不同生长激素-胰岛素样生长因子1轴功能状态下患者体内成纤维生长因子21的变化及其与糖脂代谢的关系

赵亚群，方红娟，钟历勇

(首都医科大学附属北京天坛医院内分泌科，北京 100050)

垂体生长激素-胰岛素样生长因子1(GH-IGF1)轴参与机体生长发育与代谢，GH-IGF1轴功能的异常可引起身体组分的改变及全身多系统代谢紊乱，如糖尿病、高血压、脂代谢紊乱、心脑血管疾病、呼吸系统疾病、骨关节病变以及睡眠呼吸暂停综合征等[1]。垂体分泌的生长激素(GH)主要与肝细胞表面的GH受体(GHR)结合，经过JAK2-STAT途径激活下游信号传导和靶基因转录，产生胰岛素样生长因子1(IGF1)[2]。IGF1广泛分布于机体各组织中，是GH发挥生物效应的主要介导者，IGF1与其受体(IGF1R)结合后通过多种信号通路而发挥促进生长和调节代谢的作用。

成纤维生长因子21(FGF21)作为FGFs超家族成员之一，是一种肝脏-脂肪源细胞因子，是日本学者 Nishimura 等2000年在小鼠胚胎中发现，人FGF21与鼠FGF21在编码的DNA氨基酸序列上有75%的同源性[3]。FGF21主要在肝脏中表达，脂肪细胞、胰腺β细胞、胸腺、骨骼肌等组织器官中也可表达。动物实验表明，FGF21具有降低肝脏生长激素敏感性和循环IGF1水平的作用，从而抑制生长[4]。新近研究发现FGF21是能够降低体质量、调节血脂，改善胰岛素抵抗、降低血糖，减轻炎症因子刺激等，有望成为治疗肥胖、糖尿病等代谢性疾病的新型药物[5]。

GH-IGF功能异常患者体内存在GH、IGF1水平改变、身体组分的改变，且常伴随糖、脂等能量代谢异常，有研究表明FGF21是IGF1的负调节因子，FGF21通过抑制生长激素诱导的JAK2-STAT5信号通路，从而减少IGF1的表达[6]。血清FGF21水平的变化是否与GH-IGF功能状态改变有关，疾病状态时的糖脂代谢紊乱是否与FGF21的调节有关目前都尚无研究报道。本研究旨在观察不同GH-IGF1轴功能状态下患者血清FGF21水平的变化及其与糖脂代谢指标间的相关性，探讨不同GH-IGF1轴功能状态对血清FGF21水平的变化的影响，以及血清FGF21水平的变化与GH-IGF1轴功能异常时体内各种代谢紊乱的关系。

1 资料与方法

1.1一般资料本研究对象为2015年1月至2016年5月期间在首都医科大学附属北京天坛医院内分泌科住院治疗的肢端肥大症患者35例，男14例，女21例；年龄(41.37±10.13)岁，鞍区疾病患者(如颅咽管瘤、垂体无功能大腺瘤术后，炎症，外伤等)32例，男17例，女15例；年龄(44.34±15.69 )岁，同期健康体检人群30例作为对照组，男9例，女21例；年龄(42.30±10.04)岁。年龄均在25～60岁之间，各组间患者性别、年龄相匹配。本研究得到了本院伦理委员会批准。

1.2入排标准

1.2.1GH-IGF1轴功能低下的患者 (1)磁共振(MRI)确定鞍区占位病变包括颅咽管瘤、垂体大腺瘤、脑膜瘤、炎症、颅脑外伤以及针对这些疾病的手术、放疗等操作所致下丘脑、垂体的损坏；(2)经GH兴奋试验(包括ITT试验或GHRH+精氨酸联合兴奋试验)证实有GH-IGF1轴功能缺陷的患者；所有受试者住院期间规范治疗后，其他各靶腺轴替代良好；(3)所有受试者入院前未使用生长激素及其类似物替代治疗；(4)患者均知情同意。排除有恶性肿瘤病史、糖尿病、严重肝肾功能受损、严重心脑血管疾病、精神病或癫痫病病史、颅内高压病史及妊娠期、哺乳期患者。

1.2.2肢端肥大症患者 符合我国肢端肥大症诊断标准：(1) MRI和(或)CT检查提示垂体肿瘤；(2) 内分泌学检查 空腹血清GH>10 μg·L-1或葡萄糖抑制试验中GH>1 μg·L-1；血清IGF1大于年龄性别匹配的正常范围；(3) 具有典型的临床表现；标准(3)不是必须的。排除有恶性肿瘤病史、严重肝肾功能受损、严重心脑血管疾病、精神病或癫痫病病史、颅内高压病史及妊娠期、哺乳期患者。

1.2.3健康对照组 无糖尿病、高血压、感染、肿瘤、心肝脑肾及内分泌疾病史。

1.3检测方法所有受试者于清晨空腹12 h后抽取静脉血5 mL，血液静置20 min后以3 000 s·min-1离心15 min后，分离血清并置-70 ℃冰箱保存，采用FGF21 ELISA 试剂盒(R&DSYSTEMS，USA)进行双抗体两步夹心酶联免疫吸附法，检测人血清FGF21水平。其余实验室指标均于首都医科大学附属北京天坛医院检验科完成检测。比较三组之间一般资料及实验室指标结果，并分析血清FGF21水平与糖代谢及脂代谢的关系。

表1 一般资料比较

2 结果

2.1三组间一般临床资料比较如表1所示， GH-IGF1功能亢进组、GH-IGF1功能低下组及对照组间年龄、身高、体质量比较均差异无统计学意义(P>0.05)；GH-IGF1功能亢进组FGF21低于GH-IGF1功能低下组，差异有统计学意义(P<0.05)；而与对照组比较，均差异无统计学意义(P>0.05)。糖脂代谢指标方面比较，GH-IGF1功能亢进组及GH-IGF1功能低下组TG均高于对照组，而HDL均低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)； GH-IGF1功能低下组TC高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)；GH-IGF1功能亢进组FPG、HbA1c高于其他两组，差异有统计学意义(P<0.05)。

2.2FGF21与各生化指标之间的相关性分析经Spearman 相关分析，三组FGF21与 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)均有相关性，而与BMI、HDL、LDL、FPG、 HbA1c无相关性，见表2。

2.3多元逐步回归分析以FGF21做为因变量，以BMI、TG、TC、HDL、LDL、FPG、 HbA1c、GH、IGF1做为自变量进行逐步回归分析。以r2/P极大为优选模型，得出较优回归子集为：Y=-96.984+73.263XTC，回归结果提示：FGF21的浓度受TC的影响较大，其标准回归系数(强制过零回归)和P值分别为(0.374 和 0.002)，见表3。

表2 FGF21与生化指标之间的相关性分析

注：aP<0.05

表3 多元回归结果(较优子集)

注：R2=0.14，F=10.24

3 讨论

FGF21是一个新近发现的代谢调控因子，是FGF超家族的一个独特成员，属于FGF19亚家族[7]。FGF21通过与成纤维细胞生长因子受体和β-Klotho蛋白形成复合物并激活下游信号通路的方式发挥生理功能[8-9]。目前研究表明，FGF21在调控能量代谢方面发挥着重要的作用，FGF21能够改善肥胖、糖尿病等病理状态下的糖脂代谢；增加高脂饮食诱导的肥胖小鼠和ob/ob小鼠的能量消耗，降低其体质量[10]；促进肝脏脂肪酸氧化、酮体生成[11]；增加脂肪细胞对葡萄糖的摄取，降低血糖，增强胰岛素敏感性[12]。在禁食、运动、冷刺激等生理状态下，FGF21的表达及分泌明显增加，FGF21能够通过下丘脑-垂体-肾上腺轴，促进肝脏糖异生，避免血糖过低[13]。

GH-IGF1轴是一个重要的人体内分泌轴， 对生长发育的调控贯穿人类的一生，尤其从胎儿期到青春期的发育中起重要的调控作用。任何对GH-IGF1轴产生影响的因素均可影响人体的生长发育及营养代谢平衡。GH-IGF1轴功能低下时，在青春期前主要表现为体格发育的异常， 例如身材矮小、低体质量、肥胖等， 成年后常表现为腹型肥胖、脂代谢紊乱、糖耐量异常、骨质疏松、高血压、认知功能下降等[14]；GH-IGF1轴功能亢进时，青春期以前发生表现为巨人症， 在青春期以后发生则表现为肢端肥大症，GH、IGF1分泌过多可引起全身多系统代谢紊乱，如糖尿病、高血压、心脑血管疾病、呼吸系统疾病、骨关节病变以及睡眠呼吸暂停综合征等[1]。

动物研究表明[15]FGF21是IGF1的负性调节因子，FGF21通过降低STAT5活性，导致IGF1表达减少。此外，FGF21诱导肝脏IGFBP1和SOCS2的表达，抑制GH信号通路表达，从而显著抑制生长。临床研究表明，皮下注射生长激素可激活肝脏STAT5信号通路，从而使FGF21生成增多，而FGF21反过来又可抑制JAK2-STAT5 信号通路，这表明在肝脏FGF21与GH之间存在负反馈调节通路[16]。但目前国内外研究很少提及GH-IGF1功能异常状态与FGF21的关系。Takeshi Inagaki等[6]的研究显示，在FGF21 转基因小鼠中，血浆FGF21浓度是野生型小鼠的5倍，而循环中的IGF1浓度大约减少50%。STAT5是一个在GH 应答中主要的IGF1 转录调节子，在FGF21 转基因鼠的表达比野生型少40%～50%。这些数据表明FGF21 抑制生长激素诱导的STAT5 信号，从减少IGF1的表达。但FGF21 敲除小鼠与同窝野生小鼠比较，表现为更大胫骨和体质量。每天注射合成的人FGF21 可以抑制这种表型。本研究选取不同GH-IGF1轴功能状态的患者作为研究对象，即包括肢端肥大症患者、其他各靶腺轴替代良好的成人生长激素缺乏患者及体检健康人群。与健康对照组比较，GH-IGF1轴功能亢进及减退组中FGF21水平差异无统计学意义(P>0.05)，但GH-IGF1轴功能减退组与GH-IGF1轴功能亢进组比较差异有统计学意义(P<0.05)。表达趋势为GH-IGF1轴功能减退组>对照组>GH-IGF1轴功能亢进组这个发现说明FGF21水平可以作为一个反映机体GH-IGF1轴功能状态的指标，这为临床寻找GH-IGF1轴功能异常所致疾病的机制及治疗提供了新的思路。

Boparai等[5]的研究表明，GH转基因小鼠抵消了FGF21介导的代谢调控方面所有有益的改变，即正常的GH信号通路对FGF21在能量调控代谢方面必不可少。本研究中糖脂代谢指标比较：GH-IGF1功能亢进组及GH-IGF1功能减退组TG均高于对照组，而HDL均低于对照组。GH-IGF1功能亢进组FPG、HbA1c高于其他两组，均差异有统计学意义(P<0.05)；但这种差异是仅由GH、IGF1水平异常引起还是由GH、IGF1水平异常所引发的FGF21的变化导致的，还有待进一步探讨。本研究进一步分析了FGF21与各生化指标之间的相关性分析，结果表明FGF21与GH、IGF1呈负相关，与TC、TG呈正相关，而与BMI、HDL、LDL、FPG、HbA1c无相关性。进一步的多元回归分析显示出在诸多因素中仅有TC是发挥显著作用的影响因素。

尽管FGF21在GH-IGF1轴功能异常组和正常对照组之间差异无统计学意义，但却显示出负向的趋势，如增加研究例数可能会有新的发现。不同GH-IGF轴功能状态可能对血清FGF21水平有影响，但GH、IGF1与FGF21之间的相互作用机制目前并不清楚，需要进一步研究。GH-IGF1功能异常时表现出的糖脂代谢紊乱的原因是仅由GH、IGF1水平异常引起还是由GH、IGF1水平异常所引发的FGF21的变化导致的，还有待进一步探讨。