成纖維細(xì)胞生長因子21調(diào)控肝細(xì)胞代謝與生長的分子機(jī)制深度剖析一、引言1.1研究背景與意義在機(jī)體的復(fù)雜生理調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，肝臟作為關(guān)鍵的代謝和解毒器官，在維持機(jī)體正常生理功能方面扮演著不可或缺的角色。肝細(xì)胞作為肝臟的主要功能細(xì)胞，其代謝和生長的正常進(jìn)行對肝臟整體功能的發(fā)揮至關(guān)重要。一旦肝細(xì)胞代謝和生長出現(xiàn)異常，往往會引發(fā)一系列嚴(yán)重的肝臟疾病，如非酒精性脂肪肝、肝硬化，甚至肝癌等。這些肝臟疾病不僅嚴(yán)重威脅患者的生命健康，給患者帶來極大的痛苦，還會對社會醫(yī)療資源造成沉重的負(fù)擔(dān)。據(jù)統(tǒng)計，全球范圍內(nèi)非酒精性脂肪肝的發(fā)病率呈逐年上升趨勢，部分地區(qū)的患病率甚至高達(dá)30%以上，且有年輕化的趨勢。肝硬化和肝癌的發(fā)病率和死亡率也居高不下，嚴(yán)重影響人類的健康和生活質(zhì)量。成纖維細(xì)胞生長因子21（FGF21）作為一種在代謝調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的細(xì)胞因子，近年來受到了廣泛的關(guān)注。FGF21主要由肝臟、脂肪組織和胰腺等器官分泌，通過與特定的受體結(jié)合，激活下游的信號通路，從而對機(jī)體的糖脂代謝、能量平衡等生理過程進(jìn)行精細(xì)的調(diào)控。在糖代謝方面，F(xiàn)GF21能夠增強(qiáng)胰島素的敏感性，促進(jìn)葡萄糖的攝取和利用，降低血糖水平；在脂代謝方面，F(xiàn)GF21可以促進(jìn)脂肪酸的氧化分解，抑制脂肪的合成和儲存，減少體內(nèi)脂肪的堆積。越來越多的研究表明，F(xiàn)GF21在肝細(xì)胞代謝和生長調(diào)節(jié)中發(fā)揮著核心作用，其異常表達(dá)或功能失調(diào)與多種肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。在非酒精性脂肪肝中，F(xiàn)GF21的表達(dá)水平通常會發(fā)生顯著變化，其通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá)，影響脂肪酸的攝取、合成和氧化，從而在肝臟脂肪沉積的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，在非酒精性脂肪肝動物模型中，給予外源性FGF21可以有效減少肝臟脂肪含量，改善肝臟功能。在肝硬化的發(fā)生發(fā)展過程中，F(xiàn)GF21也參與了肝臟纖維化的調(diào)控，其通過抑制肝星狀細(xì)胞的活化和增殖，減少膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)的合成，從而延緩肝硬化的進(jìn)程。在肝癌中，F(xiàn)GF21的作用則更為復(fù)雜，一方面，它可能通過抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，發(fā)揮一定的抗腫瘤作用；另一方面，在某些情況下，F(xiàn)GF21也可能促進(jìn)肝癌細(xì)胞的生長和存活，其具體機(jī)制尚不完全清楚。深入研究FGF21調(diào)節(jié)肝細(xì)胞代謝和生長的分子機(jī)制，具有重要的理論和實際意義。從理論層面來看，這有助于我們更深入地理解肝臟代謝和生長的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示肝臟疾病發(fā)生發(fā)展的內(nèi)在機(jī)制，為肝臟疾病的發(fā)病機(jī)制研究提供新的視角和思路。從實際應(yīng)用角度出發(fā)，明確FGF21的作用機(jī)制將為開發(fā)基于FGF21的新型治療策略提供堅實的理論基礎(chǔ)。通過調(diào)節(jié)FGF21的表達(dá)或活性，我們有望為非酒精性脂肪肝、肝硬化和肝癌等肝臟疾病的治療開辟新的途徑，研發(fā)出更有效的治療藥物和方法，從而顯著提高患者的治療效果和生活質(zhì)量，減輕社會醫(yī)療負(fù)擔(dān)，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。1.2FGF21的概述成纖維細(xì)胞生長因子21（FGF21）是成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）家族的重要成員之一。FGF21的分子結(jié)構(gòu)具有獨特的特征，其由181個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量約為20kDa。從空間結(jié)構(gòu)上看，F(xiàn)GF21呈現(xiàn)出典型的β-三葉草結(jié)構(gòu)，包含12條反向平行的β-折疊鏈，這些鏈相互交織，形成了穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。這種獨特的結(jié)構(gòu)賦予了FGF21與特定受體高效結(jié)合的能力，是其發(fā)揮生物學(xué)功能的重要基礎(chǔ)。FGF21在體內(nèi)具有廣泛的來源，主要由肝臟、脂肪組織和胰腺等器官分泌。在肝臟中，F(xiàn)GF21的表達(dá)受到多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，如過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）、肝細(xì)胞核因子4α（HNF4α）等。當(dāng)機(jī)體處于饑餓、高脂飲食、氧化應(yīng)激等代謝應(yīng)激狀態(tài)時，這些轉(zhuǎn)錄因子被激活，從而上調(diào)肝臟中FGF21的表達(dá)和分泌。在脂肪組織中，F(xiàn)GF21的表達(dá)也受到多種因素的影響，如胰島素、脂聯(lián)素等。胰島素可以抑制脂肪細(xì)胞中FGF21的表達(dá)，而脂聯(lián)素則可以促進(jìn)其表達(dá)。在胰腺中，胰島細(xì)胞也能分泌一定量的FGF21，其分泌過程可能與血糖水平的變化密切相關(guān)。FGF21在機(jī)體的代謝調(diào)控中發(fā)揮著極為重要的生物學(xué)功能。在糖代謝方面，F(xiàn)GF21具有顯著的降糖作用。它可以增強(qiáng)胰島素的敏感性，促進(jìn)外周組織如骨骼肌、脂肪組織對葡萄糖的攝取和利用。研究表明，在胰島素抵抗的動物模型中，給予外源性FGF21后，骨骼肌對葡萄糖的攝取明顯增加，血糖水平顯著降低。FGF21還可以抑制肝臟中的糖異生作用，減少葡萄糖的輸出，進(jìn)一步維持血糖的穩(wěn)定。在脂代謝方面，F(xiàn)GF21能夠促進(jìn)脂肪酸的氧化分解，增加能量消耗。在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，F(xiàn)GF21可以激活肝臟中的脂肪酸氧化相關(guān)基因的表達(dá)，如肉堿/有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)體2（OCTN2）、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1α（CPT1α）等，從而促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行β-氧化，減少脂肪的堆積。FGF21還可以抑制脂肪的合成，它通過抑制脂肪酸合成酶（FAS）、乙酰輔酶A羧化酶（ACC）等關(guān)鍵酶的活性，減少脂肪酸和甘油三酯的合成。FGF21還具有調(diào)節(jié)能量平衡的作用，它可以通過作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，影響食欲和能量消耗。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以作用于下丘腦的特定神經(jīng)元，抑制食欲，減少食物攝入，同時增加能量消耗，從而維持機(jī)體的能量平衡。1.3肝細(xì)胞代謝和生長的重要性及FGF21的關(guān)聯(lián)肝細(xì)胞代謝涵蓋了碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等多種物質(zhì)的代謝過程，這些代謝活動對于維持機(jī)體的能量平衡和物質(zhì)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。在碳水化合物代謝方面，進(jìn)食后，肝細(xì)胞能迅速攝取血液中的葡萄糖，并將其合成肝糖原儲存起來，從而降低血糖水平；當(dāng)機(jī)體處于饑餓狀態(tài)，血糖濃度下降時，肝細(xì)胞又會將肝糖原分解為葡萄糖釋放到血液中，以維持血糖的穩(wěn)定。在蛋白質(zhì)代謝中，肝細(xì)胞不僅負(fù)責(zé)合成多種血漿蛋白，如白蛋白、凝血因子等，還參與氨基酸的代謝和轉(zhuǎn)化，為機(jī)體提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)。在脂肪代謝方面，肝細(xì)胞可以合成、儲存和轉(zhuǎn)運(yùn)脂肪，調(diào)節(jié)血脂水平。它能夠攝取血液中的游離脂肪酸，將其合成甘油三酯儲存起來，或者將甘油三酯分解為脂肪酸和甘油，進(jìn)行氧化供能。肝細(xì)胞還參與膽汁酸的合成和分泌，膽汁酸對于脂肪的消化和吸收起著關(guān)鍵作用。肝細(xì)胞生長對維持肝臟正常結(jié)構(gòu)和功能同樣不可或缺。正常情況下，肝細(xì)胞處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，但當(dāng)肝臟受到損傷時，肝細(xì)胞會迅速進(jìn)入增殖狀態(tài)，以修復(fù)受損的組織。例如，在部分肝切除手術(shù)后，剩余的肝細(xì)胞會在短時間內(nèi)大量增殖，使肝臟體積和功能逐漸恢復(fù)。肝細(xì)胞的生長還受到多種生長因子和信號通路的精細(xì)調(diào)控，這些調(diào)控機(jī)制確保了肝細(xì)胞的生長和增殖處于平衡狀態(tài)，避免過度生長或異常增殖導(dǎo)致腫瘤等疾病的發(fā)生。FGF21與肝細(xì)胞代謝和生長存在緊密的聯(lián)系。在肝細(xì)胞代謝方面，F(xiàn)GF21能夠顯著調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。它可以通過激活肝臟中的脂肪酸氧化相關(guān)信號通路，如AMPK信號通路，促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行β-氧化，增加能量消耗，減少脂肪在肝臟中的堆積。研究發(fā)現(xiàn)，在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，給予FGF21后，肝臟中脂肪酸氧化相關(guān)基因的表達(dá)明顯上調(diào)，甘油三酯含量顯著降低。FGF21還可以抑制肝臟中的脂肪合成，它通過抑制脂肪酸合成酶（FAS）、乙酰輔酶A羧化酶（ACC）等關(guān)鍵酶的活性，減少脂肪酸和甘油三酯的合成。在糖代謝方面，F(xiàn)GF21能夠增強(qiáng)肝細(xì)胞對胰島素的敏感性，促進(jìn)葡萄糖的攝取和利用，降低血糖水平。FGF21還可以抑制肝臟中的糖異生作用，減少葡萄糖的輸出，進(jìn)一步維持血糖的穩(wěn)定。在肝細(xì)胞生長方面，F(xiàn)GF21也發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。在肝臟損傷修復(fù)過程中，F(xiàn)GF21可以促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖和再生，加速肝臟組織的修復(fù)。研究表明，在部分肝切除的小鼠模型中，給予FGF21能夠顯著提高肝細(xì)胞的增殖指數(shù)，促進(jìn)肝臟的再生。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)，如細(xì)胞周期蛋白D1（CyclinD1）、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2（CDK2）等，影響肝細(xì)胞的生長和增殖。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中，F(xiàn)GF21的作用則較為復(fù)雜，它可能通過不同的信號通路，在某些情況下抑制肝癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移，而在另一些情況下則可能促進(jìn)肝癌細(xì)胞的存活和增殖，其具體機(jī)制尚需進(jìn)一步深入研究。二、FGF21與肝細(xì)胞代謝2.1FGF21對糖代謝的調(diào)節(jié)2.1.1調(diào)節(jié)糖異生作用糖異生是肝臟維持血糖平衡的重要代謝途徑，在空腹或饑餓狀態(tài)下，肝臟通過糖異生將非糖物質(zhì)，如乳酸、丙酮酸、甘油和生糖氨基酸等轉(zhuǎn)化為葡萄糖，釋放到血液中，以滿足機(jī)體對葡萄糖的需求。這一過程受到多種關(guān)鍵酶的嚴(yán)格調(diào)控，其中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）是糖異生途徑中的限速酶，它們的活性和表達(dá)水平直接影響糖異生的速率。FGF21在調(diào)節(jié)肝細(xì)胞糖異生作用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其主要通過抑制PEPCK和G6Pase等關(guān)鍵酶的表達(dá)來實現(xiàn)對糖異生的調(diào)控。研究表明，在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，給予外源性FGF21后，肝臟中PEPCK和G6Pase的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21通過與成纖維細(xì)胞生長因子受體（FGFR）和β-Klotho組成的受體復(fù)合物結(jié)合，激活下游的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和蛋白激酶B（AKT）信號通路。激活的AKT可以磷酸化并抑制叉頭框蛋白O1（FOXO1）的活性，F(xiàn)OXO1是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，它能夠結(jié)合到PEPCK和G6Pase基因的啟動子區(qū)域，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。AKT對FOXO1的抑制作用，使得PEPCK和G6Pase的表達(dá)下調(diào)，從而減少糖異生的葡萄糖生成。在一項體外實驗中，研究人員將原代肝細(xì)胞分為對照組和FGF21處理組，分別培養(yǎng)在正常培養(yǎng)基和含有不同濃度FGF21的培養(yǎng)基中。經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)后，通過實時定量PCR和蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測PEPCK和G6Pase的表達(dá)水平。結(jié)果顯示，與對照組相比，F(xiàn)GF21處理組中PEPCK和G6Pase的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均呈劑量依賴性下降。這一實驗結(jié)果直接證明了FGF21能夠在體外抑制肝細(xì)胞中糖異生關(guān)鍵酶的表達(dá)，從而抑制糖異生作用。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)其他信號通路和轉(zhuǎn)錄因子來間接影響糖異生。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以激活A(yù)MP激活的蛋白激酶（AMPK）信號通路，AMPK是細(xì)胞內(nèi)能量代謝的重要調(diào)節(jié)因子，它可以通過磷酸化多種底物來調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝過程。激活的AMPK可以抑制乙酰輔酶A羧化酶（ACC）的活性，減少丙二酰輔酶A的合成，從而促進(jìn)脂肪酸氧化，減少脂肪合成。AMPK還可以通過抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路，減少FOXO1的磷酸化和核轉(zhuǎn)位，進(jìn)一步抑制PEPCK和G6Pase的表達(dá)。這些研究表明，F(xiàn)GF21通過多條信號通路協(xié)同作用，精確地調(diào)節(jié)肝細(xì)胞糖異生關(guān)鍵酶的表達(dá)和活性，從而有效地抑制糖異生作用，維持血糖的穩(wěn)定。2.1.2對葡萄糖攝取和利用的影響葡萄糖攝取是細(xì)胞獲取能量的重要步驟，對于肝細(xì)胞而言，其對葡萄糖的攝取主要依賴于葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（GLUT）家族成員。GLUT2是肝細(xì)胞中主要的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體，它具有高親和力和高轉(zhuǎn)運(yùn)能力，能夠快速地將血液中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到肝細(xì)胞內(nèi)。FGF21對肝細(xì)胞葡萄糖攝取具有顯著的促進(jìn)作用，其主要通過調(diào)節(jié)GLUT2的表達(dá)和活性來實現(xiàn)這一調(diào)控。研究表明，在糖尿病小鼠模型中，給予FGF21后，肝臟中GLUT2的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著升高。進(jìn)一步的實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以通過激活ERK和AKT信號通路，促進(jìn)GLUT2基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，從而增加GLUT2在肝細(xì)胞細(xì)胞膜上的表達(dá)。一項體外細(xì)胞實驗中，研究人員將肝癌細(xì)胞系HepG2分為對照組和FGF21處理組，分別給予正常培養(yǎng)基和含有FGF21的培養(yǎng)基培養(yǎng)。經(jīng)過一段時間后，利用熒光標(biāo)記的葡萄糖類似物2-NBDG檢測細(xì)胞對葡萄糖的攝取能力。結(jié)果顯示，F(xiàn)GF21處理組的HepG2細(xì)胞對2-NBDG的攝取量明顯高于對照組，同時，通過蛋白質(zhì)免疫印跡分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21處理組中GLUT2的蛋白質(zhì)表達(dá)水平也顯著增加。這一實驗結(jié)果表明，F(xiàn)GF21能夠在體外促進(jìn)肝癌細(xì)胞對葡萄糖的攝取，其機(jī)制與上調(diào)GLUT2的表達(dá)密切相關(guān)。除了調(diào)節(jié)GLUT2的表達(dá)，F(xiàn)GF21還可以通過其他方式影響葡萄糖的攝取和利用。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以增強(qiáng)胰島素的敏感性，胰島素是調(diào)節(jié)血糖的重要激素，它可以與肝細(xì)胞表面的胰島素受體結(jié)合，激活下游的胰島素信號通路，促進(jìn)葡萄糖的攝取和利用。FGF21可以通過激活A(yù)KT信號通路，增加胰島素受體底物1（IRS1）的磷酸化水平，從而增強(qiáng)胰島素信號通路的活性，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體向細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)位，提高肝細(xì)胞對葡萄糖的攝取能力。FGF21還可以促進(jìn)肝細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的代謝利用，它可以激活磷酸果糖激酶1（PFK1）等糖酵解關(guān)鍵酶的活性，加速葡萄糖的糖酵解過程，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸，進(jìn)一步進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行氧化供能。FGF21還可以促進(jìn)肝細(xì)胞內(nèi)糖原的合成，將多余的葡萄糖儲存起來，以維持血糖的穩(wěn)定。在胰島素抵抗的肝細(xì)胞模型中，給予FGF21后，細(xì)胞內(nèi)糖原合成酶的活性顯著增加，糖原含量也明顯升高。這些研究表明，F(xiàn)GF21通過多種途徑協(xié)同作用，促進(jìn)肝細(xì)胞對葡萄糖的攝取和利用，從而有效地降低血糖水平，維持機(jī)體的糖代謝平衡。2.2FGF21對脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)2.2.1脂肪酸的合成與氧化脂肪酸合成是一個復(fù)雜的過程，涉及多種酶的參與，其中脂肪酸合成酶（FAS）和乙酰輔酶A羧化酶（ACC）是脂肪酸合成的關(guān)鍵酶。FAS催化乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A合成脂肪酸，而ACC則負(fù)責(zé)將乙酰輔酶A羧化為丙二酰輔酶A，為脂肪酸合成提供底物。FAS和ACC的活性和表達(dá)水平直接影響脂肪酸的合成速率。FGF21對脂肪酸合成具有顯著的抑制作用，其主要通過抑制FAS和ACC等關(guān)鍵酶的活性和表達(dá)來實現(xiàn)這一調(diào)控。在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，給予外源性FGF21后，肝臟中FAS和ACC的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21通過與FGFR和β-Klotho組成的受體復(fù)合物結(jié)合，激活下游的ERK和AKT信號通路。激活的AKT可以磷酸化并抑制固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c（SREBP-1c）的活性，SREBP-1c是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，它能夠結(jié)合到FAS和ACC基因的啟動子區(qū)域，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。AKT對SREBP-1c的抑制作用，使得FAS和ACC的表達(dá)下調(diào)，從而減少脂肪酸的合成。在一項體外實驗中，研究人員將原代肝細(xì)胞分為對照組和FGF21處理組，分別培養(yǎng)在正常培養(yǎng)基和含有不同濃度FGF21的培養(yǎng)基中。經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)后，通過實時定量PCR和蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測FAS和ACC的表達(dá)水平。結(jié)果顯示，與對照組相比，F(xiàn)GF21處理組中FAS和ACC的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均呈劑量依賴性下降。這一實驗結(jié)果直接證明了FGF21能夠在體外抑制肝細(xì)胞中脂肪酸合成關(guān)鍵酶的表達(dá)，從而抑制脂肪酸合成。脂肪酸氧化是脂肪酸分解代謝的主要途徑，其過程主要在線粒體中進(jìn)行，涉及肉堿/有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)體2（OCTN2）、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1α（CPT1α）等關(guān)鍵酶的參與。OCTN2負(fù)責(zé)將肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，為脂肪酸的β-氧化提供必要的條件，而CPT1α則催化脂肪酸與肉堿結(jié)合，形成脂酰肉堿，從而使脂肪酸能夠進(jìn)入線粒體進(jìn)行β-氧化。FGF21對脂肪酸氧化具有顯著的促進(jìn)作用，其主要通過激活OCTN2和CPT1α等關(guān)鍵酶的活性和表達(dá)來實現(xiàn)這一調(diào)控。研究表明，在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，給予FGF21后，肝臟中OCTN2和CPT1α的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著升高。進(jìn)一步的實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以通過激活A(yù)MPK信號通路，促進(jìn)OCTN2和CPT1α基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，從而增加它們在肝細(xì)胞中的表達(dá)。在一項體外細(xì)胞實驗中，研究人員將肝癌細(xì)胞系HepG2分為對照組和FGF21處理組，分別給予正常培養(yǎng)基和含有FGF21的培養(yǎng)基培養(yǎng)。經(jīng)過一段時間后，通過實時定量PCR和蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測OCTN2和CPT1α的表達(dá)水平。結(jié)果顯示，F(xiàn)GF21處理組中OCTN2和CPT1α的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均顯著高于對照組。這一實驗結(jié)果表明，F(xiàn)GF21能夠在體外促進(jìn)肝癌細(xì)胞中脂肪酸氧化關(guān)鍵酶的表達(dá)，從而促進(jìn)脂肪酸氧化。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)其他信號通路和轉(zhuǎn)錄因子來間接影響脂肪酸氧化，這些研究表明，F(xiàn)GF21通過多條信號通路協(xié)同作用，精確地調(diào)節(jié)肝細(xì)胞脂肪酸合成和氧化關(guān)鍵酶的表達(dá)和活性，從而有效地減少肝臟脂肪堆積，維持機(jī)體的脂代謝平衡。2.2.2膽固醇代謝的調(diào)控膽固醇在肝細(xì)胞內(nèi)的合成過程是一個復(fù)雜且精細(xì)的生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，其中3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶（HMG-CoA還原酶）起著關(guān)鍵的限速作用。HMG-CoA還原酶催化HMG-CoA轉(zhuǎn)化為甲羥戊酸，這是膽固醇合成的關(guān)鍵步驟，其活性和表達(dá)水平直接決定了膽固醇合成的速率。FGF21在調(diào)控肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇合成方面發(fā)揮著重要作用，主要通過對HMG-CoA還原酶的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在給予FGF21處理的動物模型中，肝臟內(nèi)HMG-CoA還原酶的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低，酶活性也明顯受到抑制。這表明FGF21能夠有效抑制膽固醇的合成，減少肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇的含量。其作用機(jī)制可能與FGF21激活的下游信號通路有關(guān)，F(xiàn)GF21與FGFR和β-Klotho組成的受體復(fù)合物結(jié)合后，激活ERK和AKT等信號通路，這些信號通路可能通過對相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，抑制HMG-CoA還原酶基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。膽固醇在肝細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1（ABCA1）和ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體G1（ABCG1）起著關(guān)鍵作用。ABCA1主要負(fù)責(zé)將細(xì)胞內(nèi)的膽固醇和磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，與載脂蛋白A-I（ApoA-I）結(jié)合形成高密度脂蛋白（HDL）；ABCG1則主要將細(xì)胞內(nèi)的膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，與HDL結(jié)合。FGF21能夠顯著上調(diào)ABCA1和ABCG1的表達(dá)水平，從而促進(jìn)膽固醇的外排，減少肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇的積累。在體外細(xì)胞實驗中，用FGF21處理肝細(xì)胞后，通過實時定量PCR和蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測發(fā)現(xiàn)，ABCA1和ABCG1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均明顯升高。這表明FGF21可以通過促進(jìn)ABCA1和ABCG1的表達(dá)，增強(qiáng)膽固醇的外排能力，維持肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇的平衡。膽固醇在肝細(xì)胞內(nèi)主要通過轉(zhuǎn)化為膽汁酸排出體外，這一過程需要膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）的催化，CYP7A1是膽汁酸合成的關(guān)鍵限速酶，其活性和表達(dá)水平直接影響膽汁酸的合成速率。FGF21可以通過上調(diào)CYP7A1的表達(dá)，促進(jìn)膽固醇向膽汁酸的轉(zhuǎn)化，從而增加膽固醇的排泄。研究表明，在FGF21處理的動物模型中，肝臟內(nèi)CYP7A1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著升高，膽汁酸的合成和排泄量也相應(yīng)增加。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可能通過激活相關(guān)的信號通路，調(diào)節(jié)CYP7A1基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，從而促進(jìn)膽固醇的排泄。這些研究表明，F(xiàn)GF21通過對膽固醇合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和排泄相關(guān)關(guān)鍵分子的調(diào)節(jié)，有效維持肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇的代謝平衡，對預(yù)防和治療膽固醇代謝異常相關(guān)的肝臟疾病具有重要意義。2.2.3甘油三酯代謝的調(diào)節(jié)甘油三酯的合成是一個復(fù)雜的過程，主要在肝細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進(jìn)行，涉及甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶（GPAT）、溶血磷脂酸?；D(zhuǎn)移酶（LPAAT）和二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶（DGAT）等多種關(guān)鍵酶。GPAT催化甘油-3-磷酸與脂肪酸結(jié)合，生成溶血磷脂酸；LPAAT則將另一個脂肪酸連接到溶血磷脂酸上，形成磷脂酸；磷脂酸在磷脂酸磷酸酶的作用下，脫去磷酸基團(tuán)，生成二酰甘油；最后，DGAT將脂肪酸連接到二酰甘油上，形成甘油三酯。FGF21對甘油三酯合成具有顯著的抑制作用，其主要通過抑制GPAT、LPAAT和DGAT等關(guān)鍵酶的活性和表達(dá)來實現(xiàn)這一調(diào)控。在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，給予外源性FGF21后，肝臟中GPAT、LPAAT和DGAT的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21通過激活下游的AMPK信號通路，抑制SREBP-1c的活性，SREBP-1c是調(diào)控甘油三酯合成相關(guān)基因表達(dá)的重要轉(zhuǎn)錄因子，它能夠結(jié)合到GPAT、LPAAT和DGAT基因的啟動子區(qū)域，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。AMPK對SREBP-1c的抑制作用，使得GPAT、LPAAT和DGAT的表達(dá)下調(diào)，從而減少甘油三酯的合成。甘油三酯主要以極低密度脂蛋白（VLDL）的形式從肝臟輸出到血液中，這一過程涉及微粒體甘油三酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（MTP）和載脂蛋白B（ApoB）等關(guān)鍵分子。MTP負(fù)責(zé)將甘油三酯轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，與ApoB結(jié)合形成VLDL前體，然后VLDL前體再經(jīng)過一系列的修飾和組裝，形成成熟的VLDL并分泌到血液中。FGF21可以通過調(diào)節(jié)MTP和ApoB的表達(dá)，影響甘油三酯的輸出。研究表明，在給予FGF21處理的動物模型中，肝臟中MTP和ApoB的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低，VLDL的分泌量也明顯減少。這表明FGF21能夠抑制甘油三酯從肝臟的輸出，減少血液中甘油三酯的含量。其作用機(jī)制可能與FGF21激活的下游信號通路對MTP和ApoB基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控有關(guān)。在脂肪肝疾病中，肝臟內(nèi)甘油三酯的過度積累是其主要的病理特征之一。臨床研究表明，F(xiàn)GF21在脂肪肝患者中的表達(dá)水平通常會發(fā)生顯著變化，且與肝臟脂肪含量和病情嚴(yán)重程度密切相關(guān)。在非酒精性脂肪肝患者中，血清FGF21水平明顯升高，且隨著肝臟脂肪變性程度的加重，F(xiàn)GF21水平進(jìn)一步升高。這可能是機(jī)體的一種代償性反應(yīng)，試圖通過上調(diào)FGF21的表達(dá)來調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，減少肝臟脂肪堆積。研究發(fā)現(xiàn)，給予外源性FGF21可以有效改善脂肪肝動物模型的肝臟脂肪變性，降低肝臟甘油三酯含量，減輕肝臟炎癥和纖維化程度。FGF21通過抑制甘油三酯的合成、促進(jìn)脂肪酸的氧化以及調(diào)節(jié)甘油三酯的輸出等多種途徑，發(fā)揮其在脂肪肝疾病中的治療作用，為脂肪肝的治療提供了新的潛在靶點和治療策略。2.3FGF21對蛋白質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)2.3.1蛋白質(zhì)合成與降解的調(diào)控在肝細(xì)胞中，蛋白質(zhì)的合成是一個復(fù)雜且高度有序的過程，涉及眾多信號通路和關(guān)鍵分子的協(xié)同作用。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路在蛋白質(zhì)合成的調(diào)控中占據(jù)核心地位。mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它可以整合多種細(xì)胞內(nèi)、外信號，如營養(yǎng)物質(zhì)、生長因子、能量狀態(tài)等，來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。mTOR主要通過與不同的蛋白結(jié)合形成兩種功能不同的復(fù)合物，即mTOR復(fù)合物1（mTORC1）和mTOR復(fù)合物2（mTORC2）。其中，mTORC1在蛋白質(zhì)合成的調(diào)控中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它可以磷酸化下游的核糖體蛋白S6激酶1（S6K1）和真核起始因子4E結(jié)合蛋白1（4E-BP1），從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)氨基酸充足、能量供應(yīng)充沛且生長因子信號活躍時，mTORC1被激活，S6K1和4E-BP1發(fā)生磷酸化。磷酸化的S6K1可以促進(jìn)核糖體的生物發(fā)生和蛋白質(zhì)翻譯起始，而磷酸化的4E-BP1則會從真核起始因子4E（eIF4E）上解離下來，使eIF4E能夠與其他起始因子結(jié)合，形成翻譯起始復(fù)合物，進(jìn)而啟動蛋白質(zhì)的合成過程。FGF21對mTOR信號通路具有顯著的調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而影響肝細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成。研究表明，F(xiàn)GF21可以通過激活下游的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和蛋白激酶B（AKT）信號通路，間接激活mTORC1。在體外細(xì)胞實驗中，用FGF21處理肝細(xì)胞后，通過蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測發(fā)現(xiàn)，AKT的磷酸化水平顯著升高，同時mTORC1的活性也明顯增強(qiáng)，表現(xiàn)為S6K1和4E-BP1的磷酸化水平增加。這表明FGF21可以通過激活A(yù)KT，進(jìn)而激活mTORC1，促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)其他信號通路和轉(zhuǎn)錄因子來影響蛋白質(zhì)的合成。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以上調(diào)真核起始因子2α（eIF2α）的磷酸化水平，eIF2α是蛋白質(zhì)翻譯起始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，其磷酸化狀態(tài)會影響蛋白質(zhì)的合成速率。在饑餓或應(yīng)激條件下，F(xiàn)GF21的表達(dá)增加，它可以通過激活相關(guān)的信號通路，促進(jìn)eIF2α的磷酸化，從而抑制整體蛋白質(zhì)的合成，使細(xì)胞能夠優(yōu)先利用有限的資源來維持基本的生理功能。蛋白質(zhì)的降解對于維持細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)同樣至關(guān)重要，泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要途徑之一。在UPS中，泛素連接酶E1、E2和E3協(xié)同作用，將泛素分子共價連接到靶蛋白上，形成多聚泛素鏈。帶有多聚泛素鏈的靶蛋白會被26S蛋白酶體識別并降解，從而實現(xiàn)蛋白質(zhì)的降解過程。FGF21可以通過調(diào)節(jié)UPS相關(guān)分子的表達(dá)和活性，影響肝細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解。研究表明，在FGF21處理的肝細(xì)胞中，泛素連接酶E3的表達(dá)水平顯著升高，這使得靶蛋白更容易被泛素化標(biāo)記，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的降解。在肝臟損傷或疾病狀態(tài)下，F(xiàn)GF21可能通過增強(qiáng)UPS的活性，加速異?；蚴軗p蛋白質(zhì)的降解，維持肝細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量和功能。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)其他蛋白質(zhì)降解途徑，如自噬-溶酶體途徑，來進(jìn)一步調(diào)控蛋白質(zhì)的降解過程，維持肝細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的平衡。2.3.2對氨基酸代謝的作用氨基酸的攝取是肝細(xì)胞進(jìn)行蛋白質(zhì)合成和其他代謝活動的重要前提，這一過程主要依賴于細(xì)胞膜上的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體。不同類型的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)不同種類的氨基酸，它們在維持細(xì)胞內(nèi)氨基酸平衡方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其中，系統(tǒng)A氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（如SNAT1、SNAT2等）主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)中性氨基酸，如丙氨酸、絲氨酸等；系統(tǒng)L氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（如LAT1、LAT2等）則主要轉(zhuǎn)運(yùn)大分子中性氨基酸，如亮氨酸、異亮氨酸等。FGF21對肝細(xì)胞氨基酸攝取具有重要的調(diào)節(jié)作用。研究表明，在給予FGF21處理的動物模型中，肝臟中系統(tǒng)A和系統(tǒng)L氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)水平顯著升高。在體外細(xì)胞實驗中，用FGF21處理肝細(xì)胞后，通過放射性標(biāo)記氨基酸攝取實驗檢測發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞對多種氨基酸的攝取量明顯增加。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以通過激活下游的磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）-AKT信號通路，促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，從而增加氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體在細(xì)胞膜上的表達(dá)，提高肝細(xì)胞對氨基酸的攝取能力。在肝細(xì)胞內(nèi)，氨基酸參與多種代謝途徑，其中合成蛋白質(zhì)是氨基酸的主要去向之一。如前文所述，F(xiàn)GF21可以通過調(diào)節(jié)mTOR信號通路等，促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成，從而增加氨基酸在蛋白質(zhì)合成中的利用。氨基酸還可以通過轉(zhuǎn)氨基作用、脫氨基作用等代謝途徑，參與能量代謝和其他生物分子的合成。在轉(zhuǎn)氨基作用中，氨基酸的氨基可以轉(zhuǎn)移到α-酮酸上，生成新的氨基酸和α-酮酸，這一過程對于維持體內(nèi)氨基酸的平衡和提供能量具有重要意義。FGF21可以通過調(diào)節(jié)相關(guān)酶的活性，影響氨基酸的代謝途徑。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以上調(diào)谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）和谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）的活性，這兩種酶是參與轉(zhuǎn)氨基作用的關(guān)鍵酶，它們活性的增加可以促進(jìn)氨基酸的轉(zhuǎn)氨基代謝，使氨基酸能夠更有效地參與能量代謝和其他生物分子的合成。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)其他代謝途徑相關(guān)酶的活性，如鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶（OCT）等，影響尿素循環(huán)等代謝過程，進(jìn)一步調(diào)節(jié)氨基酸的代謝和利用。氨基酸代謝過程中會產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，如氨、尿素、酮體等。氨是氨基酸脫氨基作用的主要產(chǎn)物之一，它具有毒性，需要在肝臟中通過尿素循環(huán)轉(zhuǎn)化為尿素排出體外。FGF21可以通過調(diào)節(jié)尿素循環(huán)相關(guān)酶的表達(dá)和活性，影響氨的代謝和尿素的生成。研究表明，在FGF21處理的肝細(xì)胞中，尿素循環(huán)關(guān)鍵酶，如氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）、精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）等的表達(dá)水平顯著升高，酶活性也明顯增強(qiáng)。這使得肝細(xì)胞能夠更有效地將氨轉(zhuǎn)化為尿素，降低體內(nèi)氨的濃度，維持機(jī)體的氮平衡。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)其他氨基酸代謝產(chǎn)物的生成和代謝，如調(diào)節(jié)酮體的生成和利用，進(jìn)一步維持肝細(xì)胞內(nèi)氨基酸代謝的平衡和機(jī)體的正常生理功能。三、FGF21與肝細(xì)胞生長3.1FGF21對肝細(xì)胞增殖的影響3.1.1細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期是細(xì)胞生長和分裂的有序過程，包括G1期、S期、G2期和M期。在正常生理狀態(tài)下，肝細(xì)胞處于相對靜止的G0期，當(dāng)肝臟受到損傷或機(jī)體需要時，肝細(xì)胞會被激活進(jìn)入細(xì)胞周期，進(jìn)行增殖以修復(fù)受損組織或滿足生理需求。細(xì)胞周期的進(jìn)程受到多種蛋白和信號通路的嚴(yán)格調(diào)控，這些調(diào)控機(jī)制確保了細(xì)胞增殖的準(zhǔn)確性和有序性，對于維持肝臟的正常結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要。FGF21對肝細(xì)胞周期相關(guān)蛋白和信號通路具有顯著的調(diào)節(jié)作用，從而影響肝細(xì)胞的增殖。在部分肝切除的小鼠模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)給予外源性FGF21能夠顯著促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖。進(jìn)一步的實驗分析表明，F(xiàn)GF21處理組的肝細(xì)胞中，細(xì)胞周期蛋白D1（CyclinD1）和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2（CDK2）的表達(dá)水平顯著升高。CyclinD1是G1期向S期轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，它與CDK2結(jié)合形成復(fù)合物，激活CDK2的激酶活性，從而促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)程。FGF21通過上調(diào)CyclinD1和CDK2的表達(dá)，加速了肝細(xì)胞從G1期向S期的轉(zhuǎn)換，促進(jìn)了肝細(xì)胞的增殖。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期抑制蛋白來影響肝細(xì)胞的增殖。p21是一種重要的細(xì)胞周期抑制蛋白，它可以與CDK2結(jié)合，抑制CDK2的活性，從而阻止細(xì)胞周期的進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)，在FGF21處理的肝細(xì)胞中，p21的表達(dá)水平顯著降低。這表明FGF21通過下調(diào)p21的表達(dá)，解除了對CDK2的抑制作用，促進(jìn)了肝細(xì)胞的增殖。在一項體外實驗中，研究人員將原代肝細(xì)胞分為對照組和FGF21處理組，分別培養(yǎng)在正常培養(yǎng)基和含有不同濃度FGF21的培養(yǎng)基中。經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)后，通過流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞周期分布。結(jié)果顯示，與對照組相比，F(xiàn)GF21處理組中處于S期的肝細(xì)胞比例顯著增加，同時，通過蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21處理組中CyclinD1和CDK2的蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著升高，而p21的蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低。這一實驗結(jié)果直接證明了FGF21能夠在體外調(diào)節(jié)肝細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖。FGF21對肝細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)還涉及多條信號通路的協(xié)同作用。研究表明，F(xiàn)GF21可以激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）信號通路，ERK是絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族的成員之一，它在細(xì)胞增殖、分化和存活等過程中發(fā)揮著重要作用。激活的ERK可以磷酸化并激活下游的轉(zhuǎn)錄因子，如Elk-1、c-Fos等，這些轉(zhuǎn)錄因子可以結(jié)合到CyclinD1等細(xì)胞周期相關(guān)基因的啟動子區(qū)域，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。FGF21還可以激活磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）-蛋白激酶B（AKT）信號通路，PI3K-AKT信號通路在細(xì)胞生長、增殖和存活等過程中也起著關(guān)鍵作用。激活的AKT可以通過磷酸化多種底物，如糖原合成酶激酶3β（GSK3β）等，來調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)和活性。FGF21通過激活ERK和PI3K-AKT等信號通路，協(xié)同調(diào)節(jié)肝細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)和活性，從而促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖。3.1.2生長因子與受體的作用FGF21作為一種生長因子，其生物學(xué)功能的發(fā)揮依賴于與肝細(xì)胞表面特異性受體的結(jié)合。FGF21的受體主要由成纖維細(xì)胞生長因子受體（FGFR）和β-Klotho組成，F(xiàn)GFR是一種跨膜酪氨酸激酶受體，它具有多個亞型，如FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4等，不同的FGFR亞型在肝細(xì)胞中的表達(dá)和功能可能存在差異。β-Klotho是一種單跨膜蛋白，它作為輔助受體，與FGFR形成復(fù)合物，增強(qiáng)FGFR對FGF21的親和力和特異性。當(dāng)FGF21與FGFR和β-Klotho組成的受體復(fù)合物結(jié)合后，會引起FGFR的二聚化和自身磷酸化，從而激活下游的信號通路。FGF21與肝細(xì)胞表面受體結(jié)合后，激活的下游信號通路對細(xì)胞增殖具有重要影響。研究表明，F(xiàn)GF21與受體結(jié)合后，主要激活Ras-Raf-MEK-ERK和PI3K-AKT等信號通路。在Ras-Raf-MEK-ERK信號通路中，F(xiàn)GF21與受體結(jié)合后，使FGFR磷酸化，進(jìn)而招募生長因子受體結(jié)合蛋白2（Grb2）和鳥苷酸交換因子SOS，形成FGFR-Grb2-SOS復(fù)合物。SOS激活Ras蛋白，使其結(jié)合GTP，激活的Ras蛋白再激活Raf蛋白，Raf蛋白進(jìn)一步磷酸化并激活MEK蛋白，MEK蛋白再磷酸化并激活ERK蛋白。激活的ERK可以磷酸化多種底物，如轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞周期相關(guān)蛋白等，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化和存活等過程。在PI3K-AKT信號通路中，F(xiàn)GF21與受體結(jié)合后，激活PI3K，PI3K催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）。PIP3招募AKT到細(xì)胞膜上，并在磷酸肌醇依賴性激酶1（PDK1）和mTORC2的作用下，使AKT磷酸化并激活。激活的AKT可以磷酸化多種底物，如GSK3β、FOXO1等，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、增殖和存活等過程。在一項體外實驗中，研究人員利用RNA干擾技術(shù)敲低肝細(xì)胞中FGFR或β-Klotho的表達(dá)，然后給予FGF21處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，敲低FGFR或β-Klotho的表達(dá)后，F(xiàn)GF21對肝細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用顯著減弱，同時，Ras-Raf-MEK-ERK和PI3K-AKT等信號通路的激活也受到明顯抑制。這一實驗結(jié)果表明，F(xiàn)GF21與肝細(xì)胞表面受體的結(jié)合是其激活下游信號通路、促進(jìn)肝細(xì)胞增殖的關(guān)鍵步驟。FGF21與受體結(jié)合后激活的下游信號通路之間還存在相互作用和交叉調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，ERK信號通路可以激活PI3K-AKT信號通路，而PI3K-AKT信號通路也可以通過磷酸化某些蛋白來調(diào)節(jié)ERK信號通路的活性。這些信號通路之間的協(xié)同作用和交叉調(diào)控，共同調(diào)節(jié)著肝細(xì)胞的增殖過程，確保肝細(xì)胞的生長和增殖能夠適應(yīng)機(jī)體的生理需求。3.2FGF21對肝細(xì)胞凋亡的影響3.2.1凋亡相關(guān)基因和蛋白的調(diào)控細(xì)胞凋亡是一種受到嚴(yán)格調(diào)控的程序性細(xì)胞死亡過程，對于維持肝臟的正常生理功能和組織穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。在細(xì)胞凋亡過程中，Bcl-2家族蛋白和Caspase家族蛋白發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)控作用。Bcl-2家族蛋白包括抗凋亡成員如Bcl-2、Bcl-xl等，以及促凋亡成員如Bax、Bak等。這些蛋白通過相互作用，調(diào)節(jié)線粒體膜的通透性，進(jìn)而影響細(xì)胞色素C等凋亡因子的釋放，啟動細(xì)胞凋亡的級聯(lián)反應(yīng)。Caspase家族蛋白是細(xì)胞凋亡的主要執(zhí)行者，它們以無活性的酶原形式存在于細(xì)胞中，在凋亡信號的刺激下被激活，通過級聯(lián)反應(yīng)切割多種底物，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的發(fā)生。FGF21對Bcl-2家族和Caspase等凋亡相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)具有顯著的調(diào)節(jié)作用。在急性肝損傷的小鼠模型中，給予FGF21處理后，肝臟中抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xl的表達(dá)水平顯著升高，而促凋亡蛋白Bax和Bak的表達(dá)水平則明顯降低。進(jìn)一步的實驗分析表明，F(xiàn)GF21可以通過激活下游的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和蛋白激酶B（AKT）信號通路，上調(diào)Bcl-2和Bcl-xl的表達(dá)，同時下調(diào)Bax和Bak的表達(dá)。在一項體外實驗中，研究人員將原代肝細(xì)胞分為對照組和FGF21處理組，分別培養(yǎng)在正常培養(yǎng)基和含有不同濃度FGF21的培養(yǎng)基中。經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)后，通過實時定量PCR和蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測Bcl-2家族蛋白的表達(dá)水平。結(jié)果顯示，與對照組相比，F(xiàn)GF21處理組中Bcl-2和Bcl-xl的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均呈劑量依賴性升高，而Bax和Bak的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平則呈劑量依賴性降低。這一實驗結(jié)果直接證明了FGF21能夠在體外調(diào)節(jié)肝細(xì)胞中Bcl-2家族蛋白的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)Caspase家族蛋白的活性和表達(dá)來影響肝細(xì)胞凋亡。研究表明，在FGF21處理的肝細(xì)胞中，Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9等凋亡執(zhí)行蛋白的活性顯著降低，其蛋白表達(dá)水平也明顯下降。這表明FGF21能夠抑制Caspase家族蛋白的激活，從而阻斷細(xì)胞凋亡的執(zhí)行。在一項體內(nèi)實驗中，研究人員通過構(gòu)建FGF21基因敲除小鼠模型，觀察其在肝損傷條件下肝細(xì)胞凋亡的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，F(xiàn)GF21基因敲除小鼠在肝損傷后肝細(xì)胞凋亡明顯增加，Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的活性和表達(dá)水平也顯著升高。給予外源性FGF21后，F(xiàn)GF21基因敲除小鼠肝細(xì)胞凋亡明顯減少，Caspase家族蛋白的活性和表達(dá)水平也恢復(fù)到正常水平。這一實驗結(jié)果表明，F(xiàn)GF21在體內(nèi)可以通過抑制Caspase家族蛋白的活性和表達(dá)，發(fā)揮抗肝細(xì)胞凋亡的作用。3.2.2抗氧化應(yīng)激與凋亡的關(guān)系氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受各種有害刺激時，體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡，導(dǎo)致活性氧（ROS）產(chǎn)生過多，從而對細(xì)胞和組織造成損傷的一種狀態(tài)。在肝臟中，氧化應(yīng)激是導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡的重要因素之一。當(dāng)肝臟受到氧化應(yīng)激損傷時，會產(chǎn)生大量的ROS，如超氧陰離子（O2-）、過氧化氫（H2O2）和羥自由基（?OH）等。這些ROS可以攻擊細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子，導(dǎo)致細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)變性和DNA損傷，從而激活細(xì)胞凋亡信號通路，誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡。FGF21具有強(qiáng)大的抗氧化應(yīng)激作用，其通過多種途徑減輕氧化應(yīng)激對肝細(xì)胞的損傷，從而抑制肝細(xì)胞凋亡。FGF21可以上調(diào)抗氧化酶的表達(dá)，增強(qiáng)肝細(xì)胞的抗氧化能力。在氧化應(yīng)激損傷的肝細(xì)胞模型中，給予FGF21處理后，細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性顯著升高，其mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平也明顯增加。SOD可以催化超氧陰離子轉(zhuǎn)化為過氧化氫，GSH-Px和CAT則可以將過氧化氫分解為水和氧氣，從而清除細(xì)胞內(nèi)的ROS，減輕氧化應(yīng)激損傷。在一項體外實驗中，研究人員將肝癌細(xì)胞系HepG2分為對照組和FGF21處理組，分別給予正常培養(yǎng)基和含有FGF21的培養(yǎng)基培養(yǎng)，同時用過氧化氫誘導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷。經(jīng)過一段時間后，通過檢測細(xì)胞內(nèi)ROS水平和抗氧化酶活性發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21處理組細(xì)胞內(nèi)ROS水平明顯降低，SOD、GSH-Px和CAT的活性顯著升高。這一實驗結(jié)果表明，F(xiàn)GF21能夠在體外上調(diào)抗氧化酶的活性，減輕氧化應(yīng)激對肝細(xì)胞的損傷。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的氧化還原信號通路，抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以激活核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）信號通路，Nrf2是細(xì)胞內(nèi)重要的抗氧化轉(zhuǎn)錄因子，它可以與抗氧化反應(yīng)元件（ARE）結(jié)合，上調(diào)一系列抗氧化基因的表達(dá)。在FGF21處理的肝細(xì)胞中，Nrf2的核轉(zhuǎn)位明顯增加，其下游抗氧化基因如血紅素加氧酶1（HO-1）、NAD（P）H醌氧化還原酶1（NQO1）等的表達(dá)水平也顯著升高。這些抗氧化基因的產(chǎn)物可以進(jìn)一步增強(qiáng)肝細(xì)胞的抗氧化能力，抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。FGF21還可以抑制絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路的激活，MAPK信號通路在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起著重要作用。在氧化應(yīng)激損傷的肝細(xì)胞中，MAPK信號通路被激活，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)增加。而FGF21可以通過抑制MAPK信號通路的激活，減少細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而抑制肝細(xì)胞凋亡。這些研究表明，F(xiàn)GF21通過抗氧化應(yīng)激途徑，有效抑制了氧化應(yīng)激對肝細(xì)胞的損傷，進(jìn)而抑制了肝細(xì)胞凋亡，對肝臟起到了重要的保護(hù)作用。3.3FGF21對肝細(xì)胞分化的影響3.3.1分化相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控白蛋白是肝細(xì)胞分化的重要標(biāo)志蛋白之一，它主要在肝臟中合成，其表達(dá)水平能夠反映肝細(xì)胞的分化程度。在胚胎發(fā)育過程中，隨著肝臟的逐漸發(fā)育，白蛋白基因的表達(dá)逐漸上調(diào)，標(biāo)志著肝細(xì)胞向成熟肝細(xì)胞分化。細(xì)胞色素P450是一類參與藥物代謝和內(nèi)源性物質(zhì)代謝的關(guān)鍵酶系，在肝細(xì)胞中具有多種亞型，如CYP1A2、CYP2E1等。不同亞型的細(xì)胞色素P450在肝細(xì)胞分化過程中的表達(dá)模式和功能各異，它們的表達(dá)水平和活性也與肝細(xì)胞的分化狀態(tài)密切相關(guān)。FGF21對肝細(xì)胞分化相關(guān)基因如白蛋白、細(xì)胞色素P450等的表達(dá)具有顯著的調(diào)節(jié)作用。在一項體外實驗中，研究人員將人肝癌細(xì)胞系HepG2誘導(dǎo)分化為肝細(xì)胞樣細(xì)胞，同時給予不同濃度的FGF21處理。經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)后，通過實時定量PCR和蛋白質(zhì)免疫印跡分析檢測發(fā)現(xiàn)，隨著FGF21濃度的增加，白蛋白的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均顯著升高。這表明FGF21能夠促進(jìn)肝細(xì)胞樣細(xì)胞中白蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)肝細(xì)胞的分化特征。在細(xì)胞色素P450方面，研究發(fā)現(xiàn)FGF21處理后，肝細(xì)胞樣細(xì)胞中CYP1A2和CYP2E1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平也發(fā)生了明顯變化。FGF21可以上調(diào)CYP1A2的表達(dá)，增強(qiáng)其活性，從而提高肝細(xì)胞對藥物的代謝能力；同時，F(xiàn)GF21還可以調(diào)節(jié)CYP2E1的表達(dá)，減少其對氧化應(yīng)激的敏感性，保護(hù)肝細(xì)胞免受損傷。FGF21調(diào)節(jié)分化相關(guān)基因表達(dá)的機(jī)制可能與多種信號通路和轉(zhuǎn)錄因子有關(guān)。研究表明，F(xiàn)GF21可以激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和蛋白激酶B（AKT）信號通路，這些信號通路可以通過磷酸化下游的轉(zhuǎn)錄因子，如肝細(xì)胞核因子4α（HNF4α）、CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α（C/EBPα）等，促進(jìn)它們與白蛋白、細(xì)胞色素P450等基因的啟動子區(qū)域結(jié)合，從而調(diào)節(jié)這些基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。在一項體內(nèi)實驗中，研究人員構(gòu)建了FGF21基因敲除小鼠模型，觀察其肝臟中分化相關(guān)基因的表達(dá)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，F(xiàn)GF21基因敲除小鼠肝臟中白蛋白、CYP1A2和CYP2E1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均顯著降低。這進(jìn)一步證明了FGF21在體內(nèi)對肝細(xì)胞分化相關(guān)基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)作用。3.3.2在肝臟發(fā)育和再生中的作用在胚胎發(fā)育過程中，肝臟的發(fā)育是一個復(fù)雜而有序的過程，涉及多個階段和多種細(xì)胞類型的相互作用。在肝臟發(fā)育的早期階段，內(nèi)胚層細(xì)胞逐漸分化為肝祖細(xì)胞，肝祖細(xì)胞進(jìn)一步分化為肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞。在這個過程中，多種生長因子和信號通路發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如肝細(xì)胞生長因子（HGF）、成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）等。FGF21在肝臟發(fā)育過程中對肝細(xì)胞分化起著重要的調(diào)控作用。研究表明，在胚胎肝臟發(fā)育過程中，F(xiàn)GF21的表達(dá)水平逐漸升高，與肝細(xì)胞的分化進(jìn)程密切相關(guān)。在FGF21基因敲除的胚胎中，肝臟發(fā)育出現(xiàn)明顯異常，肝細(xì)胞的分化受到抑制，肝祖細(xì)胞向成熟肝細(xì)胞的分化過程受阻。這表明FGF21是肝臟發(fā)育過程中肝細(xì)胞分化所必需的重要因子，它可以促進(jìn)肝祖細(xì)胞的增殖和分化，推動肝臟的正常發(fā)育。肝臟再生是肝臟在受到損傷后恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和功能的重要過程，肝細(xì)胞的分化在肝臟再生中起著關(guān)鍵作用。當(dāng)肝臟受到損傷時，殘存的肝細(xì)胞會被激活，進(jìn)入細(xì)胞周期進(jìn)行增殖，同時，一些肝祖細(xì)胞也會被激活并分化為肝細(xì)胞，以補(bǔ)充受損的肝細(xì)胞。FGF21在肝臟再生過程中對肝細(xì)胞分化具有顯著的影響。在部分肝切除的小鼠模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)給予外源性FGF21能夠顯著促進(jìn)肝臟的再生，增加肝細(xì)胞的增殖和分化。進(jìn)一步的實驗分析表明，F(xiàn)GF21處理后，肝臟中與肝細(xì)胞分化相關(guān)的基因表達(dá)顯著上調(diào)，如白蛋白、細(xì)胞色素P450等。這表明FGF21可以通過促進(jìn)肝細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)，加速肝細(xì)胞的分化，從而促進(jìn)肝臟的再生。FGF21在肝臟發(fā)育和再生中影響肝細(xì)胞分化的機(jī)制可能與多種因素有關(guān)。一方面，F(xiàn)GF21可以通過激活下游的信號通路，如ERK、AKT等，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖和分化。另一方面，F(xiàn)GF21還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，為肝細(xì)胞的分化提供適宜的微環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的降解和重塑，從而有利于肝細(xì)胞的遷移和分化。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和免疫細(xì)胞的功能，為肝臟發(fā)育和再生創(chuàng)造有利的條件，間接促進(jìn)肝細(xì)胞的分化。四、FGF21調(diào)節(jié)肝細(xì)胞代謝和生長的分子機(jī)制4.1FGF21的信號傳導(dǎo)通路4.1.1FGFR-Klotho復(fù)合物介導(dǎo)的信號通路FGF21的信號傳導(dǎo)主要依賴于成纖維細(xì)胞生長因子受體（FGFR）與Klotho蛋白形成的復(fù)合物。FGFR屬于受體酪氨酸激酶家族，包含多個亞型，如FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4等，不同亞型在肝細(xì)胞中的表達(dá)和功能存在一定差異。β-Klotho是一種單跨膜蛋白，作為FGF21信號傳導(dǎo)的必需共受體，與FGFR形成復(fù)合物，極大地增強(qiáng)了FGFR對FGF21的親和力和特異性。當(dāng)FGF21與FGFR和β-Klotho組成的受體復(fù)合物結(jié)合后，會引發(fā)FGFR的二聚化和自身磷酸化，從而啟動下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。在這一過程中，受體復(fù)合物激活的關(guān)鍵激酶包括絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成員細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）-蛋白激酶B（AKT）等。在ERK信號通路中，F(xiàn)GF21與受體復(fù)合物結(jié)合后，使FGFR磷酸化，進(jìn)而招募生長因子受體結(jié)合蛋白2（Grb2）和鳥苷酸交換因子SOS，形成FGFR-Grb2-SOS復(fù)合物。SOS激活Ras蛋白，使其結(jié)合GTP，激活的Ras蛋白再激活Raf蛋白，Raf蛋白進(jìn)一步磷酸化并激活MEK蛋白，MEK蛋白再磷酸化并激活ERK蛋白。激活的ERK可以磷酸化多種底物，如轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞周期相關(guān)蛋白等，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化和存活等過程。在PI3K-AKT信號通路中，F(xiàn)GF21與受體復(fù)合物結(jié)合后，激活PI3K，PI3K催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）。PIP3招募AKT到細(xì)胞膜上，并在磷酸肌醇依賴性激酶1（PDK1）和mTORC2的作用下，使AKT磷酸化并激活。激活的AKT可以磷酸化多種底物，如糖原合成酶激酶3β（GSK3β）、叉頭框蛋白O1（FOXO1）等，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、增殖和存活等過程。4.1.2下游信號分子的激活與作用ERK信號通路被激活后，會對肝細(xì)胞代謝和生長相關(guān)基因的表達(dá)產(chǎn)生重要影響。激活的ERK可以磷酸化并激活下游的轉(zhuǎn)錄因子，如Elk-1、c-Fos等。這些轉(zhuǎn)錄因子可以結(jié)合到特定的基因啟動子區(qū)域，調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。在肝細(xì)胞代謝方面，ERK信號通路可以調(diào)節(jié)脂肪酸代謝相關(guān)基因的表達(dá)。研究表明，激活的ERK可以上調(diào)肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1α（CPT1α）等脂肪酸氧化關(guān)鍵酶的基因表達(dá)，促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行β-氧化，增加能量消耗，減少脂肪在肝臟中的堆積。在肝細(xì)胞生長方面，ERK信號通路可以促進(jìn)細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)。它可以結(jié)合到細(xì)胞周期蛋白D1（CyclinD1）等基因的啟動子區(qū)域，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄表達(dá)，加速肝細(xì)胞從G1期向S期的轉(zhuǎn)換，促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖。AKT信號通路的激活同樣對肝細(xì)胞代謝和生長相關(guān)基因的表達(dá)有著顯著的調(diào)節(jié)作用。激活的AKT可以磷酸化并抑制GSK3β的活性，GSK3β是一種蛋白激酶，它可以磷酸化并抑制CyclinD1等細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)。AKT對GSK3β的抑制作用，使得CyclinD1的表達(dá)增加，促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖。AKT還可以磷酸化并抑制FOXO1的活性，F(xiàn)OXO1是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，它可以結(jié)合到糖異生關(guān)鍵酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）等基因的啟動子區(qū)域，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。AKT對FOXO1的抑制作用，使得PEPCK和G6Pase的表達(dá)下調(diào)，從而抑制糖異生作用，減少葡萄糖的生成，維持血糖的穩(wěn)定。在蛋白質(zhì)代謝方面，AKT可以通過激活mTOR信號通路，促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。AKT還可以調(diào)節(jié)其他代謝途徑相關(guān)基因的表達(dá)，如通過調(diào)節(jié)脂肪酸合成酶（FAS）等基因的表達(dá)，影響脂肪酸的合成。4.2轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控作用4.2.1PPARα等轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）是一種核受體轉(zhuǎn)錄因子，在肝細(xì)胞代謝中發(fā)揮著核心作用，尤其是在脂肪酸代謝和能量穩(wěn)態(tài)的維持方面。在禁食或高脂飲食等代謝應(yīng)激狀態(tài)下，肝臟中PPARα被激活，其激活機(jī)制主要是通過與內(nèi)源性配體如脂肪酸及其衍生物結(jié)合，從而發(fā)生構(gòu)象變化，招募共激活因子，形成轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物。激活的PPARα可以結(jié)合到靶基因啟動子區(qū)域的特定DNA序列，即過氧化物酶體增殖物反應(yīng)元件（PPRE）上，啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄。FGF21與PPARα之間存在緊密的相互調(diào)節(jié)關(guān)系。一方面，PPARα可以直接調(diào)控FGF21的表達(dá)。研究表明，在禁食或給予PPARα激動劑處理的動物模型中，肝臟中FGF21的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著升高。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，PPARα可以結(jié)合到FGF21基因啟動子區(qū)域的PPRE上，促進(jìn)FGF21基因的轉(zhuǎn)錄。在一項體外實驗中，研究人員將含有FGF21基因啟動子區(qū)域的報告基因載體轉(zhuǎn)染到肝細(xì)胞中，同時過表達(dá)PPARα。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，過表達(dá)PPARα組的報告基因熒光素酶活性顯著增強(qiáng)，表明PPARα可以直接激活FGF21基因的轉(zhuǎn)錄。另一方面，F(xiàn)GF21也可以通過激活下游信號通路，反饋調(diào)節(jié)PPARα的活性。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可以激活A(yù)MPK信號通路，激活的AMPK可以磷酸化PPARα，增強(qiáng)其與PPRE的結(jié)合能力，從而進(jìn)一步上調(diào)PPARα靶基因的表達(dá)。除了PPARα，肝細(xì)胞核因子4α（HNF4α）也是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，在肝細(xì)胞代謝和生長中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。HNF4α可以調(diào)控肝細(xì)胞中多種代謝酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，維持肝細(xì)胞的正常代謝功能。FGF21與HNF4α之間也存在相互調(diào)節(jié)關(guān)系。研究表明，F(xiàn)GF21可以通過激活下游的ERK和AKT信號通路，促進(jìn)HNF4α的表達(dá)和活性。在一項體內(nèi)實驗中，給予FGF21處理的小鼠肝臟中，HNF4α的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著升高，同時，HNF4α靶基因如白蛋白、細(xì)胞色素P450等的表達(dá)也明顯上調(diào)。這表明FGF21可以通過調(diào)節(jié)HNF4α的表達(dá)和活性，間接影響肝細(xì)胞的代謝和生長。4.2.2對代謝和生長相關(guān)基因表達(dá)的影響PPARα作為關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，在FGF21調(diào)節(jié)肝細(xì)胞代謝和生長過程中，對眾多代謝和生長相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。在脂肪酸代謝方面，PPARα可以調(diào)控肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1α（CPT1α）基因的表達(dá)。CPT1α是脂肪酸β-氧化過程中的關(guān)鍵酶，它催化脂肪酸與肉堿結(jié)合，形成脂酰肉堿，從而使脂肪酸能夠進(jìn)入線粒體進(jìn)行β-氧化。研究表明，在FGF21處理的肝細(xì)胞中，PPARα被激活，結(jié)合到CPT1α基因啟動子區(qū)域的PPRE上，促進(jìn)CPT1α基因的轉(zhuǎn)錄，使CPT1α的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著升高。這使得脂肪酸能夠更有效地進(jìn)入線粒體進(jìn)行β-氧化，增加能量消耗，減少肝臟脂肪堆積。在一項體內(nèi)實驗中，給予FGF21處理的高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠，肝臟中CPT1α的表達(dá)明顯上調(diào)，甘油三酯含量顯著降低。這表明FGF21通過激活PPARα，上調(diào)CPT1α的表達(dá)，促進(jìn)了脂肪酸的氧化代謝，改善了肝臟的脂肪代謝紊亂。PPARα還可以調(diào)控脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（FATP1）基因的表達(dá)。FATP1負(fù)責(zé)將脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)到肝細(xì)胞內(nèi)，其表達(dá)水平直接影響脂肪酸的攝取。研究發(fā)現(xiàn)，在FGF21激活PPARα的情況下，F(xiàn)ATP1基因的轉(zhuǎn)錄被促進(jìn)，F(xiàn)ATP1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平升高。這使得肝細(xì)胞能夠攝取更多的脂肪酸，為脂肪酸氧化提供充足的底物，同時也避免了脂肪酸在細(xì)胞外的堆積，維持了脂肪酸代謝的平衡。在一項體外實驗中，用FGF21處理原代肝細(xì)胞，檢測發(fā)現(xiàn)FATP1的表達(dá)明顯增加，細(xì)胞對脂肪酸的攝取能力增強(qiáng)。這表明FGF21通過PPARα調(diào)控FATP1的表達(dá)，影響了肝細(xì)胞對脂肪酸的攝取和代謝。在肝細(xì)胞生長方面，PPARα對細(xì)胞周期蛋白D1（CyclinD1）基因的表達(dá)具有重要的調(diào)控作用。CyclinD1是G1期向S期轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，它與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2（CDK2）結(jié)合形成復(fù)合物，激活CDK2的激酶活性，從而促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)程。研究表明，在FGF21處理的肝細(xì)胞中，PPARα可以結(jié)合到CyclinD1基因啟動子區(qū)域的PPRE上，促進(jìn)CyclinD1基因的轉(zhuǎn)錄，使CyclinD1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平升高。這加速了肝細(xì)胞從G1期向S期的轉(zhuǎn)換，促進(jìn)了肝細(xì)胞的增殖。在一項體內(nèi)實驗中，給予FGF21處理的部分肝切除小鼠，肝臟中CyclinD1的表達(dá)明顯上調(diào)，肝細(xì)胞的增殖指數(shù)顯著增加。這表明FGF21通過激活PPARα，上調(diào)CyclinD1的表達(dá)，促進(jìn)了肝細(xì)胞的增殖，有利于肝臟的再生和修復(fù)。4.3非編碼RNA的參與4.3.1miRNA對FGF21信號通路的調(diào)控微小RNA（miRNA）是一類長度約為22個核苷酸的非編碼RNA分子，在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們通過與靶mRNA的互補(bǔ)序列結(jié)合，抑制靶基因的翻譯或誘導(dǎo)其降解，從而實現(xiàn)對基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)控。在FGF21信號通路中，特定的miRNA對關(guān)鍵分子的靶向調(diào)控作用逐漸受到關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，miR-149是潛在靶向調(diào)控FGF21的miRNA之一。在胰島β細(xì)胞中，miR-149的過表達(dá)可顯著抑制FGF21的熒光素酶活性，當(dāng)FGF21的3'非翻譯區(qū)（3'UTR）中miR-149結(jié)合位點突變后，熒光素酶活性恢復(fù)。這表明miR-149能夠通過直接結(jié)合FGF21的3'UTR，抑制FGF21的翻譯過程，從而降低FGF21的表達(dá)水平。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠胰島素瘤細(xì)胞株（INS-1）胰島β細(xì)胞中，過表達(dá)miR-149不僅靶向抑制FGF21mRNA與蛋白表達(dá)，還會進(jìn)而降低細(xì)胞內(nèi)胰島素含量及分泌量。而當(dāng)外源過表達(dá)FGF21時，miR-149對胰島素分泌的抑制作用得以恢復(fù)。這一系列實驗結(jié)果表明，miR-149通過靶向抑制FGF21的表達(dá)，影響了胰島β細(xì)胞中胰島素的分泌，揭示了miR-149在FGF21信號通路中對胰島素分泌的調(diào)控作用。在肝細(xì)胞中，也存在一些miRNA對FGF21信號通路關(guān)鍵分子的調(diào)控作用。研究表明，miR-34a可以靶向抑制FGFR1的表達(dá)，F(xiàn)GFR1是FGF21信號通路中的重要受體。在體外實驗中，過表達(dá)miR-34a后，肝細(xì)胞中FGFR1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低，同時，F(xiàn)GF21激活下游ERK和AKT信號通路的能力也受到明顯抑制。這表明miR-34a通過靶向FGFR1，干擾了FGF21信號通路的正常傳導(dǎo)，從而影響了肝細(xì)胞的代謝和生長。在肝臟疾病狀態(tài)下，如非酒精性脂肪肝中，miR-34a的表達(dá)水平發(fā)生明顯變化，其對FGFR1的調(diào)控作用可能進(jìn)一步影響FGF21信號通路，參與肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展過程。4.3.2lncRNA在肝細(xì)胞代謝和生長中的作用長鏈非編碼RNA（lncRNA）是一類長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，雖然它們不具備蛋白質(zhì)編碼能力，但在基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞分化和發(fā)育等多種生物過程中發(fā)揮著重要作用。在肝細(xì)胞中，lncRNA與FGF21相互作用，共同調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的代謝和生長。研究發(fā)現(xiàn)，某些lncRNA可以通過與FGF21及其信號通路中的關(guān)鍵分子相互作用，影響肝細(xì)胞的代謝和生長。例如，lncRNA-H19在肝臟中高表達(dá)，它可以與FGF21的mRNA結(jié)合，影響FGF21的穩(wěn)定性和翻譯效率。在體外實驗中，敲低lncRNA-H19的表達(dá)后，肝細(xì)胞中FGF21的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低，同時，脂肪酸氧化相關(guān)基因的表達(dá)也受到抑制，肝細(xì)胞的脂肪代謝出現(xiàn)紊亂。這表明lncRNA-H19通過與FGF21相互作用，參與了肝細(xì)胞脂肪代謝的調(diào)節(jié)。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA-H19可以招募相關(guān)的RNA結(jié)合蛋白，形成RNA-蛋白復(fù)合物，影響FGF21mRNA的穩(wěn)定性和翻譯起始過程。lncRNA還可以通過調(diào)節(jié)FGF21信號通路中的關(guān)鍵信號分子，間接影響肝細(xì)胞的代謝和生長。例如，lncRNA-MALAT1可以通過激活JAK/STAT信號通路，促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖和再生。研究表明，在部分肝切除的小鼠模型中，lncRNA-MALAT1的表達(dá)顯著上調(diào)，同時，F(xiàn)GF21信號通路中的關(guān)鍵分子如STAT3的磷酸化水平也明顯增加。敲低lncRNA-MALAT1的表達(dá)后，肝細(xì)胞的增殖能力顯著降低，F(xiàn)GF21對肝細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用也受到抑制。這表明lncRNA-MALAT1通過激活JAK/STAT信號通路，增強(qiáng)了FGF21對肝細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用，參與了肝臟再生過程中肝細(xì)胞生長的調(diào)節(jié)。在肝臟疾病中，如肝癌中，lncRNA-MALAT1的表達(dá)異常升高，其與FGF21信號通路的相互作用可能進(jìn)一步影響肝癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，為肝癌的治療提供了新的潛在靶點和研究方向。五、基于FGF21的疾病與治療策略5.1FGF21與肝臟疾病的關(guān)聯(lián)5.1.1非酒精性脂肪肝（NAFLD）非酒精性脂肪肝（NAFLD）是一種與胰島素抵抗和遺傳易感性密切相關(guān)的代謝應(yīng)激性肝臟損傷，其病理特征主要表現(xiàn)為肝臟脂肪過度沉積，可進(jìn)一步發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、肝硬化甚至肝癌。近年來，大量臨床研究表明，F(xiàn)GF21水平與NAFLD的發(fā)病、病情進(jìn)展及嚴(yán)重程度存在緊密的相關(guān)性。眾多臨床研究顯示，NAFLD患者的血清FGF21水平顯著高于健康人群，且隨著病情的進(jìn)展，F(xiàn)GF21水平呈逐漸升高的趨勢。一項納入了200例NAFLD患者和100例健康對照者的臨床研究發(fā)現(xiàn)，NAFLD患者血清FGF21水平明顯高于對照組，且與肝臟脂肪含量、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）等肝功能指標(biāo)呈正相關(guān)。在另一項對不同程度NAFLD患者的研究中，輕度NAFLD患者血清FGF21水平為（150.2±30.5）pg/mL，中度患者為（205.6±40.8）pg/mL，重度患者則高達(dá)（280.5±50.2）pg/mL，呈現(xiàn)出明顯的劑量依賴性升高。這表明FGF21水平可作為評估NAFLD病情嚴(yán)重程度的潛在生物標(biāo)志物。FGF21水平與NAFLD患者的胰島素抵抗程度密切相關(guān)。胰島素抵抗是NAFLD發(fā)病的重要機(jī)制之一，它會導(dǎo)致肝臟對胰島素的敏感性降低，從而促進(jìn)肝臟脂肪的合成和沉積。研究發(fā)現(xiàn)，NAFLD患者血清FGF21水平與胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-IR）呈顯著正相關(guān)，即胰島素抵抗越嚴(yán)重，F(xiàn)GF21水平越高。在一項針對2型糖尿病合并非酒精性脂肪肝患者的研究中，通過多元線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，血清FGF21水平是影響HOMA-IR的獨立危險因素。這提示FGF21可能在NAFLD患者胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，其升高可能是機(jī)體對胰島素抵抗的一種代償性反應(yīng)。FGF21還與NAFLD患者的血脂代謝紊亂密切相關(guān)。NAFLD患者常伴有血脂異常，如甘油三酯（TG）升高、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）降低等。臨床研究表明，血清FGF21水平與NAFLD患者的TG、總膽固醇（TC）水平呈正相關(guān)，與HDL-C水平呈負(fù)相關(guān)。在一項對150例NAFLD患者的研究中，發(fā)現(xiàn)血清FGF21水平與TG水平的相關(guān)系數(shù)為0.56，與HDL-C水平的相關(guān)系數(shù)為-0.48。這表明FGF21可能參與了NAFLD患者血脂代謝的調(diào)節(jié)，其水平的變化可能反映了血脂代謝紊亂的程度。5.1.2肝硬化和肝癌肝硬化是一種常見的慢性進(jìn)行性肝病，由一種或多種病因長期或反復(fù)作用形成的彌漫性肝損害，其病理特征主要為肝細(xì)胞廣泛壞死、殘存肝細(xì)胞結(jié)節(jié)性再生、結(jié)締組織增生及纖維隔形成，導(dǎo)致肝臟正常結(jié)構(gòu)和血供遭到破壞。肝癌則是指發(fā)生于肝臟的惡性腫瘤，包括原發(fā)性肝癌和轉(zhuǎn)移性肝癌兩種，其中原發(fā)性肝癌是臨床上最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病與肝硬化、病毒性肝炎、黃曲霉毒素等多種因素密切相關(guān)。FGF21在肝硬化和肝癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，其潛在機(jī)制涉及多個方面。在肝硬化的發(fā)生發(fā)展過程中，F(xiàn)GF21可能通過調(diào)節(jié)肝星狀細(xì)胞的活化和增殖來影響肝臟纖維化的進(jìn)程。肝星狀細(xì)胞是肝臟纖維化的主要細(xì)胞來源，在正常情況下，肝星狀細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)肝臟受到損傷時，肝星狀細(xì)胞被激活，轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，大量合成和分泌膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致肝臟纖維化的發(fā)生。研究表明，F(xiàn)GF21可以抑制肝星狀細(xì)胞的活化和增殖，減少膠原蛋白的合成和分泌，從而延緩肝硬化的進(jìn)展。在一項體外實驗中，用FGF21處理肝星狀細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的增殖能力明顯受到抑制，α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和Ⅰ型膠原蛋白等纖維化標(biāo)志物的表達(dá)水平顯著降低。這表明FGF21可以直接作用于肝星狀細(xì)胞，抑制其活化和增殖，發(fā)揮抗肝臟纖維化的作用。FGF21還可以通過調(diào)節(jié)肝臟的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)來影響肝硬化的發(fā)生發(fā)展。氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)在肝硬化的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用，它們會導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷、壞死，促進(jìn)肝星狀細(xì)胞的活化和增殖，進(jìn)而加速肝臟纖維化的進(jìn)程。FGF21具有強(qiáng)大的抗氧化應(yīng)激和抗炎作用，它可以上調(diào)抗氧化酶的表達(dá)，增強(qiáng)肝細(xì)胞的抗氧化能力，減少氧化應(yīng)激對肝細(xì)胞的損傷。FGF21還可以抑制炎癥因子的釋放，減輕肝臟的炎癥反應(yīng)。在一項體內(nèi)實驗中，給予肝硬化小鼠模型FGF21治療后，發(fā)現(xiàn)肝臟中丙二醛（MDA）含量顯著降低，超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）等抗氧化酶的活性明顯增強(qiáng)，同時，腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）等炎癥因子的表達(dá)水平也顯著降低。這表明FGF21可以通過抗氧化應(yīng)激和抗炎作用，減輕肝臟損傷，延緩肝硬化的發(fā)展。在肝癌的發(fā)生發(fā)展過程中，F(xiàn)GF21的作用較為復(fù)雜，其既可能發(fā)揮抗腫瘤作用，也可能在某些情況下促進(jìn)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，具體取決于腫瘤的類型、微環(huán)境以及相關(guān)信號通路的激活狀態(tài)。一方面，F(xiàn)GF21可以通過抑制肝癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，發(fā)