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肝细胞生长因子目前认识及临床应用
国际循环网站 / 2015-10-13

肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)是存在于急性肝损伤动物血浆中的蛋白因子,它能刺激肝细胞的DNA合成,且在肝再生过程中起重要作用。HGF不同于再生肝和胚胎肝细胞胞棱中的肝刺激物质(hepatic stimulatory substance.HSS)。愈来愈多的报道表明,HGF不只是作用于肝再生,而且对许多组织和细胞的生长、分化起重要调控作用。

 

早在1964年,人们就观察到动物肝脏部分切除后,可能是某种体棱因子诱发肝再生。直到1984年,Micha Lopoulos等发现肝部分切除后,大鼠血浆内含有刺激肝细胞DNA合成的物质,并命名为肝细胞生成素(hepatopoietin.HPTA)。以后,Nakamura自太鼠血小板中分离出类似物质,称为肝细胞生长因子(tlGF) 1988年,Gohda自暴发性肝衰竭病人血浆中分离出人肝细胞生长因子(huHGF) 进一步研究表明,这几种物质具有类似结构近来发表的太鼠和兔肝细胞生成索的氮基酸序列与人HGF的基因序列表明它们是同一类物质。人们对血浆中肝刺激因子的命名可归结为一种新的因子—— 肝细胞生长因子。

 

HGF及其受体c—met受体的结构与生物学作用

 

HGF由728个氨基酸构成,其活性形式是由一条69 kd重链(a)和一条34 kd轻链(B)组成的异二聚体,a链N端有一发夹结构;B链有丝氨酸蛋白酶样结构。c—met是HGF的特异性膜表面受体,表达于多种组织细胞, 如心肌细胞、血管内皮细胞,介导HGF所有的生物学作用。c—met是由c—met原癌基因编码的异二聚体蛋白,由A、B两个基组成。HGF与c—met 结合后,使之酪氨酸残基磷酸化并启动受体后信号传导过程。HGF系统(HGF与其受体c—met)广泛表达于多种组织并参与复杂的生物学过程,如调节细胞 的生长、运动以及组织的形态发生。研究发现,HGF可以激活Bcl-2基因表达并抑制Bax蛋白向线粒体膜表面移位,维持线粒体膜内外的电化学梯度、阻止 线粒体内的细胞色素c 漏出, 从而抑制凋之相关蛋白caspase-3和caspase-9的活性,产生抗细胞凋亡作用_4];HGF可以刺激血管内皮生长因子(VEGF)、基质金属 蛋白酶一1(MMP-1)以及c-met在血管内皮细胞和血管平滑肌细胞表达,并显著增加ets-1的mRNA表达和转录活性,从而在新生血管形成过程中 发挥重要作用];HGF与c—met结合,可引起细胞外信号调节激酶(ERK)磷酸化,导致信号转导及转录活化蛋白(STAT3)磷酸化形成二聚体进入核 内,促进早期生长反应基因如c—los的表达, 在转录水平调节细胞生长。

 

HGF是一种作用广泛的因子,除对肝细胞作用之外,还对多种组织和细胞具有调控作用。其主要生理作用有:

 

(一) 启动肝再生

 

肝再生是一个相当复杂的过程,其详细机制有待于进一步阐明众多细胞因子参与肝再生的调节,许多实验证明,HGF是肝再生的启动信息并在肝细胞增殖过 程中起重要作用。大鼠肝部分切除以后,残留肝中肝细胞12h后DNA合成开始增强,24~48h达高峰。血浆中HGF活性则在肝部分切除后1~2h内迅速 升高,且可高出正常5倍,第6h后HGF活性下降,形成HGF的第一活性期。血浆HGF在肝部分切除手术后第12h再次升高,24~48h达到高峰.形成 血浆中HGF的第二个活性期,该活性期与残留肝中DNA合成的时相是一致的。HGF第一活性期远在残留肝中肝细胞DNA合成之前,这一事实表明HGF可能 是肝再生的启动因子。

 

(二) 促细胞分裂作用

 

HGF生物活性测定是观察HGF对原代培养肝细胞DNA合成的刺激作用,HGF在原代肝细胞无血清培养中可刺激肝细胞DNA合成,每毫升lng HGF即可观察到生物活性,最大活性浓度为每毫升5~1Oug。表皮生长因子(EGF)与HGF具有协同作用,而转化生长因子可抑制HGF活性。HGF通 过门静脉注射,可在体内刺激肝细胞DNA合成。HGF除对肝细胞有刺激作用外,还对多种细胞具有刺激作用,最近已发现,HGF能够刺激肾小管细胞、肝非实 质细胞、角化细胞、黑色素瘤等细胞的DNA合成。

 

(三) 细胞运动作用

 

HGF具有类似扩散因子(sF)的功能,在一些上皮细胞和内皮细胞培养体系中加入不同浓度HGF均可促进细胞扩散和迁移。HGF对细胞促分裂作用和 促运动作用是不一致的.HGF对一种细胞有分裂作用则无运动作用;但肝细胞除外,HGF既可促进肝细胞分裂又可促进肝细胞运动。HGF的不同作用可能是通 过不同受体而实现的。

 

(四)肿瘤坏死作用

 

高浓度HGF对某些癌及肉瘤细胞系有抑制生长作用和肿瘤坏死作用.该作用机制目前尚不清楚。HGF受体分布于多种器官及组织,包括肝脏、瘦肤、子宫、大脑、肺脏和肾脏。IKGF受体的广泛分布表明,HGF不但对肝再生,而且对其它组织的生长、分化具有重要作用。

 

肝细胞生长因子的心肌保护作用

 

1 抗心肌细胞凋亡:以往认为, 已经进入终末期分化的细胞中(心肌细胞和神经元细胞)是不发生细胞凋亡的。但是随着大量的研究证实许多心脏疾病,如缺血/再灌注损伤、心肌梗死、心室壁重 建、心力衰竭等疾病均存在细胞凋亡,说明了细胞凋亡是造成心肌细胞死亡的主要原因。研究表明,不仅缺血缺氧可刺激培养的心肌细胞凋亡,而且心肌凋亡还存在 于动物缺血和心肌梗死模型以及心肌梗死患者尸检标本中。心肌细胞凋亡是心肌梗死后早期心肌细胞大量丢失的一个重要原因。心肌持续缺血出现心肌细胞凋亡,随 着供心保存时间的延长, 肌细胞凋亡数目明显增多,保存12h后,心肌细胞凋亡率急速升高;保存36 h后,有近8O 的心肌细胞发生了凋亡。心肌细胞凋亡与心肌缺血缺氧、心律失常、心肌梗死、心室重塑等密切相关。凋亡细胞数量是心肌功能恢复的重要因素。心肌细胞凋亡是多 种心血管疾病的一个重要的发生和进展机制。目前认为,Bcl一2家族参与的细胞凋亡的“线粒体途径”是心肌细胞凋亡发生的主要机制。实验证实,肝细胞生长 因子具有明显的抗凋亡特性,Ryugo等在将HGF加入Euro—collins心脏保存液中长时间保存供心的研究中发现,心肌细胞凋亡指数显著降 低;HGF特异性受体c—met及抗凋亡基因bcl—xL 的表达明显增加,复跳后供心的功能较对照组改善。Nakamura等在大鼠心肌梗死动物模型中也发现,给予外源性HGF能够显著增加抗凋亡基因bcl— xL的表达,同时显著减少梗死心肌边缘区心肌细胞凋亡的数量。Ueda等_1 研究证明,HGF可对抗Hz0z对培养心肌细胞的损害,并迅速增加损伤心肌细胞抗凋亡基因bcl—xL的表达, 提示HGF通过其抗凋亡及抗氧化作用而发挥心肌保护作用。

 

2 保护和修复内皮细胞功能: 内皮细胞功能状况与心肌组织有非常密切关系。内皮细胞损伤时,内皮结构或功能受损,内皮下胶原、微纤维等暴露,可导致血管通透性增加,加重心肌水肿;也会引起血管舒缩异常, 张力增加,诱使血小板黏附和聚集;血管壁的抗凝和纤溶活性降低,促凝作用增强;同时,局部的前列环素(PGI2) 和血管内皮舒张因子(EDRF)减少, 内皮素(ET) 和血小板活化因子(PAF)增加,及血小板的代谢产物前列腺素H2和TXA2等的缩血管作用,导致血管痉挛,血栓形成及血管闭塞,进而导致心肌灌注不足,心肌组织缺血梗死,心脏移植后早期心功能衰竭等严重后果。

 

2.1 抗内皮细胞凋亡:体外研究表明,HGF可以阻止无血清培养的血管内皮细胞DNA合成的减少和细胞死亡,且可以防止高浓度的I)-葡萄糖诱导主动脉内皮细胞凋亡和坏死.Nakagami等研究证实, HOF 通过(ERK)/STAT3及丝/苏氨酸蛋白激酶(Akt)等信号转导通路的激活来发挥抗内皮细胞凋亡作用。

 

2.2 激活一氧化氮合酶:HGF可以通过激活一氧化氮合酶(N0S)系统修复内皮细胞,近年来的研究表明,HGF可以影响内皮细胞一氧化氮合酶(eNOS) 的表达。蛋白印迹分析表明,HGF可强烈刺激人大隐静脉内皮细胞eNOS的表达,在HGF处理人大隐静脉内皮细胞后2h就可以检

 

测到eNOS表达的明显上调,6~8 h达高峰,16 h后仍处于较高水平。另外,HGF引起微血管的舒张,可为N0阻断剂所抑制。这种短期的效应是HGF诱导的eNOS表达上调的结果。对牛心主动脉内皮细胞 (BAEC)的研究证实,HGF可诱导eNOS活性相关的Ser的1179位点的磷酸化,进而导致eNOS的磷酸化和激活,修复内皮细胞。在HGF存在的 情况下,人冠状动脉内皮细胞(HCAEC)内皮素1(ET一1)的分泌显著减少,并呈HGF浓度依赖性 。冠脉系统的血管张力及心肌血流灌注主要依赖于内皮细胞释放NO的舒张调节,血管内皮细胞功能紊乱势必影响到心肌血供。血循环中内皮素(ET) 下降,N0 升高, 内皮功能改善,随之心肌梗死范围明显缩小,说明内皮细胞功能状况与心肌组织功能有着紧密联系。

 

2.3 刺激内皮细胞增殖:近年研究发现,HGF也是一种特异的促内皮细胞生长因子。可呈剂量依赖性促进内皮细胞的DNA的合成,而且HGF刺激的DNA合成明显 强于碱性成纤维细胞生长因子(bFGF) 和血管内皮生长因子(VEGF), 提示HGF具有强大的促进内皮细胞增殖作用。Bussolino等在人单层内皮细胞上, 人为地造成内皮细胞连续性的中断,然后给予HGF刺激,24h后裸露无细胞区完全被增生、移行的内皮细胞所填充并恢复到原样,而对照组裸露无明显变化。 Hayashi等通过转基因方法,将携带HGF基因的载体转染内皮细胞和平滑肌细胞后进行培养,培养液中可检测到HGF,用该培养液中提取的HGF刺激内 皮细胞,可明显促进内皮细胞生长,且比外源性HGF作用更强,提示通过自分泌或旁分泌方式产生的HGF能刺激内皮细胞的分裂和增殖。

 

3 促进血管新生:VEGF能明显促进血管内皮细胞的增殖迁移,其治疗心肌组织缺血已取得了确切的临床疗效,并有预防和治疗血管再狭窄的作用。血管平滑肌细胞 和心肌细胞均可分泌VEGF,并通过旁分泌作用于邻近的内皮细胞。在心脏组织中,心肌细胞、血管平滑肌细胞数量巨大,增加这些细胞分泌VEGF,也可能成 为治疗缺血心肌组织血管新生和防治再狭窄的一种方法。HGF可通过刺激心肌血管内皮细胞的增殖而促进缺血组织的血管新生。Wqjta等发现,HGF能增加 冠状动脉血管平滑肌细胞和心肌细胞VEGF的分泌,促进血管新生,增加心肌组织供血。在体内,血管造影、生理学和组织学检查表明,血管平滑肌细胞、心肌细 胞内有HGF的受体c—met的存在,HGF诱导血管再生作用强于VEGF。HGF通过促进血管新生作用,起到心肌保护作用。心肌梗死之后HGF和c- met表达水平均显著增加。冠脉侧支循环的数量是影响梗死面积大小的重要因素之一,冠脉丰富的病人虽然主要冠脉完全闭塞,但却没有血管供应区域心肌梗死的 证据。闭塞远端心肌存活依赖于侧支循环血流,因此,促进血管新生、增加侧支循环是挽救濒死心肌重要手段。已经证实,不论是离体还是在体,HGF都能够明显 的促进VEGF的mRNA表达,而且在促血管生成方面具有协同作用]。Miyagawa等将载有HGF基因的质粒转染入小鼠心梗心肌,发现梗死范围减少, 梗死区血管新生较单纯心肌细胞移植组显著增加; 同时对血管生成有重要作用的转录因子ETs的活化,证实了HGF促进血管生成的作用。

 

4 限制心室重塑和改善心功能:HGF能有效地限制心肌梗死后左室重塑,并能改善心功能。在临床研究中发现,患者血浆中HGF水平与左室重塑的程度呈负相关。 急性心肌梗死后左室重塑的主要决定因素是心肌梗死范围、瘢痕形成及室壁张力。HGF是间质细胞衍生的一种促进细胞有丝分裂多功能因子,能够减少心肌梗死范 围, 因此在一定程度上也能限制左室重塑,具有显著的心肌保护作用,但其作用机制还不十分清楚。1wata等_1 研究发现, 心肌组织中HGF降低,生长转化因子一113(TGF一1t3)升高, 可促进心肌纤维化,HGF基因转染组心肌胶原成分较对照组明显降低,左室舒张功能得到改善。Li等观察了心肌梗死病人梗死区与非梗死区静脉血中HGF的比 值,发现其与左室舒张末内径指数呈负相关;与左室射血分数呈正相关。这进一步说明,局部HGF系统在心肌组织的抗心室重塑、修复等过程中起着重要作用。

 

当前,探讨HGF与各种疾病之间的关系已经成为研究的热点,虽然已有许多文献报道了HGF在心肌保护中的作用机制和临床应用价值。但是,还有许多工 作要做,如建立人血浆HGF正常参考值;局部HGF系统的调控;HGF受体后作用机制等均有待进一步阐明。HGF是一种多功能细胞因子, 临床应用缺乏专一性,利用基因工程改造HGF,使其作用专一、降低毒副反应,可进一步提高其临床应用价值。相信随着对HGF的进一步了解,作为一种心血管 疾病的保护性因子,HGF一定会在心血管疾病领域中获得更加广泛的关注和应用。

 

军事医学科学院成功构建了重组腺病毒-肝细胞生长因子(Ad-HGF)。在前期的动物实验中,发现注射Ad-HGF的实验动物模型可以表达高剂量的 人HGF,从而使新生血管增多,冠状动脉血流改善,这种作用在急性心肌缺血和慢性缺血模型中都存在。动物实验并未发现Ad-HGF具有明显的毒性作用和注 射后死亡率的增加。

 

在中国食品和药品监督管理局批准和南京医科大学第一临床医学院临床药理伦理委员会批准的情况下,进行的Ad-HGF一期临床试验表明,经冠脉注射 Ad-HGF具有良好的安全性。在一期临床试验的18例受试对象中,我们选择了其中11例只接受了Ad-HGF冠脉内注射和常规药物治疗的患者,进行了平 均24个月的随访,对冠脉内注射Ad-HGF治疗缺血性心脏病的有效性进行初步评价。

 

一期临床试验患者共18例患者,治疗后6个月、12个月及24个月均进行了临床症状、血液指标、超声心动图的随访和复查,24个月时有8例患者进行了核素心肌显像复查,2例患者进行了冠状动脉造影复查。
临床随访结果显示所有患者生活质量均良好,服用常规剂量的冠心病治疗药物,心绞痛症状和心功能情况均无恶化,12例患者的心绞痛症状有不同程度减轻,心功能有改善。

 

血液指标复查结果显示所有患者的血常规、尿常规、肝肾功能、肿瘤标志物均未见明显异常。
    超声心动图复查结果显示所有患者左室舒张末期直径无扩大趋势,射血分数无明显较小,显示心功能无恶化。
8例患者24个月时的核素心肌显像显示均有不同程度的靶区域血流灌注改善,2例患者冠状动脉造影复查未见动脉粥样硬化斑块的进展。

 

日本AnGes MG公司HGF基因治疗药物获得批准

 

2008年3月日本基因治疗药物开发公司——AnGes MG申请的用于治疗阻塞性动脉硬化症和血栓闭塞性脉管炎的肝细胞生长因子(HGF)基因治疗药物获得厚生劳动省的批准。这是日本批准的首个基因治疗药物。

 

HGF基因治疗药将能够产生肝细胞生长因子HGF的基因投放在缺血部位,使其在局部表达HGF蛋白,从而促进血管新生,改善缺血状态。本品是日本基 于国内大学研究成果的基因治疗药,在日本的开发处于领先行列。2007年6月,以阻塞性动脉硬化症为适应证的本品在日本国内III期临床中期分析获得了良 好的结果。HGF基因治疗药以末梢性血管疾病为适应证的II期临床研究和以缺血性心脏疾病为适应证的I期临床,目前正在美国进行。如果审评进展顺利,本品 即将作为先驱基因治疗药物在全球登场。
 

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