论文解读 | 郑树森院士团队发现肝因子FGF21在肝脏老化中具有重要作用

随着年龄增长，肝脏疾病的发生风险显著增加。老年肝脏的再生能力和抗氧化能力下降；老年供肝肝移植后受体预后也较差。因此，研究肝脏衰老的分子机制，以发现潜在的抗衰老靶点是十分必要的。

浙江大学医学院附属第一医院郑树森院士团队在本刊发表了题为“Integrative analysis of the transcriptome and metabolome reveals the importance of hepatokine FGF21 in liver aging”的研究论文。作者发现，老年肝脏中与过氧化物酶体、脂肪酸延长和降解相关的基因表达显著下调，这些下调的差异基因与肝因子FGF21的表达呈正相关。进一步发现过表达FGF21能够增强肝脏再生能力和抗氧化能力，抑制肝脏衰老。最后，这些来自细胞和动物实验的结果在人类临床样本中得到了成功验证。

一、下调的Fgf21在肝脏老化过程中起关键作用

作者对年轻和衰老的肝脏开展转录组分析，结果发现下调差异基因在过氧化物酶体和脂肪酸代谢（脂肪酸延长和降解）通路显著富集（图1A）。维持过氧化物酶体和脂肪酸代谢的稳态是长寿所必需的。因此，作者进一步分析了过氧化物酶体和脂肪酸代谢通路。首先，在衰老肝脏中，作者发现了17个下调的转录因子。随后，作者在转录因子和过氧化物酶体通路中下调的差异基因之间进行了Pearson相关性分析（图1B）。衰老相关的转录因子Creb3l3、Mysm1和Bach1与过氧化物酶体途径的下调差异基因密切相关（图1B）。随后，共表达网络表明Creb3l3与过氧化物酶体途径富集差异基因的相关性最强（图1C-E）。同样，结果提示Creb3l3与脂肪酸代谢途径差异基因的相关性最强（图1F-I）。

图 1 转录因子Creb3l3与衰老肝脏下调的差异基因显著正相关。

然后，作者又发现了在衰老肝脏中表达显著降低的肝因子Fgf21（图2A-C）。而且，Fgf21的表达与Creb3l3显著正相关（图2D）。Fgf21在调节脂质代谢和延长寿命方面发挥着重要的作用。这些结果表明，在肝脏老化过程中，Fgf21可能在Creb3l3调节的过氧化物酶体和脂肪酸代谢中发挥着重要作用。

图 2 衰老肝脏中下调的Fgf21与转录因子Creb3l3显著正相关。

二、FGF21抑制肝脏老化

随后，作者在细胞和大鼠肝脏中过表达FGF21。首先，24只大鼠分为NC、AAV-NC-D1000和AAV-Fgf21-D1000组（图3A）。作者发现AAV-Fgf21-D1000组即Fgf21过表达的大鼠肝脏中的P16，P21，P53，Mmp3和Lamin B1表达水平降低（图3B-E），并且SA-β-Gal（+）细胞的百分比降低（图3F）。这些结果表明Fgf21可以抑制肝脏老化。然后作者在HepG2细胞中过表达FGF21，然后H2O2（1000 µmol/L）处理细胞48小时以诱导细胞衰老（图3G）。P16、P21和P53在过表达FGF21的HepG2细胞中显著降低（图3H）。此外，uFGF21-H1000组中，SA-β-Gal（+）细胞的百分比显著降低（图3I）。因此，上述这些结果表明FGF21可以抑制肝脏衰老。

图 3 FGF21抑制肝脏老化。

三、FGF21增强肝脏再生能力和抗氧化能力

在uFGF21-H1000组中，E2F8和PCNA的表达显著增加（图4A）。而且，uFGF21-H1000组中S期细胞数量增加（图4B）。免疫组织化学染色显示，PCNA在AAV-FGF21-D1000组的肝脏中表达更高（图4C）。此外，过表达Fgf21的肝脏中Cyclin D1、Cyclin E1和PCNA显著增高（图4D）。这些结果表明FGF21增强肝脏再生能力。此外，AAV-Fgf21-D1000组SOD和过氧化氢酶水平显著升高（图4E），但MDA水平降低（图4F）。这些结果表明Fgf21可以增强肝脏抗氧化能力。

图 4 FGF21增强肝脏再生能力和抗氧化能力。

四、在人样本中，验证动物和细胞实验的结果

在人肝脏中，老年肝脏P16、P21、P53、MMP3和Lamin B1的表达更高（图5A），而FGF21，CREB3L3和E2F8的表达显著减少（图5B）。老年肝脏中PCNA、过氧化氢酶和SOD的水平也降低（图5C），这表明衰老肝脏的再生能力和抗氧化能力降低。ELISA实验表明老年人的血清FGF21水平较低（图5D）。此外，肝脏组织芯片免疫组织化学染色表明老年肝脏P16、P21、P53、MMP3和Lamin B1的表达水平升高（图5E）；而FGF21、CREB3L3和E2F8的表达水平降低（图5E）。

图5 在人类临床样本中，验证动物和细胞实验结果。

此外，PCNA、过氧化氢酶和SOD水平均降低（图6A），表明老年肝脏的再生能力和抗氧化能力下降。而且在老年供体肝移植中，供肝FGF21表达较低的受体存活率明显较低（图6B）。上述这些结果进一步验证了动物和细胞实验的研究结果，表明FGF21是抑制肝脏衰老的重要靶点。

图6 人肝脏的免疫组织化学染色验证动物和细胞实验的结果。

综上，该团队研究表明，通过表达的FGF21增强肝脏再生能力和抗氧化能力，抑制肝脏衰老。在将来，FGF21可以用于降低肝脏衰老相关疾病和肝移植后肝脏衰竭的发生风险。

文章来源

免费全文下载链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352304223004440

引用这篇文章：

Wang W, Qian J, Shang M, et al. Integrative analysis of the transcriptome and metabolome reveals the importance of hepatokine FGF21 in liver aging. Genes Dis. 2024;11(5): 101161.