酸性成纤维细胞生长因子（Acidic fibroblast growth factor，aFGF），是成纤维细胞生长因子家族的关键成员之一。aFGF已被证实具有修复皮肤损伤、促进伤口愈合等多种功能[1-2]。aFGF由155个氨基酸残基组成，分子量约为16 kD，等电点在5.8～6.5，呈酸性[3]。aFGF已在多种生物表达系统中进行表达，且在护肤等领域的应用中取得了良好效果。但是其天然来源不足、纯化过程复杂、透皮效率低，难以满足市场需求[3]。Rahman等[3]研究表明，采用与 Scl-2-M 相结合的纯化方法，可在大肠杆菌表达系统中高效获取重组人源酸性成纤维细胞生长因子（Recombinant human acidic fibroblast growth factor，rhaFGF），回收率达34.2%。Yang等[4]采用油体融合表达策略在拟南芥种子中成功表达出具有生物学活性的aFGF。相关研究有助于提升aFGF的产量以满足市场需求。本文总结了aFGF的结构及其在护肤方面的功能，以及分子农业表达aFGF的策略，为其在护肤等领域的应用提供参考。
1 aFGF的结构与功能
人类aFGF基因位于染色体5q31上，是一种全β折叠蛋白，构成二级结构的是12条不平行的β链，其结构决定其特殊的生物学功能[5]。aFGF功能区主要包括以下3个区域。（1）肝素结合区。此区域是碱性氨基酸富集区域，带负电的肝素基团与带正电的碱性残基相结合。aFGF与肝素结合后三级结构发生改变，可显著提升蛋白质稳定性与生物活性，并有效抵御热变性、极端pH影响及蛋白酶水解作用[6]。（2）受体结合区。酸性成纤维细胞生长因子受体（Acidic fibroblast growth factor receptor，aFGFR）由配体结合部、跨膜螺旋结构、包含蛋白酪氨酸激酶活性的胞质部分组成[6]。（3）核转位区。核转位对aFGF发挥促有丝分裂活性具有重要作用，aFGF通过核转位进入细胞核。核转位需aFGF分子中特定的氨基酸序列参与其中，序列是位于aFGF多肽链的氨基末端的21—27位的Asn-Tyr-Lys-Lys-Pro-Lys-Leu[7]。aFGF与FGFR-1等受体结合后，可通过多种信号转导途径发挥各种生物学效应。aFGF促进皮肤创面修复涉及aFGF亲和酸性环境、表面疏水性、表面改性比等多方面。
2 aFGF的护肤功效与作用机制
基于aFGF的分子结构与功能，其可与细胞表面受体特异性结合并调控细胞生理活动，从而为其在护肤领域的应用奠定理论基础。下文将重点阐述aFGF的护肤功效及作用机制。
2.1 皮肤修复
2.1.1 促进新生血管的形成
2.1.2 促进皮肤损伤的修复
aFGF能通过促进创面修复，提高由意外（如烧伤）、环境（如紫外辐射）以及手术（如整形）等引起的皮肤损伤修复的速度与质量[10]。伤口愈合可分为炎症期、增殖期和重塑期3个阶段，不同阶段的发展由细胞因子、生长因子、趋化因子等的相互作用调控[5]。aFGF促进皮肤损伤修复的作用已经得到了大量研究的证实。李校堃等[11]研究表明，aFGF可促进中胚层及外胚层来源的细胞有丝分裂，促进表皮中上皮细胞的增殖，有助于创面的上皮化。aFGF能主动与创面附近细胞膜上的受体结合，促进创面血管平滑肌细胞、血管内皮细胞、表皮细胞等的增殖，进而促进创面愈合[6]。aFGF通过调控肉芽组织中成纤维细胞胶原蛋白与胶原纤维等的增殖，促进血管内皮细胞的增殖和分化，从而促进新生血管生长，增加创面的血液供应，加速肉芽组织生长，促进受损皮肤的再生[12]。Wu等[12]研究表明，负载aFGF的肝素—泊洛沙姆水凝胶可显著促进小鼠创伤部位肉芽组织形成、上皮再生及细胞增殖，加快伤口闭合速率。
2.1.3 减少瘢痕的形成
2.2 延缓衰老
皮肤老化主要表现为皮肤干燥、粗糙、皱纹、无光泽、无弹性、苍白与松弛，严重时会进一步出现萎缩、皱裂和老年斑等现象。在衰老过程中，成纤维细胞的增殖和代谢活性下降，皮肤中胶原蛋白和弹性蛋白含量下降，皮肤中的纤维功能受损，纤维结构被破坏。aFGF可刺激成纤维细胞等多种类型细胞的DNA合成和增殖，刺激胶原蛋白、弹性蛋白的合成，改善皮肤弹性和紧致度[15]。同时，aFGF促进表皮角质形成细胞的增殖与分化，加速角质层的更新，进而改善皮肤的粗糙、暗沉等情况。此外，aFGF还可减少紫外线辐射（UVB）等对皮肤的伤害[5，16]。Ha等[16]研究表明，rhaFGF可有效保护皮肤，缓解UVB导致的皮肤损伤和皮肤光老化。综上，aFGF可有效延缓皮肤衰老，是皮肤抗衰老的重要生物活性成分之一。
3 分子农业表达aFGF的策略
aFGF在护肤领域的应用价值较高，高效低成本制备是实现其规模化应用的关键。因此，下文将探讨分子农业表达aFGF的策略，为其规模化生产与产业化应用提供技术支撑。
3.1 分子农业表达细胞因子的优势
分子农业又称植物生物反应器，是指利用基因编辑技术，在植物系统中表达特定代谢产物或重组蛋白，相关表达产物可应用于医疗保健、护肤品研发及工业生产等领域[17-18]。转化植物的方式分为核转化、瞬时转化和叶绿体转化[19]。分子农业具有以下优点。一是，利用基因编辑技术将外源基因导入植物后，外源基因可在植物体内稳定遗传[20]。二是，植物可通过垂直农场等常规栽培方式进行规模化种植与培育，植物体系中表达的目标蛋白质可实现持续性获取[21]。三是，植物具有翻译后修饰机制，可确保被表达的蛋白质的结构和功能保留[22]。四是，与原核、酵母和动物细胞表达系统相比，植物和植物细胞生长的要求更简单，无热源、内毒素或其他敏感物质，被病原体污染的风险较低[20]。五是，植物表达的蛋白质的提取、分离和纯化无需复杂的过程。分子农业的应用也存在一些挑战，但这些挑战正在被逐步克服。通过基因编辑技术、选择合适的调控元件、优化密码子和表达载体等多种方法能提高外源蛋白生产的一致性，降低免疫原性[20，23]。多项研究证明了分子农业在护肤产品开发中的适用性和广阔前景。Yu等[24]在拟南芥中成功表达了表皮生长因子（Epidermal growth factor，EGF），并证实了其对皮肤屏障损伤具有修复作用。Ha等[16]成功在本氏烟草中表达并纯化出了rhaFGF，并证明了其具有生物学活性，可抑制皮肤的光老化。相关研究证明了植物用于表达和生产与护肤相关的细胞因子的可行性。
3.2 提高aFGF透皮能力
皮肤屏障允许分子量500 Da及以下的分子渗透穿过，限制了大多数生物大分子的渗透。aFGF的分子量约16 kD，其无法有效渗透皮肤屏障，阻碍了aFGF的效果发挥。因此，有效的透皮给药方式可确保aFGF穿过皮肤屏障，从而更好地发挥作用。透皮给药方法可分为物理、化学和生物方法。目前常用的物理方法主要包括电穿孔、离子导入等，但此类方法易给使用者带来不适感[25]。化学递送方法主要通过改变活性成分的化学结构或添加化学物质构建微载体、胶囊等递送系统，以实现药物对皮肤屏障的穿透。该类方法虽可避免给使用者带来不适，但会改变活性成分的物理化学性质，且部分化学添加物质可能对皮肤具有刺激性或潜在危害[26]。生物方法是将目的分子与经筛选具备良好透皮性能的适宜生物分子进行偶联或融合表达，既可显著提高目的分子的透皮能力，又不会改变其原有结构与生物学功能[27]。该方法具有较高的生物安全性，可降低对皮肤屏障的损害以及诱发不良反应的可能性。生物透皮方法是增强aFGF透皮能力的理想选择。细胞穿透肽（Cell-penetrating peptides，CPP）通常由5～30个氨基酸组成，是一类促进皮肤屏障渗透的功能标签，是药物开发、护肤产品透皮递送的工具[20]。CPP可用于介导蛋白质、肽和载药纳米颗粒等物质的递送，并且在体内和体外均无需受体，也不会引起明显的膜损伤；此外，其细胞毒性低，最终会降解为氨基酸[28]。在这些CPP中，透皮肽1（Transdermal peptide 1，TD1）已被应用于递送多种蛋白质。其通过皮肤附属器途径、能量依赖机制以及与Na、K-ATP酶β亚基的特异性结合协助生物大分子穿过皮肤屏障[29]。CPP在透皮给药领域展现出的优良效果，表明其是护肤产品中良好的生物透皮递送载体。aFGF作为护肤领域的优质候选生物活性分子，其应用受限于较差的透皮能力；而将aFGF与TD1进行融合表达，可在有效保留aFGF原有生物活性的基础上，显著增强其透皮渗透能力。
3.3 植物生物反应器合成TDP1-aFGF的可行性
aFGF在伤口愈合和抗衰老等方面效果显著，但半衰期短、稳定性差和透皮性低限制了其临床应用。同时，aFGF的生产面临着表达量低、内毒素污染以及成本高等问题。目前，aFGF已在大肠杆菌[30]、毕赤酵母[31]、昆虫细胞[32]、哺乳动物细胞[33]和植物[4，16]中有所表达。其中植物系统（稳定表达）生物合成aFGF具有成本低、无病原体污染等优点。aFGF与细胞穿透肽TD1结合进行融合蛋白表达，可增强其稳定性和透皮能力。目前，融合蛋白的表达多是在酵母系统和原核系统中，这些表达系统可能存在内毒素污染问题。采用植物生物反应器表达融合蛋白可避免这一问题，并且具有成本低、易获取等优势。拟南芥是表达细胞穿透肽TD1融合aFGF蛋白的潜在模式植物。其具有生长速度快、适应性强、遗传转化效率高等诸多优点，遗传背景清晰，是开展外源蛋白表达研究的理想材料。此外，拟南芥提取物含有黄酮类化合物、酚酸类化合物等多种有关抗氧化、皮肤抗衰老的成分，拟南芥提取物已经被列入化妆品原料目录中[20]。拟南芥中的有效成分与aFGF在护肤方面具有协同作用，采用拟南芥表达aFGF可使含有aFGF的拟南芥提取物具有更好的护肤效果。
为使TD1在植物体内稳定表达，对其密码子进行了优化，获得TD1突变型细胞穿透肽TDP1。将TDP1与经过密码子优化的aFGF基因连接构建TDP1-aFGF融合蛋白。在TDP1和aFGF之间插入一个柔性连接子可防止两个蛋白分子的结构互相影响，确保TDP1-aFGF融合蛋白功能的实现。此外，选择含有增强型35S启动子和35S终止子的植物表达载体可增加TDP1-aFGF融合蛋白在拟南芥中的表达。未来研究中，可聚焦于拟南芥表达TDP1-aFGF融合蛋白的可行性，并评估植物源TDP1-aFGF融合蛋白的透皮能力和生物学活性，探究其在护肤方面与拟南芥提取物中有效成分的协同作用。
4 结语
当前，植物生物反应器的技术优势与局限性已较为明确，利用植物系统表达融合蛋白符合天然理念、无严格纯度要求的重组蛋白，具有较高的适用性与可行性。植物源TDP1-aFGF兼具来源天然、安全性高、生产成本低、透皮性能优良等特点，能够满足消费者对肌肤延缓衰老、创面修复等护肤需求。以拟南芥为表达系统制备TDP1-aFGF融合蛋白，可显著提升aFGF的实际应用价值与商业开发潜力，具有良好的产业化前景。同时，探究TDP1-aFGF融合蛋白与拟南芥护肤活性成分的协同作用，可为分子农业拓展新的应用方向，推动其市场化应用。