吳林菱，李嫻靜，馮爽，楊勇

(中國藥科大學藥物科學研究院，江蘇 南京 211198)

成纖維細胞生長因子(Fibroblast growth factors,FGFs)是一類具有多種生物學活性的多肽，在發(fā)現(xiàn)初期由于其具有促成纖維細胞增殖的作用而被命名[1]。目前已發(fā)現(xiàn)23個家族成員，成員間具有高度的序列和結構相似性[2]。FGF家族通過自分泌或旁分泌的方式參與機體重要的生理病理過程，如細胞增殖與分化、胚胎發(fā)育、血管生成、傷口愈合、組織修復與再生以及內分泌調控等[3-8]。FGFs主要依賴其與輔因子肝素/硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)或Klotho蛋白結合，進而與成纖維細胞生長因子受體(fibroblast growth factor receptors,FGFRs)形成二聚體發(fā)揮多種生物學功能[9]。

近年來，針對FGFs在炎癥性疾病中的作用逐漸受到關注，大量科學研究表明其在胰腺炎、慢性腎臟疾病、類風濕性關節(jié)炎、慢性呼吸系統(tǒng)疾病等炎癥性疾病中發(fā)揮至關重要的作用[10-13]。隨著對FGF家族生物學功能認識和研究的進一步加深，F(xiàn)GFs及其受體成了炎癥性疾病治療的潛在性靶標，其相關藥物為治療炎癥性疾病帶來了新的思路和希望。本文將FGF家族成員在類風濕性關節(jié)炎、炎癥性肺病、急性胰腺炎、慢性腎臟疾病中的作用進行總結，為FGFs的臨床應用提供指導。

1 FGFs及其受體的分類與特征

1.1 FGFs的分類與特征 目前在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的FGF家族成員共有23個，F(xiàn)GFs含有大約150～300個氨基酸，其中保守序列約為120個氨基酸，成員間具有約30%～87%的氨基酸同一性[14-15]。基于序列相似性、進化史以及生化功能特征，F(xiàn)GF家族細分為7個亞家族，分別是FGF1亞家族(FGF1和FGF2)、FGF4亞家族(FGF4、FGF5和FGF6)、FGF7亞家族(FGF3、FGF7、FGF10和FGF22)、FGF8亞家族(FGF8、FgF17和FGF18)和FGF9亞家族(FGF9、FGF16和FGF20)；FGF11亞家族(FGF11、FGF12、FGF13、FGF14)；FGF15/19亞家族(FGF15/19、FGF21和FGF23)[16]。

根據(jù)作用機理的不同，F(xiàn)GF家族又分為旁分泌FGFs、內分泌FGFs以及胞分泌FGFs[17]。旁分泌FGFs包括FGF1、FGF4、FGF7、FGF8、FGF9亞家族，大部分旁分泌和內分泌FGFs的N末端都有約30個氨基酸殘基組成的經典信號肽序列，使其可通過內質網—高爾基體復合體的經典途徑分泌到胞外[18]。除了FGF1和FGF2，二者可能來自受損細胞或通過胞吐的途徑釋放[19]。所有旁分泌FGFs都通過以中高度的親和力結合肝素/HS輔因子，進而結合并激活FGFRs，以細胞外蛋白的形式介導生物學反應。內分泌FGFs包括FGF15/19亞家族，該亞家族以低親和力的方式與肝素/HS結合，使FGFs釋放到細胞外基質并起內分泌的作用，主要以靶組織中的Klotho蛋白作為共受體，內分泌FGFs與Klotho、FGFRs形成三元混合物來激活FGFRs，介導下游的信號通路[20]。FGF11亞家族則屬于胞分泌FGFs，其N末端不具有信號肽，無法向胞外分泌，且不與FGFRs結合，無法激活FGFRs相關信號通路[21]。

1.2 FGFRs的分類與特征 FGFRs屬于酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinases,RTKs)的家族成員，是一種跨膜糖蛋白，通過肝素/HS或Klotho蛋白依賴性途徑介導FGFs信號轉導[22]。目前鑒定出的FGFRs有4種：FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4。FGFRs由大約800個氨基酸構成，具有共同的結構特征，即由胞外配體結合域、跨膜結構域及保守的胞內酪氨酸激酶結構域組成。其中胞外配體結合域包含3個免疫球蛋白樣結構域(D1～D3結構域)，在D1和D2之間包含一段谷氨酸、天冬氨酸、絲氨酸富集酸盒(acid box,AB)。D1與受體抑制相關，而不參與配體的特異性結合[23]。硫酸肝素結合位點(heparna binding site,HBS)則位于D2結構域。D3結構域是配體結合特異性的重要決定因素，4種Fgfr基因表達產生具有不同配體結合特異性的7個主要FGFR蛋白(FGFR1b、1c、2b、2c、3b、3c和4)[24]。

在FGFR與相應配體結合后，其構型發(fā)生改變，形成二聚體，胞內酪氨酸激酶以自互磷酸化(auto-trans-phosphorylation)的方式激活[25]?；罨睦野彼峒っ笟埢鳛榕c信號傳導接頭蛋白，繼續(xù)磷酸化下游蛋白，從而激活多條信號通路，產生生化效應。目前研究表明FGFRs主要的下游信號通路包括大鼠肉瘤(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)，信號傳導和轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)和磷脂酶Cγ(phospholipase Cγ,PLCγ)途徑[26-27]。

2 FGFs家族與炎癥性疾病

2.1 FGFs與類風濕性關節(jié)炎 FGF2，也稱為堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)和FGF-β，正常生理狀態(tài)下，F(xiàn)GF2以膜結合形式存在于基底膜和血管內皮細胞外基質中[2]。在傷口愈合和腫瘤發(fā)展過程中，HS降解酶激活FGF2，促進血管生成[28]；在與FGFR1結合并激活PI3K后，F(xiàn)GF2還可以促進成骨細胞的增殖[29]。

類風濕性關節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種自身免疫性關節(jié)疾病，主要特征是滑膜炎癥、關節(jié)軟骨和軟骨下骨逐漸消失，最終導致關節(jié)功能喪失[30]。因為成纖維細胞樣滑膜細胞(fibroblast-like synoviocytes,FLS)的血管生成和細胞增殖在RA的發(fā)病機理中起到關鍵作用，所以RA患者滑膜和滑液中血管生成因子和生長因子活性及表達的改變已成為RA的重要治療途徑[31-32]。

早前的臨床研究和動物實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF2在RA患者以及RA動物模型關節(jié)滑液中的水平顯著升高，提示FGF2可能在RA進展中發(fā)揮重要作用[31]。近年來，有研究發(fā)現(xiàn)，在佐劑性關節(jié)炎(adjuvant-induced arthritis,AIA)動物模型中，與對照組相比，接受 FGF2基因轉移的大鼠，其關節(jié)的腫脹程度、關節(jié)破壞程度以及滑膜的炎癥反應均更為嚴重[33]。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)FGF2過表達大鼠關節(jié)處的血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)水平也相應上調。在給予AIA大鼠FGF2抗體治療后，其關節(jié)炎癥狀、骨關節(jié)破壞以及微血管形成數(shù)量，都得到了抑制[33]。而給予VEGF抗體后，F(xiàn)GF2介導的促血管生成作用被顯著抑制[34]。以上研究說明，F(xiàn)GF2能夠加重RA的癥狀，加速疾病進展，并與VEGF協(xié)同促進RA中的血管生成過程。

作為自身免疫性疾病，T細胞尤其是輔助性T細胞17(T helper cell 17,Th17)在RA的發(fā)病機制中也發(fā)揮重要作用，已有研究證明，Th17的細胞因子白介素-17(interleukin-17,IL-17)與FGF2協(xié)同介導RA發(fā)病過程中的自身免疫炎癥[35-36]。該研究指出，在膠原誘導性關節(jié)炎(collagen-induced arthritis,CIA)動物模型中，F(xiàn)GF2和IL-17協(xié)同促進了CIA大鼠的關節(jié)組織損傷，并上調了炎癥因子和趨化因子的表達。由于滑膜內膜駐留的FLS是RA中炎癥因子和趨化因子的主要來源，且在軟骨組織破壞過程中發(fā)揮關鍵作用[37]，因此在CIA原代FLS中進行進一步研究，發(fā)現(xiàn)FGF2與IL-17通過協(xié)同作用于關鍵接頭蛋白Act1，激活ERK1/2通路，誘導了炎癥因子和趨化因子的高表達，促進了RA的自身免疫反應過程[36]。

由于RA的病理學特征包括滑膜增生、血管生成，因此從臨床治療角度分析，VEGF抑制劑能夠阻礙血管生成和積液產生。但目前的研究結果表明，F(xiàn)GF2或許是更好的分子靶標，通過調節(jié)FGF2既能夠間接控制VEGF的表達水平，又能直接抑制FGF2對于RA進展中的炎癥反應以及骨破壞作用。因此，開發(fā)FGF2的拮抗劑將成為抑制RA進展的潛在治療方法。

2.2 FGFs與炎癥性肺病 FGF10是經典的旁分泌信號分子，又稱角質形成細胞生長因子-2(keratinocyte growth factor-2,KGF-2)，主要由間充質細胞表達，參與誘導肢體以及多個器官，如肺、皮膚、耳朵的形成與發(fā)育[38-39]。

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD) 是一種不完全可逆、氣流受限的慢性炎癥性疾病，包括肺氣腫和慢性支氣管炎。其氣流受限多呈進展性，與肺組織對有毒顆?；驓怏w的異常炎癥反應有關[40]。氣道上皮結構損傷和免疫功能異常是COPD中關鍵的病理性特征，F(xiàn)GF10通過間充質-上皮相互作用介導基質和上皮細胞信號傳導，并通過調節(jié)間充質干細胞，維持上皮結構的完整，促進上皮損傷修復[41-42]。

在顆粒物(particulate matter,PM)誘導的氣道炎癥小鼠模型中，經過FGF10預處理的小鼠，其肺部損傷、肺泡的滲漏程度明顯得到緩解，炎性細胞浸潤程度、支氣管肺泡灌洗液中炎癥因子的分泌水平，包括IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和前列腺素(prostaglandin E2,PGE2)均顯著降低。進一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF10能夠下調人正常肺上皮細胞BEAS-2B中的促凋亡蛋白caspase-3(裂解形式)和Bax，上調抑凋亡蛋白Bcl-2，抑制暴露于PM的BEAS-2B的凋亡進程。同時，F(xiàn)GF10恢復了暴露于PM后BEAS-2B的遷移能力[43]。上述研究表明，F(xiàn)GF10可減輕與PM暴露相關的COPD組織病理學變化、炎癥和細胞凋亡。

另有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF10可以與肺駐留間充質干細胞(lung-resident mesenchymal stem cells,LR-MSC)表面的FGF10受體結合，促進LR-MSC的增殖和動員，實現(xiàn)對急性肺損傷的修復和炎癥緩解[39,44]。

目前，已有大量針對PM引起的肺損傷的研究，但尚未發(fā)現(xiàn)有效的治療方法，這一問題亟待解決。FGF10對于各種應激因素引起的肺損傷，包括博來霉素誘導的肺纖維化、高原肺水腫，脂多糖誘導的肺損傷，機械通氣引起的肺損傷以及缺血再灌注肺損傷，效果均十分明顯，為炎癥性肺疾病的治療提供了新的策略[45-48]。已有研究者在探索通過霧化吸入的方式實現(xiàn)局部給藥，以降低全身性副作用的風險[43]。

2.3 FGFs與急性胰腺炎 FGF21是肝臟響應各種新陳代謝壓力，包括饑餓、酒精刺激及糖分消耗，而分泌的激素，作用于肝臟細胞表面的FGFR1c/β-klotho受體復合物，感應營養(yǎng)狀況，從而發(fā)揮調控作用，維持代謝穩(wěn)態(tài)[49]。另外，F(xiàn)GF21也在外分泌胰腺中高表達，以旁分泌/自分泌的方式直接作用于腺泡細胞，維持腺泡細胞內的蛋白穩(wěn)態(tài)[50]。

急性胰腺炎(acute pancrilitis,AP)是一種周圍組織以及胰腺被胰腺自身分泌的消化酶消化的化學性炎癥[51]。AP病理性特征最早出現(xiàn)于腺泡細胞中，包括消化酶過度活化，酶原顆粒異常表達，以及與自噬相關的溶酶體、線粒體功能障礙[52]。若腺泡細胞損傷引起的胰腺纖維化和一系列局部炎癥反應，無法得到有效控制，將引發(fā)全身性炎癥反應綜合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)，嚴重的SIRS最終將導致死亡[53]。

在臨床研究和動物實驗方面均發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21與 AP存在相關性，AP患者的血清FGF21濃度和胰腺FGF21水平顯著高于健康人群，且與病情嚴重程度呈正相關[4]。動物實驗和體外實驗中，給予FGF21治療可明顯緩解胰腺損傷，降低炎癥因子水平[54]。深入研究發(fā)現(xiàn)，在蛙皮素誘導的AP(cerulein-induced acute pancreatitis,CIP)小鼠模型中，自噬過程被激活，腺泡細胞中的自噬體數(shù)量增加，但同時AP也引起腺泡細胞的細胞器功能障礙，溶酶體結構損壞，導致自噬過程效率低下[55-56]。FGF21通過激活NAD-依賴性去乙?；窼irtuin-1(NAD-dependent deacetylase sirtuin-1,Sirt 1)自噬通路，通過促進Ⅰ型微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule- associated protein1 light chain 3-Ⅰ,LC-Ⅰ)向LC3-Ⅱ轉化，從而促進了自噬體的形成[57]；上調溶酶體相關膜蛋白1(lysosome-associated membrane protein type 1,LAMP- 1)、LAMP-2的表達水平，緩解了AP引起的溶酶體損傷，提高了自噬效率[58]；降低自噬調控多功能蛋白p62/SQSTM1，表明整體的自噬能力得到了恢復[59]。相反，當使用載有Sirt 1-RNAi的慢病毒侵染小鼠胰腺組織，抑制Sirt 1表達后，F(xiàn)GF21對AP的緩解效果明顯減弱，且其與自噬相關的調節(jié)作用均被抵消。以上研究表明，F(xiàn)GF21通過激活Sirt 1介導的自噬通路，使腺泡細胞的自噬進程恢復正常，從而緩解了AP癥狀。

另一項研究發(fā)現(xiàn)，同樣是CIP小鼠模型中，F(xiàn)GF21能夠抑制腺泡細胞中羧肽酶A(carboxypeptidase A,CPA)的過度活化，CPA是腺泡細胞中主要的消化酶，其過度活化是胰腺炎早期的病理特征之一，且與胰腺炎的嚴重程度呈正相關[60-61]。另一方面，F(xiàn)GF21通過下調促炎基因早期反應基因-1(early growth response factor 1,EGR-1)的表達，抑制了促炎因子血小板源性生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)的表達。PDGF可誘導胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cell,PSC)的活化，從而促進胰腺組織纖維化[11]。因此，F(xiàn)GF21亦能通過降低消化酶的過度活化，阻礙胰腺組織的纖維化，從而緩解胰腺損傷。

多項研究表明，F(xiàn)GF21在多種胰腺炎模型中，包括急性和慢性胰腺炎，都表現(xiàn)出確切且顯著的治療效果，有研究指出，胰腺炎是一種FGF21缺乏癥，通過替代療法可以預防、緩解甚至逆轉胰腺炎[62]。鑒于已有FGF21類似物和模擬物針對與代謝性疾病相關的適應癥開展了臨床試驗，將來或可將FGF21藥物用于胰腺炎的治療。

2.4 FGFs與慢性腎臟疾病 FGF23是一種由骨細胞產生的激素，可調節(jié)體內磷酸鹽和維生素D的穩(wěn)態(tài)，已知的靶器官包括腎臟、肝臟、甲狀旁腺[63]。

慢性腎臟疾病(chronic kidney disease,CKD)是指腎臟清除血液中代謝廢物的能力逐漸下降的衰弱性疾病，隨著腎功能衰竭和代謝廢物的堆積，最終發(fā)展至末期腎臟疾病(end stage renal disease,ESRD)，需要進行透析或腎臟移植[64]。如今，持續(xù)性的微炎癥被認為是CKD的病理性特征之一，且臨床研究證明，CKD患者的炎癥標志物與CKD期間多種心血管并發(fā)癥的發(fā)病率及最終死亡率，都存在密切關聯(lián)[65]。其中，CKD患者的外周血FGF23水平升高是患者死亡風險增加的重要因素[66-67]。

正常生理狀態(tài)下，骨細胞根據(jù)攝入的磷酸鹽量調節(jié)FGF23的分泌，即，磷酸鹽攝入量高，則骨骼上調FGF23的產生，F(xiàn)GF23通過結合腎臟細胞表面的FGFR/α-Klotho的受體復合物，增加腎臟磷酸鹽的排泄量；降低血清中1,25-雙羥維生素D的含量，來降低腸道磷酸鹽的吸收效率；同時，F(xiàn)GF23結合甲狀旁腺中的FGFR1c/α-Klotho，激活EGR-1，減少了甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)的合成和分泌[68-69]。若磷酸鹽攝入量低，則相反。在CKD的早期階段，腎臟功能損傷，腎臟細胞表面α-Klotho的表達下降，導致FGF23功能抵抗，為維持血磷濃度，F(xiàn)GF23水平代償性升高，1,25-雙羥維生素D水平降低，PTH濃度降低，最終引起礦物質穩(wěn)態(tài)紊亂以及繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進[70-71]。

另一研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23能夠結合并激活肝細胞表面高表達的FGFR4，引起PLCγ的募集和磷酸化，使細胞內Ca2+濃度升高[72]；此外，也上調了鈣調神經磷酸酶調節(jié)因子1(regulators of calcineurin,RCAN 1)的表達，二者共同作用，促進了T細胞核轉錄因子(nuclear factor of actived T cells，NFAT)的核轉位[73]，激活了下游炎癥因子的表達，從而使小鼠肝臟和血清中的C反應蛋白(C-reactive protein,CRP)和IL-6水平升高[74]。相反，接受高磷酸鹽飲食后的FGFR基因敲除小鼠，其肝臟和血清CRP顯著低于野生型小鼠[74]。另外，在腎切除造成的慢性腎衰竭模型大鼠中，分別給予大鼠FGFR阻斷劑，以及鈣調神經磷酸酶/NFAT通路抑制劑環(huán)孢菌素A，結果表明，與PBS對照組相比，大鼠肝臟及外周CRP水平均降低[74]。而FGF23對于IL-6、IL-2等炎癥因子的調節(jié)可能還涉及更復雜的正反饋回路，即，炎癥因子可直接刺激骨細胞增加FGF23的表達，F(xiàn)GF23反過來又促進了炎癥因子的產生，這也能解釋在CKD晚期患者體內觀察到的FGF23升高達100～1 000倍的癥狀[75-76]。以上研究充分說明，在沒有經典共受體α-klotho的情況下，F(xiàn)GF23通過直接靶向肝細胞的FGFR4，激活PLCγ/鈣調神經磷酸酶/NFAT通路，促進CKD的炎癥反應。

布羅索尤單抗是首個針對FGF23的全人源化IgG1單克隆抗體，用于治療X連鎖低磷血癥(X-linked hypophosphatemia,XLH)，目前已獲得NMPA審批上市。布羅索尤單抗通過靶向結合并抑制FGF23的活性，抑制其下游信號通路，提高血清磷水平，最終維持體內礦物質穩(wěn)態(tài)，減少骨骼疾病。此前對XLH的治療多采用長期補充磷酸鹽和1,25-雙羥維生素D，易對腎臟、甲狀腺產生副作用，進一步加重骨病[77]。如今，已證明FGF23對肝臟有直接的促炎作用，揭示了CKD微炎癥的新機制，提供了臨床干預的潛在新靶標，總之，F(xiàn)GF23抗體不僅能從調節(jié)腎臟功能方面有效治療XLH，F(xiàn)GF23/FGFR4軸也有望成為腎病臨床治療中的新靶標。

3 展望/結語

近年來，F(xiàn)GF家族成員在胰腺炎、慢性腎臟疾病、骨關節(jié)炎、炎癥性肺疾病等炎癥性疾病中具有潛在治療效果而廣受關注，尤其是FGF家族展現(xiàn)出了抗炎的顯著作用，提示了該家族在針對炎癥方面的新作用。目前對該家族的研究和臨床應用多集中于代謝性疾病，多個FGF家族成員、改構體及類似物已相繼進入臨床試驗或已上市。而FGF家族成員在炎癥方面的作用尚未深入研究，其抗炎機制尚未闡明，且治療的安全性和有效性仍需進一步確認。因此對于FGF家族的生物學作用和藥理學機制，還需要更廣泛和深入的研究，以探索FGF家族在抗炎方面的深層次機制，為今后FGF家族相關藥物針對炎癥性疾病的臨床應用和開發(fā)提供理論指導。