角質細胞生長因子2及其在皮膚科中的應用

角質細胞生長因子-2(keratinocyte growth factor-2，KGF-2)是成纖維細胞生長因子家族的一員，其生物學功能研究結果顯示:KGF-2 在體外不僅能夠促進角質細胞的生長和增殖，而且對其凋亡具有抑制作用，還對細胞的移行具有影響。動物模型研究表明，KGF-2在促進皮膚創口愈合，預防放療引起的粘膜炎，以及治療潰瘍和腸炎等方面都有顯著療效[1-2]，這些提示該蛋白質可以作為生物美容的新成員，將其應用于美容化妝品行業中，將是一種新的嘗試。

1KGF-2 的發現、結構、來源及生物學特性

人KGF-2 cDNA由Emoto等[3]于1997年首次從人的肺中克隆，是成纖維細胞生長因子(FGFs)家族中的一員，因與角質細胞生長因子(KGF，又稱FGF-7) 在結構上有54%的序列同源性以及來源、性質和作用方式上的相似性，故又被稱為KGF-2。KGF-2基因位于染色體的5p12-p13區域，其編碼的蛋白質與小鼠KGF-2的同源性高達95.6%，是由208個氨基酸組成的單體，其N端是由39個疏水氨基酸組成的信號肽序列，成熟蛋白含169個氨基酸(40～208aa)，理論相對分子質量為19.3×103[4]。KGF-2主要是由成纖維細胞及其他間充質來源的細胞分泌，如成纖維細胞、損傷修復中的肉芽組織以及上皮組織周圍的γδT 細胞均可分泌KGF-2。此外，上皮組織的損傷還可上調KGF-2的表達。成纖維細胞生長因子的受體包括四種類型，即FGFR1～FGFR4。KGF-2可以高親和力特異結合于FGFR2的剪切變異體FGFR2-Ⅲb，尚可以較低親和力結合于FGFR1剪切變異體FGFR1-Ⅲb。這兩種受體都特異性地表達于上皮細胞表面，同為跨膜蛋白質，主要由3個部分組成，即胞外段、跨膜區和胞內段。胞外段為配體結合區，包括2或3個免疫球蛋白樣功能區。KGF-2與這兩種酪氨酸激酶型受體結合后，通過激活特定的信號通路以間充質-上皮相互作用的方式發揮其生理功能。KGF-2對所有內胚層及外胚層上皮特異性作用的發揮還依賴于其與肝素及硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG) 的親和力。KGF-2 通過作用于硫酸乙酰肝素(HS)鏈的特異部位，選擇性形成FGFR-KGF-2-HS復合體調節自身在作用部位的濃度和信號傳遞，KGF-2通過HSPG 的介導，特異性地作用于上皮細胞。KGF-2充當上皮-間質相互作用的重要信號， 因而是多種器官發育各個階段所必需的形態發生因子，如肺-支氣管、胰腺、皮膚、腎臟、前列腺、四肢等，并對多種組織器官內胚層上皮和外胚層上皮的損傷修復過程起決定性作用[5]。

2 KGF-2 與受體

KGF-2 有兩種細胞膜表面受體:FGFR1Ⅲb和FGFR2Ⅲb。KGF-2與FGFR2Ⅲb的親和力很高，而與FGFR1Ⅲb的親和力很低，只有在高濃度KGF-2存在時才與FGFR1Ⅲb結合。FGFR1Ⅲb在許多類型的細胞中都表達，但對其介導的KGF-2的生物學作用仍不清楚。FGFR2Ⅲb僅在上皮細胞中表達，是KGF-2的主要受體，KGF-2的眾多重要的生物學功能主要是通過FGFR2Ⅲb介導的信號轉導途徑完成。FGFR2 Ⅲb基因敲除鼠表現出KGF-2基因敲除鼠類似的發育缺陷和特征[6]。KGF-2與受體結合后， 促使受體胞內的C端酪氨酸殘基磷酸化，磷酸化的受體具有了酪氨酸蛋白激酶活性，并與一系列靶蛋白發生作用， 引發信號級聯反應， 發揮生物學功能。Brian等[7]獲得了人KGF-2與其受體FGFR2Ⅲb復合物的晶體結構。對KGF2-FGFR2Ⅲb結構模型的分析表明KGF-2與受體在D3的選擇性剪接區的作用界面上形成了大量特定的相互作用，表明這一作用界面對KGF-2與FGFR2Ⅲb親和力和結合特異性起到了決定性作用。同時，KGF2-FGFR2Ⅲb 結構模型也揭示了KGF-2與FGFR2Ⅲb之間眾多的特異相互作用，以及參與這些相互作用的氨基酸殘基。

3KGF-2 在正常組織中的生理功能

KGFs亞家族目前有兩個成員，即KGF-1(即FGF-7)和KGF-2 (即FGF-10)，它們功能極為相似。KGF-2具有促進上皮細胞生長和增殖的特異性作用，具有很多重要的生物學功能。在個體發育過程中，KGF-2參與并調控多種組織和器官的形成和分化[8]。

3.1 KGF-2在組織、器官中的研究:Kinoshita等在正常鼠粘膜結締組織中檢測到KGF mRNA的表達，KGF-2受體僅在胃粘膜深層上皮中表達。李紅等[9]從體外受精-胚胎取卵的卵泡液中分離出顆粒細胞體外培養，在KGF-2誘導下顯示人卵泡顆粒細胞內的Ca2+和DNA呈顯著增加。表明促進了顆粒細胞的生長，參與了調控卵泡的發育。

3.2 KGF-2促進神經細胞生長、血管形成:馬雁冰等從人胚肺二倍體細胞KMB17中抽提總RNA，經逆轉錄聚合酶鏈反應擴增獲得編碼人KGF-2的cDNA，克隆于硫氧環蛋白表達載體pTHioHisA ，獲得了95%純度的具有生物活性的重組人KGF-2。它能夠促進成纖維細胞NIH/3T3增殖，誘導雞胚背根神經節軸突的生長，促進雞胚尿囊膜血管生成。KGF-2通過旁分泌刺激上皮細胞增殖、加快血管形成和纖維組織的生長以支持上皮細胞的生長，并給上皮提供豐富的營養物質，是維持正常組織結構的重要機制。

4KGF-2促進創面愈合功能

KGF-2不僅在維持正常組織結構中發揮重要作用，而且還參與組織損傷的修復。KGF-2可促進上皮細胞增殖與分化，維持細胞骨架穩定，加快上皮細胞和肉芽組織的形成，加速皮膚創面的愈合。在皮膚創傷早期，FGFs家族的FGF-1(aFGF)、FGF-2 (bFGF)、FGF-5、FGF-7(KGF-1)和KGF-2(FGF-10)等的表達均明顯上調，提示它們可能參與了皮膚創傷愈合的過程。KGF-2作為一個旁分泌生長因子對上皮的修復、再生起著重要的作用。

4.1 KGF-2對皮膚切割傷、燒傷愈合作用:重組人角質細胞生長因子2 ( recombinant human keratinocyte growth factor -2 ，rhKGF-2) 是KGF-2基因的全序列克隆到大腸桿菌載體pET30a(+)表達的基因工程產物。有文獻報道，rhKGF-2對實驗動物燒(燙)傷和皮膚切割傷的愈合有效[10]。繆云萍等[11]觀察rhKGF-2涂膜劑能明顯加快家兔皮膚深Ⅱ°燙傷和皮膚全層切除后創面周圍上皮細胞的增生與遷移，愈合過程明顯縮短。王根虎等[12]研究rhKGF-2涂膜劑對大鼠皮膚深Ⅱ°燙傷和全層切除后的皮膚損傷的愈合有明顯的促進作用，使新生上皮移行距離和新生上皮厚度明顯增加。Jimenez 等應用rhKGF-2對小鼠背部皮膚切割傷口進行治療，發現損傷口處表皮變厚，傷口愈合速度明顯加快、抗張強度明顯增強。提示此類生物制劑可用于治療燒(燙)傷的患者，促進患者大面積身體表皮損傷的修復和加速移植手術后的傷口愈合。Smith等觀察了rhKGF-2對皮膚移植后裸鼠的皮膚愈合作用，結果顯示rhKGF-2對移植皮膚的愈合作用顯著。KGF-2 在體外對成纖維細胞生長無刺激作用，但在體內能促進成纖維細胞生長和肉芽組織形成，可能是通過刺激另外某些生長因子如血小板衍生生長因子AB、轉化細胞生長因子a 等分泌間接作用于成纖維細胞、血管內皮細胞等途徑實現的[27]。

4.2 KGF-2對皮膚、粘膜的潰瘍、放化療損傷的修復作用:Xia 等比較了rhKGF-2 ，KGF-1和轉化細胞生長因子β對局部缺血損傷的兔耳真皮潰瘍的治療作用顯示，rhKGF-2 能促進動物表皮細胞生長，促進上皮及肉芽組織的形成，而KGF-1則無此功效。Miceli 等采用rhKGF-2 皮下注射給藥治療硫酸葡聚糖鈉鹽誘導的小鼠腸潰瘍，結果顯示rhKGF-2 使受損的腸道上皮細胞完全恢復正常，表明它對炎性腸病和Crohn 病有治療作用。KGF-2受體也存在于口腔、呼吸道、胃腸道粘膜上皮細胞，刺激上皮細胞的增殖和分化，促進DNA合成修復，對射線所致的口腔潰瘍、呼吸道粘膜炎，對放化療過程中引發的胃腸道粘膜損傷具有保護效應及明顯的治療作用[13]。王小華等應用KGF防護腸道輻射損傷探討作用與機制，結果表明，KGF具有促進上皮細胞增殖作用，其輻射防護作用表現為降低細胞輻射敏感性，抑制輻射誘導的細胞凋亡可能是其作用機制之一。Frank 等觀察到KGF可上調細胞內谷胱甘肽過氧化酶的表達，此酶在氧應激反應中清除細胞內氧自由基過程中起重要作用，因而認為KGF可增強細胞抵抗氧自由基損傷的機制。

4.3 KGF-2可抑制瘢痕組織的形成:Xia等采用rhKGF-2對局部缺血損傷的兔耳真皮潰瘍治療，幾乎不產生瘢痕。該研究認為KGF-2能促進角質形成細胞的增殖，刺激傷口周圍上皮細胞的再生、分化和遷移，但對成纖維細胞和內皮細胞則無直接作用，因此可以減輕傷口愈合過程中的瘢痕組織形成。霍黌琦等[14]運用3T3 BALB/c細胞和Wister大鼠CCl4 肝纖維化模型對rhKGF在體內外的生物活性測定顯示rhKGF-2明顯抑制成纖維細胞的生長，減少纖維組織增生。

5KGF-2在美容化妝品中的應用及其前景

KGF-2不僅具有促進皮膚創口愈合，預防放療引起的粘膜炎，以及治療潰瘍和腸炎等方面都有顯著療效，而且能特異促進上皮細胞增殖、分化。它僅作用于上皮細胞，而不作用于成纖維細胞和內皮細胞，有助于改善血液微循環，但不會促進微血管生成。相關醫學實驗結果表明，該細胞生長因子用于皮膚是安全的、無任何刺激性反應。因此， KGF-2對保護和療養皮膚、粘膜具有十分獨特的功效。除了用于各種醫療藥品(如:角質細胞生長因子2滴眼液， 外用凍干重組角質細胞生長因子2制劑等) 外， KGF-2在護膚保健化妝品中也具有廣泛的應用價值和市場前景。隨著KGF-2生物學功能的不斷發展，已日益引起高科技美容專家對KGF-2的重視，這種細胞生長因子與目前美容領域里所用的aFGF、bFGF等成纖維細胞因子不同，它僅作用于上皮細胞，而不作用于成纖維細胞和內皮細胞，有助于改善血液微循環，但不會促進微血管生成。KGF-2促進上皮細胞的生長、分化和遷移，使新生的表皮細胞取代衰老的角質細胞，維持皮膚厚度，防止水分散失，達到使皮膚細嫩而富有光澤的目的。同時KGF-2還可以防止結締組織大量取代脂肪組織，維持兩者處于適當比例，避免真皮過度增厚，防止皮膚變皺。由于KGF-2可以啟動上皮細胞對皮下組織的協同信號反饋，故可以促進皮膚各種組織新陳代謝的平衡，改善包括結締組織在內的皮膚各組織的功能，增加皮膚的彈性，使肌膚煥發出新的生命力。KGF-2還可以祛除臉上的色斑，因為它可以促使上皮細胞的分化和遷移，使表皮細胞的代謝和更新加速，避免色素在皮膚上沉積形成色斑。KGF-2促進上皮再生的過程是皮膚損傷修復的關鍵步驟，因此該因子修復皮膚創面的功能具有其他產品無法比擬的優點。這對于那些需要進行美容手術的人士無疑是一個莫大的驚喜。

研究還發現KGF-2與肽類化合物和透明質酸等保濕因子具有優良的正協同作用， 因此在配制含KGF-2化妝品中應考慮添加天然肽和透明質酸， 起到保護KGF-2生物活性、提高KGF-2透滲性和有利皮膚吸收KGF-2的作用。據報道，我國目前已有科研單位及化妝品企業在對KGF-2進行開發研究，其中吉林農大生物反應器與藥物開發工程研究中心在KGF-2護膚品方面的研發已取得一定的進展。在我國美容化妝品市場快速增長的良好態勢下，含KGF-2的美容化妝品具有廣闊的市場潛量， 由此引入生物美容的新觀念與新時尚， 引發美容化妝品行業的又一次革命。

[參考文獻]

[1]陳秋東，許永興，徐志南.人表皮生長因子及其在化妝品中的應用[J].日用化學工業，2002，5:38-40.

[2]CHEN Xia，HU Wei，WEIWan-Gui，et al.Effects of Keratinocyte Growth Factor 2(KGF-2)on Keratinocyte Growth， Migration and on Excisional Wound Healing [J]. Progress in Biochemistry and Biophysics，2009，36(7):854-862.

[3]Emoto H，Tagashira S，Mattei MG，et al.Structure and expression of human fibroblast growth factor-10[J]. Biol Chem，1997，272:23191-23 194.

[4]Igarashi M，Finch PW，Aaronson SA.Characterization of recombinant human fibroblast growth factor (FGF) -10 reveals functional similarities with keratinocyte growth factor (FGF-7)[J].Biol Chem，1998，273:13230-13235.

[5]余德榮，游 力.FGF-10與肺的形態發生和損傷修復研究進展[J].國際生物制品學雜志，2006，29(6):274-277.

[6]Burns RC，Fairbanks TJ，Sala F，et al.Requirement for fibroblast growth factor 10 or fibroblast growth factor receptor 2-Ⅲb signaling for cecal development in mouse[J].Dev Biol，2004，265:61-74.

[7]Brian KY，Makoto I，Anna VE，et al.Structural basis by which alternative splicing confers specificity in fibroblast growth factor receptors[J].Proc Natl Acad Sci USA，2003，100(5):2266-2271.

[8]陳千益，付晉鳳，葛茂星.角質細胞生長因子2 在創面愈合中的作用[J].醫學綜述，2007，13(17):1299-1301.

[9]李 紅，楊 霖，陳士嶺，等.角質細胞生長因子(KGF)對人卵泡顆粒細胞內Ca2+ 濃度和DNA 合成的影響[J].生殖與避孕，2005，25(1):50-52.

[10]劉 琳，李永平，黃樹其，等.角質細胞生長因子-2 促進兔角膜堿燒傷上皮愈合機制的研究[J].中華眼科雜志，2005，41(4):364-368.

[11]繆云萍，葉小弟，程 敏，等.重組人角質細胞生長因子-2 涂膜劑對家兔損傷創面愈合的影響[J].中華燒傷雜志，2006，22(2):105-108.

[12]王根虎，繆云萍，程 敏，等. 重組人角質細胞生長因-2 涂膜劑促進大鼠皮膚傷口愈合[J].中國現代應用藥學雜志，2005，22(4):284-288.

[13]Han DS，Li F，Holt L，et al.Keratinocyte growth factor-2( FGF-10) promotes healing of experimental small intestinal ulceration in rats[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2000，279(5):G1011-G1022.

[14]霍黌琦，李新平，范 開，等.重組人角質細胞生長因子的體內外作用研究[J].中國藥學雜志，2005，40(22):1749-1752.

[收稿日期]2010-02-23 [修回日期]2010-04-13

編輯/李陽利