成纤维细胞生长因子21与结肠癌关系的研究

王凤娇， 韩继武

哈尔滨医科大学附属第四医院消化内科，黑龙江 哈尔滨 150001

成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor 21，FGF-21)的抗癌潜力涉及多种途径，如细胞凋亡、细胞生长周期停滞、线粒体膜电位的变化和活性氧的产生等[1]。流行病学研究表明，我国结直肠癌在恶性肿瘤中的发病率、死亡率逐年升高[2-3]，给社会造成了巨大负担。肿瘤细胞的主要特征是对腺苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)的需求高[4-5]，用于维持氧化还原状态和产生能量。而癌细胞中磷酸戊糖途径活性增强，丙酮酸的量下降，使三羧酸循环速率减慢，导致产生的ATP减少。癌细胞中ATP产量低，加上高能量需求，刺激有氧糖酵解(即Warburg效应)，加速葡萄糖的摄取[4]，促进葡萄糖转运的相关蛋白表达增加。值得注意的是，葡萄糖转运蛋白抑制剂应用于癌症的治疗，可以抑制癌细胞生长，在某些情况下还可以诱导癌细胞死亡[6]。最近研究表明，FGF-21可以通过抑制SGLT1表达调节有关糖代谢絮乱的疾病[7]，GUO等[8]也发现，SGLT1在结肠癌细胞中过度表达。本文主要介绍FGF-21通过SGLT1途径，可能降低结肠癌细胞中SGLT1的表达，从而治疗结肠癌。

1 FGF-21概述

目前已经发现至少23个成纤维细胞生长因子成员，可分为8个亚家族，FGF-21属于FGF-19亚族之一[9]，2000年NISHIMURA等[10]从鼠的胚胎组织中分离出了FGF-21。成纤维细胞生长因子是一类由FGF基因编码的蛋白质，其表观分子量为20～30 ku。人源FGF-21基因位于19号染色体，含有3个外显子，编码209个氨基酸残基。FGF-21作为一种分泌性蛋白，主要由肝脏分泌，其次在胰腺、脂肪、睾丸等[11-12]。FGF-21缺乏肝素样氨基葡聚糖结构域[13]，因此需要β-Klotho作为辅助因子[14]，连接配体和受体，形成FGF-21/β-Klotho/FGFR复合体发挥作用。复合物形成之后，FGFR发生二聚体化，促进对接蛋白成纤维细胞生长因子底物2α(fibroblast growth factor receptor substrate 2α，FRS2α)的结合和活化，募集衔接分子，引起丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated pritein kinase, MAPK)级联反应，将信号传导至细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)[15]、磷酸腺苷蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)[16]等信号传导通路，启动FGF-21基因转录，作用于肝脏、胰腺、脂肪、肠道等各个靶器官或靶组织，增加能量消耗、减轻体质量、降低血清葡萄糖及增强胰岛素敏感性等。在肠道中，FGF-21的降糖作用可以通过钠葡萄糖转运蛋白来实现，其中SGLT1和葡萄糖转运蛋白2(glucose transporter 2，GLUT2)是两个主要受体，GLUT2作为被动转运载体顺葡萄糖梯度转运葡萄糖，其对葡萄糖的调节作用依赖于SGLT1的参与，即SGLT1相当于GLUT2的上游转运蛋白，它们共同负责肠道糖的吸收[17]。

2 FGF-21对肠道SGLT1的可能作用

CRANE花了27年时间来鉴定和克隆SGLT1。SGLT1是一种由SLC5A1基因编码的蛋白质，含有664个氨基酸和14个α-螺旋的结构域[18]。在SGLT1的微观结构中，共有2个钠离子结合位点和1个葡萄糖结合位点[19]，这增强了它的浓缩能力，维持细胞内单糖浓度高于细胞外，意味着有关高钠、高糖的内环境会影响肠道SGLT1的表达。SGLT1主要分布于大肠、小肠，其次在肾脏、心脏、大脑、骨骼肌等[20]，其功能是感知、转运葡萄糖，为自身提供主要能量来源的同时，也可调节肠道糖代谢。SGLT1调节肠道糖代谢的机制既可以通过触发胰高血糖素样肽1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)和葡萄糖依赖性促胰岛素肽(glucose-dependent insulinotropic peptide，GIP)的分泌，还可以通过上调GLUT2的表达[17]来实现。

FGF-21是葡萄糖代谢的新型调节剂[21]，而SGLT1是肠道糖代谢的主要转运蛋白。FGF-21通过SGLT1途径调节肠道糖代谢的机制可能为：摄入葡萄糖激活肠道L细胞和K细胞中的SGLT1，分别诱导分泌GLP-1和GIP[22]，生理状态下这些激素作用于胰腺β细胞以增加胰岛素释放，维持正常糖代谢。然而，当胰岛素相对或绝对分泌不足和/或胰岛素作用缺陷时，上述调节无法维持血糖稳态。此时给予重组FGF-21之后，激活FGFR，抑制血清糖皮质激素调节激酶(serum glucocorticoid regulated kinase，SGK1)(高糖环境下表达上调)[23]的表达，抑制下游AMPK的活化，从而抑制肠道SGLT1的表达[24]。这样肠道中葡萄糖转运的主要载体受到抑制，可以直接降低葡萄糖的吸收；同时肠道近端对葡萄糖的吸收减少，葡萄糖就会被输送至肠远端，进而被细菌代谢为短链脂肪酸，通过G蛋白偶联受体，触发肠道SGLT1-GLP-IR依赖性途径[25]，间接减少肠道对葡萄糖的吸收；另外，IR作为转录激活因子激活PI3K/AKT通路，诱导ERK通路的磷酸化，调节凋亡蛋白Bcl-xL和细胞周期蛋白D1，介导细胞凋亡和减慢细胞周期的进程[26]。由以上可以说明重组的FGF-21可作为SGLT1的新型抑制剂，从而调节肠道糖代谢及其相关代谢性疾病。

3 结肠癌中SGLT1的表达情况

如今SGLT1在肿瘤细胞中的表达已应用于PET成像，为鉴定小的原发性肿瘤和转移瘤提供了有价值的诊断工具[23]。GUO等[8]通过免疫组化法检测发现了结肠癌细胞中SGLT1过表达，为癌细胞提供ATP和生长所需的必需底物，加快癌细胞新陈代谢、促进其恶性克隆及降低癌细胞死亡的相关信号，在未来可能作为癌症进展和阴性结果的预测因子。

在结肠癌细胞中，癌细胞代谢加快使有氧糖酵解的速度增加，从而创造了一种高血糖的微环境[27]。高葡萄糖环境增加肠细胞中体酪氨酸激酶表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)的表达，并诱导癌细胞系中表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)的激活，EGF与EGFR的结合导致酪氨酸激酶的活化，激活cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)，磷酸化的CREB迁移到细胞核中并激活SGLT1的转录[23]，即EGFR的活化可以增加SGLT1的转录。在质膜内，SGLT1结合EGFR膜内的磷酸化结构域[28]，它们相互作用并降低SGLT1的蛋白酶体降解[29]，使SGLT1的水平稳定持续表达，从而促进葡萄糖进入癌细胞，抑制癌细胞自噬性死亡。所以，结肠癌细胞中SGLT1的过表达维持了癌细胞对葡萄糖的需求[30]。这一发现提示，SGLT1作为肠道的能量转运蛋白，能够转运足够的葡萄糖用于癌细胞存活，可能为肠癌的发生提供先决条件。因此，抑制结肠癌细胞中SGLT1活性或下调SGLT1的表达，被认为有希望抑制肿瘤的进展，其也可与细胞抑制疗法组合治疗结肠癌[23]。

4 FGF-21对结肠癌的可能影响

癌症是一组以非控性细胞生长和细胞过度代谢为特征的疾病，结肠癌也不例外。结合SGLT1在结肠癌的高表达及用葡萄糖转运蛋白抑制剂调节肠道癌细胞糖代谢[31]的启发，可以将SGLT1的抑制剂局部作用于结肠癌细胞，抑制结肠癌细胞中SGLT1的表达，进而损害或阻断葡萄糖依赖性肠激素的分泌，通过直接或间接的方式减少结肠癌细胞对葡萄糖的吸收，抑制肿瘤细胞的恶性分裂、增殖、侵袭、迁移，促进细胞凋亡，从而降低结肠癌的发病率。

FGF-21作为SGLT1的一种抑制剂[7]，可以稳定肠道糖代谢。而对于结肠癌细胞而言，给予FGF-21靶向结肠癌细胞的SGLT1，同样也可能降低癌细胞的能量供给。这种作用所涉及的潜在机制可能为：结肠癌细胞SGLT1过表达，通过电压门控钠离子通道使细胞膜去极化，触发钙离子通道开放，促进Ca2+大量内流，激活PKC，PKC信号传导异常在结肠癌中起主要作用。一方面，PKC的激活导致GLUT2向肠细胞顶端膜易位，显著增强腔内葡萄糖的摄取[32]；另一方面，PKC主要参与靶蛋白的磷酸化，作为第二信使，直接或间接地控制许多细胞因子的激活和抑制[33]，传导有关细胞增殖、甚至诱导细胞凋亡的信息。因此，FGF-21可以抑制结肠癌细胞中SGLT1的过表达，抑制PKC的激活，诱导几种下游效应，例如葡萄糖代谢减少，癌细胞增殖停滞甚至加速其凋亡[23]。这些发现都提示了FGF-21在抗结肠癌方面的重要潜在意义。

5 展望

目前治疗结肠癌的手段主要是手术、放疗、化疗，但是治疗效果均不理想，主要的原因是细胞因子不受控性地增强，例如SGLT1在结肠癌中过表达，像黑豆蛋白水解产物[34]、白藜芦醇[35]等作为SGLT1抑制剂，可以通过AMPK-SGLT1-PKC途径显现出协同抗癌作用。然而它们作为葡萄糖转运蛋白的抑制剂，通过血液循环作用于各个靶点可能会导致重要脏器(如心、脑血管等)的低血糖反应及不可避免的胃肠道反应(如渗透性腹泻等)等[23]。因此，实现肿瘤细胞中SGLT1抑制剂的选择性下调是非常必要的，特别是FGF-21作为肠道糖代谢的新型分子靶点，尚需大量的实验予以进一步证实，以便尽可能地应用于临床，降低结肠癌的发病率，造福于广大患者。