FGF21通过抑制Foxo1改善EPCs功能促进糖尿病血管生成的效应及机制研究

The decreased number of circulating endothelial progenitor cells (EPCs) and impaired angiogenic capability of EPCs in diabetes mellitus are the major causes of the occurrence and development of diabetic ischemic vascular complications. Our preliminary data showed that FGF21 deletion impaired the blood perfusion and angiogenesis in diabetic hind limb ischemia, while FGF21 administration accelerated diabetic ischemic angiogenesis. The angiogenic capability of diabetic EPCs was impaired, which coincided with decreased expression of KLB, the co-receptor of FGF21, indicating a state of "FGF21 resistance"; Foxo1 is an important repressor of angiogenesis, which is activated in diabetic EPCs, but FGF21 can inhibit the Foxo1 signal. Based on these preliminary data, we hypothesize that FGF21 can inhibit Foxo1 signal, thus effectively improve the angiogenic capability of diabetic EPCs, and further promote diabetic ischemic angiogenesis. The main objective of this project is to confirm that FGF21 promotes diabetic angiogenesis via ameliorating the angiogenic capability of EPCs in diabetes mellitus, to investigate whether Foxo1 is the key target in this process, and then to further clarify the regulative mechanism of FGF21 repressing Foxo1 signal. Finally, we will investigate the possibility to improve the angiogenic capability of diabetic EPCs via combined use of sKLB and FGF21, and evaluate the feasibility of targeting FGF21/KLB in the treatment of diabetic ischemic diseases.

外周循环中内皮祖细胞（endothelial progenitor cells, EPCs）数量减少和血管形成功能受损是糖尿病缺血性疾病发生发展的关键诱因。预实验发现FGF21缺失削弱糖尿病缺血后肢血流恢复和血管生成，而FGF21给药能使之改善。糖尿病EPCs血管形成能力受损，伴随着血管生成抑制因子Foxo1被激活，FGF21辅助受体KLB表达下降并呈现“FGF21抵抗”；而FGF21能够抑制Foxo1信号。我们提出科学假设：FGF21通过抑制Foxo1信号改善糖尿病EPCs血管形成能力、促进糖尿病缺血性血管生成。本项目的主要目标是确证FGF21通过改善EPCs功能促进糖尿病血管生成，明确Foxo1信号在其中的关键作用并阐明调控机制，最后考察可溶性KLB（sKLB）和FGF21联合给药对糖尿病血管生成的促进作用，从转化医学角度评价以FGF21/KLB轴为靶标治疗糖尿病缺血性疾病的可行性。

糖尿病血管并发症是糖尿病患者致残和致死的主要原因。糖尿病血管并发症的发生发展与糖尿病条件下血管稳态失调和内皮功能障碍有关，增强血管功能和改善血管生成是治疗糖尿病血管并发症的有效策略。内皮祖细胞（EPCs）是一类内皮前体细胞，在维持内皮稳态和触发血管生成中发挥关键作用。在糖尿病环境下，循环EPCs数量减少、功能受损，损伤内皮稳态并减弱血管生成。改善EPCs功能和/或增加EPCs数量被认为是治疗糖尿病血管并发症的一种有效策略。在本项目中，我们利用糖尿病小鼠后肢缺血模型和高糖处理EPCs模型，从体内和体外两方面考察FGF21能否改善糖尿病EPCs功能、促进糖尿病血管生成，并揭示其分子机制；并在此基础上，进一步考察以可溶性KLB（sKLB）和FGF21联合给药改善糖尿病缺血性血管生成的可行性。结果显示：FGF21能够增加糖尿病小鼠循环EPCs数量，有效改善2型糖尿病小鼠和1型糖尿病小鼠缺血后肢血流恢复和血管生成，且这一作用不完全依赖于其全身代谢调节能力。EPCs表达FGF21的受体FGFR1和共受体KLB。体外实验表明FGF21能够直接作用于EPCs，改善高糖处理的EPCs血管生成能力。机制研究发现Foxo1激活损伤糖尿病EPCs功能，而FGF21能够抑制Foxo1的活性，改善EPCs功能。另一方面，FGF21还能够通过激活AMPK信号通路增加细胞中NAD+含量、增强Sirt1活性从而改善糖尿病EPCs功能。虽然我们的体外实验表明sKLB能够增强FGF21改善糖尿病EPCs功能的效果，但腹腔注射sKLB+FGF21对糖尿病缺血后肢血流恢复的改善效果并不显著优于FGF21，这可能与sKLB的分子量较大，不能有效到达缺血部位有关。此外，我们还发现利拉鲁肽可以通过激活Nrf2活性，抑制氧化损伤和调节线粒体稳态改善糖尿病EPCs功能。而FGF1也能够促进糖尿病小鼠缺血后肢的血流恢复和血管生成。随着营养的丰富和人们生活方式的改变，糖尿病及其并发症在全球广泛流行。我们的研究证实了FGF21能够有效的改善糖尿病EPCs功能、促进糖尿病缺血性血管生成，为将FGF21用于治疗糖尿病血管并发症提供了临床前证据。