成纖維細胞生長因子21與結(jié)腸癌關系的研究

王鳳嬌， 韓繼武

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院消化內(nèi)科，黑龍江 哈爾濱 150001

成纖維細胞生長因子21(fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF-21)的抗癌潛力涉及多種途徑，如細胞凋亡、細胞生長周期停滯、線粒體膜電位的變化和活性氧的產(chǎn)生等[1]。流行病學研究表明，我國結(jié)直腸癌在惡性腫瘤中的發(fā)病率、死亡率逐年升高[2-3]，給社會造成了巨大負擔。腫瘤細胞的主要特征是對腺苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)的需求高[4-5]，用于維持氧化還原狀態(tài)和產(chǎn)生能量。而癌細胞中磷酸戊糖途徑活性增強，丙酮酸的量下降，使三羧酸循環(huán)速率減慢，導致產(chǎn)生的ATP減少。癌細胞中ATP產(chǎn)量低，加上高能量需求，刺激有氧糖酵解(即Warburg效應)，加速葡萄糖的攝取[4]，促進葡萄糖轉(zhuǎn)運的相關蛋白表達增加。值得注意的是，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑應用于癌癥的治療，可以抑制癌細胞生長，在某些情況下還可以誘導癌細胞死亡[6]。最近研究表明，F(xiàn)GF-21可以通過抑制SGLT1表達調(diào)節(jié)有關糖代謝絮亂的疾病[7]，GUO等[8]也發(fā)現(xiàn)，SGLT1在結(jié)腸癌細胞中過度表達。本文主要介紹FGF-21通過SGLT1途徑，可能降低結(jié)腸癌細胞中SGLT1的表達，從而治療結(jié)腸癌。

1 FGF-21概述

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少23個成纖維細胞生長因子成員，可分為8個亞家族，F(xiàn)GF-21屬于FGF-19亞族之一[9]，2000年NISHIMURA等[10]從鼠的胚胎組織中分離出了FGF-21。成纖維細胞生長因子是一類由FGF基因編碼的蛋白質(zhì)，其表觀分子量為20～30 ku。人源FGF-21基因位于19號染色體，含有3個外顯子，編碼209個氨基酸殘基。FGF-21作為一種分泌性蛋白，主要由肝臟分泌，其次在胰腺、脂肪、睪丸等[11-12]。FGF-21缺乏肝素樣氨基葡聚糖結(jié)構域[13]，因此需要β-Klotho作為輔助因子[14]，連接配體和受體，形成FGF-21/β-Klotho/FGFR復合體發(fā)揮作用。復合物形成之后，F(xiàn)GFR發(fā)生二聚體化，促進對接蛋白成纖維細胞生長因子底物2α(fibroblast growth factor receptor substrate 2α，F(xiàn)RS2α)的結(jié)合和活化，募集銜接分子，引起絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated pritein kinase, MAPK)級聯(lián)反應，將信號傳導至細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)[15]、磷酸腺苷蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)[16]等信號傳導通路，啟動FGF-21基因轉(zhuǎn)錄，作用于肝臟、胰腺、脂肪、腸道等各個靶器官或靶組織，增加能量消耗、減輕體質(zhì)量、降低血清葡萄糖及增強胰島素敏感性等。在腸道中，F(xiàn)GF-21的降糖作用可以通過鈉葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白來實現(xiàn)，其中SGLT1和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2(glucose transporter 2，GLUT2)是兩個主要受體，GLUT2作為被動轉(zhuǎn)運載體順葡萄糖梯度轉(zhuǎn)運葡萄糖，其對葡萄糖的調(diào)節(jié)作用依賴于SGLT1的參與，即SGLT1相當于GLUT2的上游轉(zhuǎn)運蛋白，它們共同負責腸道糖的吸收[17]。

2 FGF-21對腸道SGLT1的可能作用

CRANE花了27年時間來鑒定和克隆SGLT1。SGLT1是一種由SLC5A1基因編碼的蛋白質(zhì)，含有664個氨基酸和14個α-螺旋的結(jié)構域[18]。在SGLT1的微觀結(jié)構中，共有2個鈉離子結(jié)合位點和1個葡萄糖結(jié)合位點[19]，這增強了它的濃縮能力，維持細胞內(nèi)單糖濃度高于細胞外，意味著有關高鈉、高糖的內(nèi)環(huán)境會影響腸道SGLT1的表達。SGLT1主要分布于大腸、小腸，其次在腎臟、心臟、大腦、骨骼肌等[20]，其功能是感知、轉(zhuǎn)運葡萄糖，為自身提供主要能量來源的同時，也可調(diào)節(jié)腸道糖代謝。SGLT1調(diào)節(jié)腸道糖代謝的機制既可以通過觸發(fā)胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)和葡萄糖依賴性促胰島素肽(glucose-dependent insulinotropic peptide，GIP)的分泌，還可以通過上調(diào)GLUT2的表達[17]來實現(xiàn)。

FGF-21是葡萄糖代謝的新型調(diào)節(jié)劑[21]，而SGLT1是腸道糖代謝的主要轉(zhuǎn)運蛋白。FGF-21通過SGLT1途徑調(diào)節(jié)腸道糖代謝的機制可能為：攝入葡萄糖激活腸道L細胞和K細胞中的SGLT1，分別誘導分泌GLP-1和GIP[22]，生理狀態(tài)下這些激素作用于胰腺β細胞以增加胰島素釋放，維持正常糖代謝。然而，當胰島素相對或絕對分泌不足和/或胰島素作用缺陷時，上述調(diào)節(jié)無法維持血糖穩(wěn)態(tài)。此時給予重組FGF-21之后，激活FGFR，抑制血清糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶(serum glucocorticoid regulated kinase，SGK1)(高糖環(huán)境下表達上調(diào))[23]的表達，抑制下游AMPK的活化，從而抑制腸道SGLT1的表達[24]。這樣腸道中葡萄糖轉(zhuǎn)運的主要載體受到抑制，可以直接降低葡萄糖的吸收；同時腸道近端對葡萄糖的吸收減少，葡萄糖就會被輸送至腸遠端，進而被細菌代謝為短鏈脂肪酸，通過G蛋白偶聯(lián)受體，觸發(fā)腸道SGLT1-GLP-IR依賴性途徑[25]，間接減少腸道對葡萄糖的吸收；另外，IR作為轉(zhuǎn)錄激活因子激活PI3K/AKT通路，誘導ERK通路的磷酸化，調(diào)節(jié)凋亡蛋白Bcl-xL和細胞周期蛋白D1，介導細胞凋亡和減慢細胞周期的進程[26]。由以上可以說明重組的FGF-21可作為SGLT1的新型抑制劑，從而調(diào)節(jié)腸道糖代謝及其相關代謝性疾病。

3 結(jié)腸癌中SGLT1的表達情況

如今SGLT1在腫瘤細胞中的表達已應用于PET成像，為鑒定小的原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤提供了有價值的診斷工具[23]。GUO等[8]通過免疫組化法檢測發(fā)現(xiàn)了結(jié)腸癌細胞中SGLT1過表達，為癌細胞提供ATP和生長所需的必需底物，加快癌細胞新陳代謝、促進其惡性克隆及降低癌細胞死亡的相關信號，在未來可能作為癌癥進展和陰性結(jié)果的預測因子。

在結(jié)腸癌細胞中，癌細胞代謝加快使有氧糖酵解的速度增加，從而創(chuàng)造了一種高血糖的微環(huán)境[27]。高葡萄糖環(huán)境增加腸細胞中體酪氨酸激酶表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)的表達，并誘導癌細胞系中表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的激活，EGF與EGFR的結(jié)合導致酪氨酸激酶的活化，激活cAMP反應元件結(jié)合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)，磷酸化的CREB遷移到細胞核中并激活SGLT1的轉(zhuǎn)錄[23]，即EGFR的活化可以增加SGLT1的轉(zhuǎn)錄。在質(zhì)膜內(nèi)，SGLT1結(jié)合EGFR膜內(nèi)的磷酸化結(jié)構域[28]，它們相互作用并降低SGLT1的蛋白酶體降解[29]，使SGLT1的水平穩(wěn)定持續(xù)表達，從而促進葡萄糖進入癌細胞，抑制癌細胞自噬性死亡。所以，結(jié)腸癌細胞中SGLT1的過表達維持了癌細胞對葡萄糖的需求[30]。這一發(fā)現(xiàn)提示，SGLT1作為腸道的能量轉(zhuǎn)運蛋白，能夠轉(zhuǎn)運足夠的葡萄糖用于癌細胞存活，可能為腸癌的發(fā)生提供先決條件。因此，抑制結(jié)腸癌細胞中SGLT1活性或下調(diào)SGLT1的表達，被認為有希望抑制腫瘤的進展，其也可與細胞抑制療法組合治療結(jié)腸癌[23]。

4 FGF-21對結(jié)腸癌的可能影響

癌癥是一組以非控性細胞生長和細胞過度代謝為特征的疾病，結(jié)腸癌也不例外。結(jié)合SGLT1在結(jié)腸癌的高表達及用葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑調(diào)節(jié)腸道癌細胞糖代謝[31]的啟發(fā)，可以將SGLT1的抑制劑局部作用于結(jié)腸癌細胞，抑制結(jié)腸癌細胞中SGLT1的表達，進而損害或阻斷葡萄糖依賴性腸激素的分泌，通過直接或間接的方式減少結(jié)腸癌細胞對葡萄糖的吸收，抑制腫瘤細胞的惡性分裂、增殖、侵襲、遷移，促進細胞凋亡，從而降低結(jié)腸癌的發(fā)病率。

FGF-21作為SGLT1的一種抑制劑[7]，可以穩(wěn)定腸道糖代謝。而對于結(jié)腸癌細胞而言，給予FGF-21靶向結(jié)腸癌細胞的SGLT1，同樣也可能降低癌細胞的能量供給。這種作用所涉及的潛在機制可能為：結(jié)腸癌細胞SGLT1過表達，通過電壓門控鈉離子通道使細胞膜去極化，觸發(fā)鈣離子通道開放，促進Ca2+大量內(nèi)流，激活PKC，PKC信號傳導異常在結(jié)腸癌中起主要作用。一方面，PKC的激活導致GLUT2向腸細胞頂端膜易位，顯著增強腔內(nèi)葡萄糖的攝取[32]；另一方面，PKC主要參與靶蛋白的磷酸化，作為第二信使，直接或間接地控制許多細胞因子的激活和抑制[33]，傳導有關細胞增殖、甚至誘導細胞凋亡的信息。因此，F(xiàn)GF-21可以抑制結(jié)腸癌細胞中SGLT1的過表達，抑制PKC的激活，誘導幾種下游效應，例如葡萄糖代謝減少，癌細胞增殖停滯甚至加速其凋亡[23]。這些發(fā)現(xiàn)都提示了FGF-21在抗結(jié)腸癌方面的重要潛在意義。

5 展望

目前治療結(jié)腸癌的手段主要是手術、放療、化療，但是治療效果均不理想，主要的原因是細胞因子不受控性地增強，例如SGLT1在結(jié)腸癌中過表達，像黑豆蛋白水解產(chǎn)物[34]、白藜蘆醇[35]等作為SGLT1抑制劑，可以通過AMPK-SGLT1-PKC途徑顯現(xiàn)出協(xié)同抗癌作用。然而它們作為葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的抑制劑，通過血液循環(huán)作用于各個靶點可能會導致重要臟器(如心、腦血管等)的低血糖反應及不可避免的胃腸道反應(如滲透性腹瀉等)等[23]。因此，實現(xiàn)腫瘤細胞中SGLT1抑制劑的選擇性下調(diào)是非常必要的，特別是FGF-21作為腸道糖代謝的新型分子靶點，尚需大量的實驗予以進一步證實，以便盡可能地應用于臨床，降低結(jié)腸癌的發(fā)病率，造福于廣大患者。