FGF-1關(guān)于糖尿病及惡性腫瘤的最新研究進展

喬 月 王彩霞

佳木斯大學，黑龍江省佳木斯市 154000

成纖維細胞生長因子(FGFs)家族包括23個成員，參與調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、體內(nèi)平衡、組織器官修復以及代謝。作為成纖維因子家族中第一個發(fā)現(xiàn)的成員，F(xiàn)GF-1是一種強血管生成因子和促有絲分裂原，是FGF-1基因編碼的信號蛋白。已經(jīng)在科研中被大量的應用，其被用來和多種促血管生成因子如血管內(nèi)皮生長因子A、血管生成素1/2 、肝細胞生長因子及血管性血友病因子組成驗證各種因素對血管生成的效果檢驗因子；并且在臨床診療中廣泛被用于組織修復的蛋白藥物。

多項國內(nèi)外研究表明FGF-1因子是一個與腫瘤發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)的因子。FGF-1蛋白同時可以與4種細胞膜表面成纖維細胞因子受體(Fibroblast growth factor receptor，F(xiàn)GFR) 相結(jié)合，激活胞內(nèi)4種信號傳導通路 (RAS-MAPK、PI3K-AKT、PLCγ和STAT途徑)從而調(diào)控細胞的生存、增殖、分化和遷移。進入細胞內(nèi)的FGF-1蛋白，還可以被內(nèi)吞和轉(zhuǎn)移到細胞核，直接促使有絲分裂G1晚期向S期過渡、促進DNA的合成，從而促進細胞的增殖，但目前作用機制并未研究清楚。另外外源性FGF-1和FGF-2的易位可以保護細胞不受受體激活的影響而凋亡，但這種易位機制也并不清楚。由于它具有營養(yǎng)和保護神經(jīng)元、促進損傷修復、誘導缺血區(qū)血管形成等多個方面的作用，自20世紀80年代被發(fā)現(xiàn)至今一直是眾多學者研究的熱點。早期國內(nèi)外主要集中于其在良性病變中的研究，F(xiàn)GF-1能影響多種細胞如血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、心肌細胞、成纖維細胞、腎上腺皮質(zhì)細胞、神經(jīng)細胞的生長、分化，參與生長發(fā)育、組織損傷修復及營養(yǎng)神經(jīng)的過程。經(jīng)過多年的探索，研究者們發(fā)現(xiàn)FGF-1在糖尿病及腫瘤中有非同尋常的意義。

1 糖尿病

最新研究發(fā)現(xiàn)FGF-1參與脂肪細胞形態(tài)和代謝、糖代謝及胰島素抵抗的調(diào)節(jié)，F(xiàn)GF-1具有刺激胰島β細胞釋放胰島素并作為胰島素增敏劑發(fā)揮降糖的作用，并且升高糖尿病靶器官中FGF-1的抗炎作用，阻止靶器官發(fā)生氧化應激及細胞凋亡。

1.1 FGF-1刺激胰島細胞發(fā)揮降血糖作用 體外研究中發(fā)現(xiàn)，大鼠胰島組織和胰腺β細胞INS1E細胞系中[1]，F(xiàn)GFR的所有亞型(FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4)和FGF-1都在mRNA水平上有表達，并且FGF-1可以刺激INS-1E細胞的增殖，提高胰島細胞的活力并且發(fā)現(xiàn)FGF-1的降糖活性與其有絲分裂活性分離，主要是通過FGF受體1信號通路介導的。FGF-1激活后會與FGFR結(jié)合，激活Ras-Raf-MEK-ERK通路，從而將信號從胞外傳導至細胞核。細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases，ERK)包括ERK1和ERK2。用FGF-1孵育胰島細胞群后發(fā)現(xiàn)這些細胞群中ERK1/2激酶的磷酸化水平顯著增高，在最高峰值時是未孵育組的2.5倍以上，并且阻斷該激酶的激活會破壞FGF-1對胰島細胞增殖的刺激作用，并且這些FGF-1孵育細胞中胰島素分泌的濃度及胰島素mRNA量增加，同時相同時間段內(nèi)這些胰島細胞的凋亡數(shù)降低。這表明Ras-Raf-MEK-ERK通路參與了FGF-1對胰島細胞的增殖調(diào)控過程中[2]。

通過在1型和2型糖尿病小鼠的實驗中發(fā)現(xiàn)，重組成纖維細胞生長因子1可以糾正2型糖尿病小鼠的血糖水平升高，但不能糾正1型糖尿病小鼠的血糖水平[3]。表明FGF-1降低血糖水平必須是胰島細胞存在的條件下，這為FGF-1直接刺激胰島細胞而發(fā)揮作用提供了一定理論依據(jù)。

1.2 FGF-1在糖尿病并發(fā)癥中發(fā)揮抗炎作用 糖尿病腎病是糖尿病的重要并發(fā)癥之一，晚期常導致腎衰竭。通過給鏈脲佐菌素誘導的1型和 2型糖尿病小鼠模型腹腔注射FGF-1以及進一步在體外培養(yǎng)腎小球系膜細胞和足細胞發(fā)現(xiàn)[3]，F(xiàn)GF-1通過抑制核因子κB和c-Jun N端激酶信號通路及一系列炎癥信號級聯(lián)反應，發(fā)揮抗炎和腎保護活性，抑制糖尿病小鼠的腎小球、腎小管損傷和腎功能不全。

糖尿病會導致肝酶水平異常、脂肪變性、纖維化和肝硬化。在糖尿病肝中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激是由彌補胰島素抵抗的分泌需求增加引起的[4]，而脂肪酸誘導的β細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙又進一步加劇了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，F(xiàn)GF-1可以通過調(diào)節(jié)FGFR1-AMPK-Nrf2/HO-1信號通路改善糖尿病誘導的肝損傷及高血糖和氧化應激，抑制糖尿病引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激作用，降低糖尿病引起的肝損傷，同時FGF-1可以降低Bax和cleaved caspase3，升高Bcl2蛋白的表達水平，從而降低糖尿病肝細胞的凋亡。現(xiàn)階段，對于糖尿病引發(fā)的脾臟改變，研究較少。在db/db糖尿病小鼠中發(fā)現(xiàn)糖尿病明顯誘導脾臟腫大和功能障礙[5]，導致過度炎癥反應、氧化應激等多種細胞應激和脾臟纖維化。糖尿病觸發(fā)了脾中的TLR4、MyD88和p65-NF-κB蛋白表達水平以及下游的促炎細胞因子(IL-6和TNF-α)，而FGF-1顯著逆轉(zhuǎn)這些過程。FGF-1可通過調(diào)節(jié)海馬體中的PERK信號和PI3K/AKT信號[6]，抑制了cAMP-應答元件結(jié)合蛋白(response element binding protein，CREB)活性，進而抑制腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)水平，改善糖尿病誘導的認知功能下降。同時FGF1還阻止了糖尿病誘導的海馬形態(tài)結(jié)構(gòu)改變、神經(jīng)元凋亡以及海馬中羥丁醇1-42的沉積和突觸功能障礙，但機制尚不清晰。

2 腫瘤

FGF-1可以促進血管的生成，調(diào)控正常脂肪細胞、軟骨細胞、成纖維細胞的增殖和凋亡，在前列腺癌、非小細胞肺癌及膀胱移行細胞癌中均有過表達的情況，且新有研究發(fā)現(xiàn)FGF-1在乳腺癌、卵巢癌、結(jié)直腸癌中高表達，阻斷FGF1-FGFR通路可以阻斷癌細胞的有絲分裂周期并降低腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

2.1 乳腺癌 在不同人種中，不同的FGF-1突變體對ER相關(guān)性乳腺癌的意義存在差異。廣州乳腺癌研究發(fā)現(xiàn)[7]，位于FGF-1第一個內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的rs250108與中國女性的ER-乳腺癌顯著相關(guān)，在Ruiz-Narváez EA[8]對1 426例非裔美國婦女乳腺癌的研究中，通過對4個FGF基因受體(FGFR1、FGFR3、FGFR4和FGFRL1)與8個FGFs家族因子及其下游信號分子聯(lián)合大規(guī)模基因分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-1基因與ER-乳腺癌風險相關(guān)且MAPK3基因與ER-乳腺癌有關(guān)聯(lián)。MAPK3作為多種信號通路的最終效應因子之一，其活性可能被包括FGF/FGFR通路在內(nèi)的多種信號通路上游事件所抑制，提示MAPK3的基因變異可能與ER乳腺癌的風險有關(guān)。而有新研究發(fā)現(xiàn)在MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細胞系中[9]，過表達FGF-1特異性單鏈重組抗體scFv1C9會阻斷乳腺癌細胞系內(nèi)FGF-1途徑致p21的上調(diào)抑制了CDK2的表達，阻斷細胞周期的進程，降低乳腺癌的成瘤性、腫瘤生長和肺轉(zhuǎn)移，這或許為通過阻斷FGF-1治療乳腺癌提供了新方向[9]。

2.2 卵巢癌 FGF-1在正常/良性卵巢中低表達，在卵巢漿液性、透明細胞性、黏液性癌中顯著升高，子宮內(nèi)膜樣癌中低表達。在卵巢癌中體內(nèi)異種移植研究證實[10]，WNT7A/FGF1的過表達顯著增加了腫瘤發(fā)病率，而WNT7A過表達抑制FGF-1導致腫瘤體積顯著減小，并證實FGF-1是WNT7A信號通路的下游靶點，通過FGF1-1c啟動子位點的TCF結(jié)合元件WNT7A/catenin信號通路直接調(diào)控FGF-1。

有研究表明卵巢癌細胞在低血清條件下受到FGF-1的刺激時細胞存活率顯著提高[11]，并且在卵巢癌細胞中FGFR1和FGFR4表達與FGF-1表達具有顯著相關(guān)性，推測FGF-1主要與癌細胞表面受體FGFR1和FGFR4結(jié)合發(fā)揮作用。盡管存在這種相關(guān)性，但兩種受體都沒有顯示出與總生存率的顯著相關(guān)性。在卵巢癌研究中發(fā)現(xiàn)FGF1SNP rs7727832顯示出與卵巢癌顯著的相關(guān)性[12]，但同時也表明FGF2SNP rs167428是影響總生存的主要因素。

腫瘤相關(guān)成纖維細胞作為腫瘤微環(huán)境的主要組成部分在卵巢癌中發(fā)揮著作用。卵巢癌中癌相關(guān)成纖維細胞表達FGF-1[13]，并高于正常纖維細胞表達量約4倍(ELISA)，用FGFR抑制劑PD173074處理卵巢SKOV3細胞會降低FGFR4的磷酸化水平，抑制MAPK/Erk通路的激活，同時降低上皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)蛋白Snail1和MMP3表達水平，升高E-cadherin表達水平，終止細胞增殖、遷移和侵襲[13]。

2.3 結(jié)直腸癌 在結(jié)直腸癌中[14]，使用免疫組化的方法發(fā)現(xiàn)FGF-1在腫瘤細胞中高表達，絕大部分定位于胞漿，偶定位于胞核。而對于FGF-1在結(jié)直腸癌細胞中的意義及機制尚未研究清楚。在體外實驗中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染人FGF-1 cDNA的部分轉(zhuǎn)化大鼠成纖維細胞具有明顯的致瘤性。腫瘤相關(guān)成纖維細胞是腫瘤基質(zhì)中活化的成纖維細胞，在腫瘤微環(huán)境中與腫瘤細胞發(fā)生相互作用。通過研究人類結(jié)腸組織標本中分離出的腫瘤相關(guān)成纖維細胞CAFs、癌周成纖維細胞PFs和正常成纖維細胞NFs[15]，發(fā)現(xiàn)CAFs比NFs和PFs分泌更多的FGF-1/3激活FGFR4、Mek/Erk和調(diào)節(jié)MMP-7促進癌細胞生長和血管生成。使用FGF-1/-3中和抗體、FGFR4 siRNA及FGFR4抑制劑PD173074治療細胞，可顯著抑制結(jié)腸癌細胞增殖和新生血管形成，抑制FGF-FGFR4通路可能能治療直腸癌。

綜上所述，F(xiàn)GF-1參與到糖尿病的發(fā)生發(fā)展中，通過多種信號通路(FGF-1-FGFR1、Ras-Raf-MEK-ERK)可以起到降低血糖、防治糖尿病并發(fā)癥的作用，在使用FGF-1刺激胰腺癌細胞的實驗中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-1可以調(diào)節(jié)胰腺發(fā)育的主基因改變[16]；在惡性腫瘤的研究中，通過阻滯FGF-1-FGFR4通路可以明顯抑制卵巢癌和結(jié)直腸癌細胞的增殖和侵襲，在乳腺癌中阻滯FGF-1的表達會明顯阻滯癌細胞的增殖。FGF-1參與到多種腫瘤細胞的細胞存活、增殖過程中，這為惡性腫瘤治療提供了新的可能。但由于不同人種的異質(zhì)性、不同部位組織之間的起源異質(zhì)性、微環(huán)境的不同，使得需要大量的實驗進行數(shù)據(jù)積累及研究，為臨床應用提供理論基礎(chǔ)。