MGF在組織細(xì)胞中的表達(dá)、調(diào)節(jié)及其功能機(jī)制的研究綜述

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1、MGF在組織細(xì)胞中的表達(dá)、調(diào)節(jié)及其功能機(jī)制的研究綜述 　　力生長因子(mechano　growth　factor，MGF)是胰島素樣生長因子1(insulin-like　growth　factor-1，IGF-1)的選擇性剪接變異體．Yang等首先發(fā)現(xiàn)，IGF-1是由70個氨基酸組成的多肽，它的基因長度大約為90kb，其中包含6個外顯子．嚙齒動物主要存在2種變異體:Igf-1Ea和Igf-1Eb，在人體內(nèi)，這些外顯子通過選擇性剪切形成了IGF-1的3個變異體，命名為IGF-1Ea，IGF-1Eb以及IGF-1Ec，其中IGF-1Eb與嚙齒動物命名相同，但剪切方式不同，是人體內(nèi)特有．MG

2、F由IGF-1基因外顯子4、5、6編碼，形成了由40個氨基酸組成的E結(jié)構(gòu)域，這也導(dǎo)致其與IGF-1不同的作用及作用方式．IGF-1多肽是唯一的一個促肌肉細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)成肌細(xì)胞向肌管細(xì)胞分化的因子．MGF促成肌細(xì)胞增殖，但是抑制其分化．目前，MGF的作用比較明確，例如促進(jìn)成骨細(xì)胞和成肌細(xì)胞的增殖、遷移、抑制成骨細(xì)胞分化和礦化．在組織水平，MGF有神經(jīng)保護(hù)作用、誘導(dǎo)骨骼肌肥大、促進(jìn)骨骼肌復(fù)原和修復(fù)．但其作用機(jī)制仍不明確．根據(jù)目前的研究，上述功能涉及到某些分子和通路，例如:細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracel　lularregulated　protein　kinases，Erk)通路、第二信使、Wn

3、t信號等．本文對研究發(fā)現(xiàn)的MGF功能及其可能涉及的作用機(jī)制進(jìn)行綜述．1、MGF的表達(dá)與功能。 　　研究發(fā)現(xiàn)，MGF在多種細(xì)胞/組織中均有表達(dá)，不同的細(xì)胞/組織中，MGF的功能各有所不同．在細(xì)胞水平，MGF在力效應(yīng)細(xì)胞(mechanocytes)有表達(dá)，包括成骨細(xì)胞、成肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞等．在組織水平，MGF在骨骼肌、骨骼、跟腱、心血管、腦均有表達(dá)．近期研究發(fā)現(xiàn)，MGF在人前列腺腫瘤(prostate　cancer，PCa)組織中過表達(dá)，在PCa組織和前列腺上皮內(nèi)瘤中，MGF表達(dá)顯著高于正常前列腺組織．Armakolas等還證實(shí)，給予合成的

4、MGFE肽能促進(jìn)PCa細(xì)胞的生長．MGF在細(xì)胞與組織中的作用是多樣的(Table1)．體外實(shí)驗(yàn)顯示，MGF能促進(jìn)力效應(yīng)細(xì)胞的增殖和遷移．機(jī)械負(fù)載能誘導(dǎo)大鼠成骨細(xì)胞和成肌細(xì)胞中Mgf表達(dá)增加，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的增殖．近期研究顯示，MGF對成骨細(xì)胞前體MC3T3-E1的分化表現(xiàn)出不同程度的延遲作用，但實(shí)驗(yàn)同時顯示了MGF的雙重效應(yīng)，在細(xì)胞分化早期MGF抑制成骨細(xì)胞分化，而晚期MGF則促分化．這種雙重作用可能與MGF不僅含有E肽，還含有IGF-1的成分有關(guān)．所以抑制分化的作用與E肽激活Erk通路的效應(yīng)相關(guān)，而晚期促細(xì)胞分化的作用是IGF-1激活A(yù)kt通路的效應(yīng)，但MGF對細(xì)胞分化前后效應(yīng)差別的具體原因仍

5、需進(jìn)一步研究．Chen等還發(fā)現(xiàn)，MGFE肽抑制成骨細(xì)胞礦化．在成肌細(xì)胞中，MGF對其的作用與對成骨細(xì)胞的作用一致．Qin等發(fā)現(xiàn)，MGF促增殖和抑制分化是通過下調(diào)關(guān)鍵肌源性轉(zhuǎn)錄因子來實(shí)現(xiàn)的，但當(dāng)MGF濃度過高時則出現(xiàn)抑制增殖的作用，機(jī)制仍不明確．此外，研究還發(fā)現(xiàn)，合成的MGFE肽能提高生肌前體細(xì)胞(myogenicprecursorcells，MPCs)的移植成功率，培養(yǎng)MPCs時，給予MGFE肽能促進(jìn)MPCs的遷移．大鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，Mgf對骨骼肌表現(xiàn)為促骨骼肌肥大，修復(fù)損傷肌肉．相比Igf-1Ea，Mgf有更強(qiáng)的誘導(dǎo)骨骼肌肥大的作用．在動物實(shí)驗(yàn)中，肌肉注射MgfcDNA，3周內(nèi)肌肉質(zhì)量和肌肉

6、橫截面面積分別增加20%和25%，而前期報告顯示，注射Igf-1EacDNA4個月使肌肉質(zhì)量只增加了15%．通常，肌肉細(xì)胞數(shù)量主要靠骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞(即骨骼肌干細(xì)胞)來維持，衛(wèi)星細(xì)胞最先由Mauro發(fā)現(xiàn)并做出描述．隨后的研究顯示，它位于基底膜和骨骼肌纖維的肌膜之間，平時處于靜止?fàn)顟B(tài)．當(dāng)肌肉組織損傷后，它會迅速活化進(jìn)行增殖和組織修復(fù)．Hill等研究證實(shí)，MGF直接參與衛(wèi)星細(xì)胞的激活．另有研究發(fā)現(xiàn)，MGF-E肽能顯著增加骨骼肌祖細(xì)胞的數(shù)量，抑制其肌源性分化，表明MGF-E肽能影響骨骼肌祖細(xì)胞活化增殖，修復(fù)損傷的肌肉．動物實(shí)驗(yàn)顯示，Igf-1對神經(jīng)元的維護(hù)和生長發(fā)育具有重要作用．Wang等和Liu等報

7、道，將外源性Igf-1用于大鼠體內(nèi)能減輕缺血引起的大腦損害．Mgf作為Igf-1的變異體也有類似的功能．Aperghis等證實(shí)，Mgf在大鼠面神經(jīng)損傷后能發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的作用，其效果優(yōu)于Igf-1Ea的作用．研究還發(fā)現(xiàn)，Mgf對小鼠大腦缺血性損傷也有強(qiáng)烈的保護(hù)作用，內(nèi)源性Mgf能有效阻止氧化應(yīng)激、NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)誘導(dǎo)的興奮性中毒，以及自由基損傷引起的海馬神經(jīng)元退化．如對患有肌萎縮側(cè)索硬化癥的小鼠模型給予Mgf治療，發(fā)現(xiàn)治療能提高小鼠后肢力量，并增加小鼠運(yùn)動神經(jīng)元的存活．另外，在帕金森癥模型中發(fā)現(xiàn)，MGF-E肽能保護(hù)多巴胺(dopamine，DA)神經(jīng)元，這為治療帕金森癥等慢性

8、神經(jīng)性疾病提供了新的途徑. 　　在心血管研究中發(fā)現(xiàn)，用重組的MGF治療心肌梗塞能減少永久性缺血區(qū)域，增加存活區(qū)域，提高心肌收縮性，效果也優(yōu)于IGF-1的治療．在急性或慢性心肌梗死時，用微型滲透壓泵給予MGFE肽能保持心肌收縮性，阻止心肌細(xì)胞病理性肥大和壞死，提高心肌功能．給心肌受損的羊用MgfE肽治療后發(fā)現(xiàn)，MgfE肽阻止了心肌梗死區(qū)的擴(kuò)展，上述結(jié)果可能與MGFE肽減少半胱氨酸蛋白酶-3介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有關(guān)．2影響MGF表達(dá)的因素MGF作為力刺激因子，表達(dá)不僅受機(jī)械負(fù)載的影響，還受其它多種因素的影響和調(diào)控，例如運(yùn)動、年齡、激素、溫度、pH等．體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在機(jī)械負(fù)載下，大鼠Mgf的m

9、RNA在成骨細(xì)胞的表達(dá)顯著增加，周期性應(yīng)力比靜態(tài)應(yīng)力更能刺激細(xì)胞Mgf表達(dá)．Li等提出，在3D環(huán)境下培養(yǎng)骨骼成肌細(xì)胞，周期力會上調(diào)Mgf的表達(dá)．這些發(fā)現(xiàn)有利于借助此方法快速大量刺激MGF的表達(dá)，加速實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程．體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，持續(xù)訓(xùn)練會刺激肌肉組織MGFmRNA表達(dá)增加，除此還可能與訓(xùn)練造成肌肉損傷有關(guān)．此前的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，肌肉受損會刺激大鼠體內(nèi)Mgf表達(dá)，隨后Kravchenko等證實(shí)，損傷的肌肉會釋放某些蛋白質(zhì)刺激成肌細(xì)胞表達(dá)Mgf．最近的研究顯示，有3種肌纖維蛋白(肌間蛋白，肌球蛋白結(jié)合蛋白c，肌聯(lián)蛋白)刺激鼠成肌細(xì)胞和肌管表達(dá)Mgf．在研究老齡兔時發(fā)現(xiàn)，Mgf的上調(diào)表達(dá)量較低，這一現(xiàn)象在人的

10、肌肉研究中也被證實(shí)，說明MGF的表達(dá)水平有年齡差異．除上述因素，生長激素(growth　hormone，GH)也能刺激Mgf表達(dá)．在C2C12鼠肌肉細(xì)胞系中給予GH刺激1h，MgfmRNA表達(dá)增加，并且早于Igf-1Ea的表達(dá)．vanDijk-Ottens等認(rèn)為，甲狀腺激素能誘導(dǎo)新生大鼠心肌Mgf的表達(dá)，但其表達(dá)依賴心跳的刺激，給予KCL時，心肌收縮被抑制，Mgf的上調(diào)被阻止．此外，第二信使(如cAMP)也被證明對MGF在人和鼠成肌細(xì)胞的表達(dá)有調(diào)節(jié)作用，給予腺苷酸環(huán)化酶激活劑激活cAMP，可促進(jìn)人和鼠成肌細(xì)胞MGF合成顯著增加．培養(yǎng)鼠成肌細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)，高溫和酸度的變化也會促進(jìn)Mgf的合成，在40

11、℃、pH6.3時，Mgf的表達(dá)達(dá)到高峰．3MGF作用的機(jī)制在細(xì)胞/組織中，MGF對力刺激非常敏感，能響應(yīng)力刺激而表達(dá)．學(xué)界普遍認(rèn)為，機(jī)械加載刺激MGF表達(dá)是通過調(diào)節(jié)基因的剪接方式，但其力學(xué)信號誘導(dǎo)MGF表達(dá)的具體機(jī)制尚不清楚．雖然MGF是IGF-1的剪接變異體，但MGF的作用機(jī)制與IGF-1并不一致．實(shí)驗(yàn)證明，MGF作用不依靠IGF-1受體．當(dāng)阻斷IGF-1受體時，MGF對細(xì)胞組織的作用沒有明顯減弱．2008年，Spangenburg等利用IGF-1受體缺失的轉(zhuǎn)基因小鼠證明，IGF-1受體介導(dǎo)的信號通路不是誘導(dǎo)骨骼肌肥大所必需的，同時還證實(shí)，IGF-I受體不是給予機(jī)械負(fù)載時激活A(yù)kt/mTOR

12、信號通路的上游元件．上述結(jié)果證明，MGF不依靠經(jīng)典的IGF-1受體發(fā)揮作用．早期研究顯示，Raf-MEK-Erk與細(xì)胞的生長和增殖有關(guān)．近期研究證實(shí)，MGF發(fā)揮作用是依靠激活Erk通路來實(shí)現(xiàn)的．Philippou等發(fā)現(xiàn)，合成的MGFE肽對C2C12細(xì)胞的促增殖作用是靠激活Erk磷酸化實(shí)現(xiàn)的．MGFE肽在H9C2鼠心肌細(xì)胞的作用研究證實(shí)，MGFE肽是依靠激活Erk1/2來發(fā)揮作用．早期體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，β聯(lián)蛋白是肌生成、抑制脂肪形成所必需的，也是成年人骨骼肌生長、再生修復(fù)所需要的，過量運(yùn)動導(dǎo)致肌肉肥大時肌細(xì)胞核中β聯(lián)蛋白的表達(dá)上調(diào)．Milat等對Wnt信號與骨形成的關(guān)系做總結(jié)提出

13、，激活Wnt/β-catenin信號導(dǎo)致骨量的增加，抑制會造成骨量的損失．當(dāng)LRP5缺失時，小鼠出現(xiàn)成骨細(xì)胞增殖能力下降，骨量下降，而LRP5是wnt/β-catenin信號通路中的關(guān)鍵一環(huán)．盡管Mgf能增加β聯(lián)蛋白在核內(nèi)的表達(dá)，引發(fā)其介導(dǎo)的TCF/LEF信號，誘導(dǎo)核定位，增加轉(zhuǎn)錄活性，但Mgf與wnt/β-catenin信號之間具體關(guān)系仍不明確．在研究患有肌萎縮側(cè)索硬化癥的小鼠模型時發(fā)現(xiàn)，Mgf通過增加超氧化物歧化酶來降低自由基的水平，進(jìn)而保護(hù)運(yùn)動神經(jīng)．在SHSY5Y細(xì)胞中，MGFE肽能上調(diào)血紅素加氧酶-1(hemeoxygenase-1HO-1)的表

14、達(dá)，保護(hù)細(xì)胞免受6-羥多巴胺和魚藤酮造成的損傷．近期研究顯示，MGF發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)的作用依賴PKCε和Nrf2．MGFE肽激活PKCε，進(jìn)而導(dǎo)致Nrf2活化并核轉(zhuǎn)位，富含A、U元件(AU-richelement，ARE)的基因活化，上調(diào)HO-1表達(dá)，發(fā)揮保護(hù)細(xì)胞的作用．當(dāng)利用siRNA阻止Nrf2或PKCε的表達(dá)時，會導(dǎo)致MGFE肽誘導(dǎo)HO-1的上調(diào)失敗，MGFE肽保護(hù)SHSY5Y細(xì)胞抵抗6-羥多巴胺引起細(xì)胞死亡的能力降低．但目前MGFE肽激活PKCε的機(jī)制尚不清楚，PKCε是直接激活還是通過其它因子介導(dǎo)Nrf2活化

15、也需要進(jìn)一步研究．4、問題與展望。 　　MGF參與骨骼肌肥大，損傷修復(fù)的過程，在心血管、腦等重要器官也扮演重要角色，能減輕心肌梗塞、腦缺血時引起的組織損傷．動物實(shí)驗(yàn)證明，Mgf比Igf-1在某些功能方面更有潛力．如果未來能將MGF運(yùn)用于臨床，在組織損傷修復(fù)、再生方面一定會有良好的用途．例如對運(yùn)動損傷的患者，治療過程中加強(qiáng)鍛煉有利于康復(fù)，但術(shù)后不宜鍛煉，如果能給予MGF，能加快康復(fù)進(jìn)程．但是MGF的作用機(jī)制仍不清楚，其作用受體，信號通道等仍未找到．如果將MGF用于治療，其致瘤性則是需要關(guān)注的重點(diǎn)．另外，在MGF被用于治療前，還需要研究其生物特性，例如其在體內(nèi)的穩(wěn)定性、半衰期等，只有對

16、MGF研究的更透徹，才能更好的利用它來治療疾?。嘈烹S著研究的深入進(jìn)展，MGF的作用機(jī)制和特性都將被闡明，這對MGF用于臨床具有重大意義． 　　參考文獻(xiàn)( References) 　?。?］ Yang S， Alnaqeeb M， Simpson H， et al． Cloning andcharacterization of an IGF-1 isoform expressed in skeletal musclesubjected to stretch［J］． J Muscle Res Cell Motil，1996，17( 4) : 　　487-495 　?。?］ Flo

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