成纤维细胞生长因子15与肝再生

李 佳(综述)，彭 创(审校)

(1.南华大学,湖南 衡阳 421000; 2.湖南省人民医院肝胆外科,长沙 410005)

适宜水平的胆汁酸可作为信号分子激活肝内外相关受体，在肝再生中发挥重要的调节作用；反之，胆汁酸瘀滞可导致严重的肝损害，抑制肝再生[1-2]。因此，肝切除术前对梗阻性黄疸进行综合治疗，改善机体的胆汁酸代谢，促进术后肝脏再生已成为研究热点。成纤维细胞生长因子15(fibroblast growth factor 15，FGF15)是代谢的关键调控因子之一，其直接或间接的促进了肝脏的再生。

1 FGF15

成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factors，FGFs)家族至少由23个成员组成，按种系和序列分为7个亚科[3]，FGFs成员通过与细胞膜表面的成纤维细胞生长因子受体(fibroblast growth factor receptors,FGFRs)结合，产生生物学作用。FGFRs家族包括FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4，其是由4个基因编码的单通道跨膜酪氨酸激酶受体，FGFR1、FGFR2、FGFR3通过交替剪切，产生两种异构体，其具有不同的胞外结构域和配体结合类型，FGFR4则能在肝脏与FGF15特异性结合[4]。

FGFs通常与硫酸乙酰肝素多糖结合，在细胞外基质激活受体，继而受体二聚化和自身磷酸化，激活下游底物。内分泌性的FGF15、FGF19(FGF15与FGF19由同源基因编码，分别在鼠类和人体表达)、FGF21、FGF23与硫酸乙酰肝素多糖亲和性低，能远离分泌细胞进入循环，以内分泌激素的形式广泛作用于各种代谢过程。内分泌FGFs进入循环后，与高亲和力的Klotho蛋白结合，激活受体[5]，因此内分泌性FGFs的作用部位与Klotho蛋白分布直接相关。

Klotho蛋白包括α-Klotho、β-Klotho及lactase-like[6]。Klotho蛋白的表达有组织特异性，β-Klotho主要表达于肝脏、胆囊、结肠、胰腺，而FGFR4主要表达于肝脏、肾脏、肾上腺及肺等[7]。β-Klotho与FGFR4都在肝脏高表达，而FGF15/19 能特异性激活FGFR4与β-Klotho的复合物[8]。因此，FGF15/19的主要作用部位是肝脏。尽管FGF15 mRNA广泛表达于中枢神经系统的发育过程中，但在发育成熟的中枢神经系统却不能检测到，而是高度选择性在回肠表达，然后吸收入血，调节胆汁酸代谢平衡[9]。

2 FGF15的生成与调控

FGF15主要是由进入肠道(回肠)的胆汁酸激活肠黏膜上的法尼酯X受体(fxrnesoid X receptor，FXR)产生。Diet1基因也参与FGF15的调控，小鼠Diet1基因位于第2号染色体的近端，由39个外显子组成，约730 kb，主要在成熟的小肠上皮细胞表达，编码大小为236×103的蛋白质。在表达Diet1基因的小鼠中，血清FGF15水平升高，胆固醇7α-羟化酶(cholesterol 7α-hydroxylase，CYP7A1)下降，血清胆汁酸水平较缺失Diet1基因的小鼠低。学者在基因水平证明：①Diet1基因缺失可导致回肠FGF15 mRNA和FGF15水平下降，转基因后可纠正；②给予Diet1剔除小鼠外源性FGF15、CYP7A1水平下降明显，说明Diet1剔除导致FGF15缺乏；③改变人肠道Diet1的表达，FGF19随之改变，当Diet1升高时FGF19升高，下降时FGF19下降；④Diet1与FGF15/19蛋白存在联系，Diet1具有与FGF15结合的囊泡状结构，且Diet1与FGF15蛋白形成共沉淀复合物[10-11]。

Diet1与FXR的调控机制是独立的，在Diet1剔除小鼠的肝脏和回肠中，FXR靶基因表达正常。Diet1可能参与FGF15补偿调节。Diet1通过转录和转录后机制对FGF15/19水平起调节作用[10]。但是，调控Diet1表达的机制尚不清楚，且Diet1蛋白与FGF15蛋白转录后相互作用机制也不清楚，有待进一步研究。

3 FGF15与胆汁酸代谢

胆汁酸是维持胆固醇动态平衡和促进脂肪在胃肠道消化的重要物质。同时，胆汁酸也可作为信号分子，通过G蛋白偶联胆汁酸受体1和FXR产生多样化的生物学功能。这些胆汁酸敏感受体在肠上皮细胞表达，G蛋白偶联受体5主要在肠内分泌细胞表达，而FXR在肠上皮细胞表达。胆汁酸激活肠道FXR的主要作用是刺激肠道分泌FGF15[12-13]。

FGF15吸收入血经门静脉入肝，在小异二聚体的协同作用下，与肝内FGFR4特异性结合，激活c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-teminal kinase，JNK)通路，使c-Jun磷酸化，活化的c-Jun与肝受体同系物或肝细胞核因子4α结合形成转录抑制复合体，抑制CYP7A1转录[14]。在完全肠外营养时对猪肝脏的病理学检查发现，肝脏胆汁郁滞，脂肪变性，血液中FGF19显著下降，与胆汁酸-肠道FXR-FGF19轴阻断有关[15]。同时，胆汁酸激活肝内FXR，激活的FXR可诱导短异源二聚体(short heterodimer partner，SHP)表达，SHP与肝受体同系物1(liver receptor homologue 1，LRH-1)之间可通过相互作用抑制LHR-1对CYP7A1的激活作用[16]，肝内FXR亦能增加胆盐输出泵的表达并减少牛磺胆酸钠共转运体的表达[17]。此外，胆汁酸还可激活蛋白激酶C，并诱导库普弗细胞合成并释放炎性细胞因子(肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β)，而蛋白激酶C及炎性因子均可抑制CYP7A1在肝细胞的表达[18]。

调控胆汁酸代谢的肝内FXR受体和肠道FGF15谁起主导作用呢？2007年Kim等[13]在肝脏和肠道组织特异性剔除FXR的实验中证实，胆汁酸合成增加是由于缺乏FGF15/19导致的。给予FXR选择性激动剂能显著抑制肝脏组织特异性剔除FXR(FxrL)小鼠CYP7A1的表达，而肠道组织特异性剔除FXR(FxrIE)小鼠则不能，说明抑制CYP7A1表达主要是肠道FXR而不是肝脏FXR。FxrIE小鼠72 h肝脏CYP7A1 mRNA>0.5，而FxrL肝脏的CYP7A1 mRNA<0.3[19]。在FGF15-/-、FGFR4-/-、Klotho-/-小鼠均能发现CYP7A1表达上升，胆汁酸水平升高[20-21]。在FGF15-/-小鼠，CYP7A1 mRNA的水平是野生型小鼠的3.5倍[9]。肠道FXR持续激活的转基因小鼠(IVP16FXR)较对照组转基因小鼠(IVP16)胆汁酸池总量减少30%，且亲水性的胆汁酸比例升高，从而降低了胆汁酸的细胞毒性[22]。肝外胆管梗阻、化学损伤导致的肝内胆汁瘀滞、基因诱导的肝内胆汁瘀滞时，IVP16FXR较IVP16能更好的保护肝细胞，使转氨酶、胆汁酸、胆红素水平下降[22]。给予外源性FGF15/19或肠道特异性FXR激动剂GW4064、INT747时，与IVP16FXR一样，能保护肝外梗阻性黄疸时的肝细胞[23]。因此，肠道FGF15在胆汁酸代谢中起主导作用。

4 FGF15与肝再生

4.1FGF15调节胆汁酸水平促进肝再生 过多的胆汁酸积累可导致肝实质细胞受损，抑制正常肝再生，适宜水平的胆汁酸可通过FXR、G蛋白偶联受体5、丝裂原活化蛋白激酶3条途径促进肝再生[24-25]。胆汁酸激活肝内和肠道FXR起作用，而肠道FXR诱导的FGF15是胆汁酸重要的调控因子，FGF15可通过调控胆汁酸水平促进肝再生。

动物实验证明，FGF15-/-小鼠肝切除术后因持续性肝内胆汁酸水平升高，导致严重的肝损害及高死亡率，而FGF+/+小鼠则表现为低死亡率。70%肝切除术后3 d，FGF15-/-小鼠存活率仅为31.9%，而FGF+/+则为93.8%。同时FGF-/-增生的肝细胞及胆管细胞较FGF+/+小鼠显著下降。在FGF-/-小鼠，细胞周期蛋白D1表达受损，肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF) mRNA在肝再生早期表达下降，FXR mRNA的表达显著下调，S期细胞显著下降；FGF+/+小鼠则相反[26]。

FGF15是肝切除术后肝再生过程中维持胆汁酸稳态、保护肝细胞、促进肝再生的重要因子。

4.2FXR与FGF15协同促进肝再生 FXR是胆汁酸的主要受体，其参与调控胆汁酸代谢平衡和排毒，同时也在胆汁酸介导的肝再生和损伤修复中起调节作用[25-27]。胆汁酸激活肝内FXR，FXR与forkhead box m1b(Foxm1b)基因内含子3上的FXR反应元件结合，启动Foxm1b基因转录，促进肝再生[27]。胆汁酸激活肠道FXR，诱导回肠产生FGF15，经血入肝后促进肝再生，且腺病毒异位表达的FGF15能促进FxrIE小鼠的肝再生[19]。

肝-FXR与肠-FXR均在70%肝切除术、四氯化碳肝损伤后的肝再生/肝损伤修复过程中起作用，70%肝切除术后FxrL小鼠较对照组小鼠肝再生高峰值下降，血清胆汁酸水平升高，肝脏CYP7A1 mRNA表达升高，Foxm1b表达显著下降；而FxrIE较对照组小鼠肝再生高峰值下降，血清胆汁酸水平升高，肝脏CYP7A1 mRNA表达升高[19]。但FxrL与FxrIE比较发现，FxrL肝再生高峰值<40，而FxrIE肝再生高峰值>50，均远远低于对照组的100，而FXR剔除组则<20。因此，FXR对肝再生有重要的调节功能，且肠道FXR诱导的FGF15对肝再生影响更为显著。这可能是与FGF15能直接促进细胞有丝分裂或FGF15是主要的胆汁酸调节器有关。此外，FXR-KO小鼠随年龄增长易导致自发性肝癌[28]。

4.3FGF15在肝再生的急性期抑制CYP7A1表达促进肝再生 在肝再生过程中，肝内胆汁酸水平需要快速降低以防止胆汁酸的毒性作用，其主要是通过快速降低CYP7A1 mRNA的水平而降低胆汁酸。CYP7A1是胆汁酸合成经典途径的限速酶。已被证明参与调控CYP7A1表达的因素有细胞因子、生长因子及核受体，包括肿瘤坏死因子α、FXR-SHP、HGF、JNK/c-Jun等[29]。

一方面70%肝切除术后CYP7A1的表达受到抑制[25]，另一方面肝切除术后胆汁酸排泄增加，这两条平行机制联合保护肝脏免受胆汁酸的细胞毒性作用。肝脏特异性过表达外源性的CYP7A1可损害肝切除术后肝再生，并伴随有肝脏细胞损伤和肝细胞凋亡[14]。因此，抑制CYP7A1的表达在肝切除术后肝再生过程中尤为重要。

Zhang等[14]研究发现，在肝再生过程中，同时存在两个不同阶段的CYP7A1基因调控机制，FGF15-JNK/c-Jun和HGF通路在肝再生的急性期抑制CYP7A1的表达，促进肝再生；FXR和SHP对CYP7A1的调控作用则在肝切除术肝再生晚期阶段起作用。肝切除术胆汁酸排泄增加产生的代谢效应可能亦是通过激活FXR诱导FGF15 产生，这有待进一步研究证实。同时肝内胆汁酸合成减少，排泄增加，因此肝内FXR受体激活减少，促进肝再生作用减弱。

4.4FGF15/19促进肝细胞的有丝分裂 细胞培养显示，FGF15是肝细胞和胆管上皮细胞的促有丝分裂原，可能增强胆汁酸的促肝再生效应[26]。FGF15/19能促进急性肝损伤时肝内HGF的表达，减少炎性趋化因子巨噬细胞炎性蛋白2的表达[31-32]，保护急性肝损伤后的肝脏并促进肝脏再生。在肝再生晚期阶段，miR-34a的表达显著升高[33]。体外试验发现，miR-34a结合β-Klotho mRNA上的3′-UTR，下调β-Klotho的表达[34]。在肥胖小鼠体内，过表达的miR-34a使肝脏β-Klotho下降，从而影响FGF19与FGFR4的结合；反之，拮抗miR-34a能恢复肥胖小鼠FGF19与FGFR4/β-Klotho复合物的结合，从而激活细胞外调节蛋白激酶[34]。因此，miR-34a/β-Klotho/FGF19轴可能对肝再生终止起重要作用。

4.5FGF15促进蛋白质合成 FGF15/FGF19通过有丝分裂原活化蛋白介导的激酶信号转导通路，激活蛋白质翻译组件促进蛋白合成。FGF15/19与FGFR4-β-klotho复合物结合，激活鸟苷酸三磷酸酶ras，使ERK上的苏氨酸202和苏氨酸197磷酸化，激活丝裂原活化蛋白相互作用激酶1蛋白激酶，导致肝脏细胞上的真核翻译起始因子eIF4B上的丝氨酸422和eIF4E上的丝氨酸209磷酸化，并形成eIF4F复合物，介导mRNA与核糖体结合，促进翻译起始[36-38]。FGF15/19也可使核糖体蛋白S6上的丝氨酸235、丝氨酸236磷酸化，诱导帽依赖性翻译，提高自身蛋白质合成的效率[39]。静脉给予外源性FGF19发现，小鼠总体蛋白质合成增加18%，肝脏从头合成白蛋白的速率增加40%，连续给予外源性FGF19，血浆白蛋白水平增加10%[39]。因此，FGF15/19是一种正性促进蛋白质合成的因子。

5 结 语

深入研究FGF15/19对梗阻性黄疸的肝脏保护及促进肝再生的机制，对梗阻性黄疸的术前综合治疗、减黄方式的选择、残肝再生有重要的临床意义。GW4064和INT747等FXR特异性激动剂有望成为梗阻性黄疸治疗的新手段。Diet1基因调控FGF15表达的机制及FGF15/19促进肝再生的确切信号通路及调控将成为下一步研究的热点。此外，学者们意外发现，转基因慢性高表达FGF19，4个月后可导致癌前病变，10～12个月后可导致肝癌发生[40]；其诱导肿瘤发生的可能有待进一步研究。

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