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，象山縣第一人民醫院（蔣永生、謝龍騰、邱國仕、左偉）；溫州醫科大學藥學院（許澤平、劉彥隆）；紹興市人民醫院（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，是近年來新發現調節糖脂代謝的內分泌因子。FGF21主要表達于肝臟、脂肪及胰腺等部位。與其他FGFs不同，FGF21的功能主要表現在糖代謝、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病過程中起著重要作用。本綜述總結了FGF21在肝臟疾病中的表達，調節和功能的最新研究進展，現報道如下。

1 FGF21

1.1 FGF21的結構成纖維細胞生長因子（FGF）是一類由20多個成員組成的、具有多種生物學功能的一類細胞因子家族。最近研究發現，包括FGF19、FGF21和FGF23在內的三個FGFs成員在代謝調控過程中表現出內分泌因子的活性特征[1-2]。FGF21是在鼠胚胎細胞中發現的一個多肽，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，為一分泌型蛋白質的典型信號序列[3]。與其他FGF一樣有一個內核區，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的生物學功能 近期研究表明FGF21具有內分泌因子的功能，其生物活性包括促細胞增殖、機體發育、血管增生、創傷修復等，參與機體物質代謝，維持機體脂肪和糖代謝的平衡[1]。FGF21的生物學活性主要體現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FGF21基因小鼠對飲食誘導的肥胖具有明顯的抑制作用；經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控功能。研究發現，連續6周每天給糖尿病恒河猴注射FGF21蛋白，能導致其血糖、TG、果糖胺、胰島素和胰高血糖素迅速下降；同時，還發現FGF21具有調控脂蛋白的功能，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的調節下，可以作為肝臟中穩定的脂類調節劑，用以避免脂肪肝的發生[9]。FGF21是FGFs家族中目前發現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復合物傳遞信號，-Klotho是與特定FGFR結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，FGF21主要在這些組織中發揮作用[10]。 硫酸乙酰肝素是FGF-21-FGFR二聚體結合的另一重要調控因素。FGF21與低親和力的硫酸乙酰肝素結合，這使得FGF21在細胞外基質中不被捕獲，從而起到內分泌因子的作用[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肝臟中FGF21的表達[13]。有趣的是,FGF21同樣受到PPAR的調控。此外，Yang等[14]表明經PPAR拮抗劑處理后，FGF21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系。動物實驗結果表明，高脂流體飲食誘導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移酶（AST）和谷氨酰轉肽酶（GGT）相關[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水平與大多數指標呈正相關，而與高密度脂蛋白膽固醇呈顯著負相關。17例肝活檢組織中有12例肝脂肪變性，FGF21 mRNA表達隨脂肪變性程度增加，肝內FGF21蛋白表達程度增加；血漿和肝臟FGF21均與肝TG濃度相關[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，FGF21 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被發現與血清FGF21獨立相關。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。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揮重要作用[21]。腺病毒誘導的 FGF21基因敲除小鼠循環系統中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時，小鼠表現出迅速的肝臟脂肪堆積和明顯的脂質紊亂，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轉基因小鼠模型；該轉基因小鼠肝臟中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，給飲食誘導的糖尿病小鼠注射 FGF21蛋白可以逆轉小鼠肝臟的脂肪變性，恢復肝臟的正常結構[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NASH。亦研究發現FGF21敲除后會導致小鼠體內肝臟脂肪堆積迅速，脂質代謝紊亂突出[24]。文獻報道了用FGF21處理可通過抑制SREBP-1的核成熟來逆轉飲食誘導的肥胖小鼠的肝脂肪變性，SREBP-1是脂肪生成的關鍵轉錄因子，它參與動物模型中肝脂肪變性的誘導[25]。

2.2 FGF21與酒精性肝病（ALD） 長期的酒精攝入可以誘導酒精性肝炎，有研究報道 FGF21也參與了炎癥反應的過程。酒精攝入也可以引起糖代謝的紊亂。FGF21可以通過調控葡萄糖轉運體蛋白1（GLUT-1），從而以不依賴于胰島素的方式調節糖代謝。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。研究結果表明，給酒精性肝病小鼠注射重組人 FGF21可以逆轉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，血清FGF21和發揮脂肪變性活性的RBP4水平之間存在相互正相關關系。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，共調節因子及其下游靶基因的差異表達，結果首次顯示肝FGF21 mRNA水平與丙型肝炎病毒RNA水平存在負相關。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聯[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）的恢復大部分被逆轉。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的補充通過恢復抗氧化劑活性來保留FGF21敲除小鼠對APAP誘導的肝毒性的敏感性。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 據報道，FGF21 mRNA在肝臟中的表達可以在化學性肝癌發生中被誘導[31]。腫瘤抑制因子LKB1雜合子敲除的小鼠當年老時會發展成肝癌。與野生型對應物相比，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，FGF21的表達顯著增加。這表明血清 FGF21水平與現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。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生和早期腫瘤的發展，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[32]。盡管FGF21的雙重作用是否由FGFR4和FGFR1表達變化介導尚未確定，但提供了調節FGFR表達變化預防癌癥的新策略。

綜上所述，FGF21是一種新發現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生長的作用。然而，它是參與調節代謝過程的蛋白質。人類和實驗動物研究表明，FGF21是一種主要由肝臟產生的新型代謝調節劑，其生物學活性主要體現在降低血糖和改善血脂方面。臨床研究表明，正常個體循環的FGF21水平低，但在空腹和肝相關疾病的多種病原體中升高。總之，FGF21與肝臟疾病有著密切的聯系，對未來肝臟疾病的改善與治療有很大研究意義。