不同生長激素-胰島素樣生長因子1軸功能狀態下患者體內成纖維生長因子21的變化及其與糖脂代謝的關系

趙亞群，方紅娟，鐘歷勇

(首都醫科大學附屬北京天壇醫院內分泌科，北京 100050)

垂體生長激素-胰島素樣生長因子1(GH-IGF1)軸參與機體生長發育與代謝，GH-IGF1軸功能的異常可引起身體組分的改變及全身多系統代謝紊亂，如糖尿病、高血壓、脂代謝紊亂、心腦血管疾病、呼吸系統疾病、骨關節病變以及睡眠呼吸暫停綜合征等[1]。垂體分泌的生長激素(GH)主要與肝細胞表面的GH受體(GHR)結合，經過JAK2-STAT途徑激活下游信號傳導和靶基因轉錄，產生胰島素樣生長因子1(IGF1)[2]。IGF1廣泛分布于機體各組織中，是GH發揮生物效應的主要介導者，IGF1與其受體(IGF1R)結合后通過多種信號通路而發揮促進生長和調節代謝的作用。

成纖維生長因子21(FGF21)作為FGFs超家族成員之一，是一種肝臟-脂肪源細胞因子，是日本學者 Nishimura 等2000年在小鼠胚胎中發現，人FGF21與鼠FGF21在編碼的DNA氨基酸序列上有75%的同源性[3]。FGF21主要在肝臟中表達，脂肪細胞、胰腺β細胞、胸腺、骨骼肌等組織器官中也可表達。動物實驗表明，FGF21具有降低肝臟生長激素敏感性和循環IGF1水平的作用，從而抑制生長[4]。新近研究發現FGF21是能夠降低體質量、調節血脂，改善胰島素抵抗、降低血糖，減輕炎癥因子刺激等，有望成為治療肥胖、糖尿病等代謝性疾病的新型藥物[5]。

GH-IGF功能異常患者體內存在GH、IGF1水平改變、身體組分的改變，且常伴隨糖、脂等能量代謝異常，有研究表明FGF21是IGF1的負調節因子，FGF21通過抑制生長激素誘導的JAK2-STAT5信號通路，從而減少IGF1的表達[6]。血清FGF21水平的變化是否與GH-IGF功能狀態改變有關，疾病狀態時的糖脂代謝紊亂是否與FGF21的調節有關目前都尚無研究報道。本研究旨在觀察不同GH-IGF1軸功能狀態下患者血清FGF21水平的變化及其與糖脂代謝指標間的相關性，探討不同GH-IGF1軸功能狀態對血清FGF21水平的變化的影響，以及血清FGF21水平的變化與GH-IGF1軸功能異常時體內各種代謝紊亂的關系。

1 資料與方法

1.1一般資料本研究對象為2015年1月至2016年5月期間在首都醫科大學附屬北京天壇醫院內分泌科住院治療的肢端肥大癥患者35例，男14例，女21例；年齡(41.37±10.13)歲，鞍區疾病患者(如顱咽管瘤、垂體無功能大腺瘤術后，炎癥，外傷等)32例，男17例，女15例；年齡(44.34±15.69 )歲，同期健康體檢人群30例作為對照組，男9例，女21例；年齡(42.30±10.04)歲。年齡均在25～60歲之間，各組間患者性別、年齡相匹配。本研究得到了本院倫理委員會批準。

1.2入排標準

1.2.1GH-IGF1軸功能低下的患者 (1)磁共振(MRI)確定鞍區占位病變包括顱咽管瘤、垂體大腺瘤、腦膜瘤、炎癥、顱腦外傷以及針對這些疾病的手術、放療等操作所致下丘腦、垂體的損壞；(2)經GH興奮試驗(包括ITT試驗或GHRH+精氨酸聯合興奮試驗)證實有GH-IGF1軸功能缺陷的患者；所有受試者住院期間規范治療后，其他各靶腺軸替代良好；(3)所有受試者入院前未使用生長激素及其類似物替代治療；(4)患者均知情同意。排除有惡性腫瘤病史、糖尿病、嚴重肝腎功能受損、嚴重心腦血管疾病、精神病或癲癇病病史、顱內高壓病史及妊娠期、哺乳期患者。

1.2.2肢端肥大癥患者 符合我國肢端肥大癥診斷標準：(1) MRI和(或)CT檢查提示垂體腫瘤；(2) 內分泌學檢查 空腹血清GH>10 μg·L-1或葡萄糖抑制試驗中GH>1 μg·L-1；血清IGF1大于年齡性別匹配的正常范圍；(3) 具有典型的臨床表現；標準(3)不是必須的。排除有惡性腫瘤病史、嚴重肝腎功能受損、嚴重心腦血管疾病、精神病或癲癇病病史、顱內高壓病史及妊娠期、哺乳期患者。

1.2.3健康對照組 無糖尿病、高血壓、感染、腫瘤、心肝腦腎及內分泌疾病史。

1.3檢測方法所有受試者于清晨空腹12 h后抽取靜脈血5 mL，血液靜置20 min后以3 000 s·min-1離心15 min后，分離血清并置-70 ℃冰箱保存，采用FGF21 ELISA 試劑盒(R&DSYSTEMS，USA)進行雙抗體兩步夾心酶聯免疫吸附法，檢測人血清FGF21水平。其余實驗室指標均于首都醫科大學附屬北京天壇醫院檢驗科完成檢測。比較三組之間一般資料及實驗室指標結果，并分析血清FGF21水平與糖代謝及脂代謝的關系。

表1 一般資料比較

2 結果

2.1三組間一般臨床資料比較如表1所示， GH-IGF1功能亢進組、GH-IGF1功能低下組及對照組間年齡、身高、體質量比較均差異無統計學意義(P>0.05)；GH-IGF1功能亢進組FGF21低于GH-IGF1功能低下組，差異有統計學意義(P<0.05)；而與對照組比較，均差異無統計學意義(P>0.05)。糖脂代謝指標方面比較，GH-IGF1功能亢進組及GH-IGF1功能低下組TG均高于對照組，而HDL均低于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)； GH-IGF1功能低下組TC高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)；GH-IGF1功能亢進組FPG、HbA1c高于其他兩組，差異有統計學意義(P<0.05)。

2.2FGF21與各生化指標之間的相關性分析經Spearman 相關分析，三組FGF21與 TG(R=0.289，P=0.004)，TC(R=0.22，P=0.031)，GH(R=-0.265，P=0.032)，IGF1(R=-0.282，P=0.005)均有相關性，而與BMI、HDL、LDL、FPG、 HbA1c無相關性，見表2。

2.3多元逐步回歸分析以FGF21做為因變量，以BMI、TG、TC、HDL、LDL、FPG、 HbA1c、GH、IGF1做為自變量進行逐步回歸分析。以r2/P極大為優選模型，得出較優回歸子集為：Y=-96.984+73.263XTC，回歸結果提示：FGF21的濃度受TC的影響較大，其標準回歸系數(強制過零回歸)和P值分別為(0.374 和 0.002)，見表3。

表2 FGF21與生化指標之間的相關性分析

注：aP<0.05

表3 多元回歸結果(較優子集)

注：R2=0.14，F=10.24

3 討論

FGF21是一個新近發現的代謝調控因子，是FGF超家族的一個獨特成員，屬于FGF19亞家族[7]。FGF21通過與成纖維細胞生長因子受體和β-Klotho蛋白形成復合物并激活下游信號通路的方式發揮生理功能[8-9]。目前研究表明，FGF21在調控能量代謝方面發揮著重要的作用，FGF21能夠改善肥胖、糖尿病等病理狀態下的糖脂代謝；增加高脂飲食誘導的肥胖小鼠和ob/ob小鼠的能量消耗，降低其體質量[10]；促進肝臟脂肪酸氧化、酮體生成[11]；增加脂肪細胞對葡萄糖的攝取，降低血糖，增強胰島素敏感性[12]。在禁食、運動、冷刺激等生理狀態下，FGF21的表達及分泌明顯增加，FGF21能夠通過下丘腦-垂體-腎上腺軸，促進肝臟糖異生，避免血糖過低[13]。

GH-IGF1軸是一個重要的人體內分泌軸， 對生長發育的調控貫穿人類的一生，尤其從胎兒期到青春期的發育中起重要的調控作用。任何對GH-IGF1軸產生影響的因素均可影響人體的生長發育及營養代謝平衡。GH-IGF1軸功能低下時，在青春期前主要表現為體格發育的異常， 例如身材矮小、低體質量、肥胖等， 成年后常表現為腹型肥胖、脂代謝紊亂、糖耐量異常、骨質疏松、高血壓、認知功能下降等[14]；GH-IGF1軸功能亢進時，青春期以前發生表現為巨人癥， 在青春期以后發生則表現為肢端肥大癥，GH、IGF1分泌過多可引起全身多系統代謝紊亂，如糖尿病、高血壓、心腦血管疾病、呼吸系統疾病、骨關節病變以及睡眠呼吸暫停綜合征等[1]。

動物研究表明[15]FGF21是IGF1的負性調節因子，FGF21通過降低STAT5活性，導致IGF1表達減少。此外，FGF21誘導肝臟IGFBP1和SOCS2的表達，抑制GH信號通路表達，從而顯著抑制生長。臨床研究表明，皮下注射生長激素可激活肝臟STAT5信號通路，從而使FGF21生成增多，而FGF21反過來又可抑制JAK2-STAT5 信號通路，這表明在肝臟FGF21與GH之間存在負反饋調節通路[16]。但目前國內外研究很少提及GH-IGF1功能異常狀態與FGF21的關系。Takeshi Inagaki等[6]的研究顯示，在FGF21 轉基因小鼠中，血漿FGF21濃度是野生型小鼠的5倍，而循環中的IGF1濃度大約減少50%。STAT5是一個在GH 應答中主要的IGF1 轉錄調節子，在FGF21 轉基因鼠的表達比野生型少40%～50%。這些數據表明FGF21 抑制生長激素誘導的STAT5 信號，從減少IGF1的表達。但FGF21 敲除小鼠與同窩野生小鼠比較，表現為更大脛骨和體質量。每天注射合成的人FGF21 可以抑制這種表型。本研究選取不同GH-IGF1軸功能狀態的患者作為研究對象，即包括肢端肥大癥患者、其他各靶腺軸替代良好的成人生長激素缺乏患者及體檢健康人群。與健康對照組比較，GH-IGF1軸功能亢進及減退組中FGF21水平差異無統計學意義(P>0.05)，但GH-IGF1軸功能減退組與GH-IGF1軸功能亢進組比較差異有統計學意義(P<0.05)。表達趨勢為GH-IGF1軸功能減退組>對照組>GH-IGF1軸功能亢進組這個發現說明FGF21水平可以作為一個反映機體GH-IGF1軸功能狀態的指標，這為臨床尋找GH-IGF1軸功能異常所致疾病的機制及治療提供了新的思路。

Boparai等[5]的研究表明，GH轉基因小鼠抵消了FGF21介導的代謝調控方面所有有益的改變，即正常的GH信號通路對FGF21在能量調控代謝方面必不可少。本研究中糖脂代謝指標比較：GH-IGF1功能亢進組及GH-IGF1功能減退組TG均高于對照組，而HDL均低于對照組。GH-IGF1功能亢進組FPG、HbA1c高于其他兩組，均差異有統計學意義(P<0.05)；但這種差異是僅由GH、IGF1水平異常引起還是由GH、IGF1水平異常所引發的FGF21的變化導致的，還有待進一步探討。本研究進一步分析了FGF21與各生化指標之間的相關性分析，結果表明FGF21與GH、IGF1呈負相關，與TC、TG呈正相關，而與BMI、HDL、LDL、FPG、HbA1c無相關性。進一步的多元回歸分析顯示出在諸多因素中僅有TC是發揮顯著作用的影響因素。

盡管FGF21在GH-IGF1軸功能異常組和正常對照組之間差異無統計學意義，但卻顯示出負向的趨勢，如增加研究例數可能會有新的發現。不同GH-IGF軸功能狀態可能對血清FGF21水平有影響，但GH、IGF1與FGF21之間的相互作用機制目前并不清楚，需要進一步研究。GH-IGF1功能異常時表現出的糖脂代謝紊亂的原因是僅由GH、IGF1水平異常引起還是由GH、IGF1水平異常所引發的FGF21的變化導致的，還有待進一步探討。