成纤维细胞生长因子在炎症性疾病中的作用及临床应用研究进展

吴林菱，李娴静，冯爽，杨勇

(中国药科大学药物科学研究院，江苏 南京 211198)

成纤维细胞生长因子(Fibroblast growth factors,FGFs)是一类具有多种生物学活性的多肽，在发现初期由于其具有促成纤维细胞增殖的作用而被命名[1]。目前已发现23个家族成员，成员间具有高度的序列和结构相似性[2]。FGF家族通过自分泌或旁分泌的方式参与机体重要的生理病理过程，如细胞增殖与分化、胚胎发育、血管生成、伤口愈合、组织修复与再生以及内分泌调控等[3-8]。FGFs主要依赖其与辅因子肝素/硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)或Klotho蛋白结合，进而与成纤维细胞生长因子受体(fibroblast growth factor receptors,FGFRs)形成二聚体发挥多种生物学功能[9]。

近年来，针对FGFs在炎症性疾病中的作用逐渐受到关注，大量科学研究表明其在胰腺炎、慢性肾脏疾病、类风湿性关节炎、慢性呼吸系统疾病等炎症性疾病中发挥至关重要的作用[10-13]。随着对FGF家族生物学功能认识和研究的进一步加深，FGFs及其受体成了炎症性疾病治疗的潜在性靶标，其相关药物为治疗炎症性疾病带来了新的思路和希望。本文将FGF家族成员在类风湿性关节炎、炎症性肺病、急性胰腺炎、慢性肾脏疾病中的作用进行总结，为FGFs的临床应用提供指导。

1 FGFs及其受体的分类与特征

1.1 FGFs的分类与特征 目前在哺乳动物中发现的FGF家族成员共有23个，FGFs含有大约150～300个氨基酸，其中保守序列约为120个氨基酸，成员间具有约30%～87%的氨基酸同一性[14-15]。基于序列相似性、进化史以及生化功能特征，FGF家族细分为7个亚家族，分别是FGF1亚家族(FGF1和FGF2)、FGF4亚家族(FGF4、FGF5和FGF6)、FGF7亚家族(FGF3、FGF7、FGF10和FGF22)、FGF8亚家族(FGF8、FgF17和FGF18)和FGF9亚家族(FGF9、FGF16和FGF20)；FGF11亚家族(FGF11、FGF12、FGF13、FGF14)；FGF15/19亚家族(FGF15/19、FGF21和FGF23)[16]。

根据作用机理的不同，FGF家族又分为旁分泌FGFs、内分泌FGFs以及胞分泌FGFs[17]。旁分泌FGFs包括FGF1、FGF4、FGF7、FGF8、FGF9亚家族，大部分旁分泌和内分泌FGFs的N末端都有约30个氨基酸残基组成的经典信号肽序列，使其可通过内质网—高尔基体复合体的经典途径分泌到胞外[18]。除了FGF1和FGF2，二者可能来自受损细胞或通过胞吐的途径释放[19]。所有旁分泌FGFs都通过以中高度的亲和力结合肝素/HS辅因子，进而结合并激活FGFRs，以细胞外蛋白的形式介导生物学反应。内分泌FGFs包括FGF15/19亚家族，该亚家族以低亲和力的方式与肝素/HS结合，使FGFs释放到细胞外基质并起内分泌的作用，主要以靶组织中的Klotho蛋白作为共受体，内分泌FGFs与Klotho、FGFRs形成三元混合物来激活FGFRs，介导下游的信号通路[20]。FGF11亚家族则属于胞分泌FGFs，其N末端不具有信号肽，无法向胞外分泌，且不与FGFRs结合，无法激活FGFRs相关信号通路[21]。

1.2 FGFRs的分类与特征 FGFRs属于酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinases,RTKs)的家族成员，是一种跨膜糖蛋白，通过肝素/HS或Klotho蛋白依赖性途径介导FGFs信号转导[22]。目前鉴定出的FGFRs有4种：FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4。FGFRs由大约800个氨基酸构成，具有共同的结构特征，即由胞外配体结合域、跨膜结构域及保守的胞内酪氨酸激酶结构域组成。其中胞外配体结合域包含3个免疫球蛋白样结构域(D1～D3结构域)，在D1和D2之间包含一段谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸富集酸盒(acid box,AB)。D1与受体抑制相关，而不参与配体的特异性结合[23]。硫酸肝素结合位点(heparna binding site,HBS)则位于D2结构域。D3结构域是配体结合特异性的重要决定因素，4种Fgfr基因表达产生具有不同配体结合特异性的7个主要FGFR蛋白(FGFR1b、1c、2b、2c、3b、3c和4)[24]。

在FGFR与相应配体结合后，其构型发生改变，形成二聚体，胞内酪氨酸激酶以自互磷酸化(auto-trans-phosphorylation)的方式激活[25]。活化的酪氨酸激酶残基作为与信号传导接头蛋白，继续磷酸化下游蛋白，从而激活多条信号通路，产生生化效应。目前研究表明FGFRs主要的下游信号通路包括大鼠肉瘤(rat sarcoma,RAS)-RAF-MAPK，磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase,PI3K)--蛋白激酶B(protein kinase B,PKB即 AKT)，信号传导和转录激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)和磷脂酶Cγ(phospholipase Cγ,PLCγ)途径[26-27]。

2 FGFs家族与炎症性疾病

2.1 FGFs与类风湿性关节炎 FGF2，也称为碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)和FGF-β，正常生理状态下，FGF2以膜结合形式存在于基底膜和血管内皮细胞外基质中[2]。在伤口愈合和肿瘤发展过程中，HS降解酶激活FGF2，促进血管生成[28]；在与FGFR1结合并激活PI3K后，FGF2还可以促进成骨细胞的增殖[29]。

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种自身免疫性关节疾病，主要特征是滑膜炎症、关节软骨和软骨下骨逐渐消失，最终导致关节功能丧失[30]。因为成纤维细胞样滑膜细胞(fibroblast-like synoviocytes,FLS)的血管生成和细胞增殖在RA的发病机理中起到关键作用，所以RA患者滑膜和滑液中血管生成因子和生长因子活性及表达的改变已成为RA的重要治疗途径[31-32]。

早前的临床研究和动物实验发现，FGF2在RA患者以及RA动物模型关节滑液中的水平显著升高，提示FGF2可能在RA进展中发挥重要作用[31]。近年来，有研究发现，在佐剂性关节炎(adjuvant-induced arthritis,AIA)动物模型中，与对照组相比，接受 FGF2基因转移的大鼠，其关节的肿胀程度、关节破坏程度以及滑膜的炎症反应均更为严重[33]。此外，该研究还发现FGF2过表达大鼠关节处的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)水平也相应上调。在给予AIA大鼠FGF2抗体治疗后，其关节炎症状、骨关节破坏以及微血管形成数量，都得到了抑制[33]。而给予VEGF抗体后，FGF2介导的促血管生成作用被显著抑制[34]。以上研究说明，FGF2能够加重RA的症状，加速疾病进展，并与VEGF协同促进RA中的血管生成过程。

作为自身免疫性疾病，T细胞尤其是辅助性T细胞17(T helper cell 17,Th17)在RA的发病机制中也发挥重要作用，已有研究证明，Th17的细胞因子白介素-17(interleukin-17,IL-17)与FGF2协同介导RA发病过程中的自身免疫炎症[35-36]。该研究指出，在胶原诱导性关节炎(collagen-induced arthritis,CIA)动物模型中，FGF2和IL-17协同促进了CIA大鼠的关节组织损伤，并上调了炎症因子和趋化因子的表达。由于滑膜内膜驻留的FLS是RA中炎症因子和趋化因子的主要来源，且在软骨组织破坏过程中发挥关键作用[37]，因此在CIA原代FLS中进行进一步研究，发现FGF2与IL-17通过协同作用于关键接头蛋白Act1，激活ERK1/2通路，诱导了炎症因子和趋化因子的高表达，促进了RA的自身免疫反应过程[36]。

由于RA的病理学特征包括滑膜增生、血管生成，因此从临床治疗角度分析，VEGF抑制剂能够阻碍血管生成和积液产生。但目前的研究结果表明，FGF2或许是更好的分子靶标，通过调节FGF2既能够间接控制VEGF的表达水平，又能直接抑制FGF2对于RA进展中的炎症反应以及骨破坏作用。因此，开发FGF2的拮抗剂将成为抑制RA进展的潜在治疗方法。

2.2 FGFs与炎症性肺病 FGF10是经典的旁分泌信号分子，又称角质形成细胞生长因子-2(keratinocyte growth factor-2,KGF-2)，主要由间充质细胞表达，参与诱导肢体以及多个器官，如肺、皮肤、耳朵的形成与发育[38-39]。

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD) 是一种不完全可逆、气流受限的慢性炎症性疾病，包括肺气肿和慢性支气管炎。其气流受限多呈进展性，与肺组织对有毒颗粒或气体的异常炎症反应有关[40]。气道上皮结构损伤和免疫功能异常是COPD中关键的病理性特征，FGF10通过间充质-上皮相互作用介导基质和上皮细胞信号传导，并通过调节间充质干细胞，维持上皮结构的完整，促进上皮损伤修复[41-42]。

在颗粒物(particulate matter,PM)诱导的气道炎症小鼠模型中，经过FGF10预处理的小鼠，其肺部损伤、肺泡的渗漏程度明显得到缓解，炎性细胞浸润程度、支气管肺泡灌洗液中炎症因子的分泌水平，包括IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和前列腺素(prostaglandin E2,PGE2)均显著降低。进一步研究发现，FGF10能够下调人正常肺上皮细胞BEAS-2B中的促凋亡蛋白caspase-3(裂解形式)和Bax，上调抑凋亡蛋白Bcl-2，抑制暴露于PM的BEAS-2B的凋亡进程。同时，FGF10恢复了暴露于PM后BEAS-2B的迁移能力[43]。上述研究表明，FGF10可减轻与PM暴露相关的COPD组织病理学变化、炎症和细胞凋亡。

另有研究发现，FGF10可以与肺驻留间充质干细胞(lung-resident mesenchymal stem cells,LR-MSC)表面的FGF10受体结合，促进LR-MSC的增殖和动员，实现对急性肺损伤的修复和炎症缓解[39,44]。

目前，已有大量针对PM引起的肺损伤的研究，但尚未发现有效的治疗方法，这一问题亟待解决。FGF10对于各种应激因素引起的肺损伤，包括博来霉素诱导的肺纤维化、高原肺水肿，脂多糖诱导的肺损伤，机械通气引起的肺损伤以及缺血再灌注肺损伤，效果均十分明显，为炎症性肺疾病的治疗提供了新的策略[45-48]。已有研究者在探索通过雾化吸入的方式实现局部给药，以降低全身性副作用的风险[43]。

2.3 FGFs与急性胰腺炎 FGF21是肝脏响应各种新陈代谢压力，包括饥饿、酒精刺激及糖分消耗，而分泌的激素，作用于肝脏细胞表面的FGFR1c/β-klotho受体复合物，感应营养状况，从而发挥调控作用，维持代谢稳态[49]。另外，FGF21也在外分泌胰腺中高表达，以旁分泌/自分泌的方式直接作用于腺泡细胞，维持腺泡细胞内的蛋白稳态[50]。

急性胰腺炎(acute pancrilitis,AP)是一种周围组织以及胰腺被胰腺自身分泌的消化酶消化的化学性炎症[51]。AP病理性特征最早出现于腺泡细胞中，包括消化酶过度活化，酶原颗粒异常表达，以及与自噬相关的溶酶体、线粒体功能障碍[52]。若腺泡细胞损伤引起的胰腺纤维化和一系列局部炎症反应，无法得到有效控制，将引发全身性炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)，严重的SIRS最终将导致死亡[53]。

在临床研究和动物实验方面均发现，FGF21与 AP存在相关性，AP患者的血清FGF21浓度和胰腺FGF21水平显著高于健康人群，且与病情严重程度呈正相关[4]。动物实验和体外实验中，给予FGF21治疗可明显缓解胰腺损伤，降低炎症因子水平[54]。深入研究发现，在蛙皮素诱导的AP(cerulein-induced acute pancreatitis,CIP)小鼠模型中，自噬过程被激活，腺泡细胞中的自噬体数量增加，但同时AP也引起腺泡细胞的细胞器功能障碍，溶酶体结构损坏，导致自噬过程效率低下[55-56]。FGF21通过激活NAD-依赖性去乙酰化酶Sirtuin-1(NAD-dependent deacetylase sirtuin-1,Sirt 1)自噬通路，通过促进Ⅰ型微管相关蛋白1轻链3(microtubule- associated protein1 light chain 3-Ⅰ,LC-Ⅰ)向LC3-Ⅱ转化，从而促进了自噬体的形成[57]；上调溶酶体相关膜蛋白1(lysosome-associated membrane protein type 1,LAMP- 1)、LAMP-2的表达水平，缓解了AP引起的溶酶体损伤，提高了自噬效率[58]；降低自噬调控多功能蛋白p62/SQSTM1，表明整体的自噬能力得到了恢复[59]。相反，当使用载有Sirt 1-RNAi的慢病毒侵染小鼠胰腺组织，抑制Sirt 1表达后，FGF21对AP的缓解效果明显减弱，且其与自噬相关的调节作用均被抵消。以上研究表明，FGF21通过激活Sirt 1介导的自噬通路，使腺泡细胞的自噬进程恢复正常，从而缓解了AP症状。

另一项研究发现，同样是CIP小鼠模型中，FGF21能够抑制腺泡细胞中羧肽酶A(carboxypeptidase A,CPA)的过度活化，CPA是腺泡细胞中主要的消化酶，其过度活化是胰腺炎早期的病理特征之一，且与胰腺炎的严重程度呈正相关[60-61]。另一方面，FGF21通过下调促炎基因早期反应基因-1(early growth response factor 1,EGR-1)的表达，抑制了促炎因子血小板源性生长因子(platelet derived growth factor,PDGF)的表达。PDGF可诱导胰腺星状细胞(pancreatic stellate cell,PSC)的活化，从而促进胰腺组织纤维化[11]。因此，FGF21亦能通过降低消化酶的过度活化，阻碍胰腺组织的纤维化，从而缓解胰腺损伤。

多项研究表明，FGF21在多种胰腺炎模型中，包括急性和慢性胰腺炎，都表现出确切且显著的治疗效果，有研究指出，胰腺炎是一种FGF21缺乏症，通过替代疗法可以预防、缓解甚至逆转胰腺炎[62]。鉴于已有FGF21类似物和模拟物针对与代谢性疾病相关的适应症开展了临床试验，将来或可将FGF21药物用于胰腺炎的治疗。

2.4 FGFs与慢性肾脏疾病 FGF23是一种由骨细胞产生的激素，可调节体内磷酸盐和维生素D的稳态，已知的靶器官包括肾脏、肝脏、甲状旁腺[63]。

慢性肾脏疾病(chronic kidney disease,CKD)是指肾脏清除血液中代谢废物的能力逐渐下降的衰弱性疾病，随着肾功能衰竭和代谢废物的堆积，最终发展至末期肾脏疾病(end stage renal disease,ESRD)，需要进行透析或肾脏移植[64]。如今，持续性的微炎症被认为是CKD的病理性特征之一，且临床研究证明，CKD患者的炎症标志物与CKD期间多种心血管并发症的发病率及最终死亡率，都存在密切关联[65]。其中，CKD患者的外周血FGF23水平升高是患者死亡风险增加的重要因素[66-67]。

正常生理状态下，骨细胞根据摄入的磷酸盐量调节FGF23的分泌，即，磷酸盐摄入量高，则骨骼上调FGF23的产生，FGF23通过结合肾脏细胞表面的FGFR/α-Klotho的受体复合物，增加肾脏磷酸盐的排泄量；降低血清中1,25-双羟维生素D的含量，来降低肠道磷酸盐的吸收效率；同时，FGF23结合甲状旁腺中的FGFR1c/α-Klotho，激活EGR-1，减少了甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)的合成和分泌[68-69]。若磷酸盐摄入量低，则相反。在CKD的早期阶段，肾脏功能损伤，肾脏细胞表面α-Klotho的表达下降，导致FGF23功能抵抗，为维持血磷浓度，FGF23水平代偿性升高，1,25-双羟维生素D水平降低，PTH浓度降低，最终引起矿物质稳态紊乱以及继发性甲状旁腺功能亢进[70-71]。

另一研究发现，FGF23能够结合并激活肝细胞表面高表达的FGFR4，引起PLCγ的募集和磷酸化，使细胞内Ca2+浓度升高[72]；此外，也上调了钙调神经磷酸酶调节因子1(regulators of calcineurin,RCAN 1)的表达，二者共同作用，促进了T细胞核转录因子(nuclear factor of actived T cells，NFAT)的核转位[73]，激活了下游炎症因子的表达，从而使小鼠肝脏和血清中的C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)和IL-6水平升高[74]。相反，接受高磷酸盐饮食后的FGFR基因敲除小鼠，其肝脏和血清CRP显著低于野生型小鼠[74]。另外，在肾切除造成的慢性肾衰竭模型大鼠中，分别给予大鼠FGFR阻断剂，以及钙调神经磷酸酶/NFAT通路抑制剂环孢菌素A，结果表明，与PBS对照组相比，大鼠肝脏及外周CRP水平均降低[74]。而FGF23对于IL-6、IL-2等炎症因子的调节可能还涉及更复杂的正反馈回路，即，炎症因子可直接刺激骨细胞增加FGF23的表达，FGF23反过来又促进了炎症因子的产生，这也能解释在CKD晚期患者体内观察到的FGF23升高达100～1 000倍的症状[75-76]。以上研究充分说明，在没有经典共受体α-klotho的情况下，FGF23通过直接靶向肝细胞的FGFR4，激活PLCγ/钙调神经磷酸酶/NFAT通路，促进CKD的炎症反应。

布罗索尤单抗是首个针对FGF23的全人源化IgG1单克隆抗体，用于治疗X连锁低磷血症(X-linked hypophosphatemia,XLH)，目前已获得NMPA审批上市。布罗索尤单抗通过靶向结合并抑制FGF23的活性，抑制其下游信号通路，提高血清磷水平，最终维持体内矿物质稳态，减少骨骼疾病。此前对XLH的治疗多采用长期补充磷酸盐和1,25-双羟维生素D，易对肾脏、甲状腺产生副作用，进一步加重骨病[77]。如今，已证明FGF23对肝脏有直接的促炎作用，揭示了CKD微炎症的新机制，提供了临床干预的潜在新靶标，总之，FGF23抗体不仅能从调节肾脏功能方面有效治疗XLH，FGF23/FGFR4轴也有望成为肾病临床治疗中的新靶标。

3 展望/结语

近年来，FGF家族成员在胰腺炎、慢性肾脏疾病、骨关节炎、炎症性肺疾病等炎症性疾病中具有潜在治疗效果而广受关注，尤其是FGF家族展现出了抗炎的显著作用，提示了该家族在针对炎症方面的新作用。目前对该家族的研究和临床应用多集中于代谢性疾病，多个FGF家族成员、改构体及类似物已相继进入临床试验或已上市。而FGF家族成员在炎症方面的作用尚未深入研究，其抗炎机制尚未阐明，且治疗的安全性和有效性仍需进一步确认。因此对于FGF家族的生物学作用和药理学机制，还需要更广泛和深入的研究，以探索FGF家族在抗炎方面的深层次机制，为今后FGF家族相关药物针对炎症性疾病的临床应用和开发提供理论指导。