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摘要：表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）是典型的活化缩氨酸EGF受体（EGFR）的家族成员之一。EGF/EGFR信号通路在组织再生、胚胎发育分化、创伤修复及肿瘤治疗中发挥重要作用。随着对EGF的研究不断深入，发现EGF在组织再生、胚胎发育及疾病中至关重要。本文将对EGF的基因组成和组织分布，尤其对机体组织再生中的生物学和病理生理学功能做一阐述。
关键词：EGF；组织再生；创伤修复；肿瘤
一、EGF的生物学性能
自从1962年Stanley学者发现EGF以来，其复杂的分子机制和重要的生物学功能就备受瞩目。EGF是一条包含53个氨基酸的多肽单链，无独有偶，在人尿液中提纯出的一种抑制胃酸的分泌物——尿抑胃素，在结构和功能上均与啮齿类动物EGF相同，随后逐渐被证实为人EGF[1]。EGF属于局分泌因子，在人体正常唾液、血浆、尿液、肠液等多种体液成分中均可检测到EGF，其中下颌下腺是产生EGF主要器官，下颌下腺中独有的颗粒曲导管可合成、加工、分泌和储存EGF，因此EGF在大鼠唾液中含量很高。有趣的是，在颗粒导管中只能检测到加工成熟和6kDa可溶性EGF，EGF前体蛋白几乎没有[2]。唾液中的EGF通过分泌颗粒的形式与细胞膜顶端结合释放至胞外；还有一小部分积聚在下颌下腺中EGF最终以内分泌的方式释放入血液中。机体雄性激素的水平和交感神经系统的状态调控下颌下腺EGF的产生及分泌，并且雄性大鼠下颌下腺EGF的含量是雌性大鼠的1000倍。EGF浓度在刚出生或未发育成熟雄性小鼠的下颌下腺中非常低，但随着机体发育及雄性激素的增多逐渐升高。另一方面，下颌下腺内EGF含量虽依赖于雄性激素水平，但并不影响血浆中EGF的含量。通过观察表明雄性及雌性血浆中EGF的水平基本持平。通过活化下颌下腺内肾上腺素能受体调控EGF释放，使其从器官中释放至血液中，因此一旦存在肾上腺素刺激，比如体外注射乙酰胆碱或过高精神压力等会戏剧性升高唾液及血液中的EGF水平。
二、EGF的生理学功能
在机体各种组织中EGF前体和成熟EGF都可和EGFR特异性结合发挥其特有的生理学功能。作为EGFR/ErbB超家族成员之一，EGFR又名ErbB1或HER1，是Ⅰ型跨膜受体络氨酸激酶（RTK）。除此之外，还包括另外3种RTKs：ErbB2/Neu/HER2，ErbB3/HER3和ErbB4/HER4。基于和配体结合，EGFR和其它EGFR/ErbB可形成同源二聚体或异质二聚体。对于固有的络氨酸激酶活化和C-羧基端磷酸化作用，特别是包含络氨酸残余，受体的二聚作用是关键步骤。络氨酸断端招募各种含有SH2信号分子或碳酸络氨酸（PTB）来活化Ras/Raf/MEK/ERK，JAK/STAT，PI3K/AKT/mTOR以及PLCγ/PKC信号途径，因此可调节许多磷酸化过程比如器官发育、生长、再生及离子转运等[3]。上述信号通路是EGF行使其生理学功能的基础。
三、EGF与组织再生
干细胞的研究给组织生物学和再生医学带来了新曙光。除了胚胎干细胞，在许多成人组织中均发现有干/祖细胞存在，比如皮肤、血液、小肠、心脏及大脑等。它们不仅在正常生理代谢中代替分化的细胞，同时有能力在损伤或修复中大量扩增以重建组织。干细胞是未分化的具有多种生物活性的细胞，有很高的自我增殖能力并保持自我更新及多潜能性。因此，干细胞在再生医学与组织工程中拥有巨大的潜力。然而，由于在机体组织中干细胞数量有限，且需要局部微环境诱导才能趋化成特定的组织[4]。目前究竟怎样调控微环境以控制不同干细胞数量及分化的具体机制仍然未知。过去的几十年里，相当多的研究表明EGF做为干细胞分化有力的调节者，对于神经干/祖细胞、神经脊干细胞、生殖干细胞、心脏干细胞、骨髓间充质干细胞及胚胎干细胞等必不可少。
EGF对干细胞功能的影响呈现剂量依赖性。人神经前体细胞（hNPC）用100ng/mlEGF培养相对于传统20ng/ml剂量组表现出高增长率。有趣的是，EGF是通过增加分裂细胞的存活率而并非提高增殖率来影响干细胞，并和ErbB2活性延长、Akt磷酸化相关。值得一提的是，高浓度EGF选择性保护一大部分包含神经增长因子神经胶质细胞。因此，加入到生长中的干/组细胞的生长因子浓度应尽可能精确以保证特定的分裂细胞数量。
另外研究表明，不同形式的EGF——可溶性与部分可溶性对干细胞扩增的影响也不同。可溶性EGF能促进成年骨髓多潜能干细胞（MSC）增殖并且保留祖细胞数量，因此不会导致完全分化。同时有学者研究表明，EGF可促进成骨分化。可溶性EGF能增加MSC对其它生长因子的旁分泌，包括血管生长因子（VEGF）和肝细胞生长因子（HGF）。因此，可溶性EGF不仅用于体外扩增MSC，同时能在体内提高MSC旁分泌缓释率。
四、EGF的异常表达
诱导机体EGF过表达后，通过在前启动子插入人EGF的cDNA，携带人EGF的转基因小鼠广泛表达EGF蛋白，表现出低出生体重和萎缩生长，研究证明是由于生长板软骨细胞发育异常及骨膜内不正常的成骨细胞积聚有关。分子学研究表明，通过血浆胰岛素样结合蛋白（IGFBP3）的降低，另外成人雄性转基因小鼠不育，展现出精子生成不足。有趣的是，在这些转基因动物中很少有肿瘤的形成迹象。然而相对于EGFR缺失导致的皮肤、胃肠、肺、肾脏和神经异常，EGF缺失没有展现出明显的表型和形态学异常，说明EGF家族其它成员有相同或补偿性作用。
最后，EGF通过协同效应增加肝细胞扩增和其它因子结合，同时还可通过EGF发出信号上调其它生长因子比如：VEGF、HGF、HB-EGF等超常表达。另一方面，EGF能对于其它生长因子在特定种类的干细胞扩增发挥不同的角色，比如在微环境对神经嵴干细胞（NC）发展的研究表明，EGF诱导NC分化成神经元和黑色素表型，然而纤维生长因子（FGF2）促进NC向施万细胞分化；在EGF与FGF2同时存在的情况下，神经元分化占主导。这些发现表明这两种生长因子在NC祖细胞分化和外围神经系统发育表现出截然不同的作用。 五、EGF与溃疡/创伤修复
对于溃疡/创伤修复，EGF根据创伤的类型和EGF应用的方式而不同。首先，EGF在急性或慢性中的作用截然不同。根据体内试验，EGF在急性损伤后上调，进而导致角蛋白K6及K16表达增强，因此提高了上皮再生、增加了皮肤抗张强度。相反，慢性损伤中EGF及其受体显著下调并且多在角质细胞的胞质中而非包膜中表达，可能与抑制上皮的形成有关。在慢性损伤环境中外源性EGF很容易降解，大大限制了EGF在慢性损伤过程中的作用。不仅如此，由于EGF的较低皮肤渗透性和生物稳定性，作用效率也随之降低。许多研究表明，局部EGF的浓度需要足够高且时间充分才能促进损伤愈合。因此，能保护并稳定EGF的不同药物释放系统被研究出来，比如水凝胶、聚合物、明胶海绵、纳米纤维、微球等。其次，EGF对创伤修复呈现剂量依赖性。相对于低剂量组，高剂量EGF促进高愈合率且所需时间明显缩短。但基于生物安全性考虑，频繁应用EGF会导致皮肤畸形增长、角质细胞肥大、促血管生成和过纤维化，尤其对于免疫缺陷的患者，增加机体癌症发生的倾向。然而，大部分临床实验表明EGF治疗有良好的耐受性，没有明显的不良反应。
与EGF合成增多相对应的是EGFR活性增强。在许多肿瘤包括恶性胶质瘤（GBM）、非小细胞肺癌（NSCLC）、头颈癌、乳腺癌等肿瘤中均发现EGFR过表达或EGFR突变。EGF及EGFR表达的水平与肿瘤生长和转移密切相关：（1）通过EGFR-Ras/Raf/MEK/ERK通路增加肿瘤细胞增殖和转移；（2）EGFR细胞核中表达通过络氨酸激酶活化或作为转录调节器促进细胞增殖；（3）下调组织自主消耗率；（4）EGF刺激基质金属蛋白酶生成来促进肿瘤转移和浸润；（5）EGF介导的mRNA含量的下降以促进癌转录因子活化。因此，靶向抑制EGFR将有望成为肿瘤治疗的新方法。现常用的药物有：EGFR单克隆抗体（mAbs）比如西妥昔单抗抑制配体结合；络氨酸小分子受体抑制剂（TKIs）比如拉帕替尼封锁EFGR活性及磷酸化；抗EFGR疫苗，诱发免疫反应组织EGFR表达比如CDX-110。最近，许多新技术研究寡核苷酸、microRNA、纳米抗体等，并展现出高效靶向抑制EGFR的活性。
参考文献：
[1]Cohen S，Carpenter G.Human epidermal growth factor：isolation and chemicaland biological properties.Proc Natl Acad Sci U S A 1975；72：1317–21
[2]Scott J，Patterson S，Rall L，Bell GI，Crawford R，Penschow J，et al.The struc-ture and biosynthesis of epidermal growth factor precursor.J Cell Sci Suppl1985；3：19–28
[3]Harris RC.Potential physiologic roles for epidermal growth factor in the kid-ney.Am J Kidney Dis 1991；17：627–30
[4]Medema JP，Vermeulen L.Microenvironmental regulation of stem cells inintestinal homeostasis and cancer.Nature 2011；474：318–26
关键词：EGF；组织再生；创伤修复；肿瘤
一、EGF的生物学性能
自从1962年Stanley学者发现EGF以来，其复杂的分子机制和重要的生物学功能就备受瞩目。EGF是一条包含53个氨基酸的多肽单链，无独有偶，在人尿液中提纯出的一种抑制胃酸的分泌物——尿抑胃素，在结构和功能上均与啮齿类动物EGF相同，随后逐渐被证实为人EGF[1]。EGF属于局分泌因子，在人体正常唾液、血浆、尿液、肠液等多种体液成分中均可检测到EGF，其中下颌下腺是产生EGF主要器官，下颌下腺中独有的颗粒曲导管可合成、加工、分泌和储存EGF，因此EGF在大鼠唾液中含量很高。有趣的是，在颗粒导管中只能检测到加工成熟和6kDa可溶性EGF，EGF前体蛋白几乎没有[2]。唾液中的EGF通过分泌颗粒的形式与细胞膜顶端结合释放至胞外；还有一小部分积聚在下颌下腺中EGF最终以内分泌的方式释放入血液中。机体雄性激素的水平和交感神经系统的状态调控下颌下腺EGF的产生及分泌，并且雄性大鼠下颌下腺EGF的含量是雌性大鼠的1000倍。EGF浓度在刚出生或未发育成熟雄性小鼠的下颌下腺中非常低，但随着机体发育及雄性激素的增多逐渐升高。另一方面，下颌下腺内EGF含量虽依赖于雄性激素水平，但并不影响血浆中EGF的含量。通过观察表明雄性及雌性血浆中EGF的水平基本持平。通过活化下颌下腺内肾上腺素能受体调控EGF释放，使其从器官中释放至血液中，因此一旦存在肾上腺素刺激，比如体外注射乙酰胆碱或过高精神压力等会戏剧性升高唾液及血液中的EGF水平。
二、EGF的生理学功能
在机体各种组织中EGF前体和成熟EGF都可和EGFR特异性结合发挥其特有的生理学功能。作为EGFR/ErbB超家族成员之一，EGFR又名ErbB1或HER1，是Ⅰ型跨膜受体络氨酸激酶（RTK）。除此之外，还包括另外3种RTKs：ErbB2/Neu/HER2，ErbB3/HER3和ErbB4/HER4。基于和配体结合，EGFR和其它EGFR/ErbB可形成同源二聚体或异质二聚体。对于固有的络氨酸激酶活化和C-羧基端磷酸化作用，特别是包含络氨酸残余，受体的二聚作用是关键步骤。络氨酸断端招募各种含有SH2信号分子或碳酸络氨酸（PTB）来活化Ras/Raf/MEK/ERK，JAK/STAT，PI3K/AKT/mTOR以及PLCγ/PKC信号途径，因此可调节许多磷酸化过程比如器官发育、生长、再生及离子转运等[3]。上述信号通路是EGF行使其生理学功能的基础。
三、EGF与组织再生
干细胞的研究给组织生物学和再生医学带来了新曙光。除了胚胎干细胞，在许多成人组织中均发现有干/祖细胞存在，比如皮肤、血液、小肠、心脏及大脑等。它们不仅在正常生理代谢中代替分化的细胞，同时有能力在损伤或修复中大量扩增以重建组织。干细胞是未分化的具有多种生物活性的细胞，有很高的自我增殖能力并保持自我更新及多潜能性。因此，干细胞在再生医学与组织工程中拥有巨大的潜力。然而，由于在机体组织中干细胞数量有限，且需要局部微环境诱导才能趋化成特定的组织[4]。目前究竟怎样调控微环境以控制不同干细胞数量及分化的具体机制仍然未知。过去的几十年里，相当多的研究表明EGF做为干细胞分化有力的调节者，对于神经干/祖细胞、神经脊干细胞、生殖干细胞、心脏干细胞、骨髓间充质干细胞及胚胎干细胞等必不可少。
EGF对干细胞功能的影响呈现剂量依赖性。人神经前体细胞（hNPC）用100ng/mlEGF培养相对于传统20ng/ml剂量组表现出高增长率。有趣的是，EGF是通过增加分裂细胞的存活率而并非提高增殖率来影响干细胞，并和ErbB2活性延长、Akt磷酸化相关。值得一提的是，高浓度EGF选择性保护一大部分包含神经增长因子神经胶质细胞。因此，加入到生长中的干/组细胞的生长因子浓度应尽可能精确以保证特定的分裂细胞数量。
另外研究表明，不同形式的EGF——可溶性与部分可溶性对干细胞扩增的影响也不同。可溶性EGF能促进成年骨髓多潜能干细胞（MSC）增殖并且保留祖细胞数量，因此不会导致完全分化。同时有学者研究表明，EGF可促进成骨分化。可溶性EGF能增加MSC对其它生长因子的旁分泌，包括血管生长因子（VEGF）和肝细胞生长因子（HGF）。因此，可溶性EGF不仅用于体外扩增MSC，同时能在体内提高MSC旁分泌缓释率。
四、EGF的异常表达
诱导机体EGF过表达后，通过在前启动子插入人EGF的cDNA，携带人EGF的转基因小鼠广泛表达EGF蛋白，表现出低出生体重和萎缩生长，研究证明是由于生长板软骨细胞发育异常及骨膜内不正常的成骨细胞积聚有关。分子学研究表明，通过血浆胰岛素样结合蛋白（IGFBP3）的降低，另外成人雄性转基因小鼠不育，展现出精子生成不足。有趣的是，在这些转基因动物中很少有肿瘤的形成迹象。然而相对于EGFR缺失导致的皮肤、胃肠、肺、肾脏和神经异常，EGF缺失没有展现出明显的表型和形态学异常，说明EGF家族其它成员有相同或补偿性作用。
最后，EGF通过协同效应增加肝细胞扩增和其它因子结合，同时还可通过EGF发出信号上调其它生长因子比如：VEGF、HGF、HB-EGF等超常表达。另一方面，EGF能对于其它生长因子在特定种类的干细胞扩增发挥不同的角色，比如在微环境对神经嵴干细胞（NC）发展的研究表明，EGF诱导NC分化成神经元和黑色素表型，然而纤维生长因子（FGF2）促进NC向施万细胞分化；在EGF与FGF2同时存在的情况下，神经元分化占主导。这些发现表明这两种生长因子在NC祖细胞分化和外围神经系统发育表现出截然不同的作用。 五、EGF与溃疡/创伤修复
对于溃疡/创伤修复，EGF根据创伤的类型和EGF应用的方式而不同。首先，EGF在急性或慢性中的作用截然不同。根据体内试验，EGF在急性损伤后上调，进而导致角蛋白K6及K16表达增强，因此提高了上皮再生、增加了皮肤抗张强度。相反，慢性损伤中EGF及其受体显著下调并且多在角质细胞的胞质中而非包膜中表达，可能与抑制上皮的形成有关。在慢性损伤环境中外源性EGF很容易降解，大大限制了EGF在慢性损伤过程中的作用。不仅如此，由于EGF的较低皮肤渗透性和生物稳定性，作用效率也随之降低。许多研究表明，局部EGF的浓度需要足够高且时间充分才能促进损伤愈合。因此，能保护并稳定EGF的不同药物释放系统被研究出来，比如水凝胶、聚合物、明胶海绵、纳米纤维、微球等。其次，EGF对创伤修复呈现剂量依赖性。相对于低剂量组，高剂量EGF促进高愈合率且所需时间明显缩短。但基于生物安全性考虑，频繁应用EGF会导致皮肤畸形增长、角质细胞肥大、促血管生成和过纤维化，尤其对于免疫缺陷的患者，增加机体癌症发生的倾向。然而，大部分临床实验表明EGF治疗有良好的耐受性，没有明显的不良反应。
与EGF合成增多相对应的是EGFR活性增强。在许多肿瘤包括恶性胶质瘤（GBM）、非小细胞肺癌（NSCLC）、头颈癌、乳腺癌等肿瘤中均发现EGFR过表达或EGFR突变。EGF及EGFR表达的水平与肿瘤生长和转移密切相关：（1）通过EGFR-Ras/Raf/MEK/ERK通路增加肿瘤细胞增殖和转移；（2）EGFR细胞核中表达通过络氨酸激酶活化或作为转录调节器促进细胞增殖；（3）下调组织自主消耗率；（4）EGF刺激基质金属蛋白酶生成来促进肿瘤转移和浸润；（5）EGF介导的mRNA含量的下降以促进癌转录因子活化。因此，靶向抑制EGFR将有望成为肿瘤治疗的新方法。现常用的药物有：EGFR单克隆抗体（mAbs）比如西妥昔单抗抑制配体结合；络氨酸小分子受体抑制剂（TKIs）比如拉帕替尼封锁EFGR活性及磷酸化；抗EFGR疫苗，诱发免疫反应组织EGFR表达比如CDX-110。最近，许多新技术研究寡核苷酸、microRNA、纳米抗体等，并展现出高效靶向抑制EGFR的活性。
参考文献：
[1]Cohen S，Carpenter G.Human epidermal growth factor：isolation and chemicaland biological properties.Proc Natl Acad Sci U S A 1975；72：1317–21
[2]Scott J，Patterson S，Rall L，Bell GI，Crawford R，Penschow J，et al.The struc-ture and biosynthesis of epidermal growth factor precursor.J Cell Sci Suppl1985；3：19–28
[3]Harris RC.Potential physiologic roles for epidermal growth factor in the kid-ney.Am J Kidney Dis 1991；17：627–30
[4]Medema JP，Vermeulen L.Microenvironmental regulation of stem cells inintestinal homeostasis and cancer.Nature 2011；474：318–26