成纤维细胞生长因子21(FGF21)可调节体内多个能量代谢环节,既往动物研究报道FGF21干预能减轻体重、降低血糖、改善血脂谱。但同时肥胖、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝(NAFLD)和冠心病等多种代谢相关疾病患者循环FGF21水平均显著升高。这种现象提示能量过剩可能会引起FGF21升高,但升高的FGF21发挥的作用尚不完全清楚。目前循环FGF21水平在NAFLD临床进程中的变化规律,以及升高的内源性FGF21对糖代谢的影响尚不完全清楚,本课题研究分为两部分:一是研究FGF21在NAFLD发生发展过程中的变化规律,二是研究能量过剩时FGF21对机体糖代谢的调控作用。一、FGF21水平在非酒精性脂肪肝发生发展中的变化规律目的:本课题组既往的研究发现NAFLD患者的FGF21水平显著升高,前瞻性研究中证实了血清FGF21水平是NAFLD发生的独立预测因子。但FGF21是否能分辨NAFLD单纯性肝脂肪变和非酒精性脂肪性肝炎(NASH)这两个临床阶段尚不清楚。本部分研究通过比较FGF21和细胞角蛋白18(CK18)的水平探索FGF21在NAFLD临床进程中的变化规律。方法:对上海社区人群开展了NAFLD的横断面调查及前瞻性研究。共808例受试者完成了两次调查。对该人群测定基线FGF21,CK18片段(CK18 M30)和总CK18(CK18 M65ED)水平,并对该人群随访3年,分析基线FGF21和CK18水平在预测NAFLD发病和转归的作用。结果:1.基线FGF21水平是发生单纯性脂肪肝的独立预测因子。2.基线CK18水平不能独立预测单纯性脂肪肝的发生,但CK18 M65ED能独立预测NAFLD进展为疑似NASH。3.在随访期间NAFLD逆转患者的基线CK18 M30水平显著低于仍为NAFLD(84.74U/L[53.26-135.79]vs.118.47U/L[87.16-188.89],P=0.012)的患者。结论:FGF21可用于肝脂肪变性的早期诊断,检测CK18水平有利于预测NAFLD患者的预后。FGF21和CK18对诊断和检测NAFLD患者具有互补价值。该结果还提示FGF21可能参与改善NAFLD发病机制中早期能量过剩的胰岛素抵抗环节。二、FGF21改善机体糖代谢的作用机制目的:在本研究第一部分中发现FGF21水平在NAFLD患者的单纯性脂肪肝阶段升高,与肝细胞炎症损伤并无显著相关。揭示FGF21可能参与调节了NAFLD发生机制中能量过剩早期的胰岛素抵抗环节。既往动物研究报道FGF21干预能减轻体重、降低血糖、改善血脂谱,提示脂肪组织可能是FGF21的主要靶点。本部分主要研究FGF21如何作用于脂肪组织并参与调节机体糖代谢。方法:通过FGF21敲除小鼠(FGF21 KO)模型并借渗透泵给予生理剂量的重组小鼠FGF21蛋白干预研究FGF21对胰岛素抵抗的改善作用。通过FGF21共受体βklotho脂肪组织特异性敲除小鼠(Klb Adipo KO)模型研究βklotho在FGF21改善糖代谢中的作用。通过脂肪移植手术研究不同部位脂肪与FGF21调节糖代谢之间的关系。结果:1.FGF21 KO小鼠和Klb Adipo KO小鼠在给予高脂饮食后均出现胰岛素抵抗,糖耐量降低,且皮下脂肪组织的量显著降低。2.给予生理剂量的重组小鼠FGF21蛋白可显著增加FGF21 KO小鼠皮下脂肪的量并改善胰岛素抵抗。将野生型小鼠(WT)的皮下脂肪移植给FGF21 KO小鼠也能改善糖代谢。3.给予生理剂量的重组小鼠FGF21蛋白对Klb Adipo KO小鼠无增加皮下脂肪和改善糖代谢的作用。4.FGF21能显著增加体外培养的皮下脂肪原代细胞的葡萄糖摄取。FGF21干预能显著促进皮下脂肪中PPARγ靶基因的表达,促进皮下脂肪中脂联素表达,增加循环脂联素的水平。FGF21还能在皮下脂肪中促进巨噬细胞向抗炎的M2方向极化,通过这些机制使FGF21 KO小鼠糖耐量显著上升。结论:FGF21为饮食诱导肥胖中皮下脂肪累积的过程所必须,能量过剩时升高的内源性FGF21能改变脂肪分布、改善胰岛素抵抗、增加糖耐量。该过程需要皮下脂肪组织中FGF21共受体βklotho的参与。FGF21通过皮下脂肪改善全身胰岛素抵抗的机制可能包括增加循环脂联素水平和改善脂肪组织炎症。