MGF在组织细胞中的表达、调节及其功能机制的研究综述

　　力生长因子(mechano　growth　factor，MGF)是胰岛素样生长因子1(insulin-like　growth　factor-1，IGF-1)的选择性剪接变异体．Yang等首先发现，IGF-1是由70个氨基酸组成的多肽，它的基因长度大约为90kb，其中包含6个外显子．啮齿动物主要存在2种变异体:Igf-1Ea和Igf-1Eb，在人体内，这些外显子通过选择性剪切形成了IGF-1的3个变异体，命名为IGF-1Ea，IGF-1Eb以及IGF-1Ec，其中IGF-1Eb与啮齿动物命名相同，但剪切方式不同，是人体内特有．MGF由IGF-1基因外显子4、5、6编码，形成了由40个氨基酸组成的E结构域，这也导致其与IGF-1不同的作用及作用方式．IGF-1多肽是唯一的一个促肌肉细胞增殖，诱导成肌细胞向肌管细胞分化的因子．MGF促成肌细胞增殖，但是抑制其分化．目前，MGF的作用比较明确，例如促进成骨细胞和成肌细胞的增殖、迁移、抑制成骨细胞分化和矿化．在组织水平，MGF有神经保护作用、诱导骨骼肌肥大、促进骨骼肌复原和修复．但其作用机制仍不明确．根据目前的研究，上述功能涉及到某些分子和通路，例如:细胞外调节蛋白激酶(Extracel　lularregulated　protein　kinases，Erk)通路、第二信使、Wnt信号等．本文对研究发现的MGF功能及其可能涉及的作用机制进行综述．1、MGF的表达与功能。

　　研究发现，MGF在多种细胞/组织中均有表达，不同的细胞/组织中，MGF的功能各有所不同．在细胞水平，MGF在力效应细胞(mechanocytes)有表达，包括成骨细胞、成肌细胞、成纤维细胞、骨骼肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、心肌细胞等．在组织水平，MGF在骨骼肌、骨骼、跟腱、心血管、脑均有表达．近期研究发现，MGF在人前列腺肿瘤(prostate　cancer，PCa)组织中过表达，在PCa组织和前列腺上皮内瘤中，MGF表达显著高于正常前列腺组织．Armakolas等还证实，给予合成的MGFE肽能促进PCa细胞的生长．MGF在细胞与组织中的作用是多样的(Table1)．体外实验显示，MGF能促进力效应细胞的增殖和迁移．机械负载能诱导大鼠成骨细胞和成肌细胞中Mgf表达增加，进而促进细胞的增殖．近期研究显示，MGF对成骨细胞前体MC3T3-E1的分化表现出不同程度的延迟作用，但实验同时显示了MGF的双重效应，在细胞分化早期MGF抑制成骨细胞分化，而晚期MGF则促分化．这种双重作用可能与MGF不仅含有E肽，还含有IGF-1的成分有关．所以抑制分化的作用与E肽激活Erk通路的效应相关，而晚期促细胞分化的作用是IGF-1激活Akt通路的效应，但MGF对细胞分化前后效应差别的具体原因仍需进一步研究．Chen等还发现，MGFE肽抑制成骨细胞矿化．在成肌细胞中，MGF对其的作用与对成骨细胞的作用一致．Qin等发现，MGF促增殖和抑制分化是通过下调关键肌源性转录因子来实现的，但当MGF浓度过高时则出现抑制增殖的作用，机制仍不明确．此外，研究还发现，合成的MGFE肽能提高生肌前体细胞(myogenicprecursorcells，MPCs)的移植成功率，培养MPCs时，给予MGFE肽能促进MPCs的迁移．大鼠体内实验表明，Mgf对骨骼肌表现为促骨骼肌肥大，修复损伤肌肉．相比Igf-1Ea，Mgf有更强的诱导骨骼肌肥大的作用．在动物实验中，肌肉注射MgfcDNA，3周内肌肉质量和肌肉横截面面积分别增加20%和25%，而前期报告显示，注射Igf-1EacDNA4个月使肌肉质量只增加了15%．通常，肌肉细胞数量主要靠骨骼肌卫星细胞(即骨骼肌干细胞)来维持，卫星细胞最先由Mauro发现并做出描述．随后的研究显示，它位于基底膜和骨骼肌纤维的肌膜之间，平时处于静止状态．当肌肉组织损伤后，它会迅速活化进行增殖和组织修复．Hill等研究证实，MGF直接参与卫星细胞的激活．另有研究发现，MGF-E肽能显著增加骨骼肌祖细胞的数量，抑制其肌源性分化，表明MGF-E肽能影响骨骼肌祖细胞活化增殖，修复损伤的肌肉．动物实验显示，Igf-1对神经元的维护和生长发育具有重要作用．Wang等和Liu等报道，将外源性Igf-1用于大鼠体内能减轻缺血引起的大脑损害．Mgf作为Igf-1的变异体也有类似的功能．Aperghis等证实，Mgf在大鼠面神经损伤后能发挥保护神经元的作用，其效果优于Igf-1Ea的作用．研究还发现，Mgf对小鼠大脑缺血性损伤也有强烈的保护作用，内源性Mgf能有效阻止氧化应激、NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)诱导的兴奋性中毒，以及自由基损伤引起的海马神经元退化．如对患有肌萎缩侧索硬化症的小鼠模型给予Mgf治疗，发现治疗能提高小鼠后肢力量，并增加小鼠运动神经元的存活．另外，在帕金森症模型中发现，MGF-E肽能保护多巴胺(dopamine，DA)神经元，这为治疗帕金森症等慢性神经性疾病提供了新的途径.

　　在心血管研究中发现，用重组的MGF治疗心肌梗塞能减少永久性缺血区域，增加存活区域，提高心肌收缩性，效果也优于IGF-1的治疗．在急性或慢性心肌梗死时，用微型渗透压泵给予MGFE肽能保持心肌收缩性，阻止心肌细胞病理性肥大和坏死，提高心肌功能．给心肌受损的羊用MgfE肽治疗后发现，MgfE肽阻止了心肌梗死区的扩展，上述结果可能与MGFE肽减少半胱氨酸蛋白酶-3介导的细胞凋亡有关．2影响MGF表达的因素MGF作为力刺激因子，表达不仅受机械负载的影响，还受其它多种因素的影响和调控，例如运动、年龄、激素、温度、pH等．体外实验证实，在机械负载下，大鼠Mgf的mRNA在成骨细胞的表达显著增加，周期性应力比静态应力更能刺激细胞Mgf表达．Li等提出，在3D环境下培养骨骼成肌细胞，周期力会上调Mgf的表达．这些发现有利于借助此方法快速大量刺激MGF的表达，加速实验的进程．体内实验发现，持续训练会刺激肌肉组织MGFmRNA表达增加，除此还可能与训练造成肌肉损伤有关．此前的实验证实，肌肉受损会刺激大鼠体内Mgf表达，随后Kravchenko等证实，损伤的肌肉会释放某些蛋白质刺激成肌细胞表达Mgf．最近的研究显示，有3种肌纤维蛋白(肌间蛋白，肌球蛋白结合蛋白c，肌联蛋白)刺激鼠成肌细胞和肌管表达Mgf．在研究老龄兔时发现，Mgf的上调表达量较低，这一现象在人的肌肉研究中也被证实，说明MGF的表达水平有年龄差异．除上述因素，生长激素(growth　hormone，GH)也能刺激Mgf表达．在C2C12鼠肌肉细胞系中给予GH刺激1h，MgfmRNA表达增加，并且早于Igf-1Ea的表达．vanDijk-Ottens等认为，甲状腺激素能诱导新生大鼠心肌Mgf的表达，但其表达依赖心跳的刺激，给予KCL时，心肌收缩被抑制，Mgf的上调被阻止．此外，第二信使(如cAMP)也被证明对MGF在人和鼠成肌细胞的表达有调节作用，给予腺苷酸环化酶激活剂激活cAMP，可促进人和鼠成肌细胞MGF合成显著增加．培养鼠成肌细胞时发现，高温和酸度的变化也会促进Mgf的合成，在40℃、pH6.3时，Mgf的表达达到高峰．3MGF作用的机制在细胞/组织中，MGF对力刺激非常敏感，能响应力刺激而表达．学界普遍认为，机械加载刺激MGF表达是通过调节基因的剪接方式，但其力学信号诱导MGF表达的具体机制尚不清楚．虽然MGF是IGF-1的剪接变异体，但MGF的作用机制与IGF-1并不一致．实验证明，MGF作用不依靠IGF-1受体．当阻断IGF-1受体时，MGF对细胞组织的作用没有明显减弱．2008年，Spangenburg等利用IGF-1受体缺失的转基因小鼠证明，IGF-1受体介导的信号通路不是诱导骨骼肌肥大所必需的，同时还证实，IGF-I受体不是给予机械负载时激活Akt/mTOR信号通路的上游元件．上述结果证明，MGF不依靠经典的IGF-1受体发挥作用．早期研究显示，Raf-MEK-Erk与细胞的生长和增殖有关．近期研究证实，MGF发挥作用是依靠激活Erk通路来实现的．Philippou等发现，合成的MGFE肽对C2C12细胞的促增殖作用是靠激活Erk磷酸化实现的．MGFE肽在H9C2鼠心肌细胞的作用研究证实，MGFE肽是依靠激活Erk1/2来发挥作用．早期体外实验证实，β联蛋白是肌生成、抑制脂肪形成所必需的，也是成年人骨骼肌生长、再生修复所需要的，过量运动导致肌肉肥大时肌细胞核中β联蛋白的表达上调．Milat等对Wnt信号与骨形成的关系做总结提出，激活Wnt/β-catenin信号导致骨量的增加，抑制会造成骨量的损失．当LRP5缺失时，小鼠出现成骨细胞增殖能力下降，骨量下降，而LRP5是wnt/β-catenin信号通路中的关键一环．尽管Mgf能增加β联蛋白在核内的表达，引发其介导的TCF/LEF信号，诱导核定位，增加转录活性，但Mgf与wnt/β-catenin信号之间具体关系仍不明确．在研究患有肌萎缩侧索硬化症的小鼠模型时发现，Mgf通过增加超氧化物歧化酶来降低自由基的水平，进而保护运动神经．在SHSY5Y细胞中，MGFE肽能上调血红素加氧酶-1(hemeoxygenase-1HO-1)的表达，保护细胞免受6-羟多巴胺和鱼藤酮造成的损伤．近期研究显示，MGF发挥神经保护的作用依赖PKCε和Nrf2．MGFE肽激活PKCε，进而导致Nrf2活化并核转位，富含A、U元件(AU-richelement，ARE)的基因活化，上调HO-1表达，发挥保护细胞的作用．当利用siRNA阻止Nrf2或PKCε的表达时，会导致MGFE肽诱导HO-1的上调失败，MGFE肽保护SHSY5Y细胞抵抗6-羟多巴胺引起细胞死亡的能力降低．但目前MGFE肽激活PKCε的机制尚不清楚，PKCε是直接激活还是通过其它因子介导Nrf2活化也需要进一步研究．4、问题与展望。

　　MGF参与骨骼肌肥大，损伤修复的过程，在心血管、脑等重要器官也扮演重要角色，能减轻心肌梗塞、脑缺血时引起的组织损伤．动物实验证明，Mgf比Igf-1在某些功能方面更有潜力．如果未来能将MGF运用于临床，在组织损伤修复、再生方面一定会有良好的用途．例如对运动损伤的患者，治疗过程中加强锻炼有利于康复，但术后不宜锻炼，如果能给予MGF，能加快康复进程．但是MGF的作用机制仍不清楚，其作用受体，信号通道等仍未找到．如果将MGF用于治疗，其致瘤性则是需要关注的重点．另外，在MGF被用于治疗前，还需要研究其生物特性，例如其在体内的稳定性、半衰期等，只有对MGF研究的更透彻，才能更好的利用它来治疗疾病．相信随着研究的深入进展，MGF的作用机制和特性都将被阐明，这对MGF用于临床具有重大意义．

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