FGF-1關(guān)于糖尿病及惡性腫瘤的最新研究進(jìn)展

喬 月 王彩霞

佳木斯大學(xué)，黑龍江省佳木斯市 154000

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGFs)家族包括23個(gè)成員，參與調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、體內(nèi)平衡、組織器官修復(fù)以及代謝。作為成纖維因子家族中第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的成員，F(xiàn)GF-1是一種強(qiáng)血管生成因子和促有絲分裂原，是FGF-1基因編碼的信號(hào)蛋白。已經(jīng)在科研中被大量的應(yīng)用，其被用來(lái)和多種促血管生成因子如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A、血管生成素1/2 、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子及血管性血友病因子組成驗(yàn)證各種因素對(duì)血管生成的效果檢驗(yàn)因子；并且在臨床診療中廣泛被用于組織修復(fù)的蛋白藥物。

多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外研究表明FGF-1因子是一個(gè)與腫瘤發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)的因子。FGF-1蛋白同時(shí)可以與4種細(xì)胞膜表面成纖維細(xì)胞因子受體(Fibroblast growth factor receptor，F(xiàn)GFR) 相結(jié)合，激活胞內(nèi)4種信號(hào)傳導(dǎo)通路 (RAS-MAPK、PI3K-AKT、PLCγ和STAT途徑)從而調(diào)控細(xì)胞的生存、增殖、分化和遷移。進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的FGF-1蛋白，還可以被內(nèi)吞和轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，直接促使有絲分裂G1晚期向S期過(guò)渡、促進(jìn)DNA的合成，從而促進(jìn)細(xì)胞的增殖，但目前作用機(jī)制并未研究清楚。另外外源性FGF-1和FGF-2的易位可以保護(hù)細(xì)胞不受受體激活的影響而凋亡，但這種易位機(jī)制也并不清楚。由于它具有營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)神經(jīng)元、促進(jìn)損傷修復(fù)、誘導(dǎo)缺血區(qū)血管形成等多個(gè)方面的作用，自20世紀(jì)80年代被發(fā)現(xiàn)至今一直是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。早期國(guó)內(nèi)外主要集中于其在良性病變中的研究，F(xiàn)GF-1能影響多種細(xì)胞如血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化，參與生長(zhǎng)發(fā)育、組織損傷修復(fù)及營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)的過(guò)程。經(jīng)過(guò)多年的探索，研究者們發(fā)現(xiàn)FGF-1在糖尿病及腫瘤中有非同尋常的意義。

1 糖尿病

最新研究發(fā)現(xiàn)FGF-1參與脂肪細(xì)胞形態(tài)和代謝、糖代謝及胰島素抵抗的調(diào)節(jié)，F(xiàn)GF-1具有刺激胰島β細(xì)胞釋放胰島素并作為胰島素增敏劑發(fā)揮降糖的作用，并且升高糖尿病靶器官中FGF-1的抗炎作用，阻止靶器官發(fā)生氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡。

1.1 FGF-1刺激胰島細(xì)胞發(fā)揮降血糖作用 體外研究中發(fā)現(xiàn)，大鼠胰島組織和胰腺β細(xì)胞INS1E細(xì)胞系中[1]，F(xiàn)GFR的所有亞型(FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4)和FGF-1都在mRNA水平上有表達(dá)，并且FGF-1可以刺激INS-1E細(xì)胞的增殖，提高胰島細(xì)胞的活力并且發(fā)現(xiàn)FGF-1的降糖活性與其有絲分裂活性分離，主要是通過(guò)FGF受體1信號(hào)通路介導(dǎo)的。FGF-1激活后會(huì)與FGFR結(jié)合，激活Ras-Raf-MEK-ERK通路，從而將信號(hào)從胞外傳導(dǎo)至細(xì)胞核。細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases，ERK)包括ERK1和ERK2。用FGF-1孵育胰島細(xì)胞群后發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞群中ERK1/2激酶的磷酸化水平顯著增高，在最高峰值時(shí)是未孵育組的2.5倍以上，并且阻斷該激酶的激活會(huì)破壞FGF-1對(duì)胰島細(xì)胞增殖的刺激作用，并且這些FGF-1孵育細(xì)胞中胰島素分泌的濃度及胰島素mRNA量增加，同時(shí)相同時(shí)間段內(nèi)這些胰島細(xì)胞的凋亡數(shù)降低。這表明Ras-Raf-MEK-ERK通路參與了FGF-1對(duì)胰島細(xì)胞的增殖調(diào)控過(guò)程中[2]。

通過(guò)在1型和2型糖尿病小鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重組成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子1可以糾正2型糖尿病小鼠的血糖水平升高，但不能糾正1型糖尿病小鼠的血糖水平[3]。表明FGF-1降低血糖水平必須是胰島細(xì)胞存在的條件下，這為FGF-1直接刺激胰島細(xì)胞而發(fā)揮作用提供了一定理論依據(jù)。

1.2 FGF-1在糖尿病并發(fā)癥中發(fā)揮抗炎作用 糖尿病腎病是糖尿病的重要并發(fā)癥之一，晚期常導(dǎo)致腎衰竭。通過(guò)給鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的1型和 2型糖尿病小鼠模型腹腔注射FGF-1以及進(jìn)一步在體外培養(yǎng)腎小球系膜細(xì)胞和足細(xì)胞發(fā)現(xiàn)[3]，F(xiàn)GF-1通過(guò)抑制核因子κB和c-Jun N端激酶信號(hào)通路及一系列炎癥信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，發(fā)揮抗炎和腎保護(hù)活性，抑制糖尿病小鼠的腎小球、腎小管損傷和腎功能不全。

糖尿病會(huì)導(dǎo)致肝酶水平異常、脂肪變性、纖維化和肝硬化。在糖尿病肝中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是由彌補(bǔ)胰島素抵抗的分泌需求增加引起的[4]，而脂肪酸誘導(dǎo)的β細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙又進(jìn)一步加劇了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，F(xiàn)GF-1可以通過(guò)調(diào)節(jié)FGFR1-AMPK-Nrf2/HO-1信號(hào)通路改善糖尿病誘導(dǎo)的肝損傷及高血糖和氧化應(yīng)激，抑制糖尿病引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作用，降低糖尿病引起的肝損傷，同時(shí)FGF-1可以降低Bax和cleaved caspase3，升高Bcl2蛋白的表達(dá)水平，從而降低糖尿病肝細(xì)胞的凋亡?，F(xiàn)階段，對(duì)于糖尿病引發(fā)的脾臟改變，研究較少。在db/db糖尿病小鼠中發(fā)現(xiàn)糖尿病明顯誘導(dǎo)脾臟腫大和功能障礙[5]，導(dǎo)致過(guò)度炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等多種細(xì)胞應(yīng)激和脾臟纖維化。糖尿病觸發(fā)了脾中的TLR4、MyD88和p65-NF-κB蛋白表達(dá)水平以及下游的促炎細(xì)胞因子(IL-6和TNF-α)，而FGF-1顯著逆轉(zhuǎn)這些過(guò)程。FGF-1可通過(guò)調(diào)節(jié)海馬體中的PERK信號(hào)和PI3K/AKT信號(hào)[6]，抑制了cAMP-應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(response element binding protein，CREB)活性，進(jìn)而抑制腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)水平，改善糖尿病誘導(dǎo)的認(rèn)知功能下降。同時(shí)FGF1還阻止了糖尿病誘導(dǎo)的海馬形態(tài)結(jié)構(gòu)改變、神經(jīng)元凋亡以及海馬中羥丁醇1-42的沉積和突觸功能障礙，但機(jī)制尚不清晰。

2 腫瘤

FGF-1可以促進(jìn)血管的生成，調(diào)控正常脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞的增殖和凋亡，在前列腺癌、非小細(xì)胞肺癌及膀胱移行細(xì)胞癌中均有過(guò)表達(dá)的情況，且新有研究發(fā)現(xiàn)FGF-1在乳腺癌、卵巢癌、結(jié)直腸癌中高表達(dá)，阻斷FGF1-FGFR通路可以阻斷癌細(xì)胞的有絲分裂周期并降低腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。

2.1 乳腺癌 在不同人種中，不同的FGF-1突變體對(duì)ER相關(guān)性乳腺癌的意義存在差異。廣州乳腺癌研究發(fā)現(xiàn)[7]，位于FGF-1第一個(gè)內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的rs250108與中國(guó)女性的ER-乳腺癌顯著相關(guān)，在Ruiz-Narváez EA[8]對(duì)1 426例非裔美國(guó)婦女乳腺癌的研究中，通過(guò)對(duì)4個(gè)FGF基因受體(FGFR1、FGFR3、FGFR4和FGFRL1)與8個(gè)FGFs家族因子及其下游信號(hào)分子聯(lián)合大規(guī)?；蚍治霭l(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-1基因與ER-乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)且MAPK3基因與ER-乳腺癌有關(guān)聯(lián)。MAPK3作為多種信號(hào)通路的最終效應(yīng)因子之一，其活性可能被包括FGF/FGFR通路在內(nèi)的多種信號(hào)通路上游事件所抑制，提示MAPK3的基因變異可能與ER乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。而有新研究發(fā)現(xiàn)在MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞系中[9]，過(guò)表達(dá)FGF-1特異性單鏈重組抗體scFv1C9會(huì)阻斷乳腺癌細(xì)胞系內(nèi)FGF-1途徑致p21的上調(diào)抑制了CDK2的表達(dá)，阻斷細(xì)胞周期的進(jìn)程，降低乳腺癌的成瘤性、腫瘤生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移，這或許為通過(guò)阻斷FGF-1治療乳腺癌提供了新方向[9]。

2.2 卵巢癌 FGF-1在正常/良性卵巢中低表達(dá)，在卵巢漿液性、透明細(xì)胞性、黏液性癌中顯著升高，子宮內(nèi)膜樣癌中低表達(dá)。在卵巢癌中體內(nèi)異種移植研究證實(shí)[10]，WNT7A/FGF1的過(guò)表達(dá)顯著增加了腫瘤發(fā)病率，而WNT7A過(guò)表達(dá)抑制FGF-1導(dǎo)致腫瘤體積顯著減小，并證實(shí)FGF-1是WNT7A信號(hào)通路的下游靶點(diǎn)，通過(guò)FGF1-1c啟動(dòng)子位點(diǎn)的TCF結(jié)合元件WNT7A/catenin信號(hào)通路直接調(diào)控FGF-1。

有研究表明卵巢癌細(xì)胞在低血清條件下受到FGF-1的刺激時(shí)細(xì)胞存活率顯著提高[11]，并且在卵巢癌細(xì)胞中FGFR1和FGFR4表達(dá)與FGF-1表達(dá)具有顯著相關(guān)性，推測(cè)FGF-1主要與癌細(xì)胞表面受體FGFR1和FGFR4結(jié)合發(fā)揮作用。盡管存在這種相關(guān)性，但兩種受體都沒有顯示出與總生存率的顯著相關(guān)性。在卵巢癌研究中發(fā)現(xiàn)FGF1SNP rs7727832顯示出與卵巢癌顯著的相關(guān)性[12]，但同時(shí)也表明FGF2SNP rs167428是影響總生存的主要因素。

腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞作為腫瘤微環(huán)境的主要組成部分在卵巢癌中發(fā)揮著作用。卵巢癌中癌相關(guān)成纖維細(xì)胞表達(dá)FGF-1[13]，并高于正常纖維細(xì)胞表達(dá)量約4倍(ELISA)，用FGFR抑制劑PD173074處理卵巢SKOV3細(xì)胞會(huì)降低FGFR4的磷酸化水平，抑制MAPK/Erk通路的激活，同時(shí)降低上皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)蛋白Snail1和MMP3表達(dá)水平，升高E-cadherin表達(dá)水平，終止細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[13]。

2.3 結(jié)直腸癌 在結(jié)直腸癌中[14]，使用免疫組化的方法發(fā)現(xiàn)FGF-1在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，絕大部分定位于胞漿，偶定位于胞核。而對(duì)于FGF-1在結(jié)直腸癌細(xì)胞中的意義及機(jī)制尚未研究清楚。在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染人FGF-1 cDNA的部分轉(zhuǎn)化大鼠成纖維細(xì)胞具有明顯的致瘤性。腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞是腫瘤基質(zhì)中活化的成纖維細(xì)胞，在腫瘤微環(huán)境中與腫瘤細(xì)胞發(fā)生相互作用。通過(guò)研究人類結(jié)腸組織標(biāo)本中分離出的腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞CAFs、癌周成纖維細(xì)胞PFs和正常成纖維細(xì)胞NFs[15]，發(fā)現(xiàn)CAFs比NFs和PFs分泌更多的FGF-1/3激活FGFR4、Mek/Erk和調(diào)節(jié)MMP-7促進(jìn)癌細(xì)胞生長(zhǎng)和血管生成。使用FGF-1/-3中和抗體、FGFR4 siRNA及FGFR4抑制劑PD173074治療細(xì)胞，可顯著抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和新生血管形成，抑制FGF-FGFR4通路可能能治療直腸癌。

綜上所述，F(xiàn)GF-1參與到糖尿病的發(fā)生發(fā)展中，通過(guò)多種信號(hào)通路(FGF-1-FGFR1、Ras-Raf-MEK-ERK)可以起到降低血糖、防治糖尿病并發(fā)癥的作用，在使用FGF-1刺激胰腺癌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-1可以調(diào)節(jié)胰腺發(fā)育的主基因改變[16]；在惡性腫瘤的研究中，通過(guò)阻滯FGF-1-FGFR4通路可以明顯抑制卵巢癌和結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和侵襲，在乳腺癌中阻滯FGF-1的表達(dá)會(huì)明顯阻滯癌細(xì)胞的增殖。FGF-1參與到多種腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞存活、增殖過(guò)程中，這為惡性腫瘤治療提供了新的可能。但由于不同人種的異質(zhì)性、不同部位組織之間的起源異質(zhì)性、微環(huán)境的不同，使得需要大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)積累及研究，為臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。