子β（Transforminggrowthfactor-βTGF-β)等可以抑制其表达[2]。研究证实，大脑中动脉闭塞后在缺血皮质区和尾状核HGF表达上调，同时缺血灶周围可见到c-Met免疫阳性细胞。而HGF和c-Met阳性细胞的表达，早于HGF和c-Met的mRNA上调的时限[3]。研究发现梗死灶中心HGF未见表达，原因可能是神经细胞损伤一旦达到DNA崩解的程度则失去表达HGF的能力,因而在缺血核心坏死区HGF的表达极少而难以检测到。目前认为，凋亡神经元可以分泌HGF，坏死神经元则不能[4]。

3.HGF在中枢神经疾病中的生物学效应和分子途径

HGF是一种多功能性生长因子，参与多种细胞的增殖迁移和形态发生,可作为内皮细胞和上皮细胞的有丝分裂原,参与器官损伤的修复。在神经系统内，HGF主要作为神经营养因子和血管生成因子,发挥作用。通过研究重组HGF与运动神经元的剂量依赖效应，发现HGF的治疗作用取决对病灶及其周围HGF分泌不足的补足效应[5]。亦有研究表明，脑缺血后休克本身可以诱导神经再生，微血管再生和和突触重塑,HGF则可以显著放大这些神经保护作用[6][7]。研究显示，HGF主要通过MAPK途径和PI3K/Akt途径，阻断caspase-1，在运动神经元诱导产生NO合酶，发挥其生物学作用[8][9]。

3.1HGF对神经元的抗细胞凋亡作用

在神经系统,HGF作为一种新的神经营养因子，比碱性成纤维生长因子(basicfibroblastgrowthfactorbFGF)、血管内皮生长因子(vascuarendothelialgrowthfactorVEGF)更能刺激内皮细胞的生长。HGF通过激活ERK/STAT3，PI3K/Akt，BCL-2/BCL-xL等信号转导通路的激活来发挥抗细胞凋亡作用[10]。短暂局部脑缺血模型中，HGF可使梗死灶的面积减少、凋亡细胞阳性数减少、血管生成增加,为神经系统疾病的治疗提供了新的方法[11]。在短暂大脑中动脉阻断模型(transientMiddleCerebralArteryOcclusiontMCAO)中，HGF可以通过抑制细胞凋亡和细胞自体吞噬方式减少细胞死亡数[12]。

3.2HGF刺激微血管再生的作用

局部血流的阻断是次发细胞变性的决定因素，而微血管再生对脑卒中的恢复十分重要。微血管再生是分阶段进行的,具体步骤包括血管通透性的增加,周围基质的降解,内皮细胞的增殖和迁移及新生血管床的成熟与稳定[13]。在脊髓损伤后，注射外源性HGF促进微血管再生的策略，可显示血流重建和功能恢复的紧密关系。因此，促进微血管再生是内源性修复的重要过程[14]。HGF能明显诱导大脑表面的血管生成，研究认为HGF促血管生成的机制可能是通过ets途径[15]。

3.3HGF的促轴突树突再生的作用

在脊髓运动神经元发生的后期阶段，HGF是一种化学诱导物及神经营养因子，可以促进大鼠脊后根神经节的轴突生长和感觉神经元的存活，调节出生后早期树突的形态及增强轴突的生长，外源性HGF能促进皮质第2层锥体细胞神经元的树突生长和分支[16]。基因转染HGF治疗后，轴突数量和直径都显著增加，从而促进受挤压神经的功能恢复[17]。其机制可能为：①HGF通过活化VEGF产生强烈血管增生，刺激神经再生，刺激轴突的形成；②HGF诱导β-catenin磷酸化激活Wnt通路，调节轴突发生[18]；③因为轴突的生长被由中间期细胞和终端细胞分泌的扩散因子倾斜度所引导，HGF可能是作为轴突化学引导因子引导轴突到达目的肌细胞。

3.4HGF抗纤维化作用

ShangJ等用a-SMA抗体检测软脑膜，发现tMCAO14d后软脑膜在接触缺血部位和海绵形成瘢痕。ＨＧＦ治疗组胶质瘢痕形成显著减少,瘢痕厚度较对照组显著降低[19]。TadaT在脑积水实验中，通过侧脑室注射外源性HGF减少了胶原纤维的生成[20]。而有趣的是，在婴儿血肿后脑积水中，HGF升高，提示HGF亦可能参与了脑室扩大[21]。ＨＧＦ具有抗纤维化作用，可能机制为：①HGF可以作为导致肌成纤维细胞凋亡的关键配体[22]，阻断纤维化;②HGF可维持细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)的生成和降解平衡;③HGF可以拮抗TGF-β1的致纤维化作用[23]。

3.5HGF在疾病后期保护神经功能的作用

ShimamuraM等发现，脑缺血模型56d时，HGF可以促进脑缺血慢性期学习功能的改善和记忆功能的恢复[24]。ChoGW等在研究脑缺血治疗时发现上调表达EPO、HGF等因子，可发挥可观的神经保护效应,减轻血管密度和数量的降低及梗死后早期血脑屏障破坏[25]。Liu等通过比较转人肝细胞生长因子(hHGF)人脐带间质干细胞(hUCMSCs)移植和单纯人脐带间质干细胞移植(hUCMSCs)对鼠脑出血模型的影响，证明了在脑出血模型中上调HGF的表达，具有保护神经功能的作用[26]。但其实验本身没有提及转人肝细胞生长因子人脐带间质干细胞移植相比单纯细胞移植之间HGF表达升高的倍数。

4.展望

HGF作为神经营养因子在神经系统疾病炎症过程后期的功能恢复中发挥重要作用,并有望应用于治疗周围神经系统损伤和神经退行性疾病。但目前HGF的作用机制尚未完全弄清,且HGF通过血脑屏障的效率较低及促进肿瘤生长及浸润，这些负面作用都限制了其在临床的应用。但HGF不仅可调节神经元的存活和分化，而且对神经系统疾病后期的学习和记忆功能亦具有保护作用。随着对HGF/c-Met复合物在神经系统发育、存活、轴突生长及神经元的保护作用和肿瘤侵袭作用机制的研究深入,相信HGF及c-Met将被越来越广泛应用于神经系统,当损伤和恢复的多步骤和分子过程随着时间显著变化，肝细胞生长因子会是更好的药剂，因为它具有广泛的作用机制和长效作用。

参考文献

[1]NakamuraT,NawaK,IchiharaA.Partialpurificationandcharacterizationofhepatocytegrowthfactorfromserumofhepatectomizedrats[J].BiochemBiophysResCommun,1984.122(3):1450-1459.

[2]NakamuraY,MorishitaR,HigajiJ,etal.Hepatocytegrowthfactorisanovelmemberoftheendothelium-specificgrowthfactors:additivestimulatoryeffectofhepatocytegrowthfactorwithbasicfibroblastgrowthfactorbutnotwithvascularendothelialgrowthfactor.[J].JHypertens,1996，14(9):1067-1072.

[3]NagayamaT,NagayamaM,KoharaS,etal.Post-ischemicdelayedexpressionofhepatocytegrowthfaectorandc-Metinmousebrainfollowingfocalcerebralischemia[J].BrainRes，2004，999:155-166.

[4]TrappT,K.glerG,El-KhattoutiA,etal.Hepatocytegrowthfactor/c-MetAxis-mediatedTropismofCordBlood-derivedUnrestrictedSomaticStemCellsforNeuronalInjury[J].THEJOURNALOFBIOLOGICALCHEMISTRYVOL,2008,283,47:32244.32253.

[5]IshigakiA,AokiM,NagaiM,etal.Intrathecaldeliveryofhepatocytegrowthfactorfromamyotrophiclateralsclerosisonsetsuppressesdiseaseprogressioninratamyotrophiclateralsclerosismodel[J].JNeuropatholExpNeurol,2007.66(11):1037-1044..

[6]BeckH,PlateKH.Angiogenesisaftercerebralischemia[J].ActaNeuropathol2009,117:481.496.

[7]JungSH,LeeST,ChuK,etal.Cellproliferationandsynaptogenesisinthecerebellumafterfocalcerebralischemia[J].BrainRes,2009.1284:180-90.

[8]HossainMA,RussellJC,GomezRetal.Neuroprotectionbyscatterfactor/hepatocytegrowthfactorandFGF-1incerebellargranuleneuronsisphosphatidylinositol3-kinase/akt-dependentandMAPK/CREB-independent[J].Neurochem,2002.81(2):365-378.

[9]Sun,W,FunakoshiH,NakamuraT.etal.OverexpressionofHGFretardsdiseaseprogressionandprolongslifespaninatransgenicmousemodelofALS[J].Neurosci,2002,22,6537-6548.

[10]HossainMA,RussellJC,GomezR,etal.Neuroprotectionbyscatterfactor/hepatocytegrowthfactorandFGF-1incerebellargranuleneuronsisphosphatidylinositol3-kinase/akt-dependentandMAPK/CREB-depependent[J].JNeurochem,2002,81(2):365-378

[11]ZhaoMZ,NonoguchiN,IkedaN,etal.NoveltherapeuticstrategyforstrokeinratsbybonemarrowstromalcellsandexvivoHGFgenetransferwithHSV-1vector[J].JCerebBloodFlowMetab,2006.26(9):1176-1188.

[12]ShangJ,DeguchiK,YamashitaT,etal.Antiapoptoticandantiautophagiceffectsofglialcellline-derivedneurotrophicfactorandhepatocytegrowthfactoraftertransientmiddlecerebralarteryocclusioninrats[J].JNeurosciRes,2010.88(10):2197-2206.

[13]ConwayEM,CollenD,CarmelietP.Molecularmechanismsofbloodvesselgrowth[J].CardiovascRes,2001.49(3):507-521.

[14]KitamuraK,IwanamiA,NakamuraM,etal.Hepatocytegrowthfactorpromotesendogenousrepairandfunctionalrecoveryafterspinalcordinjury[J].NeurosciRes,2007.85(11):2332-2342.

[15]MorishitaR.Recentprogressingenetherapyforcardiovasculardisease[J].CircJ,2002.66(12):1077-1086.

[16]GutierrezH,DolcetX,TolcosM,etal.HGFregulatesthedevelopmentofcorticalpyramidaldendrites[J].Development,2004.131(15):3717-3726.

[17]KatoN,NemotoK,NakanishiK,etal.NonviralHVJ(hemagglutinatingvirusofJapan)liposome-mediatedretrogradegenetransferofhumanhepatocytegrowthfactorintoratnervoussystempromotesfunctionalandhistologicalrecoveryofthecrushednerve[J].NeurosciRes,2005.52(4):299-310.

[18]DavidMD,YeramianA,Du.achM,etal.Signallingbyneurotrophinsandhepatocytegrowthfactorregulatesaxonmorphogenesisbydifferentialbeta-cateninphosphorylation[J].JCellSci,2008.121(Pt16):2718-2730.

[19]ShangJ,DeguchiK,OhtaY,etal.StrongNeurogenesis,Angiogenesis,Synaptogenesis,andAnti.brosisofHepatocyteGrowthFactorinRatsBrainAfterTransientMiddleCerebralArteryOcclusion[J].JournalofNeuroscienceResearch2011,89:86.95

[20]TadaT,ZhanH,TanakaY,etal.Intraventricularadministrationofhepatocytegrowthfactortreatsmousecommunicatinghydrocephalusinducedbytransforminggrowthfactorbeta1[J].NeurobiolDis,2006.21(3):576-586.

[21]OkamotoT,TakahashiS,NakamuraE,etal.Increasedexpressionofmatrixmetalloproteinase-9andhepatocytegrowthfactorinthecerebrospinalfluidofinfantswithposthemorrhagichydrocephalus[J].EarlyHumDev,2010.86(4):251-254.

[22]MizunoS,MatsumotoK,LiMY,etal.HGFreducesadvancinglung.brosisinmice:apotentialroleforMMP-dependentmyo.broblastapoptosis[J].FASEBJ2005,19:580.582.

[23]MizunoS,MatsamotoK,KurosawaT,etal.Reciprocalbalanceofhepatocytegrowthfactorandtransforminggrowthfactor-β1inrenalinterstitialfibrosisinmice[J].KidneyInt,2000,68:937-948

[24]ShimamuraM,SatoN,WaguriS,etal.Genetransferofhepatocytegrowthfactorgeneimproveslearningandmemoryinthechronicstageofcerebralinfarction[J].Hypertension,2006.47(4):742-751.

[25]ChoGW,KohSH,KimMH,etal.Theneuroprotectiveeffectoferythropoietintransducedhumanmesenchymalstromalcellsinananimalmodelofischemicstroke[J].BrainRes,2010.1353:1-13.

[26]LiuAM,LuG,TsangKS,etal.Umbilicalcord-derivedmesenchymalstemcellswithforcedexpressionofhepatocytegrowthfactorenhanceremyelinationandfunctionalrecoveryinaratintracerebralhemorrhagemodel[J].Neurosurgery,2010.67(2):57-65;discussion365-366.

基金项目：中国博士后基金(20080440728),福建省自然科学基金面上项目（2009D002），厦门市科技局资助项目(3502z20089001)，厦门市卫生局资助项目。