J Adv Res：固定化FGF2衍生肽对间充质干细胞增殖、分化和抗关节炎具有改善作用

近几十年来，再生医学领域发展迅速，生产具有高增殖和分化能力的干细胞对于治疗应用和组织再生至关重要。间充质干细胞(MSCs)是一种多能干细胞，具有很强的增殖能力、自我更新能力和多系分化能力。培养间充质干细胞的方法对其性能、特性和临床应用有很大影响，即使是从同一组织来源纯化的间充质干细胞也是如此。

成纤维细胞生长因子(FGF)家族由脊椎动物中广泛的生长因子组成，在各种关键细胞功能中起着至关重要的作用，包括存活、增殖、分化和迁移。哺乳动物FGF家族中有18种多肽，它们的大小从15 kDa到38 kDa不等。根据序列同源性和系统发育，典型的哺乳动物FGFs可分为6个亚家族，包括5个旁分泌亚家族和1个内分泌亚家族。

FGF-2属于FGF1亚家族，是参与调控多种细胞系中与控制增殖和分化相关的众多生物学功能的关键蛋白。通过结合和激活同源细胞表面酪氨酸激酶受体FGF受体(FGFRs)，旁分泌FGF介导生物作用。跨膜FGFR属于酪氨酸激酶受体亚家族，哺乳动物FGFR由FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4四个基因编码。FGFR由三个细胞外免疫球蛋白样结构域(Ig1, Ig2和Ig3)，一个酪氨酸激酶结构域(在细胞质中)和一个跨膜结构域(疏水)组成。

硫酸肝素(一种硫酸化的糖胺聚糖)是旁分泌的FGFR结合、二聚化和最终激活FGFR的重要共受体。FGFR激活后，细胞内信号级联的启动是由接头蛋白介导的，包括FGFR底物(FRS)-2a和Sprouty蛋白，它们调节PI3K/AKT和RAS-MAPK信号通路。该研究小组之前报道了各种细胞外基质(ECM)和fgf2衍生肽在改善人多能干细胞(hPSCs)的增殖、干性和粘附性方面的有效活性。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.09.041

近日，来自韩国建国大学的研究者们在J Adv Res杂志上发表了题为“Efficient improvement of the proliferation, differentiation, and anti-arthritic capacity of mesenchymal stem cells by simply culturing on the immobilized FGF2 derived peptide, 44-ERGVVSIKGV-53”的文章，该研究发现fgf -2衍生肽FP2是一种有希望的候选肽，可以提高hWJ-MSCs的治疗潜力，特别是在骨和软骨再生方面。

干细胞微环境已被证明对其生物学功能和临床分级有重要影响，特别是天然或合成的生长因子，通过与特定细胞外受体的相互作用，对调节干细胞增殖、代谢和分化至关重要。成纤维细胞生长因子-2 (FGF-2)在多种组织器官中具有多种功能，它与FGF受体(FGFR)相互作用并激活FGFR信号通路，涉及许多生物学功能。

在本研究中，研究者旨在探索功能尚未确定的fgf -2衍生肽FP2 (44-ERGVVSIKGV-53)在促进人类沃顿氏水母间充质干细胞(hWJ-MSCs)的增殖、分化和治疗应用中的分子功能、作用模式和治疗活性，并与其他已知功能的测试肽canofin1 (FP1)、hexafin2 (FP3)和canofin3 (FP4)进行比较。

研究者通过EDC/NHS化学将与贻贝粘附蛋白(MAP)融合的测试肽固定在培养板上，通过细胞增殖试验，集落形成单元，western blotting分析，基因表达分析，RNA-Seq分析成骨和软骨分化能力应用于测试肽的活性。研究者还利用三维(3D)结构分析和基于人工智能(AI)的AlphaFold2和CABS-dock程序来预测肽受体的受体相互作用，还通过骨关节炎小鼠模型验证了fp2培养的hWJ-MSCs的体内治疗能力。

fgfr2衍生测试肽的3D结构

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.09.041  

研究结果表明：在fp2固定化培养板上培养hWJ-MSC，细胞增殖显著增加和菌落形成单位。FP2显著上调FRS2a和FGFR1的磷酸化水平，激活AKT和ERK信号通路。有趣的是，研究者检测到使用基于人工智能的工具预测的FP2受体的有效结合。AKT抑制剂显著消除了fp2介导的细胞分化增强。功能测试显示，关节内注射fp2培养的MSCs可显著减轻骨关节炎小鼠模型的关节炎症状，通过组织切片显示，可调节促炎和抗炎基因的表达水平，促进骨软骨再生。

fgf -2衍生肽FP2是一种有希望的候选肽，可以提高hWJ-MSCs的治疗潜力

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综上所述，本研究揭示了FGF-2衍生多肽模拟物在调节hWJ-MSCs生物学功能方面的新功能，特别是，研究者证明了FP2的高活性，可以产生高度增殖的hWJ-MSCs，与其他肽相比，FP2具有更好的自我更新和分化能力。研究者还验证了FGFR1激活后FRS-2a参与PI3K/AKT和NF-jB信号通路的磷酸化，这与fp2介导的hWJ-MSCs的增殖和分化增强有关。该研究发现fgf -2衍生肽FP2是一种有希望的候选肽，可以提高hWJ-MSCs的治疗潜力。(生物谷 Bioon.com）

参考文献：

Soo Bin Lee et al. Efficient improvement of the proliferation, differentiation, and anti-arthritic capacity of mesenchymal stem cells by simply culturing on the immobilized FGF2 derived peptide, 44-ERGVVSIKGV-53. J Adv Res. 2024 Aug:62:119-141. doi: 10.1016/j.jare.2023.09.041.