成纤维细胞生长因子 2

成纤维细胞生长因子-2（FGF2） 是一种广谱的促有丝分裂、血管生成和神经营养因子，在许多组织和细胞类型中低水平表达，在脑和垂体中达到高浓度。FGF2 涉及多种生理和病理过程，包括肢体发育、血管生成、伤口愈合和肿瘤生长（Ortega 等人，1998 年总结）。

▼ 克隆与表达

亚伯拉罕等人（1986）从牛垂体 cDNA 文库中分离出一个编码 FGFB 的克隆。人类基因的Southern印迹分析和基因组克隆表明，基本FGF由被至少2个大小大于15kb的内含子分裂的单个基因编码（Abraham et al.，1986）。黑川等人（1987）分离了碱性 FGF 的 cDNA。4-kb 的 cDNA 有一个编码序列、5 个和 3 个非翻译区和一个 poly（A） 链。

使用 RT-PCR，Krejci 等人（2007）检测到妊娠 20 至 28 周胎儿股骨生长板软骨中几个 FGF 基因的表达；然而，只有 FGF1（ 131220 ）、FGF2、FGF17（ 603725 ） 和 FGF19（ 603891 ） 蛋白以可检测的水平表达。免疫组化分析显示FGF17和FGF19在整个生长板中均匀表达。相比之下，FGF1 仅在增殖区和肥大区表达，FGF2 仅在增殖区和静止区表达。

▼ 测绘

Mergia 等人（1986）使用牛碱性 FGF cDNA 作为杂交探针，对从一组小鼠-人细胞杂交体中分离的 DNA 进行 Southern 印迹分析。他们得出结论，FGFB位于4号染色体上，它携带其他生长因子：EGF（131530）和TCGF（IL2；147680）。Lafage-Pochitaloff 等人（1990）通过原位杂交将 FGFB 基因定位到 4q26-q27。通过与人类中期和前中期染色体进行原位杂交，Fukushima 等人（1990）得出结论，FGFB 基因定位于 4q25。使用原位染色体杂交，Mattei 等人（1992）证明小鼠的相应基因位于 3 号染色体上。

▼ 基因功能

Eckenstein（1994）回顾了成纤维细胞生长因子在中枢神经系统中的作用。他计算出每克大脑皮层有 500 个生物单位的 FGF2，而每克神经生长因子只有1 个生物单位（162030）。

Doniach（1995）回顾了基础 FGF 可以影响前后神经模式并可能是“后化”诱导剂的证据。格里蒂等人（1996）使用碱性成纤维细胞生长因子从成年小鼠纹状体中分离出多能干细胞，这些干细胞能够增殖并分化为星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元。有关该基因在肢体发育中的作用的综述，请参见Johnson 和 Tabin（1997）。

荣格等人（1999）研究了成纤维细胞生长因子从内胚层开始哺乳动物肝脏发育。心脏中胚层，它表达FGF1，FGF2和FGF8（紧邻600483），导致肠内胚层发育成肝脏。用 FGF1 或 FGF2 而不是 FGF8 处理从小鼠胚胎中分离的前肠内胚层足以取代心脏中胚层作为肝脏基因表达程序的诱导物，后者是肝发生的第一步。肝源性反应仅限于内胚层组织，它选择性地共表达 FGF 受体 -1（ 136350 ） 和 -4（ 134935 ）。在哺乳动物器官发生过程中，不同的 FGF 信号似乎启动了肝脏发育的不同阶段。

川口等人（2001）研究了重组人 FGF2 单一局部应用对非人灵长类动物骨折愈合的影响。尽管仅用载体治疗的 10 只动物中有 4 只即使在 10 周后仍处于不愈合状态，但在用 FGF2 治疗的所有 10 只动物中，骨愈合在 6 周时完成。在 6 周及之后观察到载体组和 FGF2 组之间骨折部位的骨矿物质含量和密度存在显着差异。FGF2还增加了骨折部位的机械性能。作者得出结论，FGF2 可加速灵长类动物的骨折愈合并防止骨不连，因此建议将其作为一种有效的骨合成代谢剂用于临床。

曹等人（2003）报道了 2 种血管生成因子，血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB；参见190040 ） 和 FGF2 的组合，协同诱导血管网络，即使在血管生成因子耗尽后仍保持稳定超过一年。在大鼠和兔缺血性后肢模型中，PDGF-BB 和 FGF2 共同显着刺激股动脉结扎后的侧支动脉生成，显着增加血管形成并改善爪子血流。PDGF-BB 和 FGF2 之间血管生成协同作用的一个可能机制涉及FGF2 在新形成的血管中上调 PDGF 受体-α（PDGFRA; 173490 ） 和 PDGF 受体-β（PDGFRB; 173410 ） 的表达。曹等人（2003）表明单一的血管生成因子，包括 FGF2、VEGF（ 192240 ） 和 PDGF-BB，无法建立稳定的血管网络。相反，PDGF-BB 和 FGF2 的组合，而不是 PDGF-BB 和 VEGF 或 VEGF 和 FGF2，协同诱导血管生成和长效功能血管。虽然每个血管生成因子 FGF2、VEGF 和 PDGF-BB 都能够在短期内刺激血管生成，但这些因子都不能单独维持这些新形成的血管。

内分泌胰腺的发育包括一系列早期事件，其中前体细胞聚集形成细胞聚集体，随后分化为朗格汉斯胰岛。哈迪卡等人（2003）表明，人类胰腺细胞系在暴露于确定的无血清培养基后分化成产生激素的胰岛样细胞聚集体。这些细胞提供了证据表明 FGF2 在这些细胞的聚集过程中是一种旁分泌趋化因子。哈迪卡等人（2003）得出结论，FGF2 作为旁分泌趋化剂，刺激前体细胞聚集，这是导致胰岛样细胞聚集体形成的早期步骤。

阿拉维等人（2003）显示 FGFB 和 VEGF 差异激活 Raf1（ 164760 ），从而保护人类内皮细胞和鸡胚血管系统免受不同的凋亡途径。FGFB 通过 p21 活化蛋白激酶-1（PAK1; 602590 ） 对丝氨酸 338 和 339 的磷酸化激活 Raf1 ，导致 Raf1 线粒体易位和内皮细胞保护免受细胞凋亡的内在途径，与丝裂原活化蛋白激酶激酶 1 无关（MEK1；176872）。相反，VEGF 通过 Src 激酶（CSK; 124095 ）激活 Raf1 ，导致酪氨酸 340 和 341 的磷酸化和 MEK1 依赖性保护免受外在介导的细胞凋亡。阿拉维等人（2003） 得出结论，RAF1 可能是血管生成过程中内皮细胞存活的关键调节因子。

金等人（2003）发现人 FGF2在小鼠颅盖骨器官培养物中诱导骨桥蛋白（SPP1; 166490 ） 表达和颅缝闭合。在小鼠细胞中，FGF2 通过上调 Fos（ 164810 ） 和 Jun（ 165160 ） 相关基因的表达来间接诱导骨桥蛋白表达，这些基因编码激活蛋白-1（AP1） 亚基，而 AP1 通过骨桥蛋白启动子中的 AP1 响应元件诱导骨桥蛋白表达. 阻断 ERK 通路（见601795）可抑制 FGF2 刺激的 AP1 和骨桥蛋白表达，并延缓 FGF2 加速的颅缝闭合。

在分化为星形胶质细胞的啮齿动物皮质祖细胞中，Song 和 Ghosh（2004）发现 FGF2 调节睫状神经营养因子（CNTF; 118945 ） 诱导胶质纤维酸性蛋白（GFAP; 137780 ）表达的能力，这是一种星形胶质细胞特异性基因. FGF2 通过在 STAT 结合位点诱导 lys4 甲基化和抑制组蛋白 H3 的 lys9 甲基化，促进信号转导和转录激活因子（STAT）/CRE 结合蛋白（CBP） 复合物进入 GFAP 启动子。因此，星形胶质细胞分化涉及特定位点染色质状态的转换，代表表观遗传调控。

张等人（2004）证明 FGF2 对淋巴管生成存在剂量依赖性反应，并且淋巴管生成可以在小鼠角膜中没有预先存在或发育的血管床的情况下发生，即在没有血管生成的情况下。

克雷奇等人（2007）表明 FGF1、FGF2 和 FGF17，但不是 FGF19，在人胎儿软骨细胞的原代培养物中引发了 ERK 报告基因的有效激活。FGF1、FGF2 和 FGF17，但不是 FGF19，也抑制表达FGFR3（ 134934 ） 的大鼠软骨肉瘤软骨细胞的增殖。

利文斯等人（2016）报道小鼠 Zdhhc3（ 617150 ） 催化 Ncam1（ 116930 ）、Ncam140 和 Ncam180跨膜异构体的 S-棕榈酰化。使用定点诱变和抑制剂研究，他们表明 Fgf2 通过其受体 Fgfr1 的酪氨酸激酶活性诱导 tyr18 上的 Zdhhc3 磷酸化。源（ 190090） 直接磷酸化 tyr295 和 tyr297 上的 Zdhhc3。这两种激酶对 Zdhhc3 活性有相反的影响，Fgfr1 依赖性磷酸化增强 Zdhhc3 活性，而 Src 依赖性磷酸化抑制 Zdhhc3 活性。自棕榈酰化是棕榈酸酯向靶蛋白转移的中间反应状态，由于 Zdhhc3 中所有 5 个酪氨酸的缺失而增强，并在 Zdhhc3 的活性位点因显性负性 cys157-to-ser（C157S） 突变而被消除。酪氨酸突变体 Zdhhc3 在培养的大鼠海马神经元中的过度表达增加了神经突的数量并趋于增加神经突的长度。利文斯等人（2016） 得出结论，FGF2-FGFR1 信号促进 ZDHHC3 酪氨酸磷酸化并触发 NCAM1 棕榈酰化以进行神经突延伸，而 SRC 介导的 ZDHHC3 磷酸化抑制 NCAM1 棕榈酰化和神经突延伸。

▼ 生化特征

晶体结构

普洛特尼科夫等人（1999）以 2.8 埃的分辨率确定了与天然存在的 FGF 受体 1（FGFR1） 变体结合的 FGF2 晶体结构，该变体由免疫球蛋白样结构域 2（D2） 和 3（D3） 组成。两个 FGF2:FGFR1 复合物形成 2 重对称二聚体。在每个复合物中，FGF2 与 D2 和 D3 以及两个结构域之间的接头广泛相互作用。通过相邻复合物的 FGF2 和 D2 之间的相互作用以及通过每个受体的 D2 之间的直接相互作用来稳定二聚体。由一组暴露的碱性残基形成的带正电荷的峡谷可能代表肝素结合位点。从晶体结构推断出 FGF 和肝素诱导的 FGFR 二聚化的一般模型。

为了阐明控制 FGF 信号传导特异性的结构决定因素，Plotnikov 等人（2000）确定了分别与 FGFR1 和 FGFR2（ 176943 ）的配体结合结构域（D2 和 D3） 复合的 FGF1 和 FGF2 的晶体结构。他们发现高度保守的 FGF-D2 和 FGF-接头界面定义了所有 FGF-FGFR 复合物的通用结合位点。特异性是通过 FGF 的 N 末端和中心区域与 D3 中的 2 个循环区域之间的相互作用来实现的，这些区域受到可变剪接的影响。这些结构为 FGF1 作为通用 FGFR 配体和通过一级序列变异和可变剪接调节 FGF-FGFR 特异性提供了分子基础。

▼ 动物模型

为了确定 FGF2 在体内的功能，Ortega 等人（1998）通过胚胎干细胞中的同源重组产生了缺乏所有 3 种 Fgf2 同种型的 Fgf2 敲除小鼠。Fgf2-null 小鼠是可行的、可育的，并且通过肉眼检查与纯合 Fgf2 野生型同窝小鼠在表型上无法区分。然而，可以通过组织学和免疫组织化学方法检测到新皮质细胞结构的异常，在额叶运动感觉区域最为明显。在运动皮层的大多数层中观察到神经元密度显着降低。大脑其他区域（如纹状体和海马）的细胞密度正常。此外，在缺乏 Fgf2 的小鼠中，切除皮肤伤口的愈合延迟。结果表明，FGF2 虽然对胚胎发育不是必需的，但

为了研究 FGF2 在骨骼中的作用，Montero 等人（2000）检查了 Fgf2 基因破坏的小鼠。他们发现骨小梁体积、矿物质沉积和骨形成率显着降低。此外，来自 Fgf2 缺陷小鼠的骨髓基质培养物的矿化显着降低。结果表明，FGF2 有助于确定骨量和骨形成。

多诺等人（1998）通过靶向破坏产生缺乏 FGF2 的小鼠。FGF2 缺陷小鼠是可行的，但在出生时表现出大脑皮层缺陷。胚胎的溴脱氧尿苷脉冲标记显示神经元祖细胞的增殖是正常的，而其中一小部分未能在大脑皮层的目标层中定殖。在成人皮质层中观察到小白蛋白阳性神经元的相应减少。神经元缺陷不仅限于大脑皮层，因为海马连合中存在异位小白蛋白阳性神经元，并且在颈脊髓中观察到神经元缺陷。FGF2 缺陷的成年小鼠出现低血压。虽然他们对血管紧张素 II 诱发的高血压反应正常，但压力感受器反射对血压的神经调节受到损害。多诺等人（1998）得出结论，他们的研究确定 FGF2 参与控制神经元细胞的命运、迁移和分化，而对于它们的增殖不是必需的。

Rosenblatt-Velin 等人使用来自新生小鼠心脏的 Fgf2 缺陷型和野生型心肌细胞前体细胞（2005）观察到，在注射到 Fgf2 缺陷或野生型新生儿中后，无论受体或注射细胞合成 Fgf2 的能力如何，所有组都发生了向心脏的归巢。然而，只有当受体小鼠或注射细胞能够产生 Fgf2 时，才能观察到原位分化。罗森布拉特-​​维林等人（2005）得出结论，心源性分化取决于 FGF2。

在诱发癫痫持续状态和海马损伤的大鼠中，Paradiso 等人（2009）发现将含有 FGF2 和 BDNF（ 113505 ） 的载体注射到受损的海马体中，导致神经元发生增加，分布适当，神经元损伤减少，癫痫发生减少，并在 2 至 3 周后降低自发性复发性癫痫发作的发生率和严重程度。研究结果表明，在大脑受损区域补充特定的生长因子可能会减少神经元损伤并减少癫痫发生。