成纖維細(xì)胞生長因子21對心臟保護(hù)作用的研究進(jìn)展

梁平平　仲　琳　龔　磊　楊　軍

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成纖維細(xì)胞生長因子21對心臟保護(hù)作用的研究進(jìn)展

梁平平仲琳龔磊楊軍

成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)21是內(nèi)源性心臟保護(hù)因子，參與多種疾病的病理生理過程，主要功能包括調(diào)節(jié)糖脂代謝、抗動脈粥樣硬化、減少心肌梗死面積和減輕心肌缺血再灌注損傷等。該文主要介紹FGF21在動脈粥樣硬化、心肌缺血、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激炎癥反應(yīng)中的生物學(xué)作用及其作用機(jī)制。

成纖維細(xì)胞生長因子21；心血管疾?。恍呐K保護(hù)作用

成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)21由209個氨基酸組成，是FGF家族的新成員，主要在肝臟、脂肪、骨骼肌、胰腺等組織器官中表達(dá)[1]。FGF21不具有成纖維細(xì)胞營養(yǎng)活性，主要作用是調(diào)節(jié)糖脂代謝，具有增加胰島素的敏感性、改善胰島B細(xì)胞功能、降低三酰甘油水平、改善與肥胖相關(guān)的高糖、高脂血癥及減輕體質(zhì)量等功能，與代謝性疾病及心血管疾病密切相關(guān)[2-4]。

成纖維細(xì)胞生長因子受體(FGFR)屬于酪氨酸激酶受體家族，包括FGFR1～4[2]。 FGF21主要通過FGFR1激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[3-4]，但FGF21與 FGFR1的特異性結(jié)合需要輔助受體β-Klotho的參與[5]。β-Klotho在肝臟、胰腺、脂肪細(xì)胞中特異性表達(dá)，這決定了FGF21作用的特異性[6]。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21對全身β-Klotho敲除小鼠無生長和代謝調(diào)節(jié)作用；同時FGF21對脂肪組織選擇性β-Klotho敲除小鼠無急性胰島素增敏作用[5]。 FGF21的N末端與FGFR1結(jié)合，C末端與β-Klotho高親和力結(jié)合，并與FGFR組成復(fù)合物，該復(fù)合物可以使受體自身磷酸化并激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[7]。

過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)是FGF21表達(dá)的啟動因子[8]。研究表明，長期空腹和饑餓通過刺激肝臟脂肪酸氧化、生酮和糖異生，誘導(dǎo)PPARα表達(dá)增加，從而促進(jìn)FGF21的表達(dá)[9]。研究顯示，在正常的小鼠中通過禁食或注射PPARα激動劑可以增加FGF21的mRNA 表達(dá)水平，而在PPARα基因敲除的小鼠模型中FGF21的表達(dá)水平并沒有增加[8]。

FGF21的主要來源為肝臟，但研究發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞及心臟微血管細(xì)胞(CMEC)也可表達(dá)FGF21[10-11]。此外，F(xiàn)GF21可由受損的心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分泌到體循環(huán)中，以自分泌或旁分泌的形式作用于細(xì)胞表面受體，發(fā)揮調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、抗氧化損傷及抗炎的作用，從而減緩動脈粥樣硬化進(jìn)展、保護(hù)缺血心肌，減輕心肌缺血再灌注(I/R)損傷。

1　FGF21與冠狀動脈粥樣硬化

研究發(fā)現(xiàn)，血清FGF21水平與冠狀動脈粥樣硬化存在一定的關(guān)聯(lián)。冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)合并糖脂代謝異?；颊叩难錐GF21水平高于非冠心病及不合并代謝異常的患者[12-13]。此外，流行病學(xué)研究表明，肥胖、高脂血癥、糖耐量異常、2型糖尿病和代謝綜合征患者的血清FGF21水平顯著升高[14]。Chow等[15]對670例受試者的頸動脈內(nèi)膜中層厚度與血清FGF21的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)血清FGF21水平與頸動脈粥樣硬化病變程度呈正相關(guān)，是動脈粥樣硬化的獨(dú)立影響因素。

FGF21不僅可以改善高血壓、高血脂、糖尿病、糖耐量異常和肥胖，還可改善血管內(nèi)皮的功能。Lu等[10]發(fā)現(xiàn)，氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)以劑量依賴形式誘導(dǎo)CMEC表達(dá)FGF21；而FGF21處理組可以抑制ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，改善內(nèi)皮細(xì)胞功能，通過小干擾RNA抑制FGF21的表達(dá)則可誘導(dǎo)CMEC凋亡。這提示FGF21是一種心血管保護(hù)因子，可拮抗動脈粥樣硬化內(nèi)皮功能障礙。另外，在動脈粥樣硬化的早期階段，血清FGF21可能是內(nèi)皮細(xì)胞的代償調(diào)節(jié)機(jī)制，以恢復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞正常功能。因此，血清FGF21可能成為早期發(fā)現(xiàn)心臟疾病的生物標(biāo)志物。

FGF21還可以通過增加肝臟內(nèi)膽固醇的輸出，發(fā)揮抗動脈粥樣硬化的作用[16]。在高脂喂養(yǎng)的載脂蛋白E基因敲除小鼠中，F(xiàn)GF21治療組血漿C反應(yīng)蛋白、腫瘤壞死因子α、總膽固醇、低密度脂蛋白的水平明顯降低，動脈粥樣硬化病變顯著減輕[17]。另外，PPARα激動劑通過促進(jìn)FGF21的表達(dá)，抑制單核細(xì)胞趨化蛋白-1、內(nèi)皮素、白細(xì)胞介素-6的釋放及血管細(xì)胞黏附分子-1的表達(dá),抑制核因子κB 的活性，發(fā)揮抗慢性炎癥的作用[18],從而減輕ox-LDL對內(nèi)皮細(xì)胞的損害。

2　FGF21與心肌缺血損傷

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21與心肌缺血密切相關(guān)。對經(jīng)皮冠狀動脈介入治療的急性冠狀動脈綜合征患者的術(shù)前、術(shù)后即刻、術(shù)后72 h血漿FGF21水平的檢測發(fā)現(xiàn)，心肌缺血損傷后患者血漿FGF21水平降低，成功開通罪犯血管可使FGF21水平明顯升高，這說明FGF21水平與心肌缺血損傷存在相關(guān)性[19]。 研究發(fā)現(xiàn)，在心肌缺血情況下，外源性FGF21可降低小鼠心肌梗死的發(fā)病率[20]，F(xiàn)GF21具有心肌缺血保護(hù)作用。

FGF21的心肌缺血保護(hù)機(jī)制：(1)遠(yuǎn)處器官表達(dá)和分泌的FGF21對心肌缺血的保護(hù)。當(dāng)C57BL6小鼠發(fā)生心肌梗死時，骨骼肌衍生的FGF21蛋白通過激活脂聯(lián)素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，減少心肌細(xì)胞凋亡[21]。心肌缺血可誘導(dǎo)肝臟表達(dá)和分泌FGF21，并發(fā)揮缺血心肌保護(hù)作用。另外，給予外源性FGF21的FGF21-/-小鼠的心肌梗死面積小于野生型和給予PBS的FGF21-/-小鼠[21]。因此，非心源性的FGF21具有改善心肌缺血的作用。 (2)受損心肌細(xì)胞自身表達(dá)和分泌的FGF21，以自分泌或旁分泌的形式發(fā)揮心肌保護(hù)作用。心肌缺血還可誘導(dǎo)其他器官表達(dá)和分泌FGF21，發(fā)揮缺血心肌保護(hù)作用，但當(dāng)發(fā)生心肌無復(fù)流時，非心源性 FGF21不能通過有效血運(yùn)到達(dá)心肌組織，此時需心肌細(xì)胞自身分泌FGF21來發(fā)揮保護(hù)作用。在大鼠心臟離體灌注模型中，外源給予FGF21預(yù)灌注后進(jìn)行全心缺血處理，發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞內(nèi)FGF21的表達(dá)和分泌增加，而且FGF21通過激活絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)/磷酯酰肌醇-3-激酶(PI3K)/絲、蘇氨酸激酶(Akt)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑增強(qiáng)心臟收縮功能[11]。

FGF21與FGFR1、β-Klotho結(jié)合后，使PI3K、 Akt1、Bcl-2/Bcl-xL相關(guān)的促凋亡基因(BAD)磷酸化，降低半胱天冬酶-3(caspase-3)的活性，減少細(xì)胞凋亡和心肌梗死的面積，改善心肌功能[20]。Cong等[22]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21通過激活A(yù)kt，抑制糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)和熱休克蛋白70(HSP70)的表達(dá)，從而抑制caspase-3的表達(dá)，改善I/R損傷引起的細(xì)胞凋亡。另外Akt/GSK-3β信號通路相關(guān)蛋白磷酸化水平與FGF21呈劑量依賴性[23]。外源和內(nèi)源性FGF21可通過多種途徑保護(hù)心肌細(xì)胞免于凋亡，主要包括PI3K/Akt1/BAD和Akt/GSK-3β/caspase-3途經(jīng)，降低心肌缺血對心肌細(xì)胞的損傷，減少心肌梗死面積，增強(qiáng)左心室收縮功能。此外，F(xiàn)GF21通過上調(diào)ATP合成酶，增加對損傷心肌細(xì)胞的能量供應(yīng)；還可通過提高蛋白激酶C的水平，減輕I/R損傷相關(guān)的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[22]。FGF21與心肌缺血密切相關(guān)，但其具體作用機(jī)制尚待進(jìn)一步闡明。

3　FGF21與I/R損傷

I/R損傷涉及多種機(jī)制，其中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)近年來備受關(guān)注。大量研究表明，ERS誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡是導(dǎo)致心肌I/R損傷的重要機(jī)制之一[24-26]。心肌缺血會激活心肌細(xì)胞ERS，啟動未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)。研究表明，UPR主要包括3條信號通路：蛋白激酶R 樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)、肌醇需求激酶1(IRE1)和轉(zhuǎn)錄激活因子(ATF)6[27]。UPR是ERS最初的適應(yīng)性反應(yīng)，以維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動態(tài)平衡，保護(hù)細(xì)胞抵抗外界環(huán)境的干擾作用[28]。但如果ERS過多或長期得不到恢復(fù)，則誘導(dǎo)多種炎癥因子的合成與釋放，啟動炎癥反應(yīng)，激活URP凋亡通路，誘發(fā)細(xì)胞凋亡[29]。URP凋亡途徑在心力衰竭、缺血性心臟病、動脈粥樣硬化和心肌肥大等心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中起基礎(chǔ)性作用[24,30]。

在ERS早期，PERK/真核細(xì)胞翻譯起始因子2α(eIF2α)/ ATF4通路是UPR最先啟動的信號通路。PERK誘導(dǎo)eIF2α磷酸化，從而上調(diào)ATF4及其靶基因的表達(dá)，減少未折疊和錯誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的積累，減輕ERS壓力[28]。FGF21的啟動子區(qū)含有ATF4的2個結(jié)合位點(diǎn)，分別為氨基酸反應(yīng)元件(AARE)1和AARE2[31]，PERK/eIF2α/ATF4通路激活后誘導(dǎo)FGF21轉(zhuǎn)錄上調(diào)并抑制細(xì)胞凋亡[32]。此外，IRE1α/X盒結(jié)合蛋白1(XBP1)通路也可誘導(dǎo)FGF21表達(dá)增加，從而減輕ERS誘導(dǎo)的肝細(xì)胞脂肪變性，維持肝臟內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[33]。Groenendyk等[34]發(fā)現(xiàn)，能量代謝紊亂導(dǎo)致的ERS也可以誘導(dǎo)FGF21表達(dá)，并改善細(xì)胞能量代謝。如果ERS時間過長或者超過自身可代償范圍，則激活凋亡通路而誘發(fā)細(xì)胞凋亡[28,35]。此時CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(CHOP)成為ATF4的主要下游信號分子，而非FGF21[32,36]，因此ERS主要通過PERK/eIF2α/ATF4/CHOP誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可明顯降低PERK、IRE1的磷酸化水平以及ATF6的表達(dá)水平，抑制凋亡通路激活[37]。FGF21還可以通過ERK/沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1 (SIRT1)信號通路增加抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，減輕心肌細(xì)胞的炎癥損傷[38]。

4　結(jié)語

隨著社會老齡化加劇和肥胖人群日漸增多，代謝性疾病及心血管疾病劇增。FGF21具有增加胰島素敏感性，降低三酰甘油水平，改善與肥胖相關(guān)的高糖、高脂血癥等功能。目前FGF21在心血管疾病中的作用機(jī)制尚不明確，但現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明其在冠狀動脈粥樣硬化、心肌缺血及ERS反應(yīng)中均發(fā)揮重要的保護(hù)作用。因此，加強(qiáng)FGF21的保護(hù)機(jī)制研究，可為臨床治療心血管疾病提供新的思路。

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(收稿：2015-12-30修回：2016-05-31)

(本文編輯：梁英超)

山東省自然科學(xué)基金(ZR2015HM058)；煙臺市科技發(fā)展計劃項目(2013WS224)

264000青島大學(xué)附屬煙臺毓璜頂醫(yī)院心血管內(nèi)科(梁平平、仲琳、楊軍)；生物芯片室(龔磊)

楊軍，Email：yangjun19640124@163.com

10.3969/j.issn.1673-6583.2016.04.008