学术堂首页 | 文献求助论文范文 | 论文题目 | 参考文献 | 开题报告 | 论文格式 | 摘要提纲 | 论文致谢 | 论文查重 | 论文答辩 | 论文发表 | 期刊杂志 | 论文写作 | 论文PPT
学术堂专业论文学习平台您当前的位置:学术堂 > 生物学论文 > 分子生物学论文

MGF在组织细胞中的表达、调节及其功能机制的研究综述

来源:学术堂 作者:姚老师
发布于:2014-05-20 共6158字
论文摘要

  力生长因子(mechano growth factor,MGF)是胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)的选择性剪接变异体.Yang等首先发现,IGF-1是由70个氨基酸组成的多肽,它的基因长度大约为90kb,其中包含6个外显子.啮齿动物主要存在2种变异体:Igf-1Ea和Igf-1Eb,在人体内,这些外显子通过选择性剪切形成了IGF-1的3个变异体,命名为IGF-1Ea,IGF-1Eb以及IGF-1Ec,其中IGF-1Eb与啮齿动物命名相同,但剪切方式不同,是人体内特有.MGF由IGF-1基因外显子4、5、6编码,形成了由40个氨基酸组成的E结构域,这也导致其与IGF-1不同的作用及作用方式.IGF-1多肽是唯一的一个促肌肉细胞增殖,诱导成肌细胞向肌管细胞分化的因子.MGF促成肌细胞增殖,但是抑制其分化.目前,MGF的作用比较明确,例如促进成骨细胞和成肌细胞的增殖、迁移、抑制成骨细胞分化和矿化.在组织水平,MGF有神经保护作用、诱导骨骼肌肥大、促进骨骼肌复原和修复.但其作用机制仍不明确.根据目前的研究,上述功能涉及到某些分子和通路,例如:细胞外调节蛋白激酶(Extracel lularregulated protein kinases,Erk)通路、第二信使、Wnt信号等.本文对研究发现的MGF功能及其可能涉及的作用机制进行综述.1、MGF的表达与功能。

  研究发现,MGF在多种细胞/组织中均有表达,不同的细胞/组织中,MGF的功能各有所不同.在细胞水平,MGF在力效应细胞(mechanocytes)有表达,包括成骨细胞、成肌细胞、成纤维细胞、骨骼肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、心肌细胞等.在组织水平,MGF在骨骼肌、骨骼、跟腱、心血管、脑均有表达.近期研究发现,MGF在人前列腺肿瘤(prostate cancer,PCa)组织中过表达,在PCa组织和前列腺上皮内瘤中,MGF表达显著高于正常前列腺组织.Armakolas等还证实,给予合成的MGFE肽能促进PCa细胞的生长.MGF在细胞与组织中的作用是多样的(Table1).体外实验显示,MGF能促进力效应细胞的增殖和迁移.机械负载能诱导大鼠成骨细胞和成肌细胞中Mgf表达增加,进而促进细胞的增殖.近期研究显示,MGF对成骨细胞前体MC3T3-E1的分化表现出不同程度的延迟作用,但实验同时显示了MGF的双重效应,在细胞分化早期MGF抑制成骨细胞分化,而晚期MGF则促分化.这种双重作用可能与MGF不仅含有E肽,还含有IGF-1的成分有关.所以抑制分化的作用与E肽激活Erk通路的效应相关,而晚期促细胞分化的作用是IGF-1激活Akt通路的效应,但MGF对细胞分化前后效应差别的具体原因仍需进一步研究.Chen等还发现,MGFE肽抑制成骨细胞矿化.在成肌细胞中,MGF对其的作用与对成骨细胞的作用一致.Qin等发现,MGF促增殖和抑制分化是通过下调关键肌源性转录因子来实现的,但当MGF浓度过高时则出现抑制增殖的作用,机制仍不明确.此外,研究还发现,合成的MGFE肽能提高生肌前体细胞(myogenicprecursorcells,MPCs)的移植成功率,培养MPCs时,给予MGFE肽能促进MPCs的迁移.大鼠体内实验表明,Mgf对骨骼肌表现为促骨骼肌肥大,修复损伤肌肉.相比Igf-1Ea,Mgf有更强的诱导骨骼肌肥大的作用.在动物实验中,肌肉注射MgfcDNA,3周内肌肉质量和肌肉横截面面积分别增加20%和25%,而前期报告显示,注射Igf-1EacDNA4个月使肌肉质量只增加了15%.通常,肌肉细胞数量主要靠骨骼肌卫星细胞(即骨骼肌干细胞)来维持,卫星细胞最先由Mauro发现并做出描述.随后的研究显示,它位于基底膜和骨骼肌纤维的肌膜之间,平时处于静止状态.当肌肉组织损伤后,它会迅速活化进行增殖和组织修复.Hill等研究证实,MGF直接参与卫星细胞的激活.另有研究发现,MGF-E肽能显著增加骨骼肌祖细胞的数量,抑制其肌源性分化,表明MGF-E肽能影响骨骼肌祖细胞活化增殖,修复损伤的肌肉.动物实验显示,Igf-1对神经元的维护和生长发育具有重要作用.Wang等和Liu等报道,将外源性Igf-1用于大鼠体内能减轻缺血引起的大脑损害.Mgf作为Igf-1的变异体也有类似的功能.Aperghis等证实,Mgf在大鼠面神经损伤后能发挥保护神经元的作用,其效果优于Igf-1Ea的作用.研究还发现,Mgf对小鼠大脑缺血性损伤也有强烈的保护作用,内源性Mgf能有效阻止氧化应激、NMDA(N-甲基-D-天冬氨酸)诱导的兴奋性中毒,以及自由基损伤引起的海马神经元退化.如对患有肌萎缩侧索硬化症的小鼠模型给予Mgf治疗,发现治疗能提高小鼠后肢力量,并增加小鼠运动神经元的存活.另外,在帕金森症模型中发现,MGF-E肽能保护多巴胺(dopamine,DA)神经元,这为治疗帕金森症等慢性神经性疾病提供了新的途径.

  在心血管研究中发现,用重组的MGF治疗心肌梗塞能减少永久性缺血区域,增加存活区域,提高心肌收缩性,效果也优于IGF-1的治疗.在急性或慢性心肌梗死时,用微型渗透压泵给予MGFE肽能保持心肌收缩性,阻止心肌细胞病理性肥大和坏死,提高心肌功能.给心肌受损的羊用MgfE肽治疗后发现,MgfE肽阻止了心肌梗死区的扩展,上述结果可能与MGFE肽减少半胱氨酸蛋白酶-3介导的细胞凋亡有关.2影响MGF表达的因素MGF作为力刺激因子,表达不仅受机械负载的影响,还受其它多种因素的影响和调控,例如运动、年龄、激素、温度、pH等.体外实验证实,在机械负载下,大鼠Mgf的mRNA在成骨细胞的表达显著增加,周期性应力比静态应力更能刺激细胞Mgf表达.Li等提出,在3D环境下培养骨骼成肌细胞,周期力会上调Mgf的表达.这些发现有利于借助此方法快速大量刺激MGF的表达,加速实验的进程.体内实验发现,持续训练会刺激肌肉组织MGFmRNA表达增加,除此还可能与训练造成肌肉损伤有关.此前的实验证实,肌肉受损会刺激大鼠体内Mgf表达,随后Kravchenko等证实,损伤的肌肉会释放某些蛋白质刺激成肌细胞表达Mgf.最近的研究显示,有3种肌纤维蛋白(肌间蛋白,肌球蛋白结合蛋白c,肌联蛋白)刺激鼠成肌细胞和肌管表达Mgf.在研究老龄兔时发现,Mgf的上调表达量较低,这一现象在人的肌肉研究中也被证实,说明MGF的表达水平有年龄差异.除上述因素,生长激素(growth hormone,GH)也能刺激Mgf表达.在C2C12鼠肌肉细胞系中给予GH刺激1h,MgfmRNA表达增加,并且早于Igf-1Ea的表达.vanDijk-Ottens等认为,甲状腺激素能诱导新生大鼠心肌Mgf的表达,但其表达依赖心跳的刺激,给予KCL时,心肌收缩被抑制,Mgf的上调被阻止.此外,第二信使(如cAMP)也被证明对MGF在人和鼠成肌细胞的表达有调节作用,给予腺苷酸环化酶激活剂激活cAMP,可促进人和鼠成肌细胞MGF合成显著增加.培养鼠成肌细胞时发现,高温和酸度的变化也会促进Mgf的合成,在40℃、pH6.3时,Mgf的表达达到高峰.3MGF作用的机制在细胞/组织中,MGF对力刺激非常敏感,能响应力刺激而表达.学界普遍认为,机械加载刺激MGF表达是通过调节基因的剪接方式,但其力学信号诱导MGF表达的具体机制尚不清楚.虽然MGF是IGF-1的剪接变异体,但MGF的作用机制与IGF-1并不一致.实验证明,MGF作用不依靠IGF-1受体.当阻断IGF-1受体时,MGF对细胞组织的作用没有明显减弱.2008年,Spangenburg等利用IGF-1受体缺失的转基因小鼠证明,IGF-1受体介导的信号通路不是诱导骨骼肌肥大所必需的,同时还证实,IGF-I受体不是给予机械负载时激活Akt/mTOR信号通路的上游元件.上述结果证明,MGF不依靠经典的IGF-1受体发挥作用.早期研究显示,Raf-MEK-Erk与细胞的生长和增殖有关.近期研究证实,MGF发挥作用是依靠激活Erk通路来实现的.Philippou等发现,合成的MGFE肽对C2C12细胞的促增殖作用是靠激活Erk磷酸化实现的.MGFE肽在H9C2鼠心肌细胞的作用研究证实,MGFE肽是依靠激活Erk1/2来发挥作用.早期体外实验证实,β联蛋白是肌生成、抑制脂肪形成所必需的,也是成年人骨骼肌生长、再生修复所需要的,过量运动导致肌肉肥大时肌细胞核中β联蛋白的表达上调.Milat等对Wnt信号与骨形成的关系做总结提出,激活Wnt/β-catenin信号导致骨量的增加,抑制会造成骨量的损失.当LRP5缺失时,小鼠出现成骨细胞增殖能力下降,骨量下降,而LRP5是wnt/β-catenin信号通路中的关键一环.尽管Mgf能增加β联蛋白在核内的表达,引发其介导的TCF/LEF信号,诱导核定位,增加转录活性,但Mgf与wnt/β-catenin信号之间具体关系仍不明确.在研究患有肌萎缩侧索硬化症的小鼠模型时发现,Mgf通过增加超氧化物歧化酶来降低自由基的水平,进而保护运动神经.在SHSY5Y细胞中,MGFE肽能上调血红素加氧酶-1(hemeoxygenase-1HO-1)的表达,保护细胞免受6-羟多巴胺和鱼藤酮造成的损伤.近期研究显示,MGF发挥神经保护的作用依赖PKCε和Nrf2.MGFE肽激活PKCε,进而导致Nrf2活化并核转位,富含A、U元件(AU-richelement,ARE)的基因活化,上调HO-1表达,发挥保护细胞的作用.当利用siRNA阻止Nrf2或PKCε的表达时,会导致MGFE肽诱导HO-1的上调失败,MGFE肽保护SHSY5Y细胞抵抗6-羟多巴胺引起细胞死亡的能力降低.但目前MGFE肽激活PKCε的机制尚不清楚,PKCε是直接激活还是通过其它因子介导Nrf2活化也需要进一步研究.4、问题与展望。

  MGF参与骨骼肌肥大,损伤修复的过程,在心血管、脑等重要器官也扮演重要角色,能减轻心肌梗塞、脑缺血时引起的组织损伤.动物实验证明,Mgf比Igf-1在某些功能方面更有潜力.如果未来能将MGF运用于临床,在组织损伤修复、再生方面一定会有良好的用途.例如对运动损伤的患者,治疗过程中加强锻炼有利于康复,但术后不宜锻炼,如果能给予MGF,能加快康复进程.但是MGF的作用机制仍不清楚,其作用受体,信号通道等仍未找到.如果将MGF用于治疗,其致瘤性则是需要关注的重点.另外,在MGF被用于治疗前,还需要研究其生物特性,例如其在体内的稳定性、半衰期等,只有对MGF研究的更透彻,才能更好的利用它来治疗疾病.相信随着研究的深入进展,MGF的作用机制和特性都将被阐明,这对MGF用于临床具有重大意义.


  参考文献( References)
  [1] Yang S, Alnaqeeb M, Simpson H, et al. Cloning andcharacterization of an IGF-1 isoform expressed in skeletal musclesubjected to stretch[J]. J Muscle Res Cell Motil,1996,17( 4) :
  487-495
  [2] Florini J R,Ewton D Z,Coolican S A. Growth hormone and theinsulin like growth factor system in myogenesis[J]. Endocr Rev,1996,17( 5) : 481-517
  [3] Yang S Y,Goldspink G. Different roles of the IGF-I Ec peptide( MGF ) and mature IGF-I in myoblast proliferation anddifferentiation[J]. FEBS Lett,2002,522( 1-3) : 156-160
  [4] Xin C,Bingbing Z,Yuanliang W,et al. MGF E peptide inhibitsthe differentiation and mineralization of osteoblasts[J]. ArchOral Biol,2012,57( 6) : 720-727
  [5] Aperghis M,Johnson I P,Cannon J,et al. Different levels ofneuroprotection by two insulin-like growth factor-I splice variants[J]. Brain Res,2004,1009( 1-2) : 213-218
  [6] Dluzniewska J,Sarnowska A,Beresewicz M,et al. A strongneuroprotective effect of the autonomous C-terminal peptide ofIGF-1 Ec ( MGF) in brain ischemia[J]. FASEB J,2005,19( 13) : 1896-1898
  [7] Goldspink G. Method of treating muscular disorders[P]. UnitedStates Patent,US6221842B1,2001-04-24
  [8] Hill M,Wernig A,Goldspink G. Muscle satellite ( stem) cellactivation during local tissue injury and repair[J]. J Anat,2003,203( 1) : 89-99
  [9] Goldspink G,Booth F. General remarks: mechanical signals andgene expression in muscle[J]. Am J Physiol,1992,262 ( 3 ) :
  R327-R328
  [10] Tang L L,Xian C Y,Wang Y L. The MGF expression ofosteoblasts in response to mechanical overload[J]. Arch OralBiol,2006,51( 12) : 1080-1085
  [11] Heinemeier K M,Olesen J L,Schjerling P,et al. Short-termstrength training and the expression of myostatin and IGF-Iisoforms in rat muscle and tendon: differential effects of specificcontraction types[J]. J Appl Physiol,2007,102 ( 2) : 573-581
  [12] Skarli M,Yang S Y,Bouloux P,et al. Up-regulation andalternative splicing of the IGF-1 gene in the rabbit heart followinga brief pressure / volume overload[J]. J Physiol,1998,509P:
  192p-193p
  [13] Stavropoulou A,Halapas A,Sourla A,et al. IGF-1 expression ininfarcted myocardium and MGF E peptide actions in ratcardiomyocytes in vitro[J]. Mol Med,2009,15( 5-6) : 127-135
  [14] Armakolas A,Philippou A,Panteleakou Z,et al. Preferentialexpression of IGF-1Ec ( MGF) transcript in cancerous tissues ofhuman prostate: evidence for a novel and autonomous growthfactor activity of MGF E peptide in human prostate cancer cells[J]. Prostate,2010,70( 11) : 1233-1242
  [15] Mills P,Dominique J C,Lafreniere J F,et al. A syntheticmechano growth factor E peptide enhances myogenic precursorcell transplantation success[J]. Am J Transplant,2007,7( 10) : 2247-2259[16] Deng M,Zhang B,Wang K,et al. Mechano growth factor Epeptide promotes osteoblasts proliferation and bone-defect healingin rabbits[J]. Int Orthop,2011,35( 7) : 1099-1106
  [17] Zhang B,Xian C,Luo Y,et al. Expression and subcellularlocalization of mechano-growth factor in osteoblasts undermechanical stretch[J]. Sci China C Life Sci,2009,52 ( 10 ) :
  928-934
  [18] Li Y,Zhao Z,Song J,et al. Cyclic force upregulates mechano-growth factor and elevates cell proliferation in 3D culturedskeletal myoblasts[J]. Arch Biochem Biophys,2009,490 ( 2) :
  171-176
  [19] Zhang B,Wang Y,Yang L,et al. The effects of MGF and Epeptide on the differentiation of osteoblasts [J]. Prog BiochemBiophys,2010,37( 3) : 304-312
  [20] Chen C,Zhang B B,Wang Y L,et al. Mechano-growth factor Epeptide inhibited the differentiation and mineralization ofosteoblasts[J]. Arch Oral Biol,2012,57( 6) : 720-727
  [21] Qin L L,Li X K,Xu J,et al. Mechano growth factor promotesproliferation and inhibits differentiation of porcine stem cells( PSCs) by down-regulation of key myogenic transcriptional factors[J]. Mol Cell Biochem,2012,370( 1-2) : 221-230
  [22] Mills P,Lafreniere J F,Benabdallah B F,et al. A new pro-migratory activity on human myogenic precursor cells for asynthetic peptide within the E domain of the mechano growthfactor[J]. Exp Cell Res,2007,313( 3) ; 527-537
  [23] Barton-Davis E R,Shoturma D I,Musaro A,et al. Viral mediatedexpression of insulin-like growth factor I blocks the aging-relatedloss of skeletal muscle function[J]. Proc Natl Acad Sci USA,1998,95 ( 26) : 15603-15607
  [24] Mauro A. Satellite cell of skeletal muscle fibers[J]. J BiophysBiochem Cytol,1961,9( 2) : 493-49511
相关标签:
  • 报警平台
  • 网络监察
  • 备案信息
  • 举报中心
  • 传播文明
  • 诚信网站