自噬與急性胰腺炎研究現況

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自噬與急性胰腺炎研究現況

余巧 韓超群 丁霏霏 丁震

急性胰腺炎(AP)是胰酶異常激活的“自身消化”性炎性疾病，死亡率為4%～15%，在重癥患者中高達15%～90%[1]。胰酶在胰腺腺泡細胞內的激活一直被認為是AP發病早期的主要病理事件，但AP的發病機制目前尚不清楚。正常情況下，自噬能夠保護機體抵御感染、老化、腫瘤等各種病理狀態，是真核細胞長期存活所必需的。在某些情況下，自噬受損或被過度激活，其功能發生改變導致疾病的發生[2]。目前已有研究證實自噬參與AP的發生、發展過程[3]，然而具體作用機制仍不明確。本文就自噬與AP研究新進展做一綜述。

一、自噬過程

蛋白質降解主要依賴兩種方式：泛素-蛋白酶體系統和自噬，前者主要負責降解短壽命蛋白質，而后者主要降解長壽命蛋白質和細胞器等成分[4]。自噬是通過溶酶體來降解細胞內大分子物質和一些受損細胞器等的過程。自噬分為大自噬、小自噬、分子伴侶介導的自噬，目前認為大自噬(即一般所說的自噬)與人類疾病關系最為密切。自噬過程首先是形成吞噬細胞內待降解物的杯型單層膜，然后頭端封閉形成雙層膜結構的自噬體，其外層膜再與溶酶體融合形成自噬溶酶體，最后通過溶酶體內的各種水解酶降解自噬溶酶體內的待降解物質。參與調節自噬過程的相關基因統一稱為Atg(autophagy-related gene)，Atg12-Atg5-Atg16L復合物定位于自噬體膜上，是自噬形成的關鍵物質[5-6]。自噬有許多正、負調節因子，例如：酵母Atg6的同系物(beclin1)可與Ⅲ型磷脂酰肌醇3-激酶(Class Ⅲ PI3K) 形成復合物而激發自噬；自噬體膜上的自噬相關標志物微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)與自噬泡形成量成正相關[7-8]。TOR(target of rapamycin)能與配體形成TORC1(TOR complex 1)并通過磷酸化Atg13和ULK1(UNC-51 like kinase 1)、ULK2而抑制自噬[9-10]。再有研究表明，Rab7和溶酶體膜蛋白LAMP-2可能是自噬體膜與溶酶體膜融合必需的調控因子[11-12]。所以自噬是多種因子參與的過程，任何環節的調控受損都可以引起自噬過程受阻。

二、自噬與炎癥反應

AP常常伴隨著局部或系統性炎癥反應。雖然腺泡細胞內胰蛋白酶原提前異常激活是AP的關鍵起始因子，并進一步導致“胰腺自身消化”，但胰蛋白酶原激活這一因素還不足以完全引起胰腺炎及其并發癥。

在AP 中，胰腺受損的細胞會釋放多種炎癥趨化因子，進而趨化炎性細胞浸潤[13]。正常自噬可通過抑制炎癥小體(inflammasome)從而抑制炎癥反應[14]。在AP發病過程中，炎癥遞質的上調扮演著重要角色，IL-1β能夠增加腺泡細胞內質網壓力引起高鈣血癥，通過誘導受損自噬來促進胰蛋白酶原激活和降低胰腺腺泡細胞活力[15-16]。還有研究發現，脂多糖(LPS)處理缺乏Atg16L的小鼠，其血清IL-1β 和 IL-18水平升高[17]，證明AP中炎癥因子的上調可能與受損自噬相關。

胰腺炎中NF-κB信號通路被激活后，可促使機體釋放炎癥趨化因子以及炎癥因子TNF-α等，TNF-α又可以誘導胰蛋白酶原過早激活及腺泡細胞壞死，而激活的胰蛋白酶原可能進一步激活NF-κB信號通路，加重AP[18]。細胞內受損自噬底物p62/SQMTS1的聚集可促使依賴p62的NF-κB信號通路激活，但抑制NF-κB信號通路可減少急性壞死性胰腺炎(acute necrotizing pancreatitis,ANP)中LC3-Ⅱ和beclin 1的表達[19]。IκB激酶復合物(IKKs)是NF-κB信號通路的主要調節者，敲除IKK基因能夠誘導AP的發生[20]。而有報道認為酶原激活與NF-κB信號通路可能是AP早期階段兩個獨立事件，胰蛋白酶原可能無法激活NF-κB[21]。

在AP的早期階段，氧化應激也發揮著重要作用。活性氧類(reactive oxygen species, ROS)能夠促進胰腺腺泡細胞線粒體內細胞色素c的釋放，從而促進細胞凋亡[16,22]。損傷的線粒體可被自噬途徑降解，從而減輕細胞凋亡和壞死[11]。AP時，損傷的線粒體殘留，導致ROS增加、炎癥小體激活以及炎癥小體降解不徹底等。此外，受損自噬可通過調節炎癥小體依賴反應和炎癥因子IL-1β和 IL-18的分泌來調控炎癥反應[15,23-24]。正常自噬抑制炎癥反應，受損自噬可通過促進炎癥反應促使疾病發展，通過抑制自噬受損或減少自噬的過度激活可調控AP發展，甚至可能阻止AP中SIRS、MODS的發生。

三、自噬與胰蛋白酶原激活

AP患者腺泡細胞內胰蛋白酶原的激活一直被認為是AP的始動因素[25]。在AP模型中觀察到早期損傷的胰腺腺泡細胞空泡內出現消化酶與溶酶體水解酶的共區域化，并證實溶酶體內的水解酶可激活胰蛋白酶原[26]。近年來，新的理論認為自噬可誘發或促進AP，尤其是通過激活細胞內胰蛋白酶原從而增加蛋白質降解，并進一步激活新的胰酶[3,21]。雨蛙素處理Atg5基因敲除小鼠后，AP病情嚴重程度減輕，腺泡內激活的胰蛋白酶原水平也下降，說明自噬可能通過激活胰蛋白酶原而在AP中發揮有害作用[27]。在不同的AP模型中，AP早期胰腺腺泡細胞內都可出現包含消化酶和溶酶體酶的液泡，這種液泡具有雙層膜結構、LC3-Ⅱ標記陽性等多種自噬泡特征，這與AP早期非正常合成新的消化酶及溶酶體酶現象相符[8,28]。此外，也有研究發現，在雨蛙素誘導的AP模型中，可能存在兩種不同的機制來介導胰蛋白酶原的激活，初期主要是由于雨蛙素促進溶酶體內組織蛋白酶B(cathepsin B，CTSB)前體的成熟，進而引起胰蛋白酶原向胰蛋白酶的轉變；后一階段，細胞內逐步形成包含有酶原顆粒的雙層膜液泡，即自噬占主導作用[29]。同時，Hashimoto等[30]認為腺泡細胞內胰蛋白酶原可能是在自噬溶酶體內被CTSB水解為胰蛋白酶。然而，Wartmann等[31]研究發現，溶酶體內的組織蛋白酶L(cathepsin L，CTSL)可使胰蛋白酶原失活，并能夠拮抗CTSB的功能。

綜上研究認為，AP中受損自噬可促進胰蛋白酶原激活，主要是通過自噬溶酶體內的相關組織蛋白酶失調介導。AP過程中，溶酶體內的CTSB增多，促進胰蛋白酶原激活；CTSL減少及活性減弱導致自噬泡中胰蛋白酶原及胰蛋白酶降解受限，二者共同作用，導致胰蛋白酶原激活、胰蛋白酶聚集增多。

四、受損自噬與溶酶體功能障礙

自噬是溶酶體源性降解途徑，多數研究認為自噬在AP過程中被激活但受損， AP發病早期出現的溶酶體功能障礙也被普遍接受，并認為AP中自噬受損可能與溶酶體功能障礙有關。mTORC1可負性調節自噬，而功能缺陷的溶酶體可通過抑制mTORC1活性而誘發自噬[32]。另有研究發現，mTORC1可能被由溶酶體內流入細胞質中的氨基酸激活，但溶酶體上具體氨基酸傳感器尚不確定，迄今為止發現的第1個下游靶點是液泡型三磷酸腺苷酶H+-ATPase(V-ATPase)，V-ATPase可通過增強GEF調節子的活性而激活Rag GTPases[33]。據此推測，涉及溶酶體Rag GTPases的某種氨基酸敏感途徑可調節mTORC1，進而調節自噬過程[34]。

溶酶體相關膜蛋白(lysosome-associated membrane proteins, LAMPs)是一種高度糖基化的跨膜蛋白，維持溶酶體結構完整性及正常降解功能，在溶酶體內膜上形成保護性的被膜，使溶酶體內水解酶與細胞內其他物質及代謝途徑相隔離，從而保護溶酶體膜及細胞質內其他物質不被水解[35]。在AP中溶酶體功能出現以下幾種障礙：其一，溶酶體內組織蛋白酶的加工處理異常，即組織蛋白酶雙鏈形式的成熟結構減少，未成熟結構聚集增多；其二，AP模型中，CTSB與CTSL激活及活性失調；其三，LAMP-1和LAMP-2顯著減少，AP中組織蛋白酶的作用及其在溶酶體內的位置發生改變使得LAMP易于被降解[36]。

五、結語

綜上所述，自噬是正常細胞的防御機制，而受損自噬則參與AP發生和發展，其可激活胰蛋白酶原，調節AP炎癥反應，并與溶酶體功能障礙密切相關。AP目前仍是一種機制復雜、發病兇險、死亡率高的臨床急癥，臨床治療手段還未能完全阻止重癥AP的發生、發展。因此，需要進一步明確AP中溶酶體功能障礙介導的自噬受損、受損自噬調節胰蛋白酶原激活及炎癥反應潛在的機制，并嘗試通過改善溶酶體功能、抑制自噬受損等手段制定出新的高效AP治療策略。

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(本文編輯：屠振興)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2016.05.016

430022 武漢，華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院消化內科

丁震，Email：docd720@126.com

2015-10-14)