一种在放疗和化疗中起防护作用的细胞生长因子——KGF

角质细胞生长因子KGF是一种由间充质细胞分泌并特异地作用于上皮细胞并促进其生长繁殖的因子。采用基因工程技术如原核表达系统表达重组人角质细胞生长因子,不仅有利于深入研究它的生物学功能,还有助于满足其在临床应用的需要。放疗和化疗都是治疗癌症的手段,然而它们在发挥抗癌和抑癌作用的同时,也会破坏正常细胞分裂迅速的胃肠道,研究发现角质细胞生长因子在放疗和化疗中具有防护作用。现在人角质细胞生长因子已被广泛应用于角膜损伤修复和皮肤创伤愈合治疗上,并在肺损伤修复、胃肠道修复和辐射防护等具有潜在的应用前景。

人角质细胞生长因子hKGF是一种具有刺激胚胎发育、促进上皮细胞增殖和迁移及调节机体免疫等重要生物学功能的细胞生长因子,属于成纤维细胞生长因子超家族。目前科研人员已经能够利用大肠杆菌、昆虫细胞、植物细胞以及哺乳动物细胞中表达hKGF,有研究者采用原核表达系统表达KGF,以避免来自哺乳动物、植物和昆虫细胞的蛋白存在交叉感染的风险性及高成本,来实现KGF的规模化生产。

1、重组hKGF的原核表达系统表达

   研究者在原核表达系统中进行重组人角质细胞生长因子(KGF)的表达及优化。选取缺失N23个氨基酸残基的KGF片段作为目的基因,按照大肠杆菌的密码子偏好性,将其进行密码子优化。结果发现3KGF的表达量都显著降低,但是可溶性蛋白的占比显著提高,均接近100%。研究发现降低诱导温度能够促进KGF的可溶性表达,但是总蛋白的表达水平显著下降;与可溶性标签蛋白融合表达能够提高KGF37℃表达时可溶性蛋白占比,其中融合Fh8-SUMO标签的KGF表达量和可溶性蛋白占比较高。

利用基因工程方法制备重组蛋白,不仅有利于深入研究该蛋白的生物学功能,还能够满足该蛋白在临床前及临床研究和应用的需要。美迪西提供蛋白表达服务,其拥有多种蛋白表达系统,包括原核蛋白表达系统、酵母蛋白表达系统、昆虫细胞蛋白表达系统(杆状病毒)和哺乳动物细胞蛋白表达系统,具备多种融合技术。

2、角质细胞生长因子在放疗和化疗中的防护作用

(1)重组KGF对胃肠黏膜的保护

在小鼠的放疗和化疗模型中,给小鼠预先滴注重组KGF,可降低其胃肠道损伤,缓解损伤导致的体重下降,加速恢复期的体重增加,显著改善小鼠的生存状态。KGF对胃肠粘膜的保护机制是KGF的预处理增加了小肠绒毛的高度和隐窝的深度;KGF对小肠隐窝干细胞也有直接作用,加强其在放化疗中的存活率。

(2)重组KGF对口腔黏膜的保护

在临床恶性血液病的放化疗中,KGF的防护作用的研究已较成熟。在一项Ⅲ期双盲研究中,研究者比较在大剂量放化疗前及骨髓移植后,静脉注射重组人角质细胞生长因子(Palifermin)和安慰剂的效果。结果显示,Palifermin组病人34级口腔粘膜炎的发病率和持续时间均低于安慰剂组,4级口腔粘膜炎和口腔及咽喉疼痛发病率、阿片类止痛药和全静脉营养的使用及发热性中性粒细胞减少症也更少。与该药有关的副作用如皮疹、瘙痒等病症都为轻、中度和暂时的。美国FDA已经批准Palifermin用于治疗恶性血液病患者由高剂量放化疗导致的口腔粘膜炎。

(3KGF对肺保护作用

KGF通过影响鼠肺组织细胞的增殖动力学,延长鼠胸部放疗诱导的局限性肺炎的潜伏期,拮抗由放疗引起的肺损伤。这为进一步将KGF作为肺肿瘤放疗的保护剂研究打下了理论基础。

(4KGF对上皮细胞增殖作用

研究还发现KGF能保护人角质细胞HacaT免受由具有亲电子和氧化特性的外源性化学物导致的损伤以及紫外照射诱导的细胞死亡。与其它类型细胞相比,KGF是通过蛋白重新合成而不是直接的抗细胞凋亡发挥作用的。体内实验发现KGF可使培养的人头皮毛囊免受具有细胞毒性的外源性化学物甲萘醌的损伤。在鼠背皮肤注射KGF能显著减少紫外照射导致的细胞死亡。研究者发现由PAK4KGFR相互作用的新的信号轴,参与了KGF介导的拮抗氧化剂诱导的上皮细胞凋亡。