FGF21與肝臟疾病的研究進展

蔣永生，謝龍騰，邱國仕，許澤平，劉彥隆，楊國燦，左偉

作者單位： 315700浙江省象山，象山縣第一人民醫(yī)院（蔣永生、謝龍騰、邱國仕、左偉）；溫州醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院（許澤平、劉彥隆）；紹興市人民醫(yī)院（楊國燦）

成纖維細胞生長因子-21（FGF21）作為成纖維細胞生長因子家族的一員，是近年來新發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)糖脂代謝的內(nèi)分泌因子。FGF21主要表達于肝臟、脂肪及胰腺等部位。與其他FGFs不同，F(xiàn)GF21的功能主要表現(xiàn)在糖代謝、脂代謝及胰島素抵抗等方面。其在非酒精性脂肪肝、肥胖及糖尿病等代謝性疾病的發(fā)病過程中起著重要作用。本綜述總結(jié)了FGF21在肝臟疾病中的表達，調(diào)節(jié)和功能的最新研究進展，現(xiàn)報道如下。

1 FGF21

1.1 FGF21的結(jié)構(gòu)成纖維細胞生長因子（FGF）是一類由20多個成員組成的、具有多種生物學(xué)功能的一類細胞因子家族。最近研究發(fā)現(xiàn)，包括FGF19、FGF21和FGF23在內(nèi)的三個FGFs成員在代謝調(diào)控過程中表現(xiàn)出內(nèi)分泌因子的活性特征[1-2]。FGF21是在鼠胚胎細胞中發(fā)現(xiàn)的一個多肽，小鼠FGF21含210個氨基酸，其中有一約30個氨基酸組成的疏水性氨基末端，為一分泌型蛋白質(zhì)的典型信號序列[3]。與其他FGF一樣有一個內(nèi)核區(qū)，其中的28個高保守的氨基酸殘基中有10個可以與成纖維細胞生長因子受體（FGFR）相互作用[4]。人FGF21含209個氨基酸，其編碼序列與鼠的非常相似，約75%的氨基酸相同[5]。

1.2 FGF21的生物學(xué)功能 近期研究表明FGF21具有內(nèi)分泌因子的功能，其生物活性包括促細胞增殖、機體發(fā)育、血管增生、創(chuàng)傷修復(fù)等，參與機體物質(zhì)代謝，維持機體脂肪和糖代謝的平衡[1]。FGF21的生物學(xué)活性主要體現(xiàn)在降低血糖和改善血脂方面[6]。2005年，Kharitomenkov等[7]證實FGF21可促進小鼠3T3-L1細胞和前脂肪組織的葡萄糖吸收；轉(zhuǎn)FGF21基因小鼠對飲食誘導(dǎo)的肥胖具有明顯的抑制作用；經(jīng)FGF21表達蛋白處理的糖尿病ob/ob和db/db小鼠及肥胖ZDF大鼠，其血漿葡萄糖和三酰甘油（TG）也顯著降低。2007年，Kharitomenkov等[8]在恒河猴中完成的藥理藥效實驗進一步證實了 FGF21在靈長類動物中的代謝調(diào)控功能。研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)6周每天給糖尿病恒河猴注射FGF21蛋白，能導(dǎo)致其血糖、TG、果糖胺、胰島素和胰高血糖素迅速下降；同時，還發(fā)現(xiàn)FGF21具有調(diào)控脂蛋白的功能，可以改善脂蛋白圖譜，包括降低低密度脂蛋白膽固醇、增高高密度脂蛋白膽固醇，還可以降低血脂，對治療動脈粥樣硬化有重要作用。FGF21在過氧化物酶體增生物激活受體PPAR的調(diào)節(jié)下，可以作為肝臟中穩(wěn)定的脂類調(diào)節(jié)劑，用以避免脂肪肝的發(fā)生[9]。FGF21是FGFs家族中目前發(fā)現(xiàn)的唯一沒有促有絲分裂的蛋白，從而大大降低了臨床用藥的風險。

1.3 FGF21的表達與調(diào)控 FGF-21在肝臟、胰腺和白色脂肪組織中大量表達[10]。FGF-21通過細胞表面受體-FGF受體與 -Klotho復(fù)合物傳遞信號，-Klotho是與特定FGFR結(jié)合的同源單通膜蛋白[11]。鑒于FGFR的廣泛表達，-Klotho在肝臟、白色脂肪組織、胰腺和睪丸中表達；因此，F(xiàn)GF21主要在這些組織中發(fā)揮作用[10]。 硫酸乙酰肝素是FGF-21-FGFR二聚體結(jié)合的另一重要調(diào)控因素。FGF21與低親和力的硫酸乙酰肝素結(jié)合，這使得FGF21在細胞外基質(zhì)中不被捕獲，從而起到內(nèi)分泌因子的作用[12]。

FGF21主要由過氧化物酶體增殖激物受體（PPARs)和胰島素/AKT1通路調(diào)控[3]。在瘦的嚙齒類動物中,通過PPAR參與的長時間禁食機制可以誘導(dǎo)肝臟中FGF21的表達[13]。有趣的是,FGF21同樣受到PPAR的調(diào)控。此外，Yang等[14]表明經(jīng)PPAR拮抗劑處理后，F(xiàn)GF21在脂肪組織中表達升高。

2 FGF21與肝臟疾病

2.1 FGF21與非酒精性脂肪肝病（NAFLD） 目前已有報道表明FGF21與肝臟疾病存在一定關(guān)系。動物實驗結(jié)果表明，高脂流體飲食誘導(dǎo)的非酒精性脂肪肝小鼠肝臟中FGF21 mRNA顯著增高。臨床研究報道肝損傷患者外周血中FGF21水平顯著增高，并與門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）和谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（GGT）相關(guān)[15-16]。Li等[16]報道NAFLD組血清FGF21水平顯著高于對照組，非酒精性脂肪性肝炎（NASH）患者血脂水平高于脂肪肝組。FGF21水平與大多數(shù)指標呈正相關(guān)，而與高密度脂蛋白膽固醇呈顯著負相關(guān)。17例肝活檢組織中有12例肝脂肪變性，F(xiàn)GF21 mRNA表達隨脂肪變性程度增加，肝內(nèi)FGF21蛋白表達程度增加；血漿和肝臟FGF21均與肝TG濃度相關(guān)[17]。Dushay 等[18]測定了 NAFLD和NASH中血清FGF21水平及其肝臟mRNA表達。除了與BMI相關(guān)之外，單純脂肪肝患者和NASH患者血清FGF21水平高于對照組。值得注意的是，F(xiàn)GF21 mRNA的肝表達僅在單純性脂肪變性患者中顯著增高，而在NASH和對照之間未見差異[18]。進一步的研究也報道，NAFLD患者的 FGF21水平顯著高于健康對照者。根據(jù)肝臟脂肪變性評分，血清FGF21水平逐步升高，血清FGF21水平是肝臟脂肪變性的唯一獨立預(yù)測因子[19]。NAFLD的基本病理生理改變是肝細胞中游離脂肪酸（FFA）和TG的積累。此外，TG和GGT被發(fā)現(xiàn)與血清FGF21獨立相關(guān)。GGT已被證明是慢性肝損傷的一種非侵入性生化標志物，通常與NAFLD的進展有關(guān)。NASH患者血清GGT水平常高于正常范圍。FGF21與NAFLD中FFA和TG的相關(guān)性提示它可能反映疾病的嚴重程度和進展[20]。

FGF-21基因敲除和FGF21基因過表達小鼠研究表明 FGF21在肝臟脂代謝過程中發(fā)揮重要作用[21]。腺病毒誘導(dǎo)的 FGF21基因敲除小鼠循環(huán)系統(tǒng)中FGF21的水平顯著降低。當給予這種基因敲除小鼠高脂飲食喂養(yǎng)時，小鼠表現(xiàn)出迅速的肝臟脂肪堆積和明顯的脂質(zhì)紊亂，包括形成脂肪肝、高甘油三酯血癥、血中的FFA和膽固醇的含量顯著增加，以及血中酮體含量的減少[22]。有研究使用以C57BL/6為背景的小鼠制作 FGF21轉(zhuǎn)基因小鼠模型；該轉(zhuǎn)基因小鼠肝臟中FGF21mRNA的水平與對照組正常小鼠相比高出50～150倍，同時血中膽固醇、TG、血糖和胰島素的水平顯著降低[23]。該轉(zhuǎn)基因小鼠血中 -羥丁酸的含量顯著增加，表明有大量酮體的生成；同時伴有脂肪組織減少，白色脂肪組織中脂肪酶含量顯著增加以及血中FFA含量增加。同時有文獻報道，給飲食誘導(dǎo)的糖尿病小鼠注射 FGF21蛋白可以逆轉(zhuǎn)小鼠肝臟的脂肪變性，恢復(fù)肝臟的正常結(jié)構(gòu)[23]。也有研究報道了高脂液體飲食的肝臟中FGF21 mRNA的表達增加，這可能會誘導(dǎo)NASH。亦研究發(fā)現(xiàn)FGF21敲除后會導(dǎo)致小鼠體內(nèi)肝臟脂肪堆積迅速，脂質(zhì)代謝紊亂突出[24]。文獻報道了用FGF21處理可通過抑制SREBP-1的核成熟來逆轉(zhuǎn)飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的肝脂肪變性，SREBP-1是脂肪生成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，它參與動物模型中肝脂肪變性的誘導(dǎo)[25]。

2.2 FGF21與酒精性肝病（ALD） 長期的酒精攝入可以誘導(dǎo)酒精性肝炎，有研究報道 FGF21也參與了炎癥反應(yīng)的過程。酒精攝入也可以引起糖代謝的紊亂。FGF21可以通過調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運體蛋白1（GLUT-1），從而以不依賴于胰島素的方式調(diào)節(jié)糖代謝。肝臟是代謝酒精的主要器官，酒精在代謝過程中可引起肝臟脂代謝紊亂。研究結(jié)果表明，給酒精性肝病小鼠注射重組人 FGF21可以逆轉(zhuǎn)慢性酒精飼喂引起的肝臟脂肪變性和炎癥損傷[26-27]。

2.3 FGF21與病毒性肝炎 目前已有少量病毒性肝炎患者中FGF21的研究。如慢性丙型肝炎患者的血清 FGF21升高，且與脂肪變性呈等級相關(guān)，血清FGF21和發(fā)揮脂肪變性活性的RBP4水平之間存在相互正相關(guān)關(guān)系。在慢性丙型肝炎患者中、沒有飲酒史和正常肝臟供體的患者中，編碼肝核受體，共調(diào)節(jié)因子及其下游靶基因的差異表達，結(jié)果首次顯示肝FGF21 mRNA水平與丙型肝炎病毒RNA水平存在負相關(guān)。對于由病毒性肝炎引起的肝纖維化，最近的研究表明FGF21血清濃度與從“無/微小纖維化”到“顯著性纖維化”慢性乙型肝炎患者的纖維化階段之間沒有關(guān)聯(lián)[28]。

2.4 FGF21與藥物性肝損傷 對乙酰氨基酚（APAP）過量是藥物引起的肝毒性和急性肝衰竭的主要原因。Ye等[29]的研究顯示 APAP過量引起的肝臟損傷和病死率在FGF21基因敲除的小鼠中顯著加重，且通過重組FGF21（rmFGF21）的恢復(fù)大部分被逆轉(zhuǎn)。在 APAP注射后，在rmFGF21處理的FGF21敲除小鼠中，在分子水平上，活性JNK（c-JunN端激酶）的活性氧積累和線粒體程度降低，PGC-1和Nrf2表達升高。FGF21的補充通過恢復(fù)抗氧化劑活性來保留FGF21敲除小鼠對APAP誘導(dǎo)的肝毒性的敏感性。因此，APAP過量使 FGF21升高并可能以某種方式保護肝臟免受藥物引起的肝毒性[30]。

2.5 FGF21和肝癌 據(jù)報道，F(xiàn)GF21 mRNA在肝臟中的表達可以在化學(xué)性肝癌發(fā)生中被誘導(dǎo)[31]。腫瘤抑制因子LKB1雜合子敲除的小鼠當年老時會發(fā)展成肝癌。與野生型對應(yīng)物相比，LKB+/－單倍體不足的肝臟中 FGF21的表達增加至約6倍，且在p53+/－LKB1+/－小鼠肝臟中增加了30倍以上。用二乙基亞硝胺（DEN）處理的小鼠與未注射DEN的小鼠相比，F(xiàn)GF21的表達顯著增加。這表明血清 FGF21水平與現(xiàn)有生物標志物的效用反映了肝臟和肝臟對肝癌的損害的功能狀態(tài)。該組進一步表明FGF21的過度表達可能實際上加速了腺瘤向肝癌的進展，盡管它延遲了腫瘤的發(fā)生和早期腫瘤的發(fā)展，這可能與FGFR4和FGFR1在不同肝細胞和肝癌細胞中的表達變化致癌的階段有關(guān)[32]。盡管FGF21的雙重作用是否由FGFR4和FGFR1表達變化介導(dǎo)尚未確定，但提供了調(diào)節(jié)FGFR表達變化預(yù)防癌癥的新策略。

綜上所述，F(xiàn)GF21是一種新發(fā)現(xiàn)的成纖維細胞生長因子家族成員。雖然它與家庭其他成員有 10%～ 30%的相似性，但它不是一個生長因子。從未證實FGF21在成纖維細胞中具有活性并促進體內(nèi)生長的作用。然而，它是參與調(diào)節(jié)代謝過程的蛋白質(zhì)。人類和實驗動物研究表明，F(xiàn)GF21是一種主要由肝臟產(chǎn)生的新型代謝調(diào)節(jié)劑，其生物學(xué)活性主要體現(xiàn)在降低血糖和改善血脂方面。臨床研究表明，正常個體循環(huán)的FGF21水平低，但在空腹和肝相關(guān)疾病的多種病原體中升高。總之，F(xiàn)GF21與肝臟疾病有著密切的聯(lián)系，對未來肝臟疾病的改善與治療有很大研究意義。