成纤维细胞生长因子-1在糖尿病肾病中的作用研究进展＊

王 慧，杨继红

糖尿病是目前主要的社会公共卫生问题，2013年全球糖尿病患者为3.82亿，到2035年预计将达到5.92亿，占全球人口的8%～10%［1］。糖尿病肾病（Diabetic nephropathy，DN）作为糖尿病主要并发症，其发生率在世界范围内也在不断上升［2，3］，已经成为终末期肾病（ESRD）的主要原因［4］。DN 患者人数持续增多，但是传统治疗对改善DN预后效果并不令人满意，许多学者在寻求新的治疗方法，以期获得突破性的进展［5］。目前一些较新的药物被批准治疗DN，如第三代盐皮质激素受体拮抗剂Finerenone、葡萄糖联合转运素2（SGLT2）抑制剂等，但其对DN的长期影响仍有待阐明［6，7］。 近来有研究提出，成纤维细胞生长因子-1（Fibroblast growth factor 1，FGF1）可延缓 DN 进展［8］。因此，笔者主要论述 FGF1的相关作用机制及在糖尿病和糖尿病肾病中的研究进展。

1 FGF1及FGF家族作用机制

FGF1是成纤维细胞生长因子（Fibroblast growth factor，FGF）家族中的一个成员，是由155个氨基酸组成的蛋白质［9］，FGF家族具有促进细胞发育、细胞增殖、转移和分化等功能。FGF家族的22个成员通过结合和激活四种受体酪氨酸激酶（RTKs）编码的不同异构体来介导细胞反应。四种RTKs分别为FGFR1、FGFR2、FGFR3 和 FGFR4。FGF 与肝素或硫酸乙酰肝素蛋白聚糖 （HSPG）协同作用，以激活FGFR并诱导多效反应，从而导致FGF诱导多种细胞反应。不同的信号蛋白在FGF的刺激下磷酸化，包括 Shc、磷脂酶-Cγ（PLCγ）、STAT1、Gab1 和对接蛋白成纤维细胞受体底物2α（FRS2α），从而刺激细胞内的信号通路，控制细胞繁殖、细胞分化、细胞转移、细胞存活和细胞形态［10］。FGF信号对细胞具有调控作用，而这一过程如何发挥作用仍取决于细胞的类型及其成熟阶段。遗传和生物化学实验阐明了大多数细胞类型中FGF伴随激活的信号转导途径，其中较明确的是ERK1/2，p38和JNK（c-Jun氨基末端激酶）的RAS-MAPK途径、PI3K/Akt（磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B）途径和PLCγ途径，在所有细胞类型中观察到ERK1/2和p38的激活，而其他信号转导途径的活性根据细胞类型而变化［10］。FGF1作为FGF家族中的一员，因其等电点偏酸性，又被称为酸性成纤维细胞生长因子（acid fibroblast growth factor，aFGF）。FGF1 能结合和激活四种 FGFRs，FGFRs的激活刺激胞内信号通路，包括PKC/PLCγ、PI3K/Akt和 RAS/MAPK 级联［11］。利用酵母双杂交筛选和质谱分析经串联亲和纯化或与重组FGF1共沉淀后的配合物，在20个新发现的FGF1配合物中有10个与细胞凋亡、细胞周期和增殖有关，提示细胞内FGF1在细胞存活中起着重要作用［11］。FGF1不仅有激活细胞表面特定受体的经典作用方式，也可以独立于受体激活的信号通路来保护细胞免受应激条件的影响，然而越来越多的研究表明FGF1与代谢稳态有关［11］。

2 FGF1在代谢性疾病中的作用

FGF1是一种代谢激素，对控制营养应激、控制血糖和胰岛素敏感性至关重要。同时FGF1也是一种有效的血糖控制剂，在肥胖和糖尿病为主的相关代谢性疾病中的作用不断被研究。例如有研究表示［12］，高脂肪饮食能在脂肪组织诱导FGF1的上调，其转录受过氧化物酶体增殖剂（PPAPγ）及其胰岛素增敏配体的控制，且在FGF1敲除小鼠中胰岛素反应性降低，胰岛素抑制肝葡萄糖生长功能也受损，FGF1的缺失能够导致脂肪形态的改变及全身代谢功能障碍。此外，FGF1介导的葡萄糖降低依赖于功能性胰岛素信号，且中枢FGF1诱导外周葡萄糖降低血糖。下丘脑外侧区域被认为和食物摄入相关，FGF1能够对大部分葡萄糖敏感的下丘脑外侧区域的神经元产生PKC依赖性抑制作用。FGF1位于PPARγ的下游，而PPARγ又是噻唑烷二酮类抗糖尿病药物的靶点，所以FGF1可能介导PPARγ激活从而改善代谢状况，而且FGF1的药理作用可减少肥胖症，降低血糖，增加胰岛素敏感性及减少脂肪肝［12-14］。 Suh 等［15］研究表明，FGF1 基因敲除小鼠在受到高脂肪饮食的挑战时，会出现明显的高血糖和胰岛素抵抗。在ob/ob和db/db小鼠或饮食诱导肥胖模型中，静脉给予单剂量重组FGF1（rFGF1）可在几小时内使血糖水平正常，而不诱导产生低血糖。慢性治疗同样可以持续降低血糖，胰岛素敏感性在开始治疗后3周内观察到。Scarlett等［16］研究表明，单次脑室内注射FGF1的剂量是外周注射后降糖功效所需剂量的1/10，可在2型糖尿病小鼠和大鼠模型中持续糖尿病诱导缓解也不增加低血糖的风险。Wang等［17］研究测量新诊断的2型糖尿病患者的血清FGF1水平，并进一步探讨FGF1水平和2型糖尿病中各种代谢参数之间的关系，结果显示2型糖尿病患者的血清FGF1水平显著高于正常糖耐受量。FGF1还能够抑制促肾上腺皮质激素和皮质酮，从而导致全身脂肪分解，肝乙酰辅酶A含量和丙酮酸羧化酶活性降低，从而抑制肝葡萄糖的产生，表明FGF1通过抑制下丘脑-垂体-肾上腺轴，改善高血糖［18］。因此，FGF1可能成为肥胖和2型糖尿病降低血糖的安全有效的治疗靶点［12，19］。除此之外，FGF1能够通过Akt/FOXO3a信号通路改善内皮祖细胞的功能［20］，减少内皮细胞的凋亡，增加微血管密度，减少血管周围纤维，减少糖尿病心肌病的心肌细胞的凋亡和纤维化，改善心脏的灌注［21］。

3 FGF1在DN中的作用

FGF1在肾小球系膜细胞和足细胞中高水平表达，在肾小管上皮细胞中的表达水平低，在巨噬细胞中不表达。Liang等研究表明，FGF1可能是DN的一种保护性因素，其在正常肾脏组织中存在表达，而在1型和2型糖尿病的肾脏中的表达同正常肾脏组织相比是下调的［8］。目前研究FGF1主要通过抑制氧化应激和抗炎作用减轻DN。

3.1 FGF1在DN中的抗炎作用 DN作为糖尿病引起的肾脏并发症，其病因是多因素的，高血糖、氧化应激、糖基化终末产物、血管紧张素Ⅱ为主导因素，每种因素均能激活核因子-κβ（NF-κβ），NF-κβ在调节炎症和免疫反应的胞内信号系统中被认为是控制大量促炎因子的表达主要转录因子22，NF-κB被多种细胞激活，导致DN的慢性炎症、纤维化和组织重塑。DN的病因也刺激JNK的激活，且JNK在炎症中也发挥重要作用并调节炎症因子的转录，导致DN大鼠肾脏梗阻模型中巨噬细胞间质蓄积、纤维化和肾功能丧失［23］。有研究显示，FGF1是通过下调凋亡信号调节激酶1（ASK1）/JNK信号通路抑制炎症反应［23］。Liang等研究在体外炎症培养的肾小球系膜细胞和足细胞，FGF1能够通过NF-κB和JNK信号传导途径介导体内肾脏炎症抑制作用。研究表明FGF1能够阻止NF-κB的活化，这表明FGF1的抗炎作用与NF-κB通路的转录抑制作用密切相关。JNK作为NF-κB的上游转录因子，FGF1的抗炎作用也是通过在抑制NF-KB的连续途径的早期阶段抑制JNK实现的［8］。

3.2 FGF1在DN中的抗氧化作用 高血糖引起血流动力学的改变，各种血管活性因子生成增多，导致活性氧（ROS）的增加超过了局部抗氧化能力。ROS引发一系列破坏反应，损伤脂质、蛋白质及DNA，ROS和抗氧化剂之间的这种不平衡会导致肾细胞功能的改变，最终导致细胞死亡。FGF1通过上调激活糖原合成酶激酶3β （GSK-3β）/Nrf2信号通路抑制氧化应激。Pena等［24］体外研究发现，FGF1可防止葡萄糖诱导的细胞ROS上调，不仅如此研究还发现FGF1能够降低DN血管紧张素酶、一氧化氮合成酶以及血管生长因子的生成。

3.3 FGF1抗炎及抗氧化的信号通路活性氧（ROS）能够增强 NF-κB 的活性，同时 NF-κB 也能够诱导ROS的产生，氧化应激和炎症反应相互作用加重DN的损伤［23］。FGF1不仅通过抑制高糖诱导的肾细胞JNK和NF-κβ的活化而抑制高糖诱导的炎症反应，而且能够通过多条信号通路阻断糖尿病诱导的氧化应激水平。Wang等研究显示，FGF1的突变体FGF1ΔHBS（降低有丝分裂活性）能够通过PI3K/Akt介导的氧化应激和炎症抑制治疗慢性肾脏疾病。RNA序列分析表明，FGF1ΔHBS抑制高葡萄糖攻击小鼠足细胞的氧化应激和炎症信号，进一步研究表明，FGF1ΔHBS通过下调ASK1/JNK信号通路抑制炎症，通过上调激活GSK-3β/Nrf2信号通路抑制氧化应激。这两条通路均受FGF1ΔHBS激活的PI3K/Akt信号的控制。作为PI3K的下游靶点，Akt在细胞增殖、凋亡、糖代谢、细胞迁移和转录等多个过程中起着重要的作用。在足细胞中，Akt功能障碍与炎症反应和细胞凋亡相关。Akt信号传导的增多能够减少细胞氧化应激并抑制促炎因子的释放，FGF1能够恢复Akt的功能并抑制了ROS的产生和炎症细胞因子的表达，同时也能够抑制ASK1和JNK磷酸化水平。ASK1也是导致炎症的关键因素，可以被Akt抑制。ASK1激活P38/JNK信号级联反应，从而促进炎症和胰岛素抵抗，该研究也发现高血糖能够增强ASK1和JNK的活性，并上调了纤维化和促炎信号的表达水平，而FGF1ΔHBS可以逆转该信号。这些数据表明，Akt是 FGF1ΔHBS的关键调节因子，通过GSK-3β/Nrf2信号级联和通过抑制ASK1介导的JNK激活来抑制炎症反应［23］。因此，FGF1在DN的发生机制中除了可以通过抑制JNK和NF-κB信号通路发挥抗炎作用，还可能通过激活PI3K/Akt通路发挥抗炎作用，FGF1可能在1型和2型糖尿病小鼠肾脏组织中起到防止活性Akt的丢失，而且有研究表明FGF1刺激下通过FRS2α的间接机制介导Gab1的酪氨酸磷酸化和PI3K的募集。在小鼠胚胎成纤维细胞中验证了Gab1对PI3K和抗凋亡蛋白激酶Akt的FGF1刺激是不可少的，该实验同时也验证了 FGF1刺激 PI3K/Akt的间接机制［25］，但是目前FGF1在DN模型中通过PI3K/Akt信号通路发挥作用机制尚未明确［8］。

3.4FGF1减轻肾脏损伤作用机制FGF1能够减轻肾脏肥大、纤维化及细胞的凋亡，Pena等研究结果表明FGF1不仅可以预防糖尿病引起的DNA损伤，亚硝化应激，血管活性因子，血管紧张素原和内皮一氧化氮合酶的改变，还可以防止体内外一氧化氮产生减少以及细胞外基质和纤维连接蛋白产生的上调［24］。此外，还发现FGF1明显改善了糖尿病引起的肾间质纤维化和肾小球损害，FGF1能阻断db/db小鼠的肾脏诱导的胶原蛋白和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达水平，也能通过发挥有效的葡萄糖控制功能减轻肾脏的细胞应激，对DN发挥潜在的保护作用，该研究还表明降低细胞压力是FGF1治疗DN的另一个潜在分子机制，进一步补充了FGF1 治疗 DN 的分子机制［8，26］。

综上所述，FGF1作为DN一个保护性因素成为治疗DN的新的研究靶点。FGF1对于降低血糖、改善胰岛素敏感性是有效的，而且能够通过抗炎作用和抑制氧化应激减轻DN的肾损伤，但是其机制尚未完全明确。