摘要

背景:成纤维细胞生长因子21 (FGF21)介导啮齿动物和人类对禁食的代谢适应。如前所述，FGF21的增加会导致生长激素不敏感和生长失败。我们假设青春期前短龄儿童的血清FGF21与血清GH水平呈正相关，与血清胰岛素样生长因子-1、身高、体重和生长速度呈负相关。

方法:我们前瞻性地招募了青春期前的矮小儿童。测定血清FGF21、生长激素、胰岛素样生长因子-1。采集人体测量参数。计算体重指数和生长速度。

结果:22例患者被招募(平均年龄:5.6±2.9岁)。FGF21的平均水平为132.5 pg/mL。FGF21的中位水平没有明显的性别差异。

在女性中，血清FGF21与生长速度(p=.043)和身高z值(p=.046)之间存在负相关关系。

结论:这是首个报告青春期前男性和女性循环FGF21水平的研究。我们的结果表明，女性血清FGF21、身高z值和生长速度之间存在负相关。

关键字

成纤维细胞生长因子21;增长失败

缩写

“大酒店”:生长激素;IGF-1:胰岛素样生长因子1;FGF21:成纤维细胞生长因子21;FGF:成纤维细胞生长因子;FGFR:成纤维细胞生长因子受体;WAT:白色脂肪组织;BAT:棕色脂肪组织;FR-KO:食物限制击倒;FR-WT:食品限制野生型;BMI:身体质量指数; RIA: Radioimmunoassay.

介绍

营养不良是世界上最常见的生长失败的原因。有趣的是，除了发育迟缓发病率最高的发展中国家之外，许多美国儿童在出生后的前3年营养摄入不足，导致体重不足和身材矮小。在哺乳动物中，稳态生长主要受生长激素(GH)和胰岛素样生长因子-1 (IGF-1)的调节，其中IGF-1的合成主要由GH本身[2]诱导。

在啮齿动物中，禁食导致生长激素分泌减少，肝脏生长激素敏感性降低[3-5];在人类中，营养不良也会导致肝脏生长激素不敏感，但与啮齿动物不同，它与循环生长激素水平升高有关[6-8]。

体重不足-矮小儿童通常表现为GH升高和IGF-1水平低，这反映了GH抵抗状态[9];然而，对这些激素变化的致病机制知之甚少。

FGF 21(成纤维细胞生长因子21)是FGFs亚家族(包括FGF15/19和FGF23)中的一员，缺乏FGF肝素结合域[10,11]。因此，这些fgf可以从其合成组织中扩散开来，作为内分泌因子发挥作用[12,13]。它们结合FGF受体(FGFR1-4)，这是酪氨酸激酶。为了激活受体，FGF21必须与β-Klotho相互作用，β-Klotho是一种单次跨膜蛋白。FGF21通过其c端与β-Klotho结合，而通过其n端与FGFR结合。β-Klotho和FGF21在白色脂肪组织(WAT)、棕色脂肪组织(BAT)和肝脏中的共同定位，与FGF21主要在这三个组织/器官中调节哺乳动物代谢的观点一致。最近，我们发现FGF21及其信号系统也在啮齿动物生长板中表达。事实上，在培养的从3周龄小鼠胫骨生长板和晚期胎鼠跖骨生长板分离的软骨细胞中，我们证实了FGF21、FGFR1、FGFR3和β-Klotho的mRNA表达，以及FGFR1、FGFR3和β-Klotho[14]的蛋白表达。

在减少热量摄入的过程中，哺乳动物的成纤维细胞生长因子21 (FGF21)[15]合成增加。肝脏中FGF21活性的增加可诱导糖异生、脂肪酸氧化和生酮:因此，FGF21被认为是代谢适应禁食的关键调节剂[15-22]。

在啮齿动物的食物限制期间FGF21表达的增加似乎抑制了纵向骨生长[23]。我们最近发现，与食物限制型野生型小鼠(FR-WT)[14]相比，经食物限制的FGF21基因缺失小鼠(FR-KO小鼠)表现出身体线性生长和胫骨生长的减弱，体重下降类似。此外，FR-KO小鼠的血清IGF- 1水平高于FR-WT小鼠，而GH水平较FR-WT小鼠低:这些结果表明，FGF21基因缺失的小鼠在[14]限食期间比野生型小鼠对GH更敏感。这些数据表明FGF21在营养不良相关的生长失败中发挥了致病作用，可能是通过诱导生长激素抵抗。

在人类中，最近发表的数据表明，血清FGF21水平与婴儿时期的生长速率呈负相关，表明FGF-21是人类生命早期状态生长的负调节因子[24,25]。然而，关于FGF21在年龄较大的儿童，特别是体重过轻和身材矮小儿童的生长调节中的功能作用，我们知之甚少。

我们假设:

1. 体重不足矮小儿童血清FGF- 21和GH水平高于正常体重矮小儿童，血清IGF-1水平低于正常体重矮小儿童。
2. 体重不足儿童血清FGF-21水平与血清GH水平直接相关，与血清IGF-1水平负相关。

为了检验我们的假设，本研究的目的是:

1. 测量青春期前儿童人群的血清FGF21水平，并将这些水平与该人群的正常生长速率相关联，以研究FGF21在体重不足儿童中通过生长激素不敏感导致生长失败的可能原因。
2. 研究体重不足矮小儿童血清FGF21水平是否与血清GH和IGF-1水平相关。

材料和方法

研究获得了Drexel大学机构监管委员会的批准(协议1212001718)。入组时获得父母和患者的知情同意和同意(如有指示)。

研究设计

研究对象是2013年2月至2015年1月期间从圣克里斯托弗儿童医院内分泌科和普通儿科门诊前瞻性招募的。

入选标准为:

• 存在生长失败(高度<3^{理查德·道金斯}百分位数或线性/正常生长曲线超过2个主要百分位数)，无慢性疾病或长期用药已知与体重不足或生长速度差/身材矮小相关。
• 青春期前(女孩乳房发育，男孩睾丸小于4cc。
• 1到10岁。

被诊断为慢性疾病或青春期≥Tanner 2(女孩乳房发育≥Tanner 2，男孩睾丸大小≥4cc)的受试者被排除在外。

体重不足(基于CDC定义)由长度<5的Weight定义^th小于2岁和BMI <5的受试者的百分位^th老年人的百分比。

入组后，采集非空腹血样测量GH和IGF-1 [GH在St. Christopher 's Hospital for Children Central Laboratory采用2点免疫酶测法(TOSOH)测量。而IGF-1在商业实验室(Lab Corp)和酸:醇萃取后的RIA中测定]和FGF21(使用酶联免疫吸附测定试剂盒由MilliporeSigma测定;目录编号:EZHFGF21-19K;默克公司(Merck KGaA，达姆施塔特，德国)在其中一个合著者的研究实验室。

获得了包括体重、身高和BMI在内的人体测量数据。生长速度计算使用两个高度测量，间隔3-6个月。在许多受试者中，这两项测量都是在圣克里斯托弗儿童医院(St. Christopher’s Hospital for Children)的内分泌科和普通儿科门诊进行的;在其他一些医院，第一次测量是在儿科医生的诊所进行的，而第二次测量是在圣克里斯托弗儿童医院(St. Christopher 's Hospital for Children)进行的。百分比和z分数是根据CDC 2000年增长图表(从http://www.cdc.gov/growthcharts下载)和儿童医院波士顿增长计算器2.01的参考值计算的。获得了详细的病史和家族史。

统计分析

数据使用IBM SPSS 20.0软件进行分析。数据(包括人体测量)以血清FGF21水平的平均值±标准差(SD)和中位数表示。p值<0.05被认为有统计学意义。Spearman秩序相关性(r)用于评估不同变量与血清FGF21水平之间的相关性。Mann Whitney U检验用于评估FGF21水平在性别间的差异。

结果

共招募了22名1-10岁的发育失败儿童(表1)。所有研究对象都是青春期前的。大多数研究对象都是男性，或者是非裔美国人，或者其他。

年龄，平均±SD	5.6±2.9年
男/女，n (%)	14/8 (63/37)
种族、n (%)
拉美裔	2 (9)
非裔美国人	8 (36)
高加索人	5 (23)
其他	7 (32)
高度z分数，平均值±SD	-2.6±0.85
BMI Z-score，平均±SD	0.01±1.03
生长速度z -分数，平均值±SD	-0.5±1.97
表1:病人特点(N = 22)

所有受试者(n=22)符合生长失败标准(定义在材料和方法中)，9% (n=2)的受试者体重不足(定义在材料和方法中)。

血清GH和IGF-1中位水平分别为3.68 ng/mL和89.31 ng/mL。男性中位血清FGF21水平为69.95 pg/mL(范围:0-591 pg/mL)，女性中位血清FGF21水平为62.80 pg/mL(范围:0-507 pg/mL)。根据Mann Whitney U测试，FGF21水平在性别间无显著差异(p=.99)(表2和图1)。

图1:血清FGF21浓度

	男性	女性
的意思是	131.06	135.56
中位数	69.95	62.80
最低	0	0
最大	591	507

表2:血清FGF21水平(pg/mL)
p值= 0(Mann Whitney U测试)

在女性中，血清FGF21与生长速度(p=.043)和身高z值(p=.046)之间存在负相关，具有统计学意义。

斯皮尔曼排序试验确定血清FGF21水平与年龄、时间、体重(z-score)、BMI (z-score)等其他人体测量参数无显著相关性。

此外，血清FGF21水平与血清IGF-1或GH水平无显著相关性(表3)。

	男性		女性
	斯皮尔曼 系数	p	斯皮尔曼 系数	p
年龄	-.492	.074	.564	.187
时间	-.329	.251	-.527	.224
BMI %	.183	.589	.551	.257
体重指数z分数	.183	.589	．551	.257
高度	-.413	.142	.509	.243
身高z分数	.152	.603	-.764	.046
增长速度	.183	.531	-.771	.043
增长速度z分数	.101	.768	-.725	.103
重量	-.369	.195	.564	.187
体重z分数	.148	.614	.673	.098
igf - 1	-.271	.370	.127	.786
“大酒店”	.453	.120	.291	.527

表3:血清FGF21水平与其他变量的相关性。相关性在0.05水平显著(2尾)

讨论和结论

据我们所知，我们的研究首次报道了FGF21在青春期前、男性和女性身材矮小的循环水平。我们已经证明血清FGF21与身高z-score (p=.046)、生长速度(p=.043)，提示FGF21可能对人类的体型生长调节产生负面影响。血清FGF21水平在性别间无显著差异(Mann Whitney U检验，p=.99)，这与之前报道的男孩[26]中较高的血清FGF21水平形成对比。

先前的证据表明FGF21在哺乳动物的生长中具有调节作用。2008年Inagaki et al.[27]研究表明，过表达FGF21的转基因小鼠比野生型小鼠更小，胫骨更短。他们还表明，FGF21的过表达降低了GH信号的激活，进而降低了肝脏中IGF-1的表达，这表明FGF21可能通过引起GH不敏感而参与调控生长。

啮齿动物的食物限制与骨骼生长减少有关，至少部分原因是FGF21活性增加。事实上，我们已经证明，在小鼠中，慢性营养不良导致全身和局部生长板中FGF21的合成和活性增加。因此，FGF21通过作为内分泌和旁分泌因子抑制生长激素的作用[14,28]。

已发表的FGF21对人体正常生长影响的证据是有限的。在受神经性厌食症影响的成人中，血清FGF21与GH直接相关，与IGF-1水平[29]负相关。在特发性身材矮小的青春期男孩中，作者发现血清FGF21与身高、体重、生长速度、BMI或血清IGF-1水平[30]没有相关性。

FGF21对纵向/正常生长的调节作用在婴儿时期更为明显。Mericq等人的[25]研究了一组早产儿和足月婴儿。在生命的前6个月，在整个组中，血清FGF21与身体线性生长呈负相关，这种显著的负相关在与胎龄相适应的出生体重的早产儿组中持续到6 - 12个月。在出生前6个月经历过追赶性生长的足月婴儿在6个月时的血清FGF21水平低于那些没有经历追赶性生长的足月婴儿。因此，这些发现表明，婴儿时期的FGF21与线性生长速率呈负相关，从而提示FGF21是人类生长的负调节因子。

在另一项研究中，作者仅评估了早产儿[24]。与Mericq的发现[25]一致，在生命的前5周FGF21水平和长度的变化之间发现了显著的负相关。血清IGF-1与长度的变化没有关联。此外，这些作者评估了FGF21对培养软骨细胞生长激素作用的影响。与我们在培养的小鼠生长板软骨细胞[28]中的发现一致，在人类软骨细胞培养基中添加重组FGF21可减少ghn介导的软骨细胞增殖诱导。因此，这些发现表明FGF21可能通过拮抗人软骨细胞生长激素的作用来抑制纵向骨生长。

总之，我们的研究结果支持FGF21在青春期前女孩的正常生长中具有抑制调节作用;然而，我们无法证明fgf21介导的生长激素不敏感诱导可能导致生长失败。我们的样本量小，登记的体重不足儿童数量有限，以及缺乏对照组，限制了我们的研究结果的影响。然而，这些发现证明有必要对BMI范围更广的青春期前矮小和正常身高儿童(包括体重不足儿童)进行更多的纵向研究。

参考文献

1. 营养矮化:生长、节食和对肥胖的恐惧。J Am Coll Nutr 7: 367-376。［Ref。］
2. Chia DJ(2014)微综述:生长激素介导的基因调控机制。Mol Endocrinol 28: 1012-1025。［Ref。］
3. Tannenbaum GS, Rorstad O, Brazeau P(1979)长期食物剥夺对大鼠超生长激素节律和免疫反应性生长抑素组织水平的影响。内分泌学104:1733 - 1738。［Ref。］
4. Maes M, Underwood LE, Ketelslegers JM(1983)禁食和进食大鼠的血浆somatomedin-C:与致体结合位点的变化密切相关，但与致乳结合位点的变化无关。J Endocrinol 97: 243-252。［Ref。］
5. Straus DS, Takemoto CD(1990)禁食对大鼠肝脏胰岛素样生长因子-1和生长激素受体mRNA水平及IGF-1基因转录的影响。Mol Endocrinol 4: 91-100。［Ref。］
6. 计算DR, Gwirtsman H, Carlsson LMS, Lesem M, Cutler GB(1992)神经性厌食症和再进食对生长激素结合蛋白、胰岛素样生长因子(igf)和igf结合蛋白的影响。临床内分泌代谢杂志75:762-767。［Ref。］
7. hoky, Veldhuis JD, Johnson ML, Furlanetto R, Evans WS, et al.(1988)禁食促进生长激素分泌，增强生长激素分泌的复杂节律。J Clin Invest 81: 968-975。［Ref。］
8. Bang P, Brismar K, Rosenfeld RG, Hall K(1994)空腹对非胰岛素依赖型糖尿病患者与健康非肥胖和肥胖受试者血清胰岛素样生长因子(igf)和igf结合蛋白的影响不同。临床内分泌杂志78:960-967。［Ref。］
9. Hawkes CP, Grimberg A(2015)胰岛素样生长因子- i是营养状态的标志。儿科内分泌13,499 -511。［Ref。］
10. Grunwald T, De Luca F(2015)成纤维细胞生长因子21 (FGF21)在调节正常生长中的作用。儿科Rev 11: 98-105。［Ref。］
11. Fisher FM, Maratos-Flier E(2016)理解FGF21的生理学。年Rev生理学78:223-241。［Ref。］
12. Nishimura T, Nakatake Y, Konishi M, Itoh N(2000)鉴定一种新的FGF, FGF21，在肝脏中优先表达。Acta botanica sinica(云南植物研究与开发)［Ref。］
13. Kharitonenkov A, Shiyanova TL, Koester A, Ford AM, Micanovic R，等(2005)FGF21作为一种新的代谢调节剂。J克林顿投资115:1627-1635。［Ref。］
14. Kubicky RA, Wu S, Kharitonenkov A, De Luca F(2012)成纤维细胞生长因子21 (FGF21)在营养不良相关的小鼠生长衰减中的作用。内分泌学153:2287 - 2295。［Ref。］
15. 赵国平，丁晓东，丁晓东，等。(2007)ppara介导的成纤维细胞生长因子21诱导的内分泌调控。细胞Metab 5: 415-425。［Ref。］
16. Kliewer SA, Mangelsdorf DJ(2010)成纤维细胞生长因子21:从药理学到生理学。美国临床Nutr 91: S254-S257。［Ref。］
17. Gälman C, Lundåsen T, Kharitonenkov A, Bina HA, Eriksson M，等(2008)人循环代谢调节因子FGF21是由长时间禁食和ppar激活引起的。细胞Metab 8: 169-174。［Ref。］
18. FGF21:禁食生物学中缺失的一环。细胞Metab 5: 405-407。［Ref。］
19. Nies VJ, Sancar G, Liu W, van Zutphen T, Struik D, et al.(2016)成纤维细胞生长因子信号在代谢调节中的作用。内分泌科(洛桑)6:193。［Ref。］
20. Fernandes-Freitas I, Owen BM(2015)内分泌成纤维细胞生长因子的代谢作用。Curr Opin Pharmacol 25: 30-35。［Ref。］
21. Markan KR, Potthoff MJ(2016)代谢成纤维细胞生长因子(FGFs):能量稳态的介质。Semin Cell Dev Biol 53: 85-93。［Ref。］
22. 李莉，唐丽(2015)成纤维细胞生长因子21在代谢中的多重作用。Curr Pharm Des 21: 3041-3050。［Ref。］
23. Gat-Yablonski G, Phillip M(2015)营养诱导的追赶性增长。营养7:517 - 551。［Ref。］
24. Guasti L, Silvennoinen S, Bulstrode NW, Ferretti P, Sankilampi U, et al.(2014)通过软骨细胞GH抵抗，FGF21升高导致早产儿出生后线性生长减弱。临床内分泌学Metab 99: E2198-E2206。［Ref。］
25. Mericq V, De Luca F, Hernandez MI, Peña V, Rossel K, et al.(2014)血清成纤维细胞生长因子21水平与婴儿生长速率呈负相关。儿童组82:324-331。［Ref。］
26. Bisgaard A, Sørensen K, Johannsen TH, Helge JW, Andersson AM, et al.(2014)丹麦儿童和青少年血清成纤维细胞生长因子21水平的显著性别差异。Int J pediatrics Endocrinol 2014: 7。［Ref。］
27. Inagaki T, Lin VY, Goetz R, Mohammadi M, Mangelsdorf DJ等(2008)通过禁食诱导的激素FGF21抑制生长激素信号。细胞代谢8:77-83。［Ref。］
28. Wu S, Levenson A, Kharitonenkov A, De Luca F(2012)成纤维细胞生长因子21 (FGF21)直接抑制生长板上的软骨细胞功能和生长激素作用。中国生物医学工程学报(英文版)［Ref。］
29. 营养不良与生长激素抑制的关系。J Endocrinol 220: R57-R65。［Ref。］
30. Hero M, Dunkel L, Vaaralahti K, Raivio T(2011)特发性矮小男孩血清FGF21:与脂质水平、青春期开始和生长的关系。临床内分泌(Oxf) 75: 141-145。［Ref。］

在此下载临时PDF

条信息

文章类型:研究文章

引用:Dimitriadi FF, Wu S, Yang W, Bernstein B, De Luca F, et al.(2017)营养不良与生长失败:成纤维细胞生长因子21 (FGF21)是缺失的环节吗?Int J Endocrinol Metab Disord 3(1): doi http://dx.doi.org/10.16966/2380- 548X.131

版权:©2017 Dimitriadi FF等。这是一篇开放获取的文章，在知识共享署名许可协议的条款下发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。

出版的历史:

收到日期:2016年11月02

接受日期:2017年1月17日

发表日期:2017年1月23日