血管生成,即新血管的生长,在许多生理和病理过程中起着关键作用,如排卵、胚胎发生、伤口修复、炎症、 恶性肿瘤生长、视网膜病变、类风湿性关节炎和血管生成依赖性疾病(参考文献 1)。肝素结合 FGF(成纤维细胞生长因子)是血管生成的最佳特征调节剂之一。FGF 是一个大型多功能肽生长因子家族,其中至少包含 28 个不同的成员。该肽生长因子家族的成员已在多种生物体中被鉴别出,在包括有丝分裂、分化、迁移和细胞存活在内的许多细胞过程中发挥着关键作用。在胚胎发育过程中, FGF 通过调节细胞增殖、分化和迁移在形态形成中发挥着关键作用。在成人中, FGF 是在组织修复和伤口愈合、神经系统控制以及肿瘤血管生成方面发挥作用的稳态因子(参考文献 2)。酸性 FGF 和碱性 FGF 是 FGF 家族的两个典型成员,对肝素具有高亲和力且发现两者与 ECM(细胞外基质成分)相关。相比 VEGF(血管内皮生长因子,一种内皮细胞特异性丝裂原) , FGF 作为血管形成的直接和间接刺激物对多种不同类型的细胞发挥作用。FGF 通过结合并激活受体酪氨酸激酶家族(RTK)来介导其细胞功能,该家族被称为高亲和力 FGF 受体 FGFR1 到 FGFR5。FGF 还可与肝素或硫酸肝素蛋白聚糖(HSPG)结合,这种低亲和力受体并不传输生物信号,而是充当调节 FGFR 结合和 FGFR 激活的辅助分子。与所有 RTK 一样,功能性 FGFR 是由细胞外配体结合结构域和包含催化蛋白酪氨酸激酶核心的细胞质结构域组成的跨膜蛋白。FGFR 的细胞外配体结合结构域典型地由三个 Ig 样结构域组成。FGFR1 至 FGFR3 中 Ig 结构域的选择性 mRNA 剪接导致这些受体的不同功能变体。FGF 的 HSPG 结合诱导 FGFR 二聚化,随后是受体亚基的转磷酸化以及细胞内信号事件的启动(参考文献 3 , 4 & 2)。

FGF 通过与 FGFR 结合并激活多个信号转导通路向细胞核发出信号,包括涉及 Ras 、 MAPK(丝裂原活化蛋白激酶)、 ERK(细胞外信号调节激酶)、 Src 、p38MAPK 、 PLC- γ(磷脂酶 -C-γ)、 Crk 、 JNK(Jun N-末端激酶)和 PKC(蛋白激酶 -C)的信号转导通路(参考文献 5)。这些通路部分受到 DUSP(双特异性磷酸酶)活性的负调节。FGFR 激活诱导 FRS2(SNT)(FGFR 刺激的 2 Grb2 结合蛋白) 的酪氨酸磷酸化,进而诱导 GRB2(生长因子受体结合蛋白 -2)、 SOS 、 GAB1 (GRB2 相关结合蛋白 -1)和 SHP2(Src 同源 2 磷酸酶 -2)的募集。这些初始事件促进 Ras 的持续激活,从而激活 Raf1-MEK-MAPK 通路并引起基因转录发生变化。FGF 受体激活 PI3K(磷脂酰肌醇 -3 激酶), STAT1 和 Src 酪氨酸激酶也有助于某些 FGF 诱导的生物学反应。Raf1-MEK-MAPK 和 PI3K 通路对于中胚层正常发育至关重要。活性 PLC- γ 水解膜磷脂 PIP2(磷脂酰肌醇 4,5- 二磷酸酯),生成 IP3(肌醇 1,4,5- 三磷酸酯)和 DAG(二酰甘油)。IP3 负责动员影响 Ca2+ 敏感转录因子的细胞内钙储存,而 DAG 激活某些 PKC 异构体。FGF 通过 Ras 依赖性通路对 p38 及其下游靶点 MAPKAPK2(MAPK 活化蛋白激酶 -2)进行激活,进而导致 CREB(cAMP 反应元件结合蛋白)和 ATF2(激活转录因子 -2)的转录激活。MKK3 和 MKK6 是 p38 的相对特异性上游调节子,通过 Rac1 和 MEKK (MAP/ERK 激酶激酶)激活(参考文献 6 & 5)。SHP2-Ras-ERK 通路的受体介导诱导是一种核心的、进化上保守的机制,FGF 通过该机制激发广泛的生物活性,包括细胞生长、分化和形态形成(参考文献 7)。FGF 的几个成员已被鉴别为致癌基因,与人胰腺癌、垂体肿瘤、星形细胞瘤、唾液腺腺癌、 卡波西肉瘤、卵巢癌和前列腺癌的发育和发病机制有关(参考文献 6)。编码 FGF 受体 1,2 和 3 的基因中的突变所导致的各种疾病大致分为两组:(1)侏儒软骨发育不良综合征,包括 HCH(软骨发育不全)、ACH(软骨发育不全)、TD(致死性骨发育不全);和(2)颅缝早闭综合征,包括 AS (Apert 综合征)、Beare-Stevenson cutison cutis gyrata 综合征、CS (克鲁宗综合征)、PS(Pfeiffer 综合征)、JWS(Jackson-Weiss 综合征)、CDS(Crouzonodermoskeletal 综合征 [ Crouzon综合征和黑棘皮病 ])和 NSC (非综合征型颅缝早闭)。所有这些突变均为常染色体显性突变,经常偶发性出现(参考文献 8)。在晶状体发育过程中, FGF 在确定分化事件方面发挥着非常重要的作用。具体而言, FGF1 参与外胚层和视泡之间的晶状体诱导相互作用(参考文献 9)。FGF1 和 2 及其酪氨酸激酶受体(FGFR)也与耳的发育有关。特别是 FGF3 对于内耳发育至关重要,对于耳诱导的后期阶段至关重要。除在耳发育中的作用外,FGF 还参与了神经外胚层的尾部化,部分是通过近轴中胚层发出信号(参考文献 10)。FGF1 保护选择性神经元群体免受分子的神经毒性效应,这些分子参与神经退行性疾病如阿尔茨海默病和 HIV 脑炎的发病机制(参考文献 8)。


通路

FGF 通路

符号说明

Pathway Key

参考文献
  1. Angiogenic targets for potential disorders. Bhadada SV, Goyal BR, Patel MM. Fundam Clin Pharmacol.2011 Feb;25(1):29-47.
  2. Cellular signaling by fibroblast growth factors (FGFs) and their receptors (FGFRs) in male reproduction. Cotton LM, O'Bryan MK, Hinton BT. Endocr Rev. 2008 Apr;29(2):193-216.
  3. Oncologic Angiogenesis Imaging in the clinic---how and why. Kurdziel KA, Lindenberg L, Choyke PL. Imaging Med.2011 Sep;3(4):445-457.
  4. Rationale for targeting VEGF, FGF, and PDGF for the treatment of NSCLC. Ballas MS, Chachoua A. Onco Targets Ther.2011;4:43-58.
  5. Mitogen-activated protein kinase signaling in the heart: angels versus demons in a heart-breaking tale. Rose BA, Force T, Wang Y. Physiol Rev. 2010 Oct;90(4):1507-46.
  6. Fibroblast growth factor signalling: from development to cancer. Turner N, Grose R. Nat Rev Cancer.2010 Feb;10(2):116-29.
  7. Signaling by fibroblast growth factors: the inside story. Goldfarb M. Sci STKE.2001 Oct 30;2001(106):pe37.
  8. FGF signaling pathways in endochondral and intramembranous bone development and human genetic disease. Ornitz DM, Marie PJ. Genes Dev.2002 Jun 15;16(12):1446-65.
  9. Evaluation of fibroblast growth factor signaling during lens fiber cell differentiation. Huang JX, Feldmeier M, Shui YB, Beebe DC. Invest Ophthalmol Vis Sci.2003 Feb;44(2):680-90.
  10. Expression and functions of FGF ligands during early otic development. Schimmang T. Int J Dev Biol.2007;51(6-7):473-81.