FGF信号传导中的结构-功能关系：高度稳定FGF2变体的理性设计及其对细胞生长、代谢和存活的影响

《Journal of Biological Engineering》：Structure–function relationship in FGF signaling: rational design of highly stable FGF2 variants and their effect on cell growth, metabolism, and survival

　　

摘要

背景

成纤维细胞生长因子2（FGF2）是成纤维细胞生长因子家族中的重要成员，在胚胎发育、组织再生以及干细胞生物学中起着关键作用，它有助于维持干细胞的多能性及高度的增殖能力。因此，FGF2被广泛用于再生和干细胞维持的实验模型中；然而，其在生理温度下会迅速发生热降解，这限制了它的实际应用价值和治疗潜力。尽管已有稳定的变体存在，但开发出兼具优异热稳定性和良好药代动力学特性的FGF2类似物，仍然是干细胞研究和再生医学领域面临的重大挑战。

研究结果

通过共识序列分析与结构引导的蛋白质工程相结合，我们创造了具有前所未有的热稳定性的新型FGF2变体，并优化了其与细胞外基质的相互作用。为提高生物利用度，我们引入了一些突变，降低其与肝素硫酸蛋白聚糖的亲和力，从而减少其在细胞外基质中的滞留。其中最稳定的变体，其变性温度相比野生型FGF2高出27℃以上，且在70℃下培养5天后仍能保持其促有丝分裂和促迁移活性。这种出色的热稳定性还伴随着对蛋白水解降解的更强抵抗力。在包括脂肪细胞分化和干细胞培养在内的功能细胞模型中，经过优化的长效变体展现出更强的代谢效率及持续的信号传导作用，使得给药频率可从每日一次降低到每三天一次。

结论

我们成功开发出了高度稳定且生物活性极高的FGF2变体，即使在极端条件下也能保持完整的受体特异性和结合亲和力。通过克服野生型蛋白的固有不稳定性，这些工程化FGF2有望为未来的干细胞扩增和再生疗法应用提供可能。