成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21對(duì)糖尿病心血管疾病的保護(hù)作用

心血管疾病是2型糖尿病最常見(jiàn)的慢性并發(fā)癥之一。與一般人群相比，2型糖尿病病人心血管疾病的發(fā)病率及死亡率均顯著增高，且發(fā)病年齡更早、病變更嚴(yán)重、更廣泛。因此，對(duì)于2型糖尿病病人而言，心血管并發(fā)癥的防治意義重大。研究表明，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factors，F(xiàn)GFs)可調(diào)節(jié)糖脂代謝，改善胰島敏感性，增加能量消耗，還可保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞、抗炎、抗氧化應(yīng)激，在心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

1 FGFs概述

FGFs是一類(lèi)與細(xì)胞增殖分化、血管形成、神經(jīng)發(fā)育以及代謝穩(wěn)態(tài)等一系列生理及病理過(guò)程密切相關(guān)的細(xì)胞因子[1]。目前共發(fā)現(xiàn)22個(gè)成員，其中人類(lèi)的FGF19與小鼠FGF15同源。人類(lèi)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子家族根據(jù)作用機(jī)制的不同可分為胞分泌型、旁分泌型及內(nèi)分泌型三大類(lèi)，其中胞分泌型、旁分泌型FGFs與硫酸肝素糖胺聚糖有較高的親和力，以其作為輔助受體結(jié)合并激活細(xì)胞表面的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體(FGFRs)，進(jìn)而發(fā)揮生物學(xué)作用[2]。而FGF19亞族，亦稱(chēng)為內(nèi)分泌型FGFs，包括FGF19、FGF21、FGF23，它們因缺乏肝素結(jié)合位點(diǎn)，需要跨膜糖蛋白α-Klotho或β-Klotho作為輔因子與FGFRs結(jié)合，并分泌入血液循環(huán)參與代謝調(diào)節(jié)[3]。α-Klotho與β-Klotho具有相似的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，是由1 000個(gè)氨基酸組成的單通道跨膜蛋白。其中FGF21主要以β-Klotho作為輔因子[4]，與FGFR分布廣泛不同的是，β-Klotho僅在幾種代謝活躍的組織中高度表達(dá)，包括脂肪組織、肝臟、胰腺及下丘腦等，其分布特異性決定了FGF21的組織特異性。

FGFRs基因家族主要包括4個(gè)成員，即FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4，屬于酪氨酸激酶受體家族，是由800個(gè)氨基酸構(gòu)成的單通道跨膜蛋白，在多種組織中均有分布。FGFRs主要由胞外配體結(jié)合區(qū)、跨膜區(qū)以及胞內(nèi)酪氨酸激酶區(qū)3部分組成，其中細(xì)胞外區(qū)包括3個(gè)免疫球蛋白樣區(qū)域和一個(gè)肝素結(jié)合域。FGFR1、FGFR2、FGFR3基因分別編碼了免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域Ⅲ的兩種剪接變異體(即b和c)，因此共有7種FGFRs蛋白，即FGFR 1b、1c、2b、2c、3b、3c和4。FGF21在脂肪組織和肝臟分別主要作用于FGFR1和FGFR4[5]。

2 FGF21概述

FGF21是目前唯一一種只有代謝效應(yīng)沒(méi)有促有絲分裂效應(yīng)的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子。FGF21可通過(guò)多種信號(hào)通路降低血糖，改善血脂譜，增加胰島素敏感性，促進(jìn)脂肪酸氧化，增加能量消耗等。與胰島素不同的是，F(xiàn)GF21過(guò)量不會(huì)引起低血糖[6]。

血液循環(huán)中的FGF21主要由肝臟產(chǎn)生，脂肪組織、骨骼肌及胰腺等也可產(chǎn)生少量FGF21。越來(lái)越多的證據(jù)表明，PPARγ激動(dòng)劑(噻唑烷二酮類(lèi)藥物)的降糖和胰島素增敏作用以及PPARα激動(dòng)劑(非諾貝特)的調(diào)脂作用部分是由FGF21所介導(dǎo)的，因此FGF21是PPARα和PPARγ的下游靶點(diǎn)。FGF21的氨基酸序列與小鼠FGF21有75%同源。人類(lèi)血清FGF21的分泌有晝夜節(jié)律性，在正常情況下FGF21的濃度從午夜開(kāi)始上升，05:00達(dá)到高峰，下午下降到最低點(diǎn)。

FGF21的碳端和氮端分別與β-Klotho及FGFRs結(jié)合，組成FGF21/β-Klotho/FGFRs復(fù)合體后才能發(fā)揮代謝調(diào)節(jié)作用，上述復(fù)合體形成后，F(xiàn)GFRs被激活并發(fā)生二聚化，誘導(dǎo)胞質(zhì)內(nèi)酪氨酸殘基磷酸化，從而激活下游多種信號(hào)通路，如Akt、ERK1/2及AMPK等。

3 FGF21與心血管疾病

3.1 FGF21與動(dòng)脈粥樣硬化(AS) AS作為冠心病、腦卒中等心腦血管疾病發(fā)病的病理基礎(chǔ)，是目前人類(lèi)死亡率最高的疾病之一。糖尿病病人存在慢性高血糖的同時(shí)還常合并有血脂代謝紊亂、胰島素抵抗、肥胖、高血壓、炎性反應(yīng)等，而這均是發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化性疾病的危險(xiǎn)因素。有證據(jù)表明，F(xiàn)GF21可降低血清低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)水平和升高血清高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平，并顯著減少動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的大小[7]。伍熙等[8]發(fā)現(xiàn)FGF21不僅能改善apoE-/-小鼠的血脂譜，還可使C反應(yīng)蛋白(CRP)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎性指標(biāo)的表達(dá)降低，延緩主動(dòng)脈斑塊進(jìn)展。因此，F(xiàn)GF21不僅可以維持血脂代謝平衡，還可以減輕血管壁炎癥反應(yīng)，進(jìn)而干預(yù)AS早期病變。此外，F(xiàn)GF21還可增強(qiáng)肝臟X受體α依賴(lài)的ABCA1和ABCG1介導(dǎo)的膽固醇外流從而發(fā)揮對(duì)抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用[9]。Lin等[10]發(fā)現(xiàn)FGF21通過(guò)ERKl/2-PPARγ-LxRα通路使膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCA1表達(dá)上調(diào)，從而增加THP-1巨噬細(xì)胞來(lái)源的泡沫細(xì)胞中膽固醇流出，并使泡沫細(xì)胞形成減少，最終減輕或延緩AS。

血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、通透性增高是AS形成過(guò)程中的主要推動(dòng)作用。當(dāng)氧化型低密度脂蛋白膽固醇(oxLDL-C)致心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷后，可誘導(dǎo)其分泌FGF21反應(yīng)性增高；且當(dāng)給予PPARα激動(dòng)劑苯扎貝特后不僅使FGF21表達(dá)增加，還可抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[11]，表明FGF21可通過(guò)保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞，防止AS病變的發(fā)生與發(fā)展。此外，研究表明FGF21可增加超氧化物歧化酶水平，降低還原型谷胱甘肽和丙二醛水平發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用[7，12]，并抑制apoE-/-小鼠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，從而預(yù)防AS[7]。

Lin等[13]研究發(fā)現(xiàn)，DKO(FGF21及apoE雙缺陷)小鼠與apoE-/-小鼠相比，其血清脂聯(lián)素及不同脂肪組織(包括附睪、皮下、腎周及血管周?chē)闹窘M織)中脂聯(lián)素 mRNA的表達(dá)均顯著減少；在給予重組小鼠FGF21(rmFGF21)16周后，DKO小鼠循環(huán)脂聯(lián)素顯著增加，且整個(gè)主動(dòng)脈粥樣硬化的面積顯著減少，說(shuō)明FGF21可通過(guò)誘導(dǎo)脂聯(lián)素的表達(dá)及分泌來(lái)發(fā)揮抗AS的作用。此外分別用rmFGF21及脂聯(lián)素處理DKO小鼠，發(fā)現(xiàn)rmFGF21可以明顯降低DKO小鼠的血清膽固醇水平，且小鼠頭臂動(dòng)脈的膽固醇酯含量降低了56%，而脂聯(lián)素干預(yù)組僅降低了22%；因此FGF21主要通過(guò)非脂聯(lián)素依賴(lài)機(jī)制，即降低肝臟中固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2(SREBP-2)的轉(zhuǎn)錄活性和表達(dá)，從而影響膽固醇的合成。

3.2 FGF21與心肌缺血再灌注損傷 心肌再灌注是目前急性心肌梗死最為有效的治療手段。然而再灌注治療在改善心肌供血的同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死和凋亡，誘發(fā)無(wú)復(fù)流現(xiàn)象、再灌注心律失常等心臟不良事件，即心肌缺血再灌注損傷。缺血再灌注損傷的高危因素很多，目前已證實(shí)糖尿病病人對(duì)心肌缺血后再灌注造成的損傷更為敏感。長(zhǎng)期高血糖導(dǎo)致的內(nèi)皮細(xì)胞和單核細(xì)胞功能障礙，心肌細(xì)胞能量代謝障礙以及氧化應(yīng)激加劇，均可加重心肌缺血后的再灌注損傷。與普通人相比，糖尿病病人在心肌缺血后接受再灌注治療，更容易發(fā)生心力衰竭且心肌梗死面積更大。

研究顯示，急性冠脈綜合征(ACS)病人在心肌缺血時(shí)FGF21水平降低，再灌注后升高，提示FGF21與心肌缺血再灌注損傷相關(guān)[14]。C57BL/6J小鼠心肌缺血時(shí)肝臟和脂肪細(xì)胞的FGF21表達(dá)上調(diào)并分泌到血液循環(huán)中。在心肌細(xì)胞形成FGF21/FGFR1/β-klotho復(fù)合體后激活其下游激酶和蛋白PI3K-Akt1-BAD，從而減少心肌缺血誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，這是通過(guò)抑制Caspase-3的激活實(shí)現(xiàn)的。研究發(fā)現(xiàn)與野生小鼠相比，F(xiàn)GF21轉(zhuǎn)基因小鼠的心肌缺血面積明顯減小[15]。

心肌缺血再灌注后可影響心肌能量代謝，而FGF21以劑量依賴(lài)的方式促進(jìn)能量供應(yīng)，并通過(guò)AKT-GSK3β途徑抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡從而保護(hù)H9c2心肌細(xì)胞缺血再灌注損傷[16]。Schaap等[17]證實(shí)，心肌缺血損傷后會(huì)激活心肌細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，轉(zhuǎn)錄激活因子4(ATF4)表達(dá)增加，有利于細(xì)胞存活。而ATF4被證實(shí)能促進(jìn)FGF21的表達(dá)。此外Patel等[18]發(fā)現(xiàn)對(duì)大鼠心臟離體灌注模型進(jìn)行全心缺血處理前給予注射重組大鼠FGF21可激活MAPK-PI3K-Akt通路減少心肌壞死，改善心功能進(jìn)而對(duì)心肌缺血再灌注損傷發(fā)揮保護(hù)作用；且在缺血處理后心源性FGF21也表達(dá)上調(diào)，以旁分泌/自分泌的形式發(fā)揮作用。

3.3 FGF21與心肌肥厚 心肌肥厚是對(duì)多種因素引起的心肌組織超負(fù)荷的一種適應(yīng)性改變。高血壓病作為最常見(jiàn)的心血管疾病之一，常引起心肌肥厚、心室重塑，最終導(dǎo)致心臟功能減退。而高血壓病病人常并發(fā)2型糖尿病，其可加重上述病理狀態(tài)。研究表明，用異丙腎上腺素(ISO)誘導(dǎo)的心肌肥厚模型中，與野生型小鼠相比，F(xiàn)GF21-/-小鼠心臟重量相對(duì)增加，抗氧化基因(如Ucp3、Prdx5、Cat)表達(dá)減少，且Caspase-3/ 7活性增強(qiáng)，炎性因子TNF-α等表達(dá)增加；同樣當(dāng)腹腔注射LPS后FGF21-/-小鼠Ucp3、Prdx5表達(dá)亦降低。當(dāng)給予重組FGF21治療后，上述現(xiàn)象發(fā)生扭轉(zhuǎn)，炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激均反應(yīng)減輕，這主要是通過(guò)激活MAPK途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的[19]。FGF21還可通過(guò)誘導(dǎo)多種抗氧化基因(如解耦連蛋白2和3、超氧化物歧化酶2等)的表達(dá)以及抑制活性氧的形成來(lái)抑制心肌肥厚[20]。此外，心肌細(xì)胞可通過(guò)激活Sirt-PPARα通路，從而以自分泌的方式產(chǎn)生FGF21，發(fā)揮對(duì)抗心肌肥厚、減輕炎性反應(yīng)等作用[19]。

3.4 FGF21與糖尿病心肌病(DCM) 糖尿病心肌病(DCM)是由糖尿病引起的一種特異性心肌病，慢性高血糖導(dǎo)致活性氧過(guò)度分泌，進(jìn)而對(duì)心肌細(xì)胞產(chǎn)生有害影響，導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能紊亂、心肌細(xì)胞凋亡、繼發(fā)性肥大和纖維化，最終引起心臟功能障礙。許多研究表明，DCM與氧化應(yīng)激和線(xiàn)粒體功能障礙有關(guān)。FGF21基因敲除可導(dǎo)致Nrf2驅(qū)動(dòng)的CD36表達(dá)上調(diào)，心肌細(xì)胞脂質(zhì)攝取增加，進(jìn)而影響心肌能量代謝，加重心臟氧化應(yīng)激，最終加速DCM的發(fā)展[21]。在STZ/HFD誘導(dǎo)的糖尿病小鼠中，腺相關(guān)病毒(AAV)介導(dǎo)的FGF21的過(guò)度表達(dá)可以顯著增強(qiáng)心肌AMPK活性、paraoxonase 1(PON1)的表達(dá)及其生物活性，從而緩解DCM。在培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中，給予rmFGF21可激活A(yù)MPK-PON1軸從而抵消高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、線(xiàn)粒體功能障礙和炎癥反應(yīng)等[22]。

4 結(jié) 語(yǔ)

FGF21作為一種新型的內(nèi)分泌細(xì)胞因子，除了具有調(diào)節(jié)糖脂代謝的功能，它還可通過(guò)抑制心肌細(xì)胞凋亡、抗炎、減輕病理性心肌重構(gòu)、減輕氧化應(yīng)激以及改善心肌能量供應(yīng)等多種作用，預(yù)防甚至逆轉(zhuǎn)各種心臟疾病，從而減緩心臟病發(fā)展。因此，F(xiàn)GF21可作為各種心血管疾病的潛在生物學(xué)標(biāo)志物，可能是未來(lái)代謝紊亂和冠心病的潛在治療靶點(diǎn)。