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在发育过程中，FGFs 功能的调控机制尚不明晰，尤其是其热稳定性对功能的影响。研究人员针对 FGF10 展开研究，开发出稳定变体 FGF10 - STABs。结果发现热稳定性影响 FGF10 功能，且 FGF10 - STABs 在肺损伤修复有潜力。该研究为理解 FGFs 功能提供新思路。
在生命的奇妙旅程中，发育是一场复杂而有序的交响乐，各种信号分子在其中扮演着关键角色。成纤维细胞生长因子（Fibroblast Growth Factors，FGFs）便是这交响乐中的重要成员，它不仅在胚胎发育时期掌控着器官的形态发生，还在成年生物体中维持着组织的稳定与修复。然而，就像神秘的宝藏等待挖掘，许多调控 FGF 功能的机制仍隐藏在重重迷雾之中。
有趣的是，22 种哺乳动物 FGFs 的热力学稳定性差异巨大。有些 FGFs 在体温下能稳定存在超 24 小时，而有些则在短短几分钟内就失去活性。这种稳定性的差异究竟如何影响 FGFs 在发育过程中的功能呢？这成为了科学界亟待解决的谜题。为了揭开这层面纱，来自多个研究机构的科研人员展开了深入探索，其中包括 Masaryk University、University of Wroclaw、Czech Academy of Sciences 等。他们将研究聚焦于 FGF10，这个在肢体和肺发育中至关重要的形态发生素（morphogen，在胚胎发育过程中能够影响细胞分化和组织形成的信号分子）。
研究人员首先通过理性驱动的定点诱变技术，开发出了几种热稳定性显著提高的 FGF10 变体（FGF10 - STABs），其熔解温度比野生型 FGF10 高出 19°C 以上。在体外细胞实验中，FGF10 - STABs 与野生型 FGF10 在与 FGF 受体（FGFRs）的结合、激活下游信号通路以及诱导基因表达等方面表现相似。但在小鼠胚胎肺外植体实验中，FGF10 - STABs 却展现出与野生型 FGF10 截然不同的效果。FGF10 - STABs 抑制了肺分支的形成，促进了肺泡化和上皮组织的扩张；在鸡胚肢体芽实验中，FGF10 - STAB1 抑制了小鼠胚胎胫骨的生长，并显著改变了肢体形态。这些结果表明，热不稳定性是防止 FGF10 异位信号传导的重要调控因素。
不仅如此，研究人员还发现 FGF10 - STABs 在人类诱导多能干细胞（iPSC）衍生的肺类器官分化以及体外肺损伤模型的再生过程中表现出色。这意味着 FGF10 - STABs 在细胞治疗领域有着巨大的应用潜力，为修复受损肺组织带来了新的希望。该研究成果发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》杂志上，为深入理解 FGFs 的功能调控机制提供了重要依据。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是定点诱变技术，通过对 FGF10 基因进行定点突变，获得热稳定性提高的 FGF10 - STABs 变体；二是细胞和分子生物学实验技术，包括细胞培养、迁移和增殖实验、Western blot、qPCR 等，用于检测 FGF10 及其变体的功能和相关信号通路的激活情况；三是动物模型实验技术，利用小鼠胚胎肺外植体、鸡胚肢体芽和小鼠胫骨外植体等模型，研究 FGF10 - STABs 在体内发育过程中的作用；四是生物物理技术，如差示扫描荧光法（DSF）、差示扫描量热法（DSC）和圆二色谱（CD）光谱等，用于表征 FGF10 - STABs 的热稳定性和结构完整性。
下面来看具体的研究结果：
- 开发热稳定的 FGF10：通过能量和进化分析，结合定点诱变和实验验证，研究人员成功开发出 FGF10 - STAB1、FGF10 - STAB2 和 FGF10 - STAB3。这些变体的热稳定性显著提高，在 37°C 下的结构完整性和抗蛋白酶降解能力增强，且 FGF10 - STAB1 在 24 小时内仍能保持完全活性，而野生型 FGF10 在 2 小时内活性就明显下降12。
- FGF10 - STABs 的体外评估：在体外实验中，FGF10 - STABs 与野生型 FGF10 在激活下游 FGFR 信号通路、诱导 ERK 磷酸化和 KroxDs 表达方面表现相似。但当 FGF10 预孵育后，野生型 FGF10 活性丧失，而 FGF10 - STABs 仍能正常激活相关信号通路，且 FGF10 - STAB2 和 - STAB3 在预孵育 15 天后仍能诱导 ERK 激活34。
- FGF10 - STAB1 诱导 FGFR2b 二聚化和激活：研究表明，FGF10 - STAB1 与野生型 FGF10 对 FGFRs 的特异性相同，都主要激活 FGFR2b。通过荧光强度波动（FIF）光谱技术发现，FGF10 - STAB1 与野生型 FGF10 在稳定 FGFR2b 二聚体方面效果相似，但预孵育会影响二者的效果，且野生型 FGF10 受影响更明显56。
- FGF10 - STAB 变体改变胚胎肺外植体中的细胞分化：在 4MBr - 5 细胞增殖实验和 MCF7 细胞划痕实验中，FGF10 - STABs 表现出比野生型 FGF10 更强的促进细胞增殖和迁移的能力。在小鼠胚胎肺外植体实验中，FGF10 - STAB1 抑制肺分支形成，促进远端上皮细胞增殖和分化，导致肺泡扩张和上皮化增加，FGF10 - STAB2 和 - STAB3 也有类似但程度不同的效果78。
- FGF10 - STAB1 增加人 iPSC 衍生肺类器官（LOs）中的细胞分化：在人 iPSC 衍生的肺类器官实验中，FGF10 - STAB1 处理后，肺类器官中 Cdh1、Sox9 和 Spry2 等基因表达显著增加，上皮细胞数量和远端上皮祖细胞数量也明显增多910。
- FGF10 - STAB2 减少肺损伤的纤维化并促进上皮再生：在体外小鼠肺损伤模型实验中，FGF10 - STAB2 在早期纤维化模型中降低了细胞毒性，减少了 αSMA+细胞数量；在弹性蛋白酶诱导的肺气肿模型中，增加了 ProSPC+细胞数量，表明其具有增强的再生特性1112。
- FGF10 - STAB1 影响肢体发育：在鸡胚肢体芽实验中，植入 FGF10 - STAB1 的胚胎出现肢体畸形，包括长骨缩短和关节融合；在小鼠胚胎胫骨外植体实验中，FGF10 - STAB1 抑制了胫骨生长，而野生型 FGF10 对胫骨生长影响较小1314。
研究结论和讨论部分指出，FGF10 的热不稳定性在发育过程中起到了防止信号失控的重要作用。在肺和肢体发育过程中，FGF10 的适当稳定性对于维持正常的信号传导和组织发育至关重要。这一发现提示我们，在解释 FGFs 在体内的功能时，必须考虑其稳定性因素。此外，FGF10 - STABs 在肺损伤修复方面的良好表现，为细胞治疗提供了新的潜在策略，有望为肺部疾病的治疗带来新的突破。这项研究不仅加深了我们对 FGFs 功能调控的理解，也为未来的医学研究和治疗提供了重要的理论基础和实践方向。
