急性胰腺炎與自噬

李紅昌 徐可 陳亞峰 奉典旭

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急性胰腺炎與自噬

李紅昌 徐可 陳亞峰 奉典旭

急性胰腺炎(AP)是長期困擾人類的一類復雜的疾病，隨著生活水平的提高，發病率有逐年增高的趨勢，其中10%～20%的AP可發展為重癥急性胰腺炎(SAP)。SAP臨床上起病急、變化快、并發癥多，死亡率高達20%[1-2]，一直是臨床上治療的難點和挑戰。目前對SAP的治療仍缺乏特異、有效的措施，究其原因主要是尚不明確其確切的發病機制。大多數研究認為AP的病理基礎系酶原在胰腺細胞內非正常的激活，從而引起胰腺的自我消化，進一步引起局部及全身炎癥反應[3-4]。一些研究認為細胞內的酶原提前激活和異常的鈣離子信號通道、細胞外低pH、溶酶體和酶原聚集等眾多因素有關。自噬及溶酶體組織蛋白酶的改變則是近年新的研究熱點[5]。本文就自噬，尤其是異常自噬在AP中的研究及進展綜述如下。

一、自噬概況

自噬又名Ⅱ型程序性細胞死亡，廣泛存在于真核生物的病理生理過程中，首先由Ashford和Porter[6]于1962年用電子顯微鏡在人的肝細胞中觀察到。自噬是胞質內蛋白質和細胞器在膜包囊泡形成的自噬體中降解成氨基酸、核酸小分子的生物學過程，在細胞營養缺乏時，可維持蛋白質代謝平衡及細胞環境穩定，在生長發育中扮演重要角色。自噬可分為小自噬(microautophagy)、分子伴侶介導自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)和大自噬(macroautophagy)3種形式[7-8]。一般所說的自噬即大自噬，其過程可分為以下3個步驟[9-11]：(1)自噬誘導因子刺激細胞后在胞質某個位置形成吞噬泡(phagophore)；(2)吞噬泡不斷延伸，胞質中細胞器等成分被攬入吞噬泡，成為密閉的球狀自噬體(autophagosome)；(3)自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體(autolysosome)。自噬在維持內環境穩定、清除廢物及結構重建中起重要作用，它一方面通過降解自身的物質，清除對細胞生長有害的物質，促進細胞生存；另一方面，當細胞受到過多損傷打擊時，自噬被異常激活或自噬通路受阻導致自噬泡異常積累，引起細胞死亡，進而導致多種疾病的發生[12-13]。

二、自噬與AP

AP的早期特征是胰腺腺泡細胞胞質出現空泡，空泡內蛋白酶原被激活。關于空泡來源、形成的機制以及在酶原激活中的作用還不完全清楚。1980年Helin等[14]觀察了6例SAP患者胰腺腺泡的超微結構，在水腫性炎癥的胰腺實質腺泡細胞內發現酶原顆粒的改變和腺泡空泡的增加，表明自噬現象增加。隨后，Watanabe等[15]在雨蛙素誘導的AP動物模型中描述了有關腺泡細胞胞質空泡化的形態學特征，即腺泡細胞中出現的空泡是雙層膜，且膜上有自噬標志物輕鏈蛋白3Ⅱ(light chain 3Ⅱ，LC3Ⅱ)的存在，因此考慮這些空泡是自噬來源的[16]。而且在這些空泡內發現未完全消化的細胞內容物及胰蛋白酶，更進一步證實胰蛋白酶原的激活可能與自噬有關[17]。Sherwood等[18]的研究顯示，AP早期胰蛋白酶原的激活發生在胰腺腺泡細胞大空泡內，提示自噬也許與AP的發生及發展有某種聯系。Hayashi-Nishino等[19]研究發現在自噬相關基因5(autophagy associated gene 5，ATG5)敲除的小鼠中，胰蛋白酶原的激活和空泡的積累顯著減少。腺泡細胞胞質的空泡與酶原激活有關，其機制可能是自噬在酸性環境下把胰蛋白酶原運送至溶酶體從而造成酶原激活[20]。因此認為，胞質細胞空泡是自噬的起源，自噬程度與空泡數量和AP 的嚴重程度呈一定的比例關系，自噬現象、酶原顆粒的改變和酶原激活與胞質內空泡形成有關。自噬為胰蛋白酶原的激活搭建了橋梁，在AP胰蛋白酶原的異常激活中起著重要作用。Mizushima等[21]發現小鼠禁食24 h后，胰腺外分泌組織中GFP-LC3融合蛋白量升高，生理性自噬增強。這可能是由于胰腺外分泌組織中蛋白質合成速度快，需要大量消除有缺陷或過量的蛋白質，造成自噬高效，說明生理性自噬對胰腺外分泌組織可能發揮保護作用。

三、異常自噬與AP

高效的自噬在胰腺炎發生中非常重要，增強的自噬不僅可以調節胰腺炎的應激反應，而且在受損傷的腺泡細胞內，受損的細胞器可以通過自噬過程被移除；當自噬功能受損時，不能移除這些細胞器，最終導致或加重胰腺炎的發生。Gukovsky和Gukovskaya[17]通過對分離的胰腺細胞、動物模型和人體組織的研究，發現AP時自噬量受損，胰腺腺泡內大量異常自噬空泡堆積，受損的自噬參與腺泡細胞的空泡和酶原的激活，從而引起AP的發生。研究發現[22-23]，與饑餓誘導的自噬相比，胰腺炎時腺泡細胞中含有更多更大的空泡，同時伴隨LC3-Ⅱ水平的增加。胰腺炎時長效蛋白的降解率明顯降低和特異的自噬降解蛋白p62 水平增加，也證明了胰腺炎時自噬受到損傷。越來越多的證據表明，異常自噬導致胰蛋白酶原在胰腺腺泡細胞內激活并損傷胰腺腺泡細胞而啟動AP[20,24]。AP中產生異常自噬的原因可能有3個[23]：(1)自噬早期某些原因致其過度激活，產生大量自噬體不能被及時順利清除而導致其異常積累。(2)自噬晚期因溶酶體功能障礙導致自噬體與溶酶體融合障礙，自噬體不能被及時清除而異常積累。(3)自噬晚期自噬體與溶酶體融合后形成自噬溶酶體，但溶酶體中各類水解酶活性下降致自噬溶酶體內待降解物質不能被清除，自噬溶酶體異常積累。

1．AP時自噬過度激活：自噬標志物Beclin1是酵母ATG6的同系物，也是第一個被確認的哺乳動物自噬基因，對自噬體的形成至關重要。Beclin1與磷脂酰肌醇-3-激酶Ⅲ類(class Ⅲ phosphatidylinositol 3-kinase, PI3KC3)結合形成復合物促進自噬的形成。研究表明[25-26]，在雨蛙素誘導的AP中，胰腺組織Beclin1表達增加且與自噬空泡變化一致，提示自噬被激活且參與腺泡細胞的自噬空泡的形成。Hashimoto等[25]通過對ATG5 敲除的小鼠注射雨蛙素建立AP動物模型，發現ATG5 基因敲除后小鼠胰腺腺泡細胞中自噬減少，胰蛋白酶原的活性明顯降低、AP的嚴重程度減輕。Feng等[27]發現，用IL-22重組腺病毒注入野生型鼠體內或使用IL-22的轉基因鼠可以明顯減輕雨蛙素所致的AP，且腺病毒注入后Bcl-2家族蛋白水平明顯升高，其機制可能是IL-22誘導Bcl-2家族蛋白過表達，后者通過與Beclin1結合，阻斷自噬體的形成，從而減輕了AP的嚴重程度。Yang等[28]通過阻斷NF-κB通路，減輕了AP的嚴重程度，并發現自噬相關蛋白Beclin1、LC3Ⅱ及自噬泡的形成減少，推測也是由于自噬受抑而使AP的嚴重程度減輕。

2．AP時自噬體與溶酶體融合障礙：溶酶體的完整性和降解能力主要取決于溶酶體相關膜蛋白(lysosomal-associated membrane protein，LAMP)，LAMP是高度糖基化的跨膜蛋白，對溶酶體的功能發揮重要意義[29-30]。自噬過程中自噬體和溶酶體的融合步驟主要依賴于LAMP-2的介導，如果自噬體不能將包繞的物質運送到溶酶體并與之融合，將產生嚴重后果。如Danon心肌病是一種LAMP-2缺陷性疾病，因自噬體不能與溶酶體融合，應激狀態下可導致ATP 耗竭和細胞壞死性死亡[31]。Mareninova等[32]在敲除LAMP-2基因的小鼠胰腺中發現堆積的自噬泡和受損傷的腺泡細胞，表明LAMP-2基因敲除會引起胰腺中自噬的損傷。Boonen等[33]報道，在缺乏LAMP-2 的小鼠中溶酶體/自噬功能受損，引起以腺泡細胞空泡增多、繼而發展為浸潤性炎癥導致腺泡細胞壞死為特征的自發性胰腺炎以及胰腺組織結構的破壞。Fortunato等[34-35]發現，AP小鼠胰腺腺泡細胞中出現大量自噬體，但是自噬溶酶體并沒有明顯上升，且伴隨溶酶體相關膜蛋白LAMP-2的缺失，推測LAMP-2缺失導致自噬體和溶酶體融合障礙，自噬途徑被阻斷，使受損細胞器降解減少，即細胞可循環利用的小分子物質減少，從而使細胞向壞死方向發展，加重AP。

3．AP時溶酶體水解酶活性下降：各種原因致自噬通路受阻，其中最重要的是溶酶體內各種水解酶活性受影響，尤其是組織蛋白酶激活減少。研究發現[22]，AP時溶酶體中成熟的組織蛋白水解酶減少，大量非成熟的組織蛋白水解酶聚集。Gukovsky和Gukovskaya[16]研究發現，胰腺炎時組織蛋白酶的加工受到損傷，導致成熟的組織蛋白酶數量減少并伴有中間產物的堆積。研究證實[36-37]，AP時組織蛋白水解酶B(cathepsin B, CatB)和組織蛋白水解酶L(cathepsin L, CatL)在胰蛋白酶原異常激活過程中起著截然不同的作用。CatB可以催化胰蛋白酶原向胰蛋白酶轉換，而CatL降解胰蛋白酶原和胰蛋白酶。當自噬損傷時，CatL活性相對CatB活性下降更明顯，兩者比例失調，導致CatL不足以降解被CatB激活的胰蛋白酶，使自噬溶酶體中活性胰蛋白酶增多，胰蛋白酶在自噬泡中積累，從而引起AP。Dennem?rker等[38]研究也證實，當敲除小鼠的CatL基因后，自噬對胰酶原降解降低。Gukovsky和Gukovskaya[17]發現，AP發生時在大量空泡聚集的同時，成熟的CatB和CatL減少，活性下降，而用藥物抑制CatB和(或)CatL活性均可導致腺泡細胞空泡化，這是由于AP時CatB和CatL分解功能下降，導致溶酶體降解功能下降，從而使自噬受損、空泡聚集。所以，溶酶體降解功能障礙可能是胰蛋白酶激活的重要作用機制之一。

總之，自噬與AP的發生、發展密切相關。受損的自噬不僅可以導致AP發病早期胰酶異常激活，而且還可介導炎癥的病理生理過程[39-40]，細胞自噬的缺陷或自噬相關蛋白的變異與炎癥反應密切聯系，自噬受損和炎癥相互作用參與AP的病理生理過程。進一步研究自噬作用、自噬識別環節受損以及自噬、炎癥和細胞死亡的相互關系從而明確自噬在AP中的作用，不僅具有重要的學術價值,而且有助于尋找AP,尤其是SAP治療的新靶點和防治策略。

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(本文編輯：屠振興)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2016.06.017

上海市衛計委青年項目(2013Y145)；上海衛計委重點項目(201440027)；上海中醫藥大學“創新團隊發展計劃”；上海中醫大中西醫結合高原學科(面上)項目

200062 上海，上海中醫藥大學附屬普陀醫院普外科

奉典旭，Email：fdianxu@sohu.com

2015-11-13)