FGF-1关于糖尿病及恶性肿瘤的最新研究进展

乔 月 王彩霞

佳木斯大学，黑龙江省佳木斯市 154000

成纤维细胞生长因子(FGFs)家族包括23个成员，参与调节胚胎发育、体内平衡、组织器官修复以及代谢。作为成纤维因子家族中第一个发现的成员，FGF-1是一种强血管生成因子和促有丝分裂原，是FGF-1基因编码的信号蛋白。已经在科研中被大量的应用，其被用来和多种促血管生成因子如血管内皮生长因子A、血管生成素1/2 、肝细胞生长因子及血管性血友病因子组成验证各种因素对血管生成的效果检验因子；并且在临床诊疗中广泛被用于组织修复的蛋白药物。

多项国内外研究表明FGF-1因子是一个与肿瘤发生发展息息相关的因子。FGF-1蛋白同时可以与4种细胞膜表面成纤维细胞因子受体(Fibroblast growth factor receptor，FGFR) 相结合，激活胞内4种信号传导通路 (RAS-MAPK、PI3K-AKT、PLCγ和STAT途径)从而调控细胞的生存、增殖、分化和迁移。进入细胞内的FGF-1蛋白，还可以被内吞和转移到细胞核，直接促使有丝分裂G1晚期向S期过渡、促进DNA的合成，从而促进细胞的增殖，但目前作用机制并未研究清楚。另外外源性FGF-1和FGF-2的易位可以保护细胞不受受体激活的影响而凋亡，但这种易位机制也并不清楚。由于它具有营养和保护神经元、促进损伤修复、诱导缺血区血管形成等多个方面的作用，自20世纪80年代被发现至今一直是众多学者研究的热点。早期国内外主要集中于其在良性病变中的研究，FGF-1能影响多种细胞如血管内皮细胞、平滑肌细胞、心肌细胞、成纤维细胞、肾上腺皮质细胞、神经细胞的生长、分化，参与生长发育、组织损伤修复及营养神经的过程。经过多年的探索，研究者们发现FGF-1在糖尿病及肿瘤中有非同寻常的意义。

1 糖尿病

最新研究发现FGF-1参与脂肪细胞形态和代谢、糖代谢及胰岛素抵抗的调节，FGF-1具有刺激胰岛β细胞释放胰岛素并作为胰岛素增敏剂发挥降糖的作用，并且升高糖尿病靶器官中FGF-1的抗炎作用，阻止靶器官发生氧化应激及细胞凋亡。

1.1 FGF-1刺激胰岛细胞发挥降血糖作用 体外研究中发现，大鼠胰岛组织和胰腺β细胞INS1E细胞系中[1]，FGFR的所有亚型(FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4)和FGF-1都在mRNA水平上有表达，并且FGF-1可以刺激INS-1E细胞的增殖，提高胰岛细胞的活力并且发现FGF-1的降糖活性与其有丝分裂活性分离，主要是通过FGF受体1信号通路介导的。FGF-1激活后会与FGFR结合，激活Ras-Raf-MEK-ERK通路，从而将信号从胞外传导至细胞核。细胞外调节蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases，ERK)包括ERK1和ERK2。用FGF-1孵育胰岛细胞群后发现这些细胞群中ERK1/2激酶的磷酸化水平显著增高，在最高峰值时是未孵育组的2.5倍以上，并且阻断该激酶的激活会破坏FGF-1对胰岛细胞增殖的刺激作用，并且这些FGF-1孵育细胞中胰岛素分泌的浓度及胰岛素mRNA量增加，同时相同时间段内这些胰岛细胞的凋亡数降低。这表明Ras-Raf-MEK-ERK通路参与了FGF-1对胰岛细胞的增殖调控过程中[2]。

通过在1型和2型糖尿病小鼠的实验中发现，重组成纤维细胞生长因子1可以纠正2型糖尿病小鼠的血糖水平升高，但不能纠正1型糖尿病小鼠的血糖水平[3]。表明FGF-1降低血糖水平必须是胰岛细胞存在的条件下，这为FGF-1直接刺激胰岛细胞而发挥作用提供了一定理论依据。

1.2 FGF-1在糖尿病并发症中发挥抗炎作用 糖尿病肾病是糖尿病的重要并发症之一，晚期常导致肾衰竭。通过给链脲佐菌素诱导的1型和 2型糖尿病小鼠模型腹腔注射FGF-1以及进一步在体外培养肾小球系膜细胞和足细胞发现[3]，FGF-1通过抑制核因子κB和c-Jun N端激酶信号通路及一系列炎症信号级联反应，发挥抗炎和肾保护活性，抑制糖尿病小鼠的肾小球、肾小管损伤和肾功能不全。

糖尿病会导致肝酶水平异常、脂肪变性、纤维化和肝硬化。在糖尿病肝中内质网应激是由弥补胰岛素抵抗的分泌需求增加引起的[4]，而脂肪酸诱导的β细胞内质网功能障碍又进一步加剧了内质网应激，FGF-1可以通过调节FGFR1-AMPK-Nrf2/HO-1信号通路改善糖尿病诱导的肝损伤及高血糖和氧化应激，抑制糖尿病引起的内质网应激作用，降低糖尿病引起的肝损伤，同时FGF-1可以降低Bax和cleaved caspase3，升高Bcl2蛋白的表达水平，从而降低糖尿病肝细胞的凋亡。现阶段，对于糖尿病引发的脾脏改变，研究较少。在db/db糖尿病小鼠中发现糖尿病明显诱导脾脏肿大和功能障碍[5]，导致过度炎症反应、氧化应激等多种细胞应激和脾脏纤维化。糖尿病触发了脾中的TLR4、MyD88和p65-NF-κB蛋白表达水平以及下游的促炎细胞因子(IL-6和TNF-α)，而FGF-1显著逆转这些过程。FGF-1可通过调节海马体中的PERK信号和PI3K/AKT信号[6]，抑制了cAMP-应答元件结合蛋白(response element binding protein，CREB)活性，进而抑制脑源性神经营养因子(BDNF)水平，改善糖尿病诱导的认知功能下降。同时FGF1还阻止了糖尿病诱导的海马形态结构改变、神经元凋亡以及海马中羟丁醇1-42的沉积和突触功能障碍，但机制尚不清晰。

2 肿瘤

FGF-1可以促进血管的生成，调控正常脂肪细胞、软骨细胞、成纤维细胞的增殖和凋亡，在前列腺癌、非小细胞肺癌及膀胱移行细胞癌中均有过表达的情况，且新有研究发现FGF-1在乳腺癌、卵巢癌、结直肠癌中高表达，阻断FGF1-FGFR通路可以阻断癌细胞的有丝分裂周期并降低肿瘤的生长和转移。

2.1 乳腺癌 在不同人种中，不同的FGF-1突变体对ER相关性乳腺癌的意义存在差异。广州乳腺癌研究发现[7]，位于FGF-1第一个内含子转录因子结合位点的rs250108与中国女性的ER-乳腺癌显著相关，在Ruiz-Narváez EA[8]对1 426例非裔美国妇女乳腺癌的研究中，通过对4个FGF基因受体(FGFR1、FGFR3、FGFR4和FGFRL1)与8个FGFs家族因子及其下游信号分子联合大规模基因分析发现，FGF-1基因与ER-乳腺癌风险相关且MAPK3基因与ER-乳腺癌有关联。MAPK3作为多种信号通路的最终效应因子之一，其活性可能被包括FGF/FGFR通路在内的多种信号通路上游事件所抑制，提示MAPK3的基因变异可能与ER乳腺癌的风险有关。而有新研究发现在MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌细胞系中[9]，过表达FGF-1特异性单链重组抗体scFv1C9会阻断乳腺癌细胞系内FGF-1途径致p21的上调抑制了CDK2的表达，阻断细胞周期的进程，降低乳腺癌的成瘤性、肿瘤生长和肺转移，这或许为通过阻断FGF-1治疗乳腺癌提供了新方向[9]。

2.2 卵巢癌 FGF-1在正常/良性卵巢中低表达，在卵巢浆液性、透明细胞性、黏液性癌中显著升高，子宫内膜样癌中低表达。在卵巢癌中体内异种移植研究证实[10]，WNT7A/FGF1的过表达显著增加了肿瘤发病率，而WNT7A过表达抑制FGF-1导致肿瘤体积显著减小，并证实FGF-1是WNT7A信号通路的下游靶点，通过FGF1-1c启动子位点的TCF结合元件WNT7A/catenin信号通路直接调控FGF-1。

有研究表明卵巢癌细胞在低血清条件下受到FGF-1的刺激时细胞存活率显著提高[11]，并且在卵巢癌细胞中FGFR1和FGFR4表达与FGF-1表达具有显著相关性，推测FGF-1主要与癌细胞表面受体FGFR1和FGFR4结合发挥作用。尽管存在这种相关性，但两种受体都没有显示出与总生存率的显著相关性。在卵巢癌研究中发现FGF1SNP rs7727832显示出与卵巢癌显著的相关性[12]，但同时也表明FGF2SNP rs167428是影响总生存的主要因素。

肿瘤相关成纤维细胞作为肿瘤微环境的主要组成部分在卵巢癌中发挥着作用。卵巢癌中癌相关成纤维细胞表达FGF-1[13]，并高于正常纤维细胞表达量约4倍(ELISA)，用FGFR抑制剂PD173074处理卵巢SKOV3细胞会降低FGFR4的磷酸化水平，抑制MAPK/Erk通路的激活，同时降低上皮—间质转化相关蛋白Snail1和MMP3表达水平，升高E-cadherin表达水平，终止细胞增殖、迁移和侵袭[13]。

2.3 结直肠癌 在结直肠癌中[14]，使用免疫组化的方法发现FGF-1在肿瘤细胞中高表达，绝大部分定位于胞浆，偶定位于胞核。而对于FGF-1在结直肠癌细胞中的意义及机制尚未研究清楚。在体外实验中发现，转染人FGF-1 cDNA的部分转化大鼠成纤维细胞具有明显的致瘤性。肿瘤相关成纤维细胞是肿瘤基质中活化的成纤维细胞，在肿瘤微环境中与肿瘤细胞发生相互作用。通过研究人类结肠组织标本中分离出的肿瘤相关成纤维细胞CAFs、癌周成纤维细胞PFs和正常成纤维细胞NFs[15]，发现CAFs比NFs和PFs分泌更多的FGF-1/3激活FGFR4、Mek/Erk和调节MMP-7促进癌细胞生长和血管生成。使用FGF-1/-3中和抗体、FGFR4 siRNA及FGFR4抑制剂PD173074治疗细胞，可显著抑制结肠癌细胞增殖和新生血管形成，抑制FGF-FGFR4通路可能能治疗直肠癌。

综上所述，FGF-1参与到糖尿病的发生发展中，通过多种信号通路(FGF-1-FGFR1、Ras-Raf-MEK-ERK)可以起到降低血糖、防治糖尿病并发症的作用，在使用FGF-1刺激胰腺癌细胞的实验中发现，FGF-1可以调节胰腺发育的主基因改变[16]；在恶性肿瘤的研究中，通过阻滞FGF-1-FGFR4通路可以明显抑制卵巢癌和结直肠癌细胞的增殖和侵袭，在乳腺癌中阻滞FGF-1的表达会明显阻滞癌细胞的增殖。FGF-1参与到多种肿瘤细胞的细胞存活、增殖过程中，这为恶性肿瘤治疗提供了新的可能。但由于不同人种的异质性、不同部位组织之间的起源异质性、微环境的不同，使得需要大量的实验进行数据积累及研究，为临床应用提供理论基础。