成纖維細胞生長因子1與糖脂代謝

許瀚元 朱惠娟 龔鳳英

中國醫學科學院，北京協和醫學院，北京協和醫院內分泌科，衛健委內分泌重點實驗室，協和轉化醫學中心 100730

成纖維細胞生長因子(FGF)1屬于FGFs家族成員，在多種組織器官中均有表達[1]。既往研究認為，FGF1能夠以自分泌及旁分泌方式促進細胞分裂與增殖，在胚胎發育、創面愈合等過程中發揮重要作用，與腫瘤發生與先天性器官發育不良的發生、發展密切相關[2]。2012年，Jonker等[3]在《Nature》雜志上發表的文章首次發現，FGF1還具有內分泌作用。缺乏FGF1的小鼠在高脂飲食喂養下出現顯著的高血糖及胰島素抵抗表現，而外周及中樞注射FGF1能夠均顯著改善此類小鼠的糖代謝異常[3-4]。同時，在脂肪組織內，FGF1水平還受過氧化物酶體增殖物活化受體γ(PPARγ)的調控，參與脂肪組織重塑與脂肪分解等生物學進程[5]。此外，人群研究也發現，與正常人相比，肥胖及糖尿病患者血FGF1水平均出現顯著變化，且與血糖、脂代謝指標水平密切相關，提示FGF1可能在糖、脂代謝調節中具有重要作用[6-8]。本文將對FGF1的結構、分布、功能及其在糖、脂代謝調節中相關作用的最新研究進展予以綜述。

1 FGF1概述

在FGFs家族中，FGF1是最先被發現的成員。1986年，FGF1由Jaye等[9]首次分離并報道。FGF1基因定位在人染色體5q31.3區域，含有11個外顯子，其編碼的FGF1蛋白相對分子質量約為16 000，由155個氨基酸構成，在多個器官如大腦、腎臟、脂肪組織中均有表達。1991年，Eriksson等[10]報道了FGF1蛋白的晶體結構，發現其具有4個不同的FGF受體結合域，能夠非特異性地與細胞膜表面不同類型的FGF受體結合，因此在全身器官發生、血管重塑及創面愈合中發揮重要作用，也因此與腫瘤的發生及先天性器官發育不良等疾病密切相關[11]。

近期研究發現，FGF1還能夠作為一種代謝調節因子參與機體糖、脂代謝調節，因此有望成為治療2型糖尿病(T2DM)等代謝異常疾病的新靶點。

2 FGF1在糖代謝調節中的作用及機制

2012年，Jonker等[3]通過制作FGF1基因敲除小鼠模型發現，FGF1-/-小鼠在高脂飲食喂養下出現顯著的高血糖及胰島素抵抗表現。而進一步給予高脂飲食誘導肥胖(DIO)小鼠皮下注射FGF1后，小鼠空腹血糖水平明顯降低，且此現象在腹腔及靜脈注射FGF1后同樣出現。FGF1基因敲除和FGF1干預的小鼠實驗首次證實，FGF1可能具有調節糖代謝的作用。與上述Jonker等的研究結果相一致，2014年，Suh等[12]在自發性胰島素抵抗的Lepob/ob及Leprdb/db小鼠中也得到了類似的結果，兩種小鼠模型在單次FGF1注射后，血糖水平均下降，且在注射48 h后血糖仍低于注射前血糖水平。研究人員進一步給Lepob/ob小鼠進行35 d的長程FGF1注射，發現與對照組相比，FGF1注射后的小鼠血糖水平降低超過50%，且葡萄糖耐量試驗及胰島素耐量試驗均顯示，胰島素敏感性明顯改善，提示FGF1的降血糖及改善胰島素敏感性作用能夠在注射后長期維持[12]。有趣的是，單次或是長程FGF1注射后均不會導致小鼠低血糖，且小鼠胰島素水平較對照組反而降低。為了進一步探究FGF1的降糖作用是否與胰島素有關，研究人員先利用鏈脲唑菌素(STZ)破壞小鼠胰島β細胞，建立1型糖尿病(T1DM)小鼠模型，發現在給予此類小鼠注射FGF1后，其血糖并未出現明顯下降，提示外周注射FGF1降低血糖作用依賴于胰島素的存在。而進一步分離正常小鼠的胰島細胞，并用FGF1對高糖培養基培養的胰島細胞進行處理后發現，FGF1處理組細胞上清液中胰島素水平與對照組相比無顯著變化，說明FGF1的降糖作用并不是直接通過促進胰島素分泌來實現的。再進一步對長程FGF1處理的DIO小鼠行高胰島素正糖鉗夾試驗發現，FGF1處理組小鼠葡萄糖輸注速率顯著高于對照組，同時肝臟及骨骼肌葡萄糖攝取率均上升[12]。這些結果提示，FGF1主要通過改善小鼠外周組織胰島素的敏感性，也就是作為一種胰島素增敏劑，發揮改善糖代謝異常的作用。

進一步研究發現，中樞腦室內注射FGF1同樣能夠對糖代謝產生影響[13]。2016年，Scarlett等[4]構建了Lepob/ob小鼠模型，發現與對照組相比，經側腦室或第三腦室注射FGF1能夠使空腹8 h的小鼠血糖立即下降25%，不僅如此，小鼠血糖水平在注射7 d后逐漸降至正常，并在隨后的17周中維持在正常范圍內波動，說明單次腦室內(ICV)注射FGF1能夠通過影響中樞，發揮血糖調節作用。但進一步研究發現，FGF1的中樞作用在胰島素缺乏和不缺乏的糖尿病小鼠模型中使血糖降低的機制并不一致。Perry等[14]在胰島素缺乏的T1DM小鼠中研究發現，與對照組相比，6 h空腹的T1DM小鼠模型在ICV注射FGF1后，血漿促腎上腺皮質激素(ACTH)及皮質醇水平下降幅度超過50%，同時血糖水平顯著下降，而利用動脈輸注將FGF1注射后的小鼠皮質醇水平補充至與對照組一致后，小鼠血糖水平明顯回升，提示在胰島素缺乏情況下，ICV注射FGF1可能能夠通過抑制 ACTH及皮質醇的分泌，促進糖酵解，抑制糖異生，從而發揮降低血糖的作用[15]。Scarlett等[4]進一步在以自發胰島素抵抗的Lepob/ob小鼠為實驗對象的研究中發現，小鼠血糖水平在ICV注射FGF1后同樣出現顯著下降，但血漿皮質醇水平卻并無明顯變化，此結果同樣在DIO小鼠模型中得到證實，說明在胰島素不缺乏的Lepob/ob及DIO小鼠模型中，FGF1的降血糖作用不通過抑制皮質醇分泌來實現。目前，FGF1降低胰島素缺乏和不缺乏的小鼠血糖的具體機制尚不明確[16-17]，仍有待進一步研究。

關于血清FGF1在糖尿病患者中的變化，2016年，Wang等[6]在對80例新確診的成年T2DM患者的研究發現，與對照組相比，患者血FGF1水平明顯升高(P<0.05)，且與空腹血糖、糖化血紅蛋白及穩態模型評估-胰島素抵抗指數等指標呈正相關。也就是說，胰島素抵抗程度越重，血清FGF1水平越高。Zhu等[7]在對154例體重指數≥28 kg/m2的中國成年肥胖患者的研究中也發現，其血FGF1水平與糖化血紅蛋白呈正相關。與在成年人群中的研究結果類似，2018年，Wang等[8]在對44例5～15歲青少年肥胖患者的研究中發現，肥胖兒童血FGF1基線水平較正常兒童明顯升高，且升高幅度與糖化血紅蛋白、空腹胰島素、穩態模型評估-胰島素抵抗指數等糖代謝指標呈正相關。而這些肥胖兒童在減重后，血FGF1水平出現顯著下降，同時其下降幅度也與血中糖代謝指標變化幅度呈正相關，進一步證明FGF1可能參與機體的糖代謝調節進程，并與T2DM的發生、發展密切相關。

3 FGF1在脂代謝調節中的作用及機制

如前所述，FGF1作為一種代謝調節因子，能夠在外周通過增加組織對胰島素的敏感性，并在中樞通過胰島素依賴和不依賴兩種方式調節血糖，共同發揮調節糖代謝作用[18]。2012年，Jonker等[3]在DIO小鼠中也發現，與對照組相比，其脂肪組織中FGF1水平顯著升高。進一步以高脂飲食喂養FGF1-/-小鼠后，發現其總脂肪組織含量升高，提示FGF1可能與脂代謝調節密切相關。進一步研究發現，雖然此類小鼠總脂肪組織含量升高，但其內臟脂肪，尤其是附睪白色脂肪含量反而減少，再采用定量PCR技術后發現，其附睪白色脂肪中PPARγ水平顯著上升[3]。而PPARγ是脂代謝中的重要調節因子[19]。為探究脂肪組織內FGF1與PPARγ在脂代謝調節中的關系，研究人員首先構建了PPARγ敲除的小鼠模型，發現與對照組相比，此類小鼠脂肪組織內FGF1水平降低，提示PPARγ可能是調節FGF1的上游信號。進一步分離單個組織細胞，采用熒光素酶報告基因方法，檢測PPARγ激動劑羅格列酮處理后的細胞FGF1表達量，發現與對照組相比，PPARγ激動劑處理后細胞FGF1表達量顯著增加。而進一步以DNA微陣列芯片技術發現，FGF1基因轉錄起始位點上游存在一個60 bp左右的高度保守的過氧化物酶體增殖子效應元件(PPRE)，且在以定點突變技術將此PPRE特異性敲除后，發現與對照組相比，PPARγ處理后脂肪細胞中FGF1表達水平無明顯差異[3]。這些研究結果揭示，PPARγ能夠通過與FGF1基因上游PPRE結合，促進脂肪組織內FGF1的表達。

既往研究表明，脂肪組織能夠在多種因素的調控下，通過調整組織內細胞種類、數目與體積，重建血運等過程，適應不同的營養狀態與代謝水平，以維持機體能量攝入與消耗的動態平衡[20]。這一過程稱為脂肪組織重塑(adipose tissue remodeling)[21]。Jonker等[3]發現，與對照組相比，高脂飲食喂養的FGF1-/-小鼠體質量增加，總脂肪組織體積增加。但與正常脂肪組織相比，其內臟脂肪組織內出現血管增生與脂肪細胞形態異常，提示缺乏FGF1小鼠在高能量攝入狀態下，脂肪組織重塑異常，且在以普通飲食替換高脂飲食繼續飼養此類小鼠后，其異常增殖的脂肪組織并不能恢復正常。而進一步分離這些異常脂肪組織進行研究后發現，與正常脂肪組織相比，其纖維化及淋巴細胞浸潤程度更為顯著，同時伴有脂肪組織內總游離脂肪酸水平升高[3]。這些結果提示，FGF1可能對脂肪組織重塑過程中脂肪組織內脂代謝進程具有重要調節作用，缺乏FGF1可能會導致脂肪組織形態異常，游離脂肪酸釋放增加，導致脂質異位堆積，進而影響全身脂代謝進程[22]。也就是說，在內臟脂肪組織中，FGF1受PPARγ的調控，參與調節脂肪組織重塑及脂肪分解，在機體脂代謝調節中發揮重要作用[5]。

關于FGF1在肥胖人群中的變化， 2017年，Zhu等[7]在154例體重指數≥28 kg/m2的中國成年肥胖患者中的研究也發現，患者血FGF1水平與體重指數及甘油三酯水平呈負相關，且在調整了年齡、性別等因素后，體重指數還是血FGF1水平的獨立影響因素。與上述研究結果不同，2018年，Wang等[8]在青少年肥胖患者的研究中發現，與正常兒童相比，青少年肥胖患者血FGF1水平升高，并與體重指數、腰圍及低密度脂蛋白水平呈正相關，而減重后其水平出現顯著下降，且其變化趨勢與腰圍及低密度脂蛋白水平等脂代謝相關指標下降幅度呈正相關。上述研究提示，FGF1與脂代謝密切相關，但在不同人群中可能與血中脂代謝指標存在不同的相關關系。導致這一結果差異的原因可能與不同試驗納入人群基線情況、干預手段及分組不同有關。

綜上所述，FGF1作為一種在全身多個器官中表達的細胞間信號分子，除能夠以自分泌、旁分泌方式在器官發生、血管重塑及創面愈合中發揮重要作用外，還具有內分泌功能，能夠作為一種代謝調節因子影響機體糖、脂代謝調節進程。血FGF1水平在新診斷的成年T2DM患者中水平較高，而FGF1-/-小鼠模型表現出顯著的空腹血糖升高與胰島素抵抗。外周注射FGF1能夠通過增加外周組織胰島素敏感性，降低糖尿病模型小鼠的血糖；中樞注射FGF1則能夠通過抑制ACTH及皮質醇分泌，從而促進糖酵解，抑制糖異生，發揮降低血糖作用。此外，與正常人相比，肥胖患者血FGF1水平同樣出現變化，進一步研究發現，FGF1還能夠在PPARγ調控下，參與調控脂肪組織重塑與脂肪分解，發揮脂代謝調節作用。關于FGF1在糖、脂代謝調節中的具體機制，仍存在許多需要進一步研究的問題，但鑒于目前關于FGF1與糖、脂代謝研究中所揭示的兩者間的密切關系，其非常有希望成為未來治療T2DM的研究靶點。