GDF11
生長分化因子11（英語：growth differentiation factor 11, GDF11），亦稱為骨塑型蛋白11（英語：bone morphogenetic protein 11, BMP-11），是一種由人體中的生長分化因子11基因所編碼的蛋白質。GDF11能形成一種可被骨塑型蛋白1活化的潛伏複合體，進而調節神經生長因子所引發的PC12細胞分化作用[5]。從分子分類上來看，GDF11隸屬於轉化生長因子-β超家族[6]。
GDF11以細胞激素的形式發揮生物功能，其胺基酸序列在人類、小鼠與大鼠之間呈現高度保守性[7]。骨塑型蛋白類群的共同特徵之一，是其前驅蛋白含有一個多鹼性的蛋白水解處理位點；該位點經切割後，會產生一種含有七個保守半胱胺酸殘基的成熟蛋白[8]。
組織分布
[编辑]GDF11在人體內具有廣泛的組織表現，可在骨骼肌、胰臟、皮膚、腎臟、神經系統及視網膜等多種組織中被偵測到[6]。
對細胞生長與分化的影響
[编辑]GDF11隸屬於轉化生長因子-β超家族，並透過調節Hox基因的表現，參與生物體前後軸的發育模式形成[9]。它能界定Hox基因的表現區域，並在發育中的脊髓尾側，決定其頭尾向的區域身分[10]。
在小鼠發育過程中，GDF11會率先在尾芽與尾側神經板區域表現；若缺失GDF11，則會因前後軸定位的模式形成失調，而導致骨骼結構異常[11]。作為一種細胞激素，GDF11會抑制嗅覺受器神經前驅細胞的增殖，藉此調節嗅覺上皮中神經元的數量[12]，並透過控制前驅細胞的分化時機，進一步調控視網膜中神經節細胞的發育數目[13]。其他小鼠研究亦指出，GDF11可能參與胚胎期的中胚層形成以及神經生成。
GDF11可與TGF-β超家族的第一型受體ACVR1B（ALK4）、TGFBR1（ALK5）及ACVR1C（ALK7）結合，但其訊號傳遞主要是透過ALK4與ALK5進行[9]。在結構與系統發育層面上，GDF11亦與肌生成抑制素密切相關；後者是一種抑制肌肉生長的負向調控因子[14][15]，相關研究進一步指出，兩者在演化關係上亦具有高度相似性[16]。
儘管GDF11在結構上與肌生成抑制素約有90%的相似性，但其作用機制卻與後者相反；GDF11的濃度會隨年齡增長而下降，並在小鼠的骨骼肌中發揮抗老化與促進組織再生的作用[17]。
人體研究
[编辑]人體研究顯示，GDF11濃度會在平均73.71歲時降至零；當內源性GDF11停止產生，幹細胞的DNA修復隨之中止，導致幹細胞死亡並使其族群數量更快速地降至零。由於缺乏造血幹細胞、間質幹細胞等幹細胞將無法存活，這些觀察結果顯示GDF11可能在最大壽命的決定上扮演關鍵角色[18]。
Elevian是一家大學衍生企業，其創辦人包括來自哈佛幹細胞研究所（Harvard Stem Cell Institute）的研究人員──艾美·威格斯博士、李・魯賓博士（Lee Rubin）與李・里奇博士（Rich Lee）。該公司已透過兩輪募資，為GDF11研究籌集共計5,800萬美元。2022年6月19日，《紐約時報》發表了一篇探討GDF11與Elevian的報導，題為Can a 'Magic' Protein Slow the Aging Process?[19]。報導指出，Elevian計畫自2023年第一季起，展開以GDF11修復人類中風損傷的臨床試驗[19]。
研究指出，身體適能與血清中GDF11濃度呈現相關性，且與先前研究結果相符；該研究顯示，終身從事運動的男性，其血清GDF11水準高於終身久坐的同儕。身體適能不僅會影響GDF11在特定組織中的表現與濃度，也會左右其對運動刺激所引發之調節幅度[20]。
還有研究指出，重度憂鬱症患者的GDF11濃度顯著低於健康對照組；此外，在老年小鼠中給予GDF11，會藉由刺激神經元自噬來改善記憶，並以不依賴神經新生的方式，緩解老化與類憂鬱症狀[21]。
此外，其他研究還指出，相較於周邊組織，GDF11在胰臟癌組織中的表現量較低，且胰臟癌細胞株亦呈現該生長因子的低度表現。該研究團隊並發現，在一個包含63名胰臟癌患者的研究族群中，GDF11表現量較高者，其存活率顯著優於表現量較低者。這些影響與細胞增殖、遷移及侵襲能力的降低有關，且與先前在肝細胞癌（HCC）與三陰性乳癌（TNBC）中所報告的觀察結果相符。此外，GDF11亦能在胰臟癌細胞株中誘導細胞凋亡[22]。
然而，在130名結直腸癌（CRC）患者的研究中，GDF11在腫瘤組織中的表現量顯著高於正常組織。將患者依GDF11表現量分為低表現與高表現後顯示，高GDF11表現的患者，具有較高比例的淋巴結轉移、較多死亡案例，且存活率較低。
另有研究指出，GDF11的表現量會因多種細胞壓力刺激而上升，包括缺氧與發炎反應；由於腫瘤微環境通常伴隨低氧與發炎狀態，這可能與結腸癌患者中GDF11表現量升高有關[22]。
參考資料
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