FGF21類似物治療動(dòng)脈粥樣硬化機(jī)制研究進(jìn)展

歐陽滿

江西醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，江西上饒 334000

動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病，是冠心病、腦梗死、外周血管病的主要誘因，是造成人類死亡的常見病因之一。多年來，動(dòng)脈粥樣硬化的預(yù)防與治療一直是研究者們關(guān)注的重點(diǎn)。它的發(fā)病機(jī)理復(fù)雜，主要危險(xiǎn)因素有高血脂、高血壓、大量吸煙，還有糖尿病、肥胖、免疫損傷和遺傳因素等。

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21(FGF21)是成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子超家族中的一個(gè)非典型成員，在能量代謝特別是糖脂代謝中發(fā)揮重要作用[1]。由于FGF21缺乏與同源FGF受體(FGFRs)結(jié)合的經(jīng)典肝素結(jié)合域[2]，它必須通過輔助因子β-klotho才能有效地與受體結(jié)合[3](圖1)。FGF21對(duì)于人類和動(dòng)物的肥胖、糖尿病的作用研究相對(duì)成熟[4]，但在動(dòng)脈粥樣硬化中的生理作用直到近年來才受到關(guān)注[5]。由于FGF21在降血脂、改善肥胖等方面的調(diào)節(jié)作用，其類似物已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)階段用于治療人類代謝性疾病。本文綜述了FGF21在動(dòng)脈粥樣硬化形成中的作用，并介紹了FGF21類似物在治療動(dòng)脈粥樣硬化方面的最新進(jìn)展。

圖1 FGF21的作用機(jī)制示意圖[3]Fig.1 Diagram of FGF21 action mode

1 FGF21的生理作用

FGFRs是由細(xì)胞外配體結(jié)合域和細(xì)胞內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域組成的單跨膜蛋白家族[1]。FGFR1c是FGFR 1亞型的剪接變異體，在β-klotho[6-7]存在的情況下，F(xiàn)GFR1c對(duì)FGFR 21的大部分生理功能起作用。雖然FGFRs在體內(nèi)廣泛表達(dá)，但β-klotho的表達(dá)主要局限于肝臟、胰腺、白色和棕色脂肪組織[8]；因此，能在這些組織中產(chǎn)生特異性的FGF21信號(hào)。FGF21與FGFR/β-klotho的直接結(jié)合導(dǎo)致下游靶標(biāo)磷酸化，以及細(xì)胞內(nèi)鈣的迅速升高[9-10]，進(jìn)而促進(jìn)了糖和脂代謝相關(guān)靶基因的表達(dá)[11]。

1.1 FGF21的降糖作用和改善Ⅱ型糖尿病的作用

FGF21是饑餓、過度飽食和寒冷等代謝壓力的主要傳感器[12]。在空腹[13]時(shí)，過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)可顯著誘導(dǎo)肝臟表達(dá)FGF21，通過下丘腦-垂體-腎上腺軸促進(jìn)肝糖異生，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)[14]。在脂肪細(xì)胞中，PPARγ是脂肪生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[15]，PPARγ與FGF21形成前饋調(diào)節(jié)環(huán)[16]，從而促進(jìn)FGF21的轉(zhuǎn)錄，F(xiàn)GF21通過抑制PPARγ的糖基化以維持PPARγ的活性[17]。另外，F(xiàn)GF21負(fù)責(zé)噻唑烷二酮介導(dǎo)的葡萄糖攝取，通過上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(GLUT1)的表達(dá)來增加葡萄糖攝取[18]，改善胰島素的敏感性[17]。它還能夠直接增加脂聯(lián)素的表達(dá)和分泌，而脂聯(lián)素是一種有效的胰島素增敏脂肪因子，有助于改善肥胖相關(guān)的高血糖、胰島素抵抗與肝脂肪變性[19]。在寒冷和低蛋白飲食條件下，F(xiàn)GF21在白色和棕色脂肪組織中的表達(dá)上調(diào)[20]，驅(qū)動(dòng)適應(yīng)性產(chǎn)熱的發(fā)生。FGF21可通過激活心臟中AMPK-AKT2-NRF2介導(dǎo)的抗氧化途徑和AMPK-ACC-CPT-1介導(dǎo)的降脂作用，預(yù)防Ⅱ型糖尿病所導(dǎo)致的心肌病[21]。

1.2 FGF21抗血脂異常和抗動(dòng)脈粥樣硬化特性

近年來，越來越多的臨床研究證實(shí)了FGF21在動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)疾病發(fā)生中的關(guān)鍵作用。血清FGF21水平升高與心血管疾病[22]、冠心病[23]、頸動(dòng)脈粥樣硬化[24]、肢體動(dòng)脈粥樣硬化[25]和動(dòng)脈僵硬[26]都有一定關(guān)系，它也可以預(yù)測(cè)Ⅱ型糖尿病患者的心血管疾病和死亡率[27]。此外，F(xiàn)GF21與多種的動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因素密切相關(guān)，包括肥胖[28]、Ⅱ型糖尿病[29-30]、高血壓[31]、非酒精性脂肪肝[32-34]、糖尿病腎病[35]、慢性腎病[36]和血脂異常[23，37]。特別值得關(guān)注的是，血清FGF21與總膽固醇和甘油三酯[38]呈正相關(guān)，與高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)和載脂蛋白A1(apoA1)呈負(fù)相關(guān)(表1，表2)[23]。

予以外源性FGF21治療后，動(dòng)脈粥樣硬化小鼠的主動(dòng)脈慢慢恢復(fù)正常功能，血管壁恢復(fù)彈性、粥樣斑塊減少，證實(shí)了FGF21在動(dòng)脈粥樣硬化易感性ApoE-/-小鼠中的降脂作用[39]，抑制脂聯(lián)素后，F(xiàn)GF21無法發(fā)揮此作用，推測(cè)脂聯(lián)素是FGF21發(fā)揮拮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用的下游效應(yīng)因子[39]。FGF21對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化具有拮抗作用，機(jī)制可能涉及脂代謝的改善，包括改善內(nèi)皮細(xì)胞功能、降低脂質(zhì)沉積等[40]。同時(shí)，F(xiàn)GF21抑制了小鼠肝臟中參與脂肪生成的硬脂酰CoA去飽和酶-1和參與膽固醇合成的HMG CoA還原酶的表達(dá)[41]。因此，肝臟是FGF21抑制膽固醇和脂質(zhì)水平的主要靶點(diǎn)。在糖尿病猴中，應(yīng)用重組FGF21能顯著降低血脂中的甘油三酯、總膽固醇、LDL-C和VLDL-C以及HDL-C水平[42]。FGF21過表達(dá)可防止飲食引起的肥胖，這可能是由于FGF21與大腦中FGFR1/KLB復(fù)合體結(jié)合導(dǎo)致的[43]。最新研究結(jié)果顯示，F(xiàn)GF21誘導(dǎo)的自噬促進(jìn)了膽固醇外流，通過上調(diào)RACK1的表達(dá)來減少泡沫細(xì)胞中膽固醇的積累，從而抑制動(dòng)脈粥樣硬化[44]。

表1 FGF21與動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因素的關(guān)系Table 1 Relationship between FGF21 and risk factors of atherosclerosis

表2 FGF21與心血管疾病的關(guān)系Table 2 Relationship between FGF21 and cardiovascular disease

2 FGF21類似物治療動(dòng)脈粥樣硬化的研究進(jìn)展

雖然FGF21在糖脂代謝中的調(diào)節(jié)作用顯著，但由于其原型在血漿的半衰期短、體外易聚集等特點(diǎn)限制了其臨床應(yīng)用，而FGF21類似物在許多動(dòng)物[45-48]和人體[49，50]實(shí)驗(yàn)中，抗聚集和體內(nèi)降解方面的效果優(yōu)于天然的FGF21。這些研究大多集中在改善肥胖和糖尿病患者的胰島素敏感性及β-細(xì)胞功能等方面，也有一些證實(shí)了其在動(dòng)脈粥樣硬化脂質(zhì)譜方面的良好作用(表3)。

表3 具有降脂性能的FGF21類似物Table 3 Analogue of FGF21 with function of lipid-lowering

2.1 單克隆抗-FGFR 1抗體

R1MAB(單克隆抗-FGFR 1抗體)是噬菌體衍生的具有納米分子親和力的FGFR 1激動(dòng)性單克隆抗體，是第一個(gè)在小鼠體內(nèi)具有降脂作用的FGFR 21模擬抗體。給糖尿病db/db小鼠注射R1MAB可顯著降低肝臟膽固醇和甘油三酯，以及血清膽固醇和非酯化脂肪酸[45]。R1MAB的有益作用與依賴于脂肪組織正常功能的天然FGF21相似[45]。值得注意的是，單次注射該單克隆抗體可維持30 d以上的活性[45]。因此，以抗體為基礎(chǔ)的FGF21模擬物是長(zhǎng)期治療血脂異常和動(dòng)脈粥樣硬化的一種很有前景的方向。

2.2 Fc與FGF21融合的Fc-FGF21(RG)

Fc融合法可有效延長(zhǎng)蛋白類藥物的血漿半衰期，抵抗蛋白酶水解，增加穩(wěn)定性。Veniant等[46]通過將抗體恒定區(qū)與含有兩個(gè)穩(wěn)定突變的重組人FGF21融合，產(chǎn)生了一個(gè)長(zhǎng)效作用的FGF21，即Fc-FGF21(RG)。在肥胖小鼠中，F(xiàn)c-FGF21(RG)的藥代動(dòng)力學(xué)明顯改善，其每5 d 2.3 mg·kg-1的劑量所發(fā)揮的降血清膽固醇和甘油三酯的作用，與人重組FGF21(hrFGF21)每日兩次給藥1.0 mg·kg-1的效果相當(dāng)。此外，F(xiàn)c-FGF21(RG)還能夠顯著降低獼猴血清中的甘油三酯[46]。然而，Kharitonenkov等[42]也證實(shí)過，F(xiàn)c-FGF21(RG)和hrFGF21都沒有降低這些肥胖猴的膽固醇。

2.3 FGF21突變體LY 2405319

LY 2405319是一個(gè)長(zhǎng)效作用的FGF21，它有一個(gè)額外的穩(wěn)定的二硫鍵，且去除了N-末端的蛋白水解位點(diǎn)[47]，成為了第一個(gè)進(jìn)入臨床研究的FGF21類似物。已有研究對(duì)LY 2405319在糖尿病獼猴[47]和人類[49]中的降脂特性進(jìn)行了較為全面的研究。每日給藥3 mg·kg-1足以顯著改善獼猴在治療后2周內(nèi)的血脂水平[47]，甘油三酯、總膽固醇和VLDL-C水平明顯降低，而HDL-C水平顯著升高。LY 2405319治療可使LDL-C略有降低[47]。同時(shí)，一項(xiàng)涉及Ⅱ型糖尿病肥胖患者的隨機(jī)、安慰劑對(duì)照和雙盲試驗(yàn)顯示，每日LY 2405319治療對(duì)這些病人的血脂有積極和迅速的影響，最早可在2 d內(nèi)觀察到，并在1～3周內(nèi)達(dá)到最大效果，然而需要高劑量(10～20 mg·kg-1)才能對(duì)總膽固醇和LDL-C水平產(chǎn)生顯著影響[49]。

2.4 單克隆抗體與FGF21融合的PF-05231023

另一種長(zhǎng)效FGF21 PF-05231023是由兩個(gè)hrFGF21分子與支架蛋白單克隆抗體CVX-2000的Fab結(jié)構(gòu)域在專一位點(diǎn)共價(jià)結(jié)合而成的[48]。與天然的FGF21相比，這種復(fù)合物的半衰期增加了70倍[48]。雙周靜脈注射10 mg·kg-1就可顯著改善肥胖食蟹猴的血脂水平，甘油三酯在8 d內(nèi)下降了70%左右，脂蛋白則比基線下降了74%，而HDL-C則在4周后增加了27%[51]。與以前的研究結(jié)果[47，50]一致，對(duì)照組和治療組之間沒有顯著差異，LDL-C含量對(duì)FGF21類似物不敏感[51]。PF-05231023對(duì)于服用穩(wěn)定劑量二甲雙胍的肥胖Ⅱ型糖尿病患者也具有附加性降脂作用[51]。雙周靜脈注射劑量分別為100和140 mg·kg-1，能有效地降低甘油三酯、總膽固醇和LDL-c，并在第8天就能升高HDL-C[51]。PF-05231023能夠顯著增加脂聯(lián)素水平、降低甘油三酯，防止脂肪變性和非酒精性脂肪肝[52]。

3 展望

這些臨床研究表明FGF21類似物能夠改善血脂異常，在動(dòng)脈粥樣硬化方面具有很大的治療潛力，并且對(duì)于引起動(dòng)脈粥樣硬化的危險(xiǎn)因素也有良好的治療效果，如肥胖、高胰島素血癥和低脂多糖血癥[49，51]。我國已有研究人員構(gòu)建了穩(wěn)定表達(dá)β-klotho的細(xì)胞模型用于高通量篩選FGF21類似物[53]，加快了其進(jìn)入臨床幫助治療人類代謝性疾病的腳步。然而，F(xiàn)GF21被發(fā)現(xiàn)至今不到20年，它在許多生理方面的功能作用還沒有得到充分的了解。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)FGF21在多種代謝性綜合征中發(fā)揮治療功效的同時(shí)，也伴隨著一些不良反應(yīng)的發(fā)生，如抑制骨骼生長(zhǎng)、降低骨密度、增加血漿皮質(zhì)酮水平及抑制生殖能力等[54-55]。

FGF21作為葡萄糖和脂質(zhì)代謝的主要調(diào)節(jié)者，在肝臟和脂肪組織等多個(gè)靶器官中發(fā)揮多向作用，是動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因素和心血管疾病的預(yù)測(cè)和預(yù)后的生物標(biāo)志物。FGF21在靶向治療動(dòng)脈粥樣硬化方面具有明顯的藥理作用，對(duì)動(dòng)物和人均有明顯的降脂作用。它的長(zhǎng)效聚乙二醇修飾物BMS-986036(pegbelfermin)也被發(fā)現(xiàn)可用于治療非酒精性脂肪肝[56]。盡管FGF21類似物療法克服了原型的缺陷，取得了令人鼓舞的結(jié)果，但其長(zhǎng)期療效、最佳治療窗口和副作用等方面的證據(jù)相對(duì)有限。FGF21類似物常規(guī)應(yīng)用于動(dòng)脈粥樣硬化的治療還需要進(jìn)一步的深入研究。