成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-1在糖尿病腎病中的作用研究進(jìn)展＊

王 慧，楊繼紅

糖尿病是目前主要的社會(huì)公共衛(wèi)生問題，2013年全球糖尿病患者為3.82億，到2035年預(yù)計(jì)將達(dá)到5.92億，占全球人口的8%～10%［1］。糖尿病腎?。―iabetic nephropathy，DN）作為糖尿病主要并發(fā)癥，其發(fā)生率在世界范圍內(nèi)也在不斷上升［2，3］，已經(jīng)成為終末期腎?。‥SRD）的主要原因［4］。DN 患者人數(shù)持續(xù)增多，但是傳統(tǒng)治療對(duì)改善DN預(yù)后效果并不令人滿意，許多學(xué)者在尋求新的治療方法，以期獲得突破性的進(jìn)展［5］。目前一些較新的藥物被批準(zhǔn)治療DN，如第三代鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑Finerenone、葡萄糖聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)素2（SGLT2）抑制劑等，但其對(duì)DN的長(zhǎng)期影響仍有待闡明［6，7］。 近來有研究提出，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-1（Fibroblast growth factor 1，F(xiàn)GF1）可延緩 DN 進(jìn)展［8］。因此，筆者主要論述 FGF1的相關(guān)作用機(jī)制及在糖尿病和糖尿病腎病中的研究進(jìn)展。

1 FGF1及FGF家族作用機(jī)制

FGF1是成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（Fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）家族中的一個(gè)成員，是由155個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)［9］，F(xiàn)GF家族具有促進(jìn)細(xì)胞發(fā)育、細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和分化等功能。FGF家族的22個(gè)成員通過結(jié)合和激活四種受體酪氨酸激酶（RTKs）編碼的不同異構(gòu)體來介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)。四種RTKs分別為FGFR1、FGFR2、FGFR3 和 FGFR4。FGF 與肝素或硫酸乙酰肝素蛋白聚糖 （HSPG）協(xié)同作用，以激活FGFR并誘導(dǎo)多效反應(yīng)，從而導(dǎo)致FGF誘導(dǎo)多種細(xì)胞反應(yīng)。不同的信號(hào)蛋白在FGF的刺激下磷酸化，包括 Shc、磷脂酶-Cγ（PLCγ）、STAT1、Gab1 和對(duì)接蛋白成纖維細(xì)胞受體底物2α（FRS2α），從而刺激細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路，控制細(xì)胞繁殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞轉(zhuǎn)移、細(xì)胞存活和細(xì)胞形態(tài)［10］。FGF信號(hào)對(duì)細(xì)胞具有調(diào)控作用，而這一過程如何發(fā)揮作用仍取決于細(xì)胞的類型及其成熟階段。遺傳和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)闡明了大多數(shù)細(xì)胞類型中FGF伴隨激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，其中較明確的是ERK1/2，p38和JNK（c-Jun氨基末端激酶）的RAS-MAPK途徑、PI3K/Akt（磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B）途徑和PLCγ途徑，在所有細(xì)胞類型中觀察到ERK1/2和p38的激活，而其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的活性根據(jù)細(xì)胞類型而變化［10］。FGF1作為FGF家族中的一員，因其等電點(diǎn)偏酸性，又被稱為酸性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（acid fibroblast growth factor，aFGF）。FGF1 能結(jié)合和激活四種 FGFRs，F(xiàn)GFRs的激活刺激胞內(nèi)信號(hào)通路，包括PKC/PLCγ、PI3K/Akt和 RAS/MAPK 級(jí)聯(lián)［11］。利用酵母雙雜交篩選和質(zhì)譜分析經(jīng)串聯(lián)親和純化或與重組FGF1共沉淀后的配合物，在20個(gè)新發(fā)現(xiàn)的FGF1配合物中有10個(gè)與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期和增殖有關(guān)，提示細(xì)胞內(nèi)FGF1在細(xì)胞存活中起著重要作用［11］。FGF1不僅有激活細(xì)胞表面特定受體的經(jīng)典作用方式，也可以獨(dú)立于受體激活的信號(hào)通路來保護(hù)細(xì)胞免受應(yīng)激條件的影響，然而越來越多的研究表明FGF1與代謝穩(wěn)態(tài)有關(guān)［11］。

2 FGF1在代謝性疾病中的作用

FGF1是一種代謝激素，對(duì)控制營(yíng)養(yǎng)應(yīng)激、控制血糖和胰島素敏感性至關(guān)重要。同時(shí)FGF1也是一種有效的血糖控制劑，在肥胖和糖尿病為主的相關(guān)代謝性疾病中的作用不斷被研究。例如有研究表示［12］，高脂肪飲食能在脂肪組織誘導(dǎo)FGF1的上調(diào)，其轉(zhuǎn)錄受過氧化物酶體增殖劑（PPAPγ）及其胰島素增敏配體的控制，且在FGF1敲除小鼠中胰島素反應(yīng)性降低，胰島素抑制肝葡萄糖生長(zhǎng)功能也受損，F(xiàn)GF1的缺失能夠?qū)е轮拘螒B(tài)的改變及全身代謝功能障礙。此外，F(xiàn)GF1介導(dǎo)的葡萄糖降低依賴于功能性胰島素信號(hào)，且中樞FGF1誘導(dǎo)外周葡萄糖降低血糖。下丘腦外側(cè)區(qū)域被認(rèn)為和食物攝入相關(guān)，F(xiàn)GF1能夠?qū)Υ蟛糠制咸烟敲舾械南虑鹉X外側(cè)區(qū)域的神經(jīng)元產(chǎn)生PKC依賴性抑制作用。FGF1位于PPARγ的下游，而PPARγ又是噻唑烷二酮類抗糖尿病藥物的靶點(diǎn)，所以FGF1可能介導(dǎo)PPARγ激活從而改善代謝狀況，而且FGF1的藥理作用可減少肥胖癥，降低血糖，增加胰島素敏感性及減少脂肪肝［12-14］。 Suh 等［15］研究表明，F(xiàn)GF1 基因敲除小鼠在受到高脂肪飲食的挑戰(zhàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的高血糖和胰島素抵抗。在ob/ob和db/db小鼠或飲食誘導(dǎo)肥胖模型中，靜脈給予單劑量重組FGF1（rFGF1）可在幾小時(shí)內(nèi)使血糖水平正常，而不誘導(dǎo)產(chǎn)生低血糖。慢性治療同樣可以持續(xù)降低血糖，胰島素敏感性在開始治療后3周內(nèi)觀察到。Scarlett等［16］研究表明，單次腦室內(nèi)注射FGF1的劑量是外周注射后降糖功效所需劑量的1/10，可在2型糖尿病小鼠和大鼠模型中持續(xù)糖尿病誘導(dǎo)緩解也不增加低血糖的風(fēng)險(xiǎn)。Wang等［17］研究測(cè)量新診斷的2型糖尿病患者的血清FGF1水平，并進(jìn)一步探討FGF1水平和2型糖尿病中各種代謝參數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)果顯示2型糖尿病患者的血清FGF1水平顯著高于正常糖耐受量。FGF1還能夠抑制促腎上腺皮質(zhì)激素和皮質(zhì)酮，從而導(dǎo)致全身脂肪分解，肝乙酰輔酶A含量和丙酮酸羧化酶活性降低，從而抑制肝葡萄糖的產(chǎn)生，表明FGF1通過抑制下丘腦-垂體-腎上腺軸，改善高血糖［18］。因此，F(xiàn)GF1可能成為肥胖和2型糖尿病降低血糖的安全有效的治療靶點(diǎn)［12，19］。除此之外，F(xiàn)GF1能夠通過Akt/FOXO3a信號(hào)通路改善內(nèi)皮祖細(xì)胞的功能［20］，減少內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，增加微血管密度，減少血管周圍纖維，減少糖尿病心肌病的心肌細(xì)胞的凋亡和纖維化，改善心臟的灌注［21］。

3 FGF1在DN中的作用

FGF1在腎小球系膜細(xì)胞和足細(xì)胞中高水平表達(dá)，在腎小管上皮細(xì)胞中的表達(dá)水平低，在巨噬細(xì)胞中不表達(dá)。Liang等研究表明，F(xiàn)GF1可能是DN的一種保護(hù)性因素，其在正常腎臟組織中存在表達(dá)，而在1型和2型糖尿病的腎臟中的表達(dá)同正常腎臟組織相比是下調(diào)的［8］。目前研究FGF1主要通過抑制氧化應(yīng)激和抗炎作用減輕DN。

3.1 FGF1在DN中的抗炎作用 DN作為糖尿病引起的腎臟并發(fā)癥，其病因是多因素的，高血糖、氧化應(yīng)激、糖基化終末產(chǎn)物、血管緊張素Ⅱ?yàn)橹鲗?dǎo)因素，每種因素均能激活核因子-κβ（NF-κβ），NF-κβ在調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)的胞內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)中被認(rèn)為是控制大量促炎因子的表達(dá)主要轉(zhuǎn)錄因子22，NF-κB被多種細(xì)胞激活，導(dǎo)致DN的慢性炎癥、纖維化和組織重塑。DN的病因也刺激JNK的激活，且JNK在炎癥中也發(fā)揮重要作用并調(diào)節(jié)炎癥因子的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致DN大鼠腎臟梗阻模型中巨噬細(xì)胞間質(zhì)蓄積、纖維化和腎功能喪失［23］。有研究顯示，F(xiàn)GF1是通過下調(diào)凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1（ASK1）/JNK信號(hào)通路抑制炎癥反應(yīng)［23］。Liang等研究在體外炎癥培養(yǎng)的腎小球系膜細(xì)胞和足細(xì)胞，F(xiàn)GF1能夠通過NF-κB和JNK信號(hào)傳導(dǎo)途徑介導(dǎo)體內(nèi)腎臟炎癥抑制作用。研究表明FGF1能夠阻止NF-κB的活化，這表明FGF1的抗炎作用與NF-κB通路的轉(zhuǎn)錄抑制作用密切相關(guān)。JNK作為NF-κB的上游轉(zhuǎn)錄因子，F(xiàn)GF1的抗炎作用也是通過在抑制NF-KB的連續(xù)途徑的早期階段抑制JNK實(shí)現(xiàn)的［8］。

3.2 FGF1在DN中的抗氧化作用 高血糖引起血流動(dòng)力學(xué)的改變，各種血管活性因子生成增多，導(dǎo)致活性氧（ROS）的增加超過了局部抗氧化能力。ROS引發(fā)一系列破壞反應(yīng)，損傷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及DNA，ROS和抗氧化劑之間的這種不平衡會(huì)導(dǎo)致腎細(xì)胞功能的改變，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。FGF1通過上調(diào)激活糖原合成酶激酶3β （GSK-3β）/Nrf2信號(hào)通路抑制氧化應(yīng)激。Pena等［24］體外研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF1可防止葡萄糖誘導(dǎo)的細(xì)胞ROS上調(diào)，不僅如此研究還發(fā)現(xiàn)FGF1能夠降低DN血管緊張素酶、一氧化氮合成酶以及血管生長(zhǎng)因子的生成。

3.3 FGF1抗炎及抗氧化的信號(hào)通路活性氧（ROS）能夠增強(qiáng) NF-κB 的活性，同時(shí) NF-κB 也能夠誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)相互作用加重DN的損傷［23］。FGF1不僅通過抑制高糖誘導(dǎo)的腎細(xì)胞JNK和NF-κβ的活化而抑制高糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，而且能夠通過多條信號(hào)通路阻斷糖尿病誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激水平。Wang等研究顯示，F(xiàn)GF1的突變體FGF1ΔHBS（降低有絲分裂活性）能夠通過PI3K/Akt介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和炎癥抑制治療慢性腎臟疾病。RNA序列分析表明，F(xiàn)GF1ΔHBS抑制高葡萄糖攻擊小鼠足細(xì)胞的氧化應(yīng)激和炎癥信號(hào)，進(jìn)一步研究表明，F(xiàn)GF1ΔHBS通過下調(diào)ASK1/JNK信號(hào)通路抑制炎癥，通過上調(diào)激活GSK-3β/Nrf2信號(hào)通路抑制氧化應(yīng)激。這兩條通路均受FGF1ΔHBS激活的PI3K/Akt信號(hào)的控制。作為PI3K的下游靶點(diǎn)，Akt在細(xì)胞增殖、凋亡、糖代謝、細(xì)胞遷移和轉(zhuǎn)錄等多個(gè)過程中起著重要的作用。在足細(xì)胞中，Akt功能障礙與炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡相關(guān)。Akt信號(hào)傳導(dǎo)的增多能夠減少細(xì)胞氧化應(yīng)激并抑制促炎因子的釋放，F(xiàn)GF1能夠恢復(fù)Akt的功能并抑制了ROS的產(chǎn)生和炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，同時(shí)也能夠抑制ASK1和JNK磷酸化水平。ASK1也是導(dǎo)致炎癥的關(guān)鍵因素，可以被Akt抑制。ASK1激活P38/JNK信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而促進(jìn)炎癥和胰島素抵抗，該研究也發(fā)現(xiàn)高血糖能夠增強(qiáng)ASK1和JNK的活性，并上調(diào)了纖維化和促炎信號(hào)的表達(dá)水平，而FGF1ΔHBS可以逆轉(zhuǎn)該信號(hào)。這些數(shù)據(jù)表明，Akt是 FGF1ΔHBS的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，通過GSK-3β/Nrf2信號(hào)級(jí)聯(lián)和通過抑制ASK1介導(dǎo)的JNK激活來抑制炎癥反應(yīng)［23］。因此，F(xiàn)GF1在DN的發(fā)生機(jī)制中除了可以通過抑制JNK和NF-κB信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用，還可能通過激活PI3K/Akt通路發(fā)揮抗炎作用，F(xiàn)GF1可能在1型和2型糖尿病小鼠腎臟組織中起到防止活性Akt的丟失，而且有研究表明FGF1刺激下通過FRS2α的間接機(jī)制介導(dǎo)Gab1的酪氨酸磷酸化和PI3K的募集。在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中驗(yàn)證了Gab1對(duì)PI3K和抗凋亡蛋白激酶Akt的FGF1刺激是不可少的，該實(shí)驗(yàn)同時(shí)也驗(yàn)證了 FGF1刺激 PI3K/Akt的間接機(jī)制［25］，但是目前FGF1在DN模型中通過PI3K/Akt信號(hào)通路發(fā)揮作用機(jī)制尚未明確［8］。

3.4FGF1減輕腎臟損傷作用機(jī)制FGF1能夠減輕腎臟肥大、纖維化及細(xì)胞的凋亡，Pena等研究結(jié)果表明FGF1不僅可以預(yù)防糖尿病引起的DNA損傷，亞硝化應(yīng)激，血管活性因子，血管緊張素原和內(nèi)皮一氧化氮合酶的改變，還可以防止體內(nèi)外一氧化氮產(chǎn)生減少以及細(xì)胞外基質(zhì)和纖維連接蛋白產(chǎn)生的上調(diào)［24］。此外，還發(fā)現(xiàn)FGF1明顯改善了糖尿病引起的腎間質(zhì)纖維化和腎小球損害，F(xiàn)GF1能阻斷db/db小鼠的腎臟誘導(dǎo)的膠原蛋白和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）的表達(dá)水平，也能通過發(fā)揮有效的葡萄糖控制功能減輕腎臟的細(xì)胞應(yīng)激，對(duì)DN發(fā)揮潛在的保護(hù)作用，該研究還表明降低細(xì)胞壓力是FGF1治療DN的另一個(gè)潛在分子機(jī)制，進(jìn)一步補(bǔ)充了FGF1 治療 DN 的分子機(jī)制［8，26］。

綜上所述，F(xiàn)GF1作為DN一個(gè)保護(hù)性因素成為治療DN的新的研究靶點(diǎn)。FGF1對(duì)于降低血糖、改善胰島素敏感性是有效的，而且能夠通過抗炎作用和抑制氧化應(yīng)激減輕DN的腎損傷，但是其機(jī)制尚未完全明確。