黃欣瑤綜述 韓紅彥審校

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病是全球心血管疾病患者死亡的主要原因之一,其發(fā)病率及病死率已嚴(yán)重威脅人類健康。臨床診斷冠心病主要依賴于冠狀動(dòng)脈造影術(shù),不少患者因規(guī)避該項(xiàng)有創(chuàng)操作而錯(cuò)失早期干預(yù)時(shí)機(jī),導(dǎo)致心血管不良事件發(fā)生。尋找早期診斷冠心病的生物標(biāo)志物對(duì)改善該類患者預(yù)后十分必要,其中成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor,FGF)21 作為糖脂代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子,已被證實(shí)與諸多心血管疾病相關(guān),并有望成為冠心病預(yù)測(cè)、診斷及預(yù)后評(píng)估的生物標(biāo)志物。

1 FGF21概述

FGF21是激素FGF亞家族的成員之一,主要在肝臟、胰腺、脂肪組織、中樞神經(jīng)組織中表達(dá)。新近研究表明,FGF21可作為心肌細(xì)胞的自分泌因子。人類FGF21由210個(gè)氨基酸殘基組成,其中包括13個(gè)N端和40個(gè)C端殘基;N端和C端分別與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體(FGFR)和輔助受體β-Klotho蛋白結(jié)合,三者形成穩(wěn)定復(fù)合體后激活下游絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)信號(hào)通路[1-2]。FGF21無(wú)法在β-Klotho蛋白缺失的狀態(tài)下發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng),故β-Klotho蛋白在機(jī)體中的表達(dá)差異可能決定了FGF21的選擇性代謝效應(yīng)[3]。FGF21表達(dá)主要受核受體過(guò)氧化物酶體增殖激活物受體α(peroxisome proliferator-activated receptor α, PPARα)和PPARγ 調(diào)節(jié)。代謝饑餓狀態(tài)下,PPARα能夠上調(diào)FGF21啟動(dòng)子中的PPRE轉(zhuǎn)錄應(yīng)答原件表達(dá),從而誘導(dǎo)FGF21轉(zhuǎn)錄。進(jìn)食后,PPARγ刺激脂肪細(xì)胞分泌FGF-21,促進(jìn)葡萄糖攝取及利用[4]。

2 FGF21與冠心病高危因素之間的關(guān)系

2.1 FGF21降低血糖并改善胰島素敏感性 FGF21通過(guò)胰島素非依賴的方式上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子1(GLUT1)表達(dá),刺激脂肪細(xì)胞攝取葡萄糖,進(jìn)而降低血糖水平[5]。重要的是,上述過(guò)程并不會(huì)引起低血糖反應(yīng)和肥胖。后續(xù)研究顯示,單次注射FGF21可顯著降低肥胖小鼠的體質(zhì)量,改善葡萄糖耐量及胰島素敏感性。這種急性降糖及胰島素增敏作用與其在肝臟和脂肪組織中的代謝相關(guān)[6]。FGF21抑制肝癌細(xì)胞釋放葡萄糖的同時(shí)增加肝糖原的含量,并誘導(dǎo)脂聯(lián)素(一種具有胰島素增敏作用的脂肪因子)合成[7]。

2.2 FGF21調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝 研究表明,與FGF21轉(zhuǎn)基因小鼠相比,小鼠敲除FGF21后脂肪細(xì)胞肥大,脂質(zhì)代謝嚴(yán)重紊亂,而前者對(duì)體質(zhì)量增加和脂肪累積具有較強(qiáng)的抵抗力。FGF21降低脂質(zhì)的機(jī)制包括:(1)抑制膽固醇合成中的膽固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白-2;(2)抑制低密度脂蛋白受體降解,從而促進(jìn)低密度脂蛋白受體對(duì)低密度脂蛋白攝取及轉(zhuǎn)化;(3)增強(qiáng)膽固醇從巨噬細(xì)胞流出至高密度脂蛋白及載脂蛋白A-I,減少泡沫細(xì)胞形成[8-9]。

2.3 FGF21拮抗高血壓及其誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷 FGF21敲除小鼠血管緊張素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ,AngⅡ)給藥1周后觀察到其比對(duì)照組顯示出更嚴(yán)重的高血壓性心臟病,主要表現(xiàn)為廣泛的心功能障礙和心肌纖維化。經(jīng)FGF21補(bǔ)充治療,AngⅡ誘導(dǎo)的主動(dòng)脈壁肥厚和血管炎性反應(yīng)顯著改善,纖維化標(biāo)志物(膠原-Ⅰ、膠原-Ⅲ和纖維連接蛋白)表達(dá)降低[10]。上述變化提示FGF21可拮抗AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓及相關(guān)血管內(nèi)皮損傷。后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明FGF21誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞和腎細(xì)胞生成血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)[10-11]。ACE2是腎素血管緊張素系統(tǒng)(renin angiotensin aldosterone system,RAS)的關(guān)鍵調(diào)控因子,可促進(jìn)Ang-Ⅱ轉(zhuǎn)化為有益肽Ang(1-7),拮抗高血壓導(dǎo)致的內(nèi)皮損傷。此外,FGF受體及β-Klotho蛋白在壓力感受性反射傳入通路的結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)和孤束核中顯著表達(dá)。研究顯示,FGF21給藥可改善高血壓大鼠的收縮壓和壓力反射敏感性。這一作用可能是FGF21穿過(guò)血腦屏障與FGF受體及β-Klotho蛋白結(jié)合后,進(jìn)一步激活蘇氨酸蛋白激酶—內(nèi)皮型一氧化氮合酶(Akt-eNOS-NO)途徑的結(jié)果[12],見圖1。

注:FGF21通過(guò)上調(diào)GLUT1促進(jìn)脂肪細(xì)胞攝取葡萄糖,調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝避免LDL-C在內(nèi)皮細(xì)胞沉積,促進(jìn)脂肪細(xì)胞及腎細(xì)胞生成ACE2拮抗高血壓所致內(nèi)皮損傷,以預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化。

3 FGF21在冠心病中的作用

3.1 FGF21拮抗動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制

3.1.1 FGF21促進(jìn)脂聯(lián)素的合成和分泌:脂聯(lián)素為FGF21下游效應(yīng)因子,在FGF21發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的過(guò)程中充當(dāng)強(qiáng)制性介質(zhì)[7]。研究顯示,經(jīng)FGF21處理后脂聯(lián)素分泌顯著升高,且呈時(shí)間依賴性,脂聯(lián)素信使RNA表達(dá)從FGF21治療6 h后逐漸增加。脈沖追蹤試驗(yàn)顯示FGF21給藥可顯著提高脂聯(lián)素分泌率[13]。脂聯(lián)素本質(zhì)是一種脂肪因子,對(duì)機(jī)體代謝與心血管系統(tǒng)具有諸多有益作用。脂聯(lián)素可直接作用于心肌細(xì)胞,減輕缺血損傷誘導(dǎo)的心肌肥厚和收縮功能障礙[14]。此外,脂聯(lián)素可同時(shí)激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)和環(huán)氧化酶-2(COX-2)通路,產(chǎn)生一氧化氮,實(shí)現(xiàn)抗炎及保護(hù)血管內(nèi)皮的作用。平滑肌細(xì)胞增殖和遷移、巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)、泡沫細(xì)胞形成等動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程中的關(guān)鍵細(xì)胞活動(dòng)在FGF21—脂聯(lián)素軸的作用下均被直接抑制[13]。小鼠敲除脂聯(lián)素后可觀察到FGF21對(duì)血糖、三酰甘油、胰島素抵抗的改善作用明顯衰減。這一現(xiàn)象也證實(shí)了脂聯(lián)素作為FGF21效應(yīng)因子的重要性。

3.1.2 FGF21拮抗氧化應(yīng)激:氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷被認(rèn)為是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要機(jī)制。大量證據(jù)顯示,FGF21可作為一種新型應(yīng)激調(diào)節(jié)因子。內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)氧化低密度脂蛋白處理后,FGF21mRNA表達(dá)和蛋白濃度增加。將乙醇處理后的人肝癌細(xì)胞暴露在重組FGF21下,氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧水平顯著降低[15]。參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的激活轉(zhuǎn)錄因子4(activating transcription factor 4,ATF4)可激活FGF21基因啟動(dòng)子中的氨基酸響應(yīng)元件(amino acid response element),這表明FGF21是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激傳導(dǎo)的靶基因,氧化應(yīng)激可誘導(dǎo)FGF21表達(dá)[1]。值得注意的是,FGF21被誘導(dǎo)后能夠反向抑制氧化應(yīng)激,阻止動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展。FGF21拮抗氧化應(yīng)激的機(jī)制可能包括以下三個(gè)方面(見圖2):(1)FGF21以自分泌的方式調(diào)節(jié)解偶聯(lián)蛋白-2(uncoupling protein 2,UCP2)、UCP3和超氧化物歧化酶-2(superoxide dismutase,SOD2)等抗氧化基因的表達(dá),解偶聯(lián)蛋白家族活化后可使機(jī)體免受活性氧損傷;(2)FGF21激活MAPK信號(hào)通路,拮抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡;(3)FGF21可激活沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1,SIRT1),通過(guò)脫去乙?；^(guò)氧化物酶減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎性反應(yīng)損傷[16-17]。

注:A.促進(jìn)脂聯(lián)素轉(zhuǎn)錄和分泌;B. 抑制細(xì)胞焦亡關(guān)鍵蛋白NLRP3、caspase-1表達(dá);C. 激活SIRT1 通路、活化UCP2、UCP3、SOD2等抗氧化基因表達(dá)以拮抗氧化應(yīng)激;D. 減輕炎性反應(yīng):阻止內(nèi)皮細(xì)胞NF-κB的核輸入。

3.1.3 FGF21減輕炎性反應(yīng):動(dòng)脈粥樣硬化本質(zhì)是一種慢性炎性反應(yīng)疾病,控制炎性反應(yīng)對(duì)遏制動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展尤為重要。對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化大鼠FGF21給藥后,血管內(nèi)白細(xì)胞浸潤(rùn)和脂質(zhì)積累改善,斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞數(shù)量減少。阻止血管內(nèi)皮細(xì)胞中NF-κB的核輸入是FGF-21下調(diào)炎性基因表達(dá)的關(guān)鍵點(diǎn)[18]。NF-κB在炎性反應(yīng)中誘導(dǎo)促炎性轉(zhuǎn)錄因子活化,這一步驟被認(rèn)為是動(dòng)脈粥樣硬化中黏附分子和趨化因子組成性表達(dá)的潛在分子機(jī)制。此外,FGF21可抑制細(xì)胞焦亡(一種細(xì)胞死亡類型)過(guò)程中的關(guān)鍵蛋白表達(dá),如天冬氨酸蛋白水解酶-1(caspase-1)、NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)[19]。NLRP3炎性小體在該過(guò)程中激活caspase-1,促進(jìn)白介素-1β(IL-1β)成熟,進(jìn)而誘導(dǎo)炎性反應(yīng),甚至細(xì)胞死亡[20]。

3.2 FGF21作為冠心病的新型生物標(biāo)志物 FGF21近年來(lái)被認(rèn)為是心力衰竭、糖尿病性心肌病等心血管疾病的候選生物標(biāo)志物[21-22],并有大量證據(jù)顯示FGF21水平與動(dòng)脈粥樣硬化及冠心病密切相關(guān)。相較于其他標(biāo)志物,FGF21不僅能夠提供心血管疾病信息,還可反映機(jī)體代謝狀態(tài),由此可進(jìn)一步評(píng)估冠心病高危因素并早期管理。此外,FGF21水平反映全身炎性反應(yīng)及氧化應(yīng)激狀態(tài),與冠心病發(fā)生發(fā)展,乃至預(yù)后緊密相關(guān)[4]。通過(guò)監(jiān)測(cè)其水平的動(dòng)態(tài)變化,可提示冠狀動(dòng)脈疾病的發(fā)生以及冠狀動(dòng)脈血管病變的嚴(yán)重程度,對(duì)臨床治療有重要指導(dǎo)意義。

研究顯示,冠心病患者的FGF21水平與Gensini評(píng)分呈正相關(guān),這一趨勢(shì)在合并糖尿病患者中更加明顯[23]。值得注意的是,關(guān)于冠心病患者的FGF21水平高低這一問(wèn)題尚存在不同觀點(diǎn)。陳海峰等[24]對(duì)232例冠心病患者的血清FGF21水平進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示冠心病患者FGF21水平降低,其中,冠狀動(dòng)脈病變嚴(yán)重者FGF21濃度更低,兩者呈負(fù)相關(guān)。

研究顯示,TNF-α、IL-1β等促炎細(xì)胞因子可直接抑制β-Klotho轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致FGF21促進(jìn)葡萄糖攝取的有益作用減弱;且β-Klotho表達(dá)降低與小鼠肥胖的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。在細(xì)胞應(yīng)激條件下,肥胖患者的多個(gè)組織可同時(shí)誘導(dǎo)FGF21;FGF21水平升高可認(rèn)為是一種病理應(yīng)激反應(yīng),或是由于FGF21信號(hào)傳導(dǎo)受損而產(chǎn)生的抵抗現(xiàn)象[25-26]。上述結(jié)果表明,炎性反應(yīng)及細(xì)胞應(yīng)激可抑制β-Klotho表達(dá),使得FGF21的生物學(xué)信號(hào)受損,且炎性反應(yīng)與應(yīng)激程度越重,對(duì)FGF21信號(hào)通路損傷越大[27-28]。因此,上述研究結(jié)果存在分歧的原因可能在于冠心病患者的血管病變程度不同,尚需進(jìn)一步研究FGF21在冠狀動(dòng)脈不同狹窄程度中的表達(dá),以確定FGF21是否具有識(shí)別冠心病患者血管病變程度的潛力(見表1)。

表1 FGF21與冠心病相關(guān)的臨床證據(jù)

4 FGF21是動(dòng)脈粥樣硬化及冠心病的潛在治療靶點(diǎn)

盡管近年來(lái)用于治療動(dòng)脈粥樣硬化性疾病的藥物越來(lái)越多,但其全球發(fā)病率和病死率仍居高位。因此,迫切需要新的治療靶點(diǎn)對(duì)該類疾病進(jìn)行防治。FGF21可改變脂蛋白譜,這在動(dòng)脈粥樣硬化的始動(dòng)環(huán)節(jié)起關(guān)鍵作用[28]。頸動(dòng)脈粥樣硬化大鼠予以FGF21治療后,斑塊單位面積顯著降低,伴隨頸動(dòng)脈新生內(nèi)膜形成。與對(duì)照組或接受阿托伐他汀治療組相比,FGF21治療大鼠受損頸動(dòng)脈內(nèi)皮舒張功能增強(qiáng),新生內(nèi)膜形成更加明顯。FGF21治療的血管益處在心肌梗死小鼠模型中同樣適用;左前降支結(jié)扎小鼠予以FGF21治療后可見左心室收縮功能改善,梗死邊緣區(qū)毛細(xì)血管密度增加,遠(yuǎn)端區(qū)心肌細(xì)胞凋亡減少[29]。

FGF21經(jīng)PPAR誘導(dǎo)后調(diào)節(jié)全身糖脂代謝,因此可以認(rèn)為PPAR激動(dòng)劑的降糖、胰島素增敏和調(diào)脂作用部分由FGF21介導(dǎo)。非諾貝特是臨床治療糖尿病合并高脂血癥的常見PPARα激動(dòng)劑;研究顯示,接受非諾貝特治療的糖尿病患者在5年隨訪時(shí)間中總心血管疾病事件及次要終點(diǎn)(冠心病事件、總卒中、心血管疾病死亡率及冠狀動(dòng)脈血運(yùn)重建)降低,提示FGF21可能是未來(lái)治療冠心病的潛在有效靶點(diǎn)[30-31]。近年來(lái)FGF21類似物在2型糖尿病、非酒精性脂肪肝、高脂血癥等患者中陸續(xù)開展了一系列臨床試驗(yàn),但針對(duì)冠心病的臨床應(yīng)用少有報(bào)道,其作用療效尚需進(jìn)一步觀察。

5 結(jié)論與展望

FGF21是糖脂代謝循環(huán)中的重要調(diào)控因子,顯著影響動(dòng)脈粥樣硬化及冠心病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程,亦可能成為冠心病的候選生物標(biāo)志物及潛在治療靶點(diǎn)。但尚存在部分混雜變量使得FGF21與冠心病之間的關(guān)系復(fù)雜化,需進(jìn)一步評(píng)估FGF21在不同冠狀動(dòng)脈病變中的表達(dá),以確定FGF21作為冠心病生物標(biāo)志物的臨床意義。