[发明专利]人成纤维细胞生长因子21融合蛋白及其突变体的制备与应用

说明书

发明领域

本发明涉及人糖尿病和肥胖症的预防及治疗药物。具体的，本发明提供一种用于检测和治疗人I型或II型糖尿病，以及肥胖症的融合蛋白及其制备方法和应用。所述融合蛋白含有人FGF21或其突变体和人IgG2-Fc(铰链区-CH2-CH3)或IgG2-Fc突变体(T250Q/M428L；T307Q/N434A)，能有效改善肥胖症患者的生存状况，降低糖尿病患者的血糖水平，增强胰岛素的敏感性，同时增加FGF21体内的半衰期，尤其是FGF21及突变体与IgG-Fc(T250Q/M428L；T307Q/N434A)突变体融合蛋白，增强与FcRn亲和力，进一步增加FGF21的体内半衰期。

背景技术

Testuya Nishimura等在2000年首先报道了人FGF21基因。该基因定位于人α1，2-墨角藻糖基转移酶基因的5’侧翼区，编码一个209个氨基酸大小的蛋白多肽，正常情况下特异性表达于肝脏中，蛋白N端前28个氨基酸为引导肽，使FGF21分泌到细胞外。FGF21属于由FGF19、FGF21和FGF23的成纤维细胞生长因子(FGF)构成的亚家族的分泌多肽(Itoh等，2004，Trend Genet.20：563-69)。FGF21与FGF19的同源性比较高，FGF19已经证明可以调节内分泌代谢，据此研究人员推测FGF21可能也具有相应的能力。FGF21是非典型的FGF，因为它不依赖于肝素，并且在葡萄糖、脂质和能量代谢的调节中起激素的作用。

2005年，来自Lilly公司的研究人员Alexei Kharitonekov等首先在细胞水平和生物水平两方面对FGF21的生物学活性展开研究。他们用FGF21处理脂肪细胞，24小时后发现FGF21刺激后的脂肪细胞表现出明显葡萄糖吸收能力，但与胰岛素的作用现象不同，在加入胰岛素刺激后，细胞很快出现葡萄糖吸收作用，而FGF21则需要持续作用4小时以上才能达到相似的结果。同样的结果也在动物实验上得到体现。而且FGF21还表现出一些很有意义的特点：科研人员对健康鼠、糖尿病鼠及过表达该基因的转基因小鼠的研究发现，任何剂量的FGF21均未引起小鼠体重增加或导致低血糖症现象出现，这再一次提示FGF21可能不依赖于胰岛素途径来调节血糖。

从肝cDNA文库中分离出作为肝分泌因子的FGF21。它在肝和胰腺中高表达，并且是主要在肝中表达的FGF家族的唯一成员。过量表达FGF21的转基因小鼠具有生长速率缓慢、血浆葡萄糖和甘油三酯水平低下的代谢表型，并且不存在年龄相关性II型糖尿病、胰岛增大和肥胖症。在啮齿动物和灵长类模型中药物性给予重组FGF21蛋白导致血浆葡萄糖水平正常化、甘油三酯和胆固醇水平降低以及葡萄糖耐量和胰岛素敏感性得到改善。另外，FGF21通过增加能量消耗、体力活动和代谢率而减轻体重和体脂肪。实验研究为药物性给予FGF21以治疗人的II型糖尿病、肥胖症、脂血症和其它代谢状况或代谢紊乱提供了支持。

FGF21除直接调节血糖水平外，还可以激活胞外信号途径并改善胰腺细胞功能。据报道，FGF21可以提高正常小鼠胰岛素mRNA水平和蛋白水平，同时激活细胞外信号调节激酶1/2和Akt信号途径，但无诱导胰岛素分泌功能。FGF21处理的糖尿病啮齿动物，可以提高胰岛素量和葡萄糖诱导胰岛素分泌。正常或糖尿病小鼠进行FGF21治疗后，胰岛素水平，葡萄糖清除率都得到改善。而且未发现胰岛细胞增殖。由此推测FGF21对胰腺的作用可能得益于其在内环境稳定中起到的有益作用。另外，FGF21对糖脂毒性和细胞因子诱导的胰岛细胞调亡也有局部保护作用。

FGF21对血脂也有一定的调控作用。研究表明长期注射FGF21糖尿病恒河猴体内，除血糖水平得到控制外，脂蛋白代谢也得到改善，尤其是特异性的降低低密度脂蛋白胆固醇及升高高密度脂蛋白胆固醇水平，由此可见FGF21在整个内分泌过程中的重要作用。此外，HajimeYamauchi等通过对斑马鱼FGF21的研究发现，敲除FGF21基因的斑马鱼胚胎红细胞生成能力受到明显抑制，而该现象在向胚胎注入FGF21后得到改善。不仅如此，缺少FGF21的斑马鱼胚胎在粒细胞的生成也受到干扰，因此FGF21可能在动物体内的骨髓-红系祖细胞的分化中起到决定性作用。