肝素結合樣表皮生長因子在機體各組織器官損傷中的修復作用研究進展

曾文，蒙臣，王雪，王軼銘，李清，王賢裕

湖北醫藥學院附屬醫院(十堰市太和醫院)，湖北十堰442000

肝素結合樣表皮生長因子(HB-EGF)是表皮生長因子(EGF)家族中的一員，是一種高效的有絲分裂原和趨化蛋白。HB-EGF最先是通過肝素親和層析法從巨噬細胞的條件培養基中分離出來的。除HB-EGF之外，EGF家族還包括6名成員：EGF、轉化生長因子-α、細胞調節素、雙調蛋白、上皮調節蛋白以及神經調節蛋白。機體生理狀態下，HB-EGF在多種組織和器官中均有表達。HB-EGF可通過與表皮生長因子受體(Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR)結合后調控細胞增殖、遷移、黏附和分化等多種效應。HB-EGF在人體組織和器官中廣泛表達，在肺、心臟、骨骼肌和大腦組織中表達水平較高。機體首先合成HB-EGF前體蛋白(pro HB-EGF)，pro HB-EGF可在細胞表面近膜結構域內被基質金屬蛋白酶(Matrix Metalloproteinase，MMP)或整合素蛋白酶(A Disintegrin And Metalloproteinase，ADAM)裂解，最終釋放可溶性成熟HB-EGF[1]。

HB-EGF包含一個EGF樣結構域以及一個肝素結合結構域，允許與細胞表面的肝素和硫酸乙酰肝素相互作用，從而發揮各種生物學作用。HB-EGF參與胚泡著床、心肺正常發育、動脈粥樣硬化、腫瘤生長等一系列生理病理過程。當組織損傷時，HB-EGF表達會隨著不同形式的損傷刺激而升高，可直接結合并激活EGFR和酪氨酸激酶受體4(ErBb4)，還可通過異二聚體作用激活酪氨酸激酶受體2(ErBb2)和酪氨酸激酶受體3(ErBb3)，促進皮膚傷口的愈合、缺血性損傷后神經再生、肺切除后肺泡再生、腸吻合術后腸組織增殖、肝葉部分切除后肝細胞增殖，并保護許多類型的缺血再灌注損傷?，F將HB-EGF在皮膚、眼、腦、腸道、肝及其他組織器官損傷中的作用相關研究進行綜述，旨在為臨床組織器官的損傷修復治療提供借鑒。

1 HB-EGF在皮膚損傷中的修復作用

皮膚由表皮、真皮和皮下組織構成。當損傷發生時，表皮的角質形成細胞產生和分泌HB-EGF，促進皮膚創面愈合。在燒傷患兒的燒傷創面液體中可檢測到高表達HB-EGF[2]。HB-EGF主要表達于未燒傷皮膚的表皮基底層，可重新分布于燒傷皮膚的創面邊緣、毛囊和汗腺處，促進燒傷皮膚的修復和再生。在小鼠燒傷創面形成后不久就在真皮附屬物和創面邊緣的全層皮膚中檢測到HB-EGF表達[3]。有研究[4]提出，HB-EGF可有效地促進角質形成細胞的增殖和遷移，而當小鼠角質形成細胞特異性缺失HB-EGF時，皮膚創面愈合速度減慢，但創面邊緣的細胞增殖無明顯差異。在組織創傷愈合過程中HB-EGF主要通過刺激角質細胞遷移而非增殖促進皮膚傷口愈合[5]。

將HB-EGF重組蛋白直接應用創面，因其活性短、降解速度快，促進皮膚損傷修復效果不明顯，因此如何提高HB-EGF的生物利用率或優化其向損傷組織傳送，達到HB-EGF修復作用最大化，成為近年來的研究熱點。將HB-EGF以與透明質酸水凝膠結合的形式遞送至創口，可顯著提高HB-EGF促進創面愈合的有效性[6]；通過以肝素為基礎的載體緩慢遞送HB-EGF，也可增強糖尿病創傷模型再生上皮化、創面基質重建、促進創口收縮以及血管重建[7]；使用維甲酸誘導角質細胞高表達HB-EGF，可有效促進基底細胞增殖[8]；或共同補充配體和受體，增加HB-EGF生物利用度，例如在豬模型中，將含有ErbB3受體基因的腺病毒轉染到豬創傷模型中，聯合應用HB-EGF，可顯著改善表皮再生、基底細胞增殖、肉芽組織和新生血管形成[9]。

2 HB-EGF在眼損傷中的修復作用

角膜上皮創面愈合是維持角膜內環境穩定的重要過程，創面愈合受損會增加角膜感染的風險，嚴重時可導致視力下降。在細胞實驗[3]中，已證實HB-EGF可刺激人角膜上皮細胞(Corneal Epithelial Cell，CEC)增殖與遷移。在小鼠角膜上皮損傷模型中，特異性敲除HB-EGF小鼠的角膜上皮損傷愈合延遲，從特異性敲除HB-EGF小鼠中分離的CEC在體外實驗中使用HB-EGF處理后其損傷創面閉合和細胞黏附均有改善[10]。EGFR信號通路的激活是角膜上皮傷口愈合過程中的關鍵事件，會顯著影響損傷處細胞的增殖與遷移， HB-EGF的表達減少則會抑制EGFR的激活，延遲角膜上皮細胞創面愈合[11]。因此，HB-EGF的表達以及EGFR信號通路的激活是CEC創面愈合的關鍵因素。

與EGF相比，HB-EGF具有在細胞表面與肝素和硫酸乙酰肝素結合的能力，可以限制其擴散，使局部HB-EGF濃度增加，因此，在治療CEC創面時具有更高的生物利用率和更長的EGFR活化時間[12]，可更好的促進細胞遷移、細胞增殖和組織重塑，提高了角膜傷口愈合率，而這種效應可被HB-EGF中和抗體抑制。這說明了HB-EGF在角膜上皮損傷愈合過程中發揮著重要作用，為角膜上皮創面愈合早期進行有效的臨床治療提供可能，盡可能減少角膜感染風險，防止不良預后。

視網膜是眼部重要的視覺器官。有研究表明[13]，在視網膜受損時，HB-EGF可刺激視網膜中Müller神經膠質細胞去分化和增殖，從而促進視網膜再生。在視網膜缺血再灌注模型中，HB-EGF通過抑制視網膜神經膠質細胞腫脹，減少視網膜水腫發展，促進視網膜缺血再灌注的恢復[14]。另外，HB-EGF不僅可以通過EGFR信號通路，還可以通過刺激Müller膠質細胞去分化和抗氧化應激，防止光誘導的視感光細胞變性，減輕視網膜損傷[15]。以上結果表明HB-EGF是視網膜損傷和變性過程中的保護機制之一。

有研究表明HB-EGF也參與了增生性玻璃體視網膜病變，這被認為是視網膜傷口愈合過程中HB-EGF調控不佳引起Müller膠質細胞過度增生，從而導致神經膠質瘢痕形成。眼部新生血管形成可導致不可逆性失明，在增生性糖尿病性視網膜病變、新生血管性青光眼、光誘導的視網膜損傷中均可發現HB-EGF表達上調[16]，這些結果表明HB-EGF可能參與某些視網膜疾病，在眼新生血管形成中起著重要作用。但尚不能確定HB-EGF上調是保護性表達還是視網膜損傷后出現的病理性表達。

3 HB-EGF在腦損傷中的修復作用

HB-EGF是一種由缺氧誘導的神經保護蛋白，它還能刺激神經元前體細胞的增殖，在中樞神經系統中的含量高于EGF家族的其他成員，尤其富集于海馬、大腦皮層以及小腦。條件敲除腹側前腦中的HB-EGF，將導致海馬區記憶形成受損，運動和神經傳導受損，以及行為異常，證明了HB-EGF有重要的神經營養功能[17]。另外HB-EGF可增加缺血再灌注損傷后神經細胞的再生，與EGF相比，大腦中動脈結扎所致的缺血再灌注后大腦皮層中HB-EGF的mRNA表達明顯增加，而條件性敲除HB-EGF將導致更大面積的梗塞，皮層活性氧含量以及細胞凋亡增加[18]。雖然這些具體作用機制目前尚未可知，但可認為HB-EGF的神經營養特性對腦血管缺血事件后患者的康復具有促進作用。

4 HB-EGF對肺損傷中的修復作用

HB-EGF能夠促進肺損傷修復。首先，HB-EGF是Ⅱ型肺泡上皮細胞的有絲分裂原，在肺損傷后促進Ⅱ型肺泡上皮細胞增殖并分化為Ⅰ型肺泡上皮細胞，從而為肺泡結構重建提供基礎。其次，慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease , COPD)等肺損傷可釋放炎癥因子誘導氣道上皮細胞分泌HB-EGF，激活EGFR信號通路，減輕肺部炎癥和損傷，促進細胞增殖和抑制細胞凋亡，防止肺功能下降[19]。已有研究[20]證明,HB-EGF通過影響細胞遷移以及細胞間黏附促進損傷修復，當小鼠一側肺組織被切除后，健側肺中HB-EGF表達增加，促進肺組織代償性增生并使肺組織結構重建[21]。同時，應用HB-EGF可減緩腸缺血/再灌注損傷(Ischemia-Reperfusion Injury,I/R)模型以及燒傷模型所導致的肺損傷[22]。因此可認為HB-EGF是促進肺損傷修復以及維持肺內環境穩定的多種保護機制之一。

然而這與Woodruff等[23]的研究結果相反，他們認為HB-EGF/EGFR通路參與了肺纖維化的發生，HB-EGF表達失調和/或EGFR持續活化可能導致氣道上皮的異常修復，從而通過促進氣道纖維化推動COPD的發展。導致這種相互矛盾的結果的機制目前尚未可知，這里我們認為是人類疾病成因復雜常伴隨其他疾病，例如臨床很多肺切除患者都是患有肺癌，這是COPD患者的一種主要的合并癥，而HB-EGF的表達以及EGFR通路活化通常會受到腫瘤生長和轉移的影響[24]，我們推測這就是導致在人類COPD患者中HB-EGF過度表達的原因。

5 HB-EGF對腸道損傷中的修復作用

HB-EGF是胃腸上皮自分泌的一種生長因子，根據氧化因素或滲透壓的變化而改變，參與胃腸道上皮日常增殖及更新。而在胃腸道受損時，相關研究證明給予外源性HB-EGF可以保護胃腸道免受各種形式的組織學損傷，包括壞死性小腸結腸炎(NEC)、腸缺血再灌注損傷(I/R)、失血性休克與復蘇(HS/R)等，同時研究者發現HB-EGF在酸性環境中穩定，通過胃腸道給藥是可行的并可有效提高其在胃腸道中的生物利用率[25]。另外，在小鼠胃腸道吻合模型中，給予HB-EGF處理后胃腸道吻合口強度增強，吻合口周圍血管生成，從而改善和促進胃腸吻合口愈合[26]。特異性敲除HB-EGF小鼠對NEC的易感性增加，這也說明了HB-EGF在保護胃腸道屏障方面的重要性[27]。

以上結果提示我們HB-EGF對胃腸道具有重要的保護作用，有望作為用于胃腸道損傷的治療中。這種療法通過多種機制實現，包括抑制腸上皮細胞凋亡、減少炎癥因子浸潤、促進腸細胞間黏附、促進腸細胞遷移與增殖[28]等。HB-EGF可促進間充質干細胞的增殖和遷移，在腸I/R后同時給予HB-EGF和間充質干細胞治療，可減少移植過程中間充質干細胞的凋亡，并使間充質干細胞首先植入到受損腸壁中[29]，因此聯合使用HB-EGF和間充質干細胞也為腸損傷提供了一種新的療法。

6 HB-EGF對肝損傷中的修復作用

HB-EGF是肝細胞的有絲分裂原，與肝細胞生長因子(Hepatocyte growth factor，HGF)有類似的肝細胞營養作用，HB-EGF與HGF在促進肝細胞增殖方面具有協同作用，在部分肝切除后與HGF共同表達增加。在轉基因小鼠模型中進一步證實了HB-EGF對肝臟的營養作用，表達肝特異性pro HB-EGF的轉基因小鼠在肝葉部分切除后肝臟再生能力增強，此外在再生肝臟中也觀察到HB-EGF表達增加、肝細胞增殖等現象[30]。然而與局限的肝葉部分切除(切除1/3)相比，HB-EGF在廣泛的肝葉部分切除(切除2/3)后有更明顯的上調現象，這似乎與驅動靜止期肝細胞進入細胞周期有密切關系，為HB-EGF的肝營養作用提供了另一種機制[31]。

除了在肝葉部分切除后肝再生中的作用，HB-EGF在其他形式肝損傷中對肝臟的保護作用。膽汁淤積會導致嚴重的肝損傷，在膽管結扎所致的膽汁淤積模型中，給予HB-EGF處理可使肝臟轉氨酶降低，而條件性敲除HB-EGF可導致更嚴重的肝纖維化[32]。當使用HGF和HB-EGF聯合治療時，主要通過發揮細胞保護作用和抗纖維化作用抑制膽管結扎誘導的膽汁淤積性肝損傷。以上研究結果為HB-EGF作為肝細胞保護劑提供了進一步的證據，并有望在臨床應用于肝葉部分切除術后促進肝葉再生治療。

7 HB-EGF在其他組織器官損傷中的修復作用

目前，關于HB-EGF在心、腎、尿道、鼓膜等其他組織器官中的作用機制相關研究較少，但HB-EGF在其受到損傷后的修復作用已得到初步證實。HB-EGF在正常心臟功能和正常心臟瓣膜形成中具有關鍵作用，當心肌處于低氧環境時HB-EGF有利于損傷心肌細胞的增殖[33]，然而同時HB-EGF具有促進心肌細胞、成纖維細胞增生、膠原纖維表達增多等生物學效應，在心臟受到缺氧等損傷刺激后的心肌重構過程中發揮重要作用。局部HB-EGF過表達可導致心肌梗死后心肌重構加劇，造成不良預后。這一結果不排除使用HB-EGF治療心肌缺氧患者具有臨床益處的可能性。在腎部分梗死模型中，梗死灶附近的腎小管上皮細胞中發現了HB-EGF的表達上調，在調節梗死灶附近肌成纖維細胞的分化和促進周圍組織的重塑過程中發揮作用。同樣的，在腎I/R后HB-EGF也參與了早期腎上皮細胞的修復、增殖和再生，促進腎I/R后損傷恢復[34]，在損傷尿路上皮修復再生過程中，HB-EGF通過EGFR信號通路發揮關鍵作用；在探究慢性鼓膜穿孔治愈手段過程中發現，HB-EGF可誘導小鼠鼓膜角質形成細胞遷移，從而封閉鼓膜穿孔使鼓膜創口達到組織學愈合[35]，這種治療方法為非手術修復鼓膜穿孔提供了新思路。

綜上所述，HB-EGF可用于皮膚、腦、肺、腸、肝等重要器官損傷的治療，在組織器官的細胞修復、增殖和再生中發揮重要作用。HB-EGF的表達是由多種形式的機械或化學損傷引起的，通過產生抗凋亡、促進增殖遷移和血管生成等效應，使HB-EGF在全身組織修復和再生中發揮著關鍵作用。但目前仍需要進一步的研究以建立這些療法的相關臨床選擇，充分發揮HB-EGF在各組織器官損傷中的修復作用，使HB-EGF在臨床得到更好的應用，造福于受眾群體。我們將持續關注并探究HB-EGF在機體各組織器官損傷中的修復作用。