成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21在糖脂代謝及心血管疾病中的研究進(jìn)展

劉曉騰, 張 英, 金鳳表, 劉慧卿, 高 宇, 李青聯(lián), 侯瑞田

(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 a.心臟電生理室; b.內(nèi)分泌科, 河北 承德 067000)

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor, FGF)21是FGF家族的最新成員，在心血管系統(tǒng)中具有潛在的重要作用，從藥理上講，它是一種分解代謝因子，調(diào)節(jié)活性組織中的脂質(zhì)和能量代謝，尤其是脂肪脂滴、脂質(zhì)氧化和能量消耗，使血清代謝參數(shù)、肥胖和體重正?；痆1]。生理上，F(xiàn)GF21通過(guò)促進(jìn)脂肪酸氧化和生酮作用，誘導(dǎo)生長(zhǎng)激素抵抗，在調(diào)節(jié)空腹/饑餓的代謝反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。研究表明重組FGF21的治療已被證明可以對(duì)抗嚙齒類(lèi)動(dòng)物和非人類(lèi)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的肥胖及其相關(guān)代謝紊亂，包括減少肥胖和改善高血糖、高胰島素血癥、胰島素抵抗、血脂異常和脂肪肝等[2]。最近研究表明，F(xiàn)GF21還可以通過(guò)減輕血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)對(duì)腎素血管緊張素系統(tǒng)(RAS系統(tǒng))的影響，進(jìn)而對(duì)心血管產(chǎn)生保護(hù)作用[3]。其在調(diào)節(jié)糖脂代謝及對(duì)心血管的保護(hù)作用，越來(lái)越引起研究者的關(guān)注。

1 FGF21概述

FGF是具有多種生物學(xué)功能的細(xì)胞因子超家族，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育和代謝。人類(lèi)FGF包含22個(gè)成員，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育和序列可將其分為7個(gè)亞家族。由于缺乏肝素結(jié)合域，F(xiàn)GF19的亞家族成員(FGF19，F(xiàn)GF21和FGF23)以?xún)?nèi)分泌的方式發(fā)揮功能，而FGFs的其他亞家族以自分泌的方式發(fā)揮作用。其中，F(xiàn)GF21是具有209/210(人/嚙齒動(dòng)物)氨基酸殘基的多肽，主要由肝臟、脂肪組織和胸腺產(chǎn)生并分泌。FGF21的表達(dá)主要受肝臟中過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)的調(diào)控和脂肪細(xì)胞中PPARγ的調(diào)控[4]。FGF21的內(nèi)分泌功能包括誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體17和激活棕色脂肪的產(chǎn)熱，促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取。FGF21作用的實(shí)施需要借助FGF受體和輔助因子β-Klotho(β-Klotho是一種單通道跨膜蛋白，是FGF21信號(hào)傳遞的專(zhuān)屬輔因子)[5]。另外，研究表明FGF21是一種由心肌細(xì)胞分泌的新型心動(dòng)素，可刺激心肌細(xì)胞產(chǎn)生和分泌FGF21。這使得FGF21對(duì)心肌細(xì)胞的自分泌/旁分泌形成正反饋效應(yīng)，這個(gè)自分泌/旁分泌正反饋回路似乎是由ERK1/2、單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)、PI3K/Akt信號(hào)通路和ROR-a介導(dǎo)的，進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)心臟的保護(hù)作用[6]。Patel等[6]通過(guò)對(duì)FGF21缺陷小鼠的觀察研究，證明其對(duì)心血管的保護(hù)作用是通過(guò)激活FGFR1/β-klotho-PI3K-Akt1-BAD信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。在FGF21敲除的小鼠中脂質(zhì)氧化降低，葡萄糖代謝降低和能量消耗程度降低，表明了FGF21可以抑制糖尿病及血脂異常的發(fā)生[7]。最近的研究表明FGF21是一種新型的氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)因子，活性氧(ROS)可引起動(dòng)脈粥樣硬化事件的發(fā)生和發(fā)展[8]。用AngⅡ處理的FGF21敲除小鼠主動(dòng)脈的實(shí)驗(yàn)中，結(jié)果表明FGF21缺失促進(jìn)了小鼠血管中ROS的產(chǎn)生，加速了動(dòng)脈粥樣硬化的形成。

2 FGF21與糖脂代謝的關(guān)系

糖脂代謝紊亂是心腦血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。研究證實(shí)脂聯(lián)素是一種胰島素敏感的脂肪因子，是FGF21的效應(yīng)因子[9]。FGF21通過(guò)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)信號(hào)通路，上調(diào)脂聯(lián)素的表達(dá)和分泌，最終達(dá)到發(fā)揮其降血糖、提高胰島素敏感性及改善脂質(zhì)異常的目標(biāo)[10]。脂聯(lián)素缺乏消除了FGF21對(duì)葡萄糖和脂質(zhì)控制的益處。越來(lái)越多的研究證明FGF21-脂聯(lián)素軸對(duì)肝臟和脂肪組織中葡萄糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)起著重要作用[9]。Lin等[11]通過(guò)對(duì)脂聯(lián)素敲除小鼠的相關(guān)性研究證明，缺乏脂聯(lián)素的小鼠中，F(xiàn)GF21減輕胰島素抵抗、調(diào)節(jié)高血糖、血脂異常作用消失，進(jìn)一步表明脂聯(lián)素是FGF21調(diào)節(jié)能量代謝和胰島素敏感性的一個(gè)強(qiáng)制性的下游介質(zhì)。吳朝明等[10]通過(guò)對(duì)db/db小鼠給予尾靜脈注射FGF21(0.5 mg/kg)后，與對(duì)照組相比，1小時(shí)內(nèi)小鼠的血糖、三酰甘油(TG)和胰島素含量有下降的趨勢(shì)，2小時(shí)后，db/db小鼠的血糖、TG和胰島素下調(diào)水平進(jìn)一步增加(P<0.05)。在食用生酮飲食或高脂飲食期間，與野生型(WT)小鼠相比，敲除FGF21的小鼠表現(xiàn)出胰島素抵抗和脂質(zhì)代謝紊亂。另一方面，補(bǔ)充FGF21可以減少肥胖，改善胰島素敏感性并增加葡萄糖清除率[12]。FGF21還可誘導(dǎo)棕櫚酸酯氧化和調(diào)節(jié)β-羥?；?CoA脫氫酶(β-HAD)活性。在FGF21敲除模型中，這些酶活性降低，表現(xiàn)出脂質(zhì)氧化降低，葡萄糖代謝降低和能量消耗程度降低[7]。

自噬與β細(xì)胞功能有關(guān)，通過(guò)AMPK和mTOR活性調(diào)節(jié)葡萄糖和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)。Cheng等[13]研究表明FGF21處理增加脂肪細(xì)胞中AMPK磷酸化，改善了糖尿病嚙齒動(dòng)物的葡萄糖耐量和胰島素敏感性，缺乏FGF21的小鼠表現(xiàn)出胰島素分泌受損，胰島細(xì)胞生長(zhǎng)異常。除此之外，F(xiàn)GF21還可通過(guò)抑制AMPK磷酸化來(lái)調(diào)節(jié)mTOR活性，進(jìn)而調(diào)節(jié)自噬。mTOR的過(guò)度激活導(dǎo)致β細(xì)胞自噬損傷，進(jìn)而減弱β細(xì)胞功能[14]。Brooks等[15]研究表明自噬導(dǎo)致細(xì)胞中FGF21蛋白表達(dá)增加，從而介導(dǎo)前列腺素E1(PGE1)對(duì)胰島素抵抗的抑制。同時(shí)自噬缺陷也可通過(guò)促進(jìn)FGF21表達(dá)，對(duì)肥胖小鼠胰島功能具有保護(hù)作用。因此，F(xiàn)GF21類(lèi)似物被認(rèn)為是治療肥胖和T2DM的潛在藥物。

Lin等[16]研究表明重組FGF21通過(guò)抑制生脂基因膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1(Srebp-1)來(lái)降低飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的血清和肝TG水平，并改善脂肪肝。除了調(diào)節(jié)Srebp-1，F(xiàn)GF21對(duì)Srebp-2的具有抑制作用，Srebp-2是膽固醇生物合成的主要調(diào)節(jié)劑，它通過(guò)優(yōu)先激活肝臟中重要的致膽固醇基因的轉(zhuǎn)錄來(lái)發(fā)揮作用。FGF21通過(guò)激活肝臟AMPK-SIRT1途徑逆轉(zhuǎn)酒精性脂肪肝和肝脂肪變性。Zhu等[17]研究表明FGF21具有類(lèi)胰島素樣作用，可調(diào)節(jié)糖代謝;同時(shí)抑制Srebp-1，降低脂肪酸與TG合成相關(guān)基因的表達(dá)，激活解偶聯(lián)蛋白表達(dá)，增加能量消耗，并促進(jìn)脂肪利用及排泄，從而降低膽固醇水平。總之，F(xiàn)GF21可通過(guò)多種途徑參與體內(nèi)糖脂代謝，維持體內(nèi)代謝平衡。

3 FGF21與心血管的關(guān)系

3.1 FGF21與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系 動(dòng)脈粥樣硬化是心腦血管疾病的病理基礎(chǔ)，研究表明FGF21可通過(guò)多種途徑干擾動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。FGF21不僅直接發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化，還可以通過(guò)誘導(dǎo)脂肪組織中的脂聯(lián)素間接減輕動(dòng)脈粥樣硬化。FGF21脂聯(lián)素軸在控制血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)并減輕動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生中具有重要的作用[11]。為了進(jìn)一步證明FGF21的抗動(dòng)脈粥樣硬化作用是FGF21通過(guò)誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞脂聯(lián)素產(chǎn)生和降低肝臟膽固醇生物合成實(shí)現(xiàn)的。Lin等[16]對(duì)apoE小鼠和雙基因敲除(DKO)小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在進(jìn)食量及體重?zé)o明顯差異的情況下，DKO小鼠動(dòng)脈粥樣硬化病變面積在24周和52周時(shí)分別比年齡和性別匹配的apoE小鼠大1.6倍和1.8倍(P<0.01)。組織學(xué)評(píng)估顯示，24周齡DKO小鼠主動(dòng)脈竇和頭臂動(dòng)脈斑塊面積分別是apoE小鼠的2.1倍和2.9倍。同樣，DKO小鼠頭臂動(dòng)脈中提取的膽固醇酯含量也遠(yuǎn)高于apoE小鼠，提示FGF21缺陷使apoE小鼠更易發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化。另外，定量實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)分析顯示神經(jīng)細(xì)胞黏附蛋白1和促炎細(xì)胞因子單核細(xì)胞趨化蛋白1和腫瘤壞死因子α在DKO小鼠體內(nèi)循環(huán)水平遠(yuǎn)高于apoE小鼠，這表明FGF21缺乏還會(huì)加劇動(dòng)脈粥樣硬化病變的局部炎癥和全身炎癥。

ROS可引起動(dòng)脈粥樣硬化事件的發(fā)生和發(fā)展，如浸潤(rùn)、遷移、粘連和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成。最近的研究表明FGF21是一種新型的氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)因子[18-19]。為了闡明FGF21與血管內(nèi)ROS生成的關(guān)系，Pan等[8]對(duì)FGF21敲除和WT小鼠全主動(dòng)脈進(jìn)行了體外培養(yǎng)血管實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在AngⅡ培養(yǎng)48小時(shí)后，WT小鼠的培養(yǎng)主動(dòng)脈中ROS的產(chǎn)生顯著增加，但在FGF21 敲除小鼠主動(dòng)脈中這種作用進(jìn)一步加劇。這表明FGF21缺失促進(jìn)了小鼠血管中ROS的產(chǎn)生。Tabari等[20]研究表明氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)處理后的內(nèi)皮細(xì)胞中FGF21 mRNA表達(dá)及蛋白濃度均升高，當(dāng)這些細(xì)胞暴露于重組的FGF21時(shí)細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生減少。另外，高脂飲食誘導(dǎo)大鼠氧化應(yīng)激，F(xiàn)GF21可逆轉(zhuǎn)氧化應(yīng)激。鑒于氧化應(yīng)激在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，表明FGF21有助于減輕氧化應(yīng)激，改善內(nèi)皮功能。Tabar等[20]研究還發(fā)現(xiàn)FGF21抗氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制是FGF21提高高脂飲食組大鼠循環(huán)超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)水平，降低丙二醛(MDA)水平。同時(shí)，F(xiàn)GF21的過(guò)表達(dá)通過(guò)激活Nrf2/ARE(核因子e2相關(guān)因子2/抗氧化應(yīng)答元件)信號(hào)通路來(lái)增強(qiáng)抗氧化能力?？傊?，F(xiàn)GF21可以通過(guò)改善內(nèi)皮功能、抵抗氧化應(yīng)激來(lái)實(shí)現(xiàn)抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。

3.2 FGF21與冠心病的關(guān)系 動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓以及糖脂代謝異常是導(dǎo)致冠心病的高危因素。外源性FGF21或類(lèi)似物可通過(guò)減少心肌細(xì)胞凋亡、抵抗動(dòng)脈粥樣硬化、抑制心室重構(gòu)等保護(hù)心臟，改善心肌功能。FGF21在心臟中的表達(dá)受去乙?；窼irt1蛋白的調(diào)控，Sirt1是心臟保護(hù)的重要作用分子，可通過(guò)脫去乙酰基NF-κB/p65及脫去乙?；^(guò)氧物酶體來(lái)減少炎癥反應(yīng)。還可通過(guò)AMPK和去乙?；渭っ窧1(LKB1)調(diào)控能量代謝[3]，進(jìn)而保護(hù)心臟免受肥厚、缺血再灌注損傷和氧化應(yīng)激的影響。Planavila等[5]在分析FGF21在心臟組織中對(duì)抗氧化應(yīng)激相關(guān)病理作用時(shí)發(fā)現(xiàn)FGF21可誘導(dǎo)抗氧化基因如Ucp3、Ucp2、Sod2的表達(dá)，而激活Sirt1通路可誘導(dǎo)心肌分泌FGF21, 達(dá)到保護(hù)心臟的目的。FGF21對(duì)心肌肥厚的保護(hù)作用與AMPK活性密切相關(guān)。Gélinas等[21]用FGF21處理的小鼠來(lái)評(píng)估AMPK的磷酸化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在AngⅡ灌注的Sirt1 flox/flox小鼠中FGF21可顯著提高AMPK磷酸化的水平，而在Sirt1敲除小鼠中，F(xiàn)GF21激活A(yù)MPK的能力大大降低。劉雯輝等[22]通過(guò)對(duì)310例冠心病患者和310例健康人群進(jìn)行病例對(duì)照研究，結(jié)果顯示冠心病組血清FGF21水平明顯高于健康組，提示FGF21水平升高是冠心病的一種代償，且該研究通過(guò)將FGF21水平分成3分位，結(jié)果證明FGF21高分位是冠心病的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。且高分位組發(fā)生冠心病的風(fēng)險(xiǎn)是低分位組的7.21倍。Lee等[23]對(duì)3 528例無(wú)心血管疾病的中國(guó)2型糖尿病患者進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)4年的前瞻性研究，首次證實(shí)血清FGF21水平是冠心病發(fā)病的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，并提出FGF21≥206.22 pg/ml可作為最佳截止點(diǎn)。因此，F(xiàn)GF21通過(guò)Sirt1通路的介導(dǎo)作用以及抗氧化作用對(duì)心血管起保護(hù)作用，可能成為一種預(yù)測(cè)冠心病強(qiáng)有力的新型標(biāo)記物。

3.3 FGF21與高血壓的關(guān)系 有研究表明[16]FGF21通過(guò)抵消AngⅡ引起的高血壓和血管損傷，在血壓調(diào)節(jié)中起著重要作用。從機(jī)理上講，F(xiàn)GF21作用于脂肪細(xì)胞和腎細(xì)胞以促進(jìn)誘導(dǎo)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)，ACE2是一種將AngⅡ代謝為Ang1-7的羧肽酶，進(jìn)而將AngⅡ轉(zhuǎn)換為Ang1-7，然后抑制高血壓并逆轉(zhuǎn)血管損傷。因此，F(xiàn)GF21通過(guò)微調(diào)肝臟，脂肪組織，腎臟和血管之間的多器官來(lái)激活A(yù)CE2/Ang1-7軸，從而預(yù)防AngⅡ引起的高血壓和血管損傷。Huang等[24]發(fā)現(xiàn)FGF21敲除小鼠主動(dòng)脈組織中ACE2蛋白和mRNA水平明顯低于野生型小鼠。Pan等[8]通過(guò)對(duì)FGF21敲除小鼠和WT小鼠輸注AngⅡ，結(jié)果顯示：與WT小鼠相比，F(xiàn)GF21敲除小鼠中AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓進(jìn)一步惡化。FGF21敲除小鼠的平均收縮壓和舒張壓顯著高于WT對(duì)照。同時(shí)，F(xiàn)GF21的過(guò)表達(dá)明顯阻止了AngⅡ引起的血壓升高，平均收縮壓和舒張壓降至基礎(chǔ)水平。另外，F(xiàn)GF21還可以通過(guò)激活腎和脂肪細(xì)胞上的PPARγ抑制AngⅡ引起的血管功能障礙和高血壓，從而導(dǎo)致該細(xì)胞中ACE2的產(chǎn)生以及ACE2/Ang1-7/Mas途徑的激活。

FGF21還可以通過(guò)壓力反射傳入途徑調(diào)節(jié)高血壓。在壓力反射傳入途徑中，孤束核(NTS)和結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)(NG)上FGFRs(FGFR1-4)和β-Klotho的所有亞型都表達(dá)，這在調(diào)節(jié)血壓過(guò)程中具有關(guān)鍵作用。He等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，腹膜內(nèi)注射重組FGF21對(duì)高果糖飲用大鼠的收縮壓和壓力反射敏感性產(chǎn)生有益作用。壓力反射敏感性的上調(diào)與靜脈內(nèi)給予FGF21誘導(dǎo)的NTS和NG中Akt-eNOS-NO信號(hào)通路的激活有關(guān)。除了對(duì)壓力反射敏感性的作用外，相關(guān)研究證明FGF21直接作用于下丘腦神經(jīng)元并激活下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸以釋放皮質(zhì)酮[26]。皮質(zhì)酮已被廣泛報(bào)道與高血壓的抑制有關(guān)。因此，F(xiàn)GF21也可能通過(guò)調(diào)節(jié)皮質(zhì)酮來(lái)降低血壓。Li等[27]研究發(fā)現(xiàn)，高血壓患者的FGF21 mRNA水平明顯高于健康受試者。

高血壓也是一種慢性炎癥性疾病，高血壓會(huì)引起包括巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞在內(nèi)的促炎細(xì)胞的蓄積，它們?cè)诟哐獕旱陌l(fā)病機(jī)理中起著至關(guān)重要的作用[28]。FGF21的耗竭導(dǎo)致血壓顯著升高，進(jìn)而單核細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞的浸潤(rùn)增加，在Ang Ⅱ處理的WT小鼠中加重主動(dòng)脈炎癥，而這些負(fù)面影響在FGF21敲除小鼠中得到了明顯放大，但被AAV-FGF21感染可徹底逆轉(zhuǎn)，表明FGF21可以抑制高血壓及其相關(guān)血管損傷[25]。

總之。FGF21可通過(guò)調(diào)節(jié)腎素血管緊張素系統(tǒng)、壓力反射傳入途徑以及抑制炎癥反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)血壓，隨著研究的進(jìn)一步深入，F(xiàn)GF21有望成為預(yù)測(cè)高血壓發(fā)生的新型生物標(biāo)記物。

4 總結(jié)與展望

心血管疾病是導(dǎo)致世界人類(lèi)死亡的首要原因，而糖脂代謝紊亂又是導(dǎo)致心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素，隨著我國(guó)社會(huì)進(jìn)入老齡化，尋找可以預(yù)測(cè)心血管疾病發(fā)生發(fā)展，改善糖脂代謝等心血管高危因素新型有效生物學(xué)標(biāo)記物尤為重要。FGF21作為新型糖脂代謝及心血管保護(hù)因子，相信隨著研究的深入，未來(lái)FGF21有望成為預(yù)測(cè)心血管發(fā)生的有力指標(biāo)，并可能成為調(diào)節(jié)糖脂代謝、改善動(dòng)脈粥樣硬化治療的新靶點(diǎn)。