王鳳嬌， 韓繼武

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院消化內(nèi)科，黑龍江 哈爾濱 150001

成纖維細(xì)胞生長因子21(fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF-21)的抗癌潛力涉及多種途徑，如細(xì)胞凋亡、細(xì)胞生長周期停滯、線粒體膜電位的變化和活性氧的產(chǎn)生等[1]。流行病學(xué)研究表明，我國結(jié)直腸癌在惡性腫瘤中的發(fā)病率、死亡率逐年升高[2-3]，給社會造成了巨大負(fù)擔(dān)。腫瘤細(xì)胞的主要特征是對腺苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)的需求高[4-5]，用于維持氧化還原狀態(tài)和產(chǎn)生能量。而癌細(xì)胞中磷酸戊糖途徑活性增強(qiáng)，丙酮酸的量下降，使三羧酸循環(huán)速率減慢，導(dǎo)致產(chǎn)生的ATP減少。癌細(xì)胞中ATP產(chǎn)量低，加上高能量需求，刺激有氧糖酵解(即Warburg效應(yīng))，加速葡萄糖的攝取[4]，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)蛋白表達(dá)增加。值得注意的是，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑應(yīng)用于癌癥的治療，可以抑制癌細(xì)胞生長，在某些情況下還可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡[6]。最近研究表明，F(xiàn)GF-21可以通過抑制SGLT1表達(dá)調(diào)節(jié)有關(guān)糖代謝絮亂的疾病[7]，GUO等[8]也發(fā)現(xiàn)，SGLT1在結(jié)腸癌細(xì)胞中過度表達(dá)。本文主要介紹FGF-21通過SGLT1途徑，可能降低結(jié)腸癌細(xì)胞中SGLT1的表達(dá)，從而治療結(jié)腸癌。

1 FGF-21概述

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少23個成纖維細(xì)胞生長因子成員，可分為8個亞家族，F(xiàn)GF-21屬于FGF-19亞族之一[9]，2000年NISHIMURA等[10]從鼠的胚胎組織中分離出了FGF-21。成纖維細(xì)胞生長因子是一類由FGF基因編碼的蛋白質(zhì)，其表觀分子量為20～30 ku。人源FGF-21基因位于19號染色體，含有3個外顯子，編碼209個氨基酸殘基。FGF-21作為一種分泌性蛋白，主要由肝臟分泌，其次在胰腺、脂肪、睪丸等[11-12]。FGF-21缺乏肝素樣氨基葡聚糖結(jié)構(gòu)域[13]，因此需要β-Klotho作為輔助因子[14]，連接配體和受體，形成FGF-21/β-Klotho/FGFR復(fù)合體發(fā)揮作用。復(fù)合物形成之后，F(xiàn)GFR發(fā)生二聚體化，促進(jìn)對接蛋白成纖維細(xì)胞生長因子底物2α(fibroblast growth factor receptor substrate 2α，F(xiàn)RS2α)的結(jié)合和活化，募集銜接分子，引起絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated pritein kinase, MAPK)級聯(lián)反應(yīng)，將信號傳導(dǎo)至細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)[15]、磷酸腺苷蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)[16]等信號傳導(dǎo)通路，啟動FGF-21基因轉(zhuǎn)錄，作用于肝臟、胰腺、脂肪、腸道等各個靶器官或靶組織，增加能量消耗、減輕體質(zhì)量、降低血清葡萄糖及增強(qiáng)胰島素敏感性等。在腸道中，F(xiàn)GF-21的降糖作用可以通過鈉葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來實(shí)現(xiàn)，其中SGLT1和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(glucose transporter 2，GLUT2)是兩個主要受體，GLUT2作為被動轉(zhuǎn)運(yùn)載體順葡萄糖梯度轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖，其對葡萄糖的調(diào)節(jié)作用依賴于SGLT1的參與，即SGLT1相當(dāng)于GLUT2的上游轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，它們共同負(fù)責(zé)腸道糖的吸收[17]。

2 FGF-21對腸道SGLT1的可能作用

CRANE花了27年時(shí)間來鑒定和克隆SGLT1。SGLT1是一種由SLC5A1基因編碼的蛋白質(zhì)，含有664個氨基酸和14個α-螺旋的結(jié)構(gòu)域[18]。在SGLT1的微觀結(jié)構(gòu)中，共有2個鈉離子結(jié)合位點(diǎn)和1個葡萄糖結(jié)合位點(diǎn)[19]，這增強(qiáng)了它的濃縮能力，維持細(xì)胞內(nèi)單糖濃度高于細(xì)胞外，意味著有關(guān)高鈉、高糖的內(nèi)環(huán)境會影響腸道SGLT1的表達(dá)。SGLT1主要分布于大腸、小腸，其次在腎臟、心臟、大腦、骨骼肌等[20]，其功能是感知、轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖，為自身提供主要能量來源的同時(shí)，也可調(diào)節(jié)腸道糖代謝。SGLT1調(diào)節(jié)腸道糖代謝的機(jī)制既可以通過觸發(fā)胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)和葡萄糖依賴性促胰島素肽(glucose-dependent insulinotropic peptide，GIP)的分泌，還可以通過上調(diào)GLUT2的表達(dá)[17]來實(shí)現(xiàn)。

FGF-21是葡萄糖代謝的新型調(diào)節(jié)劑[21]，而SGLT1是腸道糖代謝的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。FGF-21通過SGLT1途徑調(diào)節(jié)腸道糖代謝的機(jī)制可能為：攝入葡萄糖激活腸道L細(xì)胞和K細(xì)胞中的SGLT1，分別誘導(dǎo)分泌GLP-1和GIP[22]，生理狀態(tài)下這些激素作用于胰腺β細(xì)胞以增加胰島素釋放，維持正常糖代謝。然而，當(dāng)胰島素相對或絕對分泌不足和/或胰島素作用缺陷時(shí)，上述調(diào)節(jié)無法維持血糖穩(wěn)態(tài)。此時(shí)給予重組FGF-21之后，激活FGFR，抑制血清糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶(serum glucocorticoid regulated kinase，SGK1)(高糖環(huán)境下表達(dá)上調(diào))[23]的表達(dá)，抑制下游AMPK的活化，從而抑制腸道SGLT1的表達(dá)[24]。這樣腸道中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的主要載體受到抑制，可以直接降低葡萄糖的吸收；同時(shí)腸道近端對葡萄糖的吸收減少，葡萄糖就會被輸送至腸遠(yuǎn)端，進(jìn)而被細(xì)菌代謝為短鏈脂肪酸，通過G蛋白偶聯(lián)受體，觸發(fā)腸道SGLT1-GLP-IR依賴性途徑[25]，間接減少腸道對葡萄糖的吸收；另外，IR作為轉(zhuǎn)錄激活因子激活PI3K/AKT通路，誘導(dǎo)ERK通路的磷酸化，調(diào)節(jié)凋亡蛋白Bcl-xL和細(xì)胞周期蛋白D1，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和減慢細(xì)胞周期的進(jìn)程[26]。由以上可以說明重組的FGF-21可作為SGLT1的新型抑制劑，從而調(diào)節(jié)腸道糖代謝及其相關(guān)代謝性疾病。

3 結(jié)腸癌中SGLT1的表達(dá)情況

如今SGLT1在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)已應(yīng)用于PET成像，為鑒定小的原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤提供了有價(jià)值的診斷工具[23]。GUO等[8]通過免疫組化法檢測發(fā)現(xiàn)了結(jié)腸癌細(xì)胞中SGLT1過表達(dá)，為癌細(xì)胞提供ATP和生長所需的必需底物，加快癌細(xì)胞新陳代謝、促進(jìn)其惡性克隆及降低癌細(xì)胞死亡的相關(guān)信號，在未來可能作為癌癥進(jìn)展和陰性結(jié)果的預(yù)測因子。

在結(jié)腸癌細(xì)胞中，癌細(xì)胞代謝加快使有氧糖酵解的速度增加，從而創(chuàng)造了一種高血糖的微環(huán)境[27]。高葡萄糖環(huán)境增加腸細(xì)胞中體酪氨酸激酶表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)的表達(dá)，并誘導(dǎo)癌細(xì)胞系中表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的激活，EGF與EGFR的結(jié)合導(dǎo)致酪氨酸激酶的活化，激活cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)，磷酸化的CREB遷移到細(xì)胞核中并激活SGLT1的轉(zhuǎn)錄[23]，即EGFR的活化可以增加SGLT1的轉(zhuǎn)錄。在質(zhì)膜內(nèi)，SGLT1結(jié)合EGFR膜內(nèi)的磷酸化結(jié)構(gòu)域[28]，它們相互作用并降低SGLT1的蛋白酶體降解[29]，使SGLT1的水平穩(wěn)定持續(xù)表達(dá)，從而促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入癌細(xì)胞，抑制癌細(xì)胞自噬性死亡。所以，結(jié)腸癌細(xì)胞中SGLT1的過表達(dá)維持了癌細(xì)胞對葡萄糖的需求[30]。這一發(fā)現(xiàn)提示，SGLT1作為腸道的能量轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，能夠轉(zhuǎn)運(yùn)足夠的葡萄糖用于癌細(xì)胞存活，可能為腸癌的發(fā)生提供先決條件。因此，抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中SGLT1活性或下調(diào)SGLT1的表達(dá)，被認(rèn)為有希望抑制腫瘤的進(jìn)展，其也可與細(xì)胞抑制療法組合治療結(jié)腸癌[23]。

4 FGF-21對結(jié)腸癌的可能影響

癌癥是一組以非控性細(xì)胞生長和細(xì)胞過度代謝為特征的疾病，結(jié)腸癌也不例外。結(jié)合SGLT1在結(jié)腸癌的高表達(dá)及用葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑調(diào)節(jié)腸道癌細(xì)胞糖代謝[31]的啟發(fā)，可以將SGLT1的抑制劑局部作用于結(jié)腸癌細(xì)胞，抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中SGLT1的表達(dá)，進(jìn)而損害或阻斷葡萄糖依賴性腸激素的分泌，通過直接或間接的方式減少結(jié)腸癌細(xì)胞對葡萄糖的吸收，抑制腫瘤細(xì)胞的惡性分裂、增殖、侵襲、遷移，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，從而降低結(jié)腸癌的發(fā)病率。

FGF-21作為SGLT1的一種抑制劑[7]，可以穩(wěn)定腸道糖代謝。而對于結(jié)腸癌細(xì)胞而言，給予FGF-21靶向結(jié)腸癌細(xì)胞的SGLT1，同樣也可能降低癌細(xì)胞的能量供給。這種作用所涉及的潛在機(jī)制可能為：結(jié)腸癌細(xì)胞SGLT1過表達(dá)，通過電壓門控鈉離子通道使細(xì)胞膜去極化，觸發(fā)鈣離子通道開放，促進(jìn)Ca2+大量內(nèi)流，激活PKC，PKC信號傳導(dǎo)異常在結(jié)腸癌中起主要作用。一方面，PKC的激活導(dǎo)致GLUT2向腸細(xì)胞頂端膜易位，顯著增強(qiáng)腔內(nèi)葡萄糖的攝取[32]；另一方面，PKC主要參與靶蛋白的磷酸化，作為第二信使，直接或間接地控制許多細(xì)胞因子的激活和抑制[33]，傳導(dǎo)有關(guān)細(xì)胞增殖、甚至誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的信息。因此，F(xiàn)GF-21可以抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中SGLT1的過表達(dá)，抑制PKC的激活，誘導(dǎo)幾種下游效應(yīng)，例如葡萄糖代謝減少，癌細(xì)胞增殖停滯甚至加速其凋亡[23]。這些發(fā)現(xiàn)都提示了FGF-21在抗結(jié)腸癌方面的重要潛在意義。

5 展望

目前治療結(jié)腸癌的手段主要是手術(shù)、放療、化療，但是治療效果均不理想，主要的原因是細(xì)胞因子不受控性地增強(qiáng)，例如SGLT1在結(jié)腸癌中過表達(dá)，像黑豆蛋白水解產(chǎn)物[34]、白藜蘆醇[35]等作為SGLT1抑制劑，可以通過AMPK-SGLT1-PKC途徑顯現(xiàn)出協(xié)同抗癌作用。然而它們作為葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的抑制劑，通過血液循環(huán)作用于各個靶點(diǎn)可能會導(dǎo)致重要臟器(如心、腦血管等)的低血糖反應(yīng)及不可避免的胃腸道反應(yīng)(如滲透性腹瀉等)等[23]。因此，實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中SGLT1抑制劑的選擇性下調(diào)是非常必要的，特別是FGF-21作為腸道糖代謝的新型分子靶點(diǎn)，尚需大量的實(shí)驗(yàn)予以進(jìn)一步證實(shí)，以便盡可能地應(yīng)用于臨床，降低結(jié)腸癌的發(fā)病率，造福于廣大患者。