慢性胰腺炎發(fā)生的分子機(jī)制

夏時(shí)海，李嫚華

慢性胰腺炎(chronic pancreatitis, CP)是飲酒、自身免疫、遺傳因素等多種原因所致的胰腺實(shí)質(zhì)內(nèi)腺泡和小管的反復(fù)或持續(xù)性損傷，引起腺泡和胰島細(xì)胞萎縮或消失，最終被纖維化組織替代，引起不同程度的胰腺內(nèi)/外分泌功能障礙，是胰腺的一種進(jìn)行性炎性疾病[1]；臨床上患者表現(xiàn)為持續(xù)性或反復(fù)發(fā)作性腹痛、食欲減退和脂肪瀉等，嚴(yán)重影響患者生活，且可導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生[2]。CP確診后20～25年的死亡率為50%，并有4%的患者發(fā)展為胰腺癌[2]。近年來(lái)，CP的發(fā)病率不斷上升[3]，由于其發(fā)病機(jī)制尚未闡明，很難阻止病情發(fā)展，臨床局限于對(duì)癥治療，目前尚無(wú)特異的診斷方法與有效的治療措施。

CP的特征是腺泡細(xì)胞的破壞，明顯的纖維化間質(zhì)形成，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞等多種炎性細(xì)胞的活化，分泌大量細(xì)胞因子，如白介素-1(interleukin-1，IL-1)、 IL-6、IL-8、IL-18、IL-33和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等。這些細(xì)胞因子在胰腺纖維化形成和CP發(fā)展過程中都發(fā)揮重要作用。胰腺纖維化是CP主要的病理學(xué)表現(xiàn)，本質(zhì)是以膠原為主的細(xì)胞外基質(zhì)(extra cellularmatrix, ECM)合成增多，降解減少，導(dǎo)致過多的ECM沉積[4]。近年來(lái)大量研究顯示胰腺星狀細(xì)胞( pancreatic stellate cells，PSCs)是胰腺纖維化的關(guān)鍵細(xì)胞和纖維成分的主要來(lái)源[5]。近年來(lái)，由于PSCs成功的分離、培養(yǎng)，我們對(duì)胰腺纖維化發(fā)展的關(guān)鍵細(xì)胞和分子機(jī)制又有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)就CP的分子機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 胰腺星狀細(xì)胞

CP主要的病理表現(xiàn)是胰腺組織纖維化。胰腺纖維化的形成是一個(gè)由復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)通路所介導(dǎo)的、以胰腺星狀細(xì)胞活化為中心，多種細(xì)胞因子與炎性介質(zhì)參與的、最終以成纖維細(xì)胞增生和ECM沉積為特征的復(fù)雜的病理發(fā)展過程，PSCs 活化是CP纖維化發(fā)生的關(guān)鍵步驟。在正常胰腺組織中，胰腺星狀細(xì)胞(pancreatic stellate cells, PSC)呈靜止?fàn)顟B(tài)，位于胰腺小葉間和腺泡周圍區(qū)，圍繞在鄰近腺細(xì)胞基底部；當(dāng)受到各種因素刺激，PSC被激活時(shí)，細(xì)胞體積增大，增殖活躍，細(xì)胞合成的Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白，纖維結(jié)合蛋白和層粘連蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)等ECM成分增多，產(chǎn)生大量細(xì)胞因子(如IL-1、IL-6、TNF-α)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor beta1，TGFβ1等)、趨化因子和黏附分子，促進(jìn)炎性細(xì)胞的趨化、聚集和黏附，加重胰腺組織炎性反應(yīng)[6-9]。PSC的活化最終導(dǎo)致纖維成分代謝失衡，在合成增多的同時(shí)降解相對(duì)減少，從而導(dǎo)致胰腺纖維化。α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)表達(dá)是PSC 激活的主要標(biāo)志[10, 11]。

2 TGF-β1信號(hào)通路

TGF-β1具有廣泛的生物學(xué)活性，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖分化、血管重構(gòu)、ECM形成、免疫炎性反應(yīng)、損傷修復(fù)、間質(zhì)纖維化和腫瘤發(fā)生等多種生理和病理過程，是目前已知的最強(qiáng)效的致纖維化細(xì)胞因子。Tahara等[12]的研究表明，TGF-α可能通過上調(diào)MMP-1的表達(dá)，促進(jìn)PSCs增殖和遷移，進(jìn)而導(dǎo)致CP的發(fā)生。大量研究表明，在細(xì)胞水平和動(dòng)物水平上，TGF-β1均可通過Smads、ERK信號(hào)通路激活PSCs[13]，誘導(dǎo)CP的發(fā)生[14]；而TGF-β1的分泌也依賴于Smads、ERK信號(hào)通路[15]。在TGF-β1激活的PSCs中，也發(fā)現(xiàn)IL-1β、IL-6分泌水平升高，而阻斷Smad2/3通路后IL-1β、IL-6表達(dá)水平下降；同時(shí)，IL-1β、IL-6也可增強(qiáng)PSCs中TGF-β1的表達(dá)，激活ERK信號(hào)通路，而當(dāng)ERK信號(hào)通路阻斷后，IL-1β、IL-6對(duì)TGF-β1的增強(qiáng)作用也被抑制，表明TGF-β1與IL-1β、IL-6之間存在自分泌，并通過Smads和ERK信號(hào)通路激活PSCs[15, 16]。TGF-β1激活PSCs后，PSCs合成、分泌的TIMP-1、TIMP-2增多，而MMP-3、MMP-9減少，原膠原蛋白-1表達(dá)升高，促使膠原生成增多而降解減少，促進(jìn)纖維化形成[17]。在胰腺腺泡細(xì)胞中，TGFβ1可能通過下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子ZNF580促進(jìn)胰腺腺泡細(xì)胞發(fā)生EMT[18]。

在人胰腺星狀細(xì)胞HPaSteCs中，TGF-β1下調(diào)miR-216-3p的表達(dá)，上調(diào)纖維化相關(guān)蛋白α-SMA、COL-I、COX-2和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(Long noncoding RNA，LnRNA)MIAT的表達(dá)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MIAT是miR-216-3p的分子海綿，而COX-2是miR-216-3p的直接作用靶點(diǎn)，miR-216-3p過表達(dá)和COX-2敲低對(duì)HPaSteCs激活和增殖的抑制作用可被MIAT所逆轉(zhuǎn)[19]。

許多藥物也通過TGF-β1信號(hào)通路發(fā)揮抗CP作用。氧化苦參堿(oxymatrine，OM)是一種具有抗炎、抗纖維化、抗腫瘤等多種藥理作用的生物堿。研究發(fā)現(xiàn)，OM通過抑制TGF-β1/Smad2/Smad3信號(hào)通路下調(diào)α-SMA的表達(dá)，抑制大鼠PSCs的激活，減輕CP炎性反應(yīng)[20-22]。最近研究發(fā)現(xiàn)，OM也可能通過促進(jìn)大鼠PSCs中Gli2 表達(dá)而發(fā)揮抗胰腺纖維化作用[23]。在DBTC誘導(dǎo)的胰腺腺泡細(xì)胞中，氧化苦參堿可能通過阻遏TGF-β1/Smad2/Smad3信號(hào)通路抑制胰腺腺泡細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[24]。研究表明，大黃酸是一種天然的蒽醌衍生物，具有抗炎生物活性。在雨蛙素誘導(dǎo)的CP小鼠模型中，大黃酸可減弱PSCs的活化，抑制SHH/GLI1信號(hào)通路，進(jìn)而改善胰腺纖維化[25]。

最近，在三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的大鼠CP模型和雨蛙素誘導(dǎo)的小鼠CP模型中均發(fā)現(xiàn)，在小鼠胰腺腺泡細(xì)胞中過表達(dá)TGF-β1，或在小鼠CP模型中灌注TGF-β1，都可導(dǎo)致感覺神經(jīng)元過度興奮、Smad3激活，并增加CP動(dòng)物模型的痛覺敏感性；而TGF-β1/Smad3信號(hào)通路阻斷后，CP動(dòng)物模型的痛覺敏感性降低[26]。與此相反，鞘內(nèi)灌注TGF-β1可減輕CP大鼠痛覺敏感性。在小鼠和大鼠的胰腺中，TGF-β1通過直接作用于神經(jīng)元內(nèi)Smad3介導(dǎo)的初級(jí)感覺神經(jīng)元，促進(jìn)了外周痛覺敏化[26]。這與中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中TGF-β1可以減少痛覺。這些結(jié)果為CP患者的纖維化和疼痛之間的關(guān)系提供了解釋，這一信號(hào)通路可能具有靶向性，可以減少CP患者的疼痛。

3 TLR4信號(hào)通路

Toll 樣受體 4 是 Toll 樣受體家族(toll-like receptors，TLRs)的成員之一，是一種模式識(shí)別受體。TLR 目前被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物唯一將細(xì)胞外抗原識(shí)別信息向細(xì)胞內(nèi)傳遞并且引發(fā)炎性反應(yīng)的關(guān)鍵跨膜蛋白，可以通過髓樣分化蛋白 88(myeloid differentiation factor88, MyD88)依賴性和 MyD88 非依賴性信號(hào)通路發(fā)揮作用。MyD88 依賴性信號(hào)通路主要介導(dǎo) NF-κB 活化和致炎細(xì)胞因子產(chǎn)生。多項(xiàng)研究表明，TLR4信號(hào)通路在CP及其胰腺纖維化發(fā)展中發(fā)揮重要作用。田珍珍等[27]研究發(fā)現(xiàn)，CP患者胰腺腺泡細(xì)胞和PSCs中TLR4、MyD88和TNF-ɑ表達(dá)水平均顯著增加，血清中TLR4、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、TNF-ɑ、IL-6和IL-12等炎性因子分泌水平均升高。在酒精所致的CP動(dòng)物胰腺組織中分離、培養(yǎng)原代PSCs，并用LPS刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PSCs凋亡減少、激活增強(qiáng)，NF-κB和TNF-ɑ等表達(dá)升高[28]，而用TLR4的小分子抑制劑干擾后，PSCs激活減弱，凋亡增加[29]。最近研究發(fā)現(xiàn)，使用TLR4拮抗劑激酶(R4 antagonist kinase，TAK)242可顯著提高胰腺腺泡細(xì)胞的存活率，降低乳酸脫氫酶的釋放，抑制細(xì)胞凋亡死亡，同時(shí)伴隨脂質(zhì)過氧化作用的抑制和內(nèi)源性抗氧化酶活性的增強(qiáng)，抑制TLR4可通過調(diào)節(jié)小鼠胰腺腺泡細(xì)胞的線粒體功能，減輕牛磺膽酸誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激[30]；進(jìn)一步研究TAK 242對(duì)三硝基苯磺酸(TNBS)誘導(dǎo)的大鼠CP的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TAK 242能減輕慢性胰腺損傷的嚴(yán)重程度，調(diào)節(jié)ECM分泌和細(xì)胞免疫。此外，TAK 242治療顯著降低了細(xì)胞凋亡，預(yù)防CP引起的轉(zhuǎn)位性腹部過敏[31]。總之，TAK 242對(duì)TNBS誘導(dǎo)的CP具有保護(hù)作用，可能是治療CP的潛在治療策略。

研究發(fā)現(xiàn)，OM可以抑制LPS對(duì)大鼠胰腺星狀細(xì)胞LTC-14中TLR4/MyD88/NF-κB-p65信號(hào)通路的激活作用，降低炎性因子TNF-α的分泌，而OM的調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)的作用機(jī)制可能是通過微小RNA-211-5p(microRNA-211-5p，miR211-5p)實(shí)現(xiàn)的[32]。在胰腺腺泡細(xì)胞中，LPS誘導(dǎo)AR42J細(xì)胞中TLR4/MyD88/NF-κB-p65信號(hào)通路的激活；而加入OM處理后，LPS對(duì)TLR4/MyD88/NF-κB-p65信號(hào)通路的激活被抑制[33]；在LPS誘導(dǎo)的胰腺微血管內(nèi)皮細(xì)胞中，OM可明顯抑制TLR4/MyD88/NF-kB p65通路和炎性因子IL-1β的表達(dá)[34];表明OM通過抑制TLR4/MyD88/NF-κB-p65信號(hào)通路發(fā)揮抗CP作用。

TLR4在CP所致的疼痛方面也發(fā)揮重要作用。Wang等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid，TNBS)誘導(dǎo)的CP大鼠模型中，HMGB1、IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎因子在大鼠脊髓中均表達(dá)升高，丹參酮ⅡA(Tanshinone IIA，TSN IIA)呈劑量依賴性地抑制由TNBS誘導(dǎo)的上述因子的表達(dá)變化；并呈劑量依賴性地減弱由TNBS誘導(dǎo)的機(jī)械性痛覺超敏反應(yīng)；另外，TSN IIA顯著抑制TNBS誘導(dǎo)的CP大鼠脊髓中TLR4和星形膠質(zhì)細(xì)胞活化標(biāo)記物膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達(dá)。TSN IIA通過抑制脊髓中HMGB1和TLR4的表達(dá)，減弱CP所致的疼痛，可能是潛在的抗疼痛藥物。

4 JAK2/STAT3信號(hào)通路

大多數(shù)細(xì)胞因子是通過 Janus 激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信號(hào)通路向細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的，應(yīng)激反應(yīng)也能激活 JAK/STAT 信號(hào)傳導(dǎo)，再誘導(dǎo)目的基因表達(dá)，從而參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學(xué)過程。Komar等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在雨蛙素誘導(dǎo)的CP小鼠模型中，給予Jak1/2-STAT3磷酸化抑制劑ruxolitinib一周，可顯著降低炎性反應(yīng)和纖維化的生物標(biāo)志物，抑制PSCs活化，減輕實(shí)驗(yàn)性CP的嚴(yán)重程度。

TGF-β1誘導(dǎo)的LTC-14細(xì)胞中，JAK2/STAT3信號(hào)通路被激活，α-SMA表達(dá)升高，細(xì)胞炎性因子IL-6、IL-1β的分泌水平也升高，而加入AG490或STAT3的干擾RNA抑制JAK2/STAT3信號(hào)通路激活后，PSCs活化程度降低，分泌的細(xì)胞炎性因子水平也下調(diào)[22]；Gli1基因沉默也可抑制TGF-β1誘導(dǎo)的LTC-14細(xì)胞中JAK2/STAT3信號(hào)通路激活，抑制PSCs活化[37]；表明TGF-β1與JAK2/STAT3信號(hào)通路可能存在串話，TGF-β1可通過促進(jìn)JAK2/STAT3信號(hào)通路分子的表達(dá)和活化來(lái)激活PSCs。

在精氨酸誘導(dǎo)的CP大鼠模型中，p-STAT3在胰腺組織中表達(dá)增強(qiáng)，給予不用劑量大柴胡湯治療后，p-STAT3 、IL-6表達(dá)明顯下降，胰腺組織中MMP-1/TIMP1比值升高，胰腺炎性反應(yīng)和纖維化程度均減輕[38]。

在二乙基二硫代氨基甲酸鈉(Sodium diethyldithiocarbamate trihydrate，DDC)構(gòu)建的大鼠CP模型中，JAK2、STAT3、SOCS3在胰腺組織中均表達(dá)上調(diào)，而注射腹腔OM后，JAK2、STAT3、SOCS3在胰腺組織中的表達(dá)均明顯下調(diào)，胰腺組織纖維化程度明顯降低；OM可能通過抑制JAK2/STAT3信號(hào)通路來(lái)抑制胰腺組織纖維化發(fā)生[22]。

5 自噬及PI3K/AKT信號(hào)通路

細(xì)胞自噬是真核生物普遍存在的自穩(wěn)機(jī)制，在胚胎發(fā)育、細(xì)胞自我保護(hù)和生存等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。利用Cre-LoxP重組酶系統(tǒng)的小鼠在體實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，自噬損傷可以誘發(fā)CP[39]。Diakopoulos等[40]發(fā)現(xiàn)，在胰腺特異性的自噬相關(guān)基因5(autophagy-related gene, Atg5)基因缺失小鼠中，自噬小體標(biāo)志蛋白LC3-Ⅱ表達(dá)減少，而p62/SQSTM1顯著升高，并誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體氧化應(yīng)激，從而使胰腺組織發(fā)生纖維化，胰腺萎縮、凋亡，腺泡向?qū)Ч芑龋罱K導(dǎo)致CP；Laura Antomucci等[41]研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺上皮細(xì)胞Atg7基因缺失小鼠中，腺泡細(xì)胞退化，導(dǎo)致胰腺炎性反應(yīng)及大范圍的胰腺纖維化的發(fā)生，同時(shí)自噬流減少，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激和線粒體功能失調(diào)等；Li等[42]在腺泡細(xì)胞IKKα基因缺失導(dǎo)致胰腺炎的小鼠中，也發(fā)現(xiàn)有自噬的損傷。Mareninova等[43]在LAMP-2缺失的小鼠中發(fā)現(xiàn)，LAMP-2缺失導(dǎo)致自噬損傷，進(jìn)而引起胰腺腺泡細(xì)胞液泡化，導(dǎo)致胰腺組織損傷，表現(xiàn)為胰蛋白酶原激活，巨噬細(xì)胞引發(fā)的炎性反應(yīng)和腺泡細(xì)胞死亡。在各種胰腺炎模型中，LAMP-2在胰腺組織中的表達(dá)均降低。

最近研究發(fā)現(xiàn)，自噬調(diào)節(jié)CP中PSCs從靜止到激活的表型重塑。Li等[44]在DBTC誘導(dǎo)的CP模型中研究發(fā)現(xiàn)，自噬水平伴隨著PSCs的激活而升高；抑制自噬可以阻滯PSCs的激活，并通過降低TGF-β1表達(dá)、提升MMPs/TIMPs比率，促進(jìn)ECM降解，進(jìn)而減輕胰腺纖維化。Xu等[45]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1通過上調(diào)PTEN 表達(dá)，抑制 Akt / mTOR信號(hào)通路活化，促進(jìn)PSCs自噬，進(jìn)而誘導(dǎo) PSC激活和ECM分泌。Li等[46]研究發(fā)現(xiàn)，RB1CC1結(jié)合在自噬相關(guān)基因ULK1啟動(dòng)子區(qū)，抑制其Ser555位點(diǎn)的磷酸化，增強(qiáng)PSCs自噬，進(jìn)而促進(jìn)PSCs的激活；RB1CC1可加劇CP小鼠的胰腺纖維化，而在CP患者血清和胰腺組織中，RB1CC1表達(dá)水平與胰腺纖維化程度呈正相關(guān)。Cui等[47]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TY70通過阻抑AMPK信號(hào)通路和激活mTOR 信號(hào)通路來(lái)抑制PSCs自噬，促進(jìn)PSCs凋亡，從而抑制PSCs激活，減輕胰腺纖維化。柴胡皂苷D[48]和輔酶Q10[49, 50]通過PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路減弱PSCs自噬，減弱ROS引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而抑制PSCs激活，減輕胰腺纖維化。

另外，在大鼠PSCs中發(fā)現(xiàn)有胃腸激素膽囊收縮素1(cholecystokinin ，CCK1)和CCK2的受體。CCK和胃泌素可誘導(dǎo)促纖維化通路Akt、ERK和Src的活化。利用特異性的CCK1和CCK2受體抑制劑發(fā)現(xiàn)，Akt的激活主要是由CCK2受體介導(dǎo)；CCK和胃泌素對(duì)Akt的激活作用可被PI3K抑制劑wortmannin抑制；MEK抑制劑U0126可以抑制ERK和下游Elk-1的活化；表明CCK和胃泌素通過PI3K/AKT、ERK通路激活PSCs，促進(jìn)膠原的生成[51]。Eruberin A，一種天然的黃烷醇糖苷，可以抑制由TGF-β誘導(dǎo)的PSCs中α-SMA、FN和COL-I的表達(dá)水平，抑制PSCs激活；同時(shí)也可抑制NF-κB和PI3K/AKT信號(hào)通路的激活。Eruberin A可能通過抑制NF-κB和PI3K/AKT信號(hào)通路發(fā)揮抗纖維化作用[52]。

6 總 結(jié)

CP是多因素共同作用的結(jié)果，發(fā)病原因復(fù)雜，發(fā)病機(jī)制多樣，本文中僅總結(jié)了目前研究中的主要信號(hào)機(jī)制。除此之外，Hedgehog(Hh)信號(hào)通路、Rho-ROCK信號(hào)通路、過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)信號(hào)通路、Wnt/β-catenin信號(hào)通路等也是纖維化發(fā)生的重要分子機(jī)制，然而在胰腺纖維化中研究較少，還有待于進(jìn)一步研究。

在CP的致病因素中，基因突變也占據(jù)重要位置。SPIK1基因的突變導(dǎo)致胰蛋白酶原的激活，當(dāng)結(jié)合CFTR基因突變時(shí)，這種激活主要導(dǎo)致CP，使得個(gè)體發(fā)展為CP的機(jī)會(huì)增加12倍[53, 54]。PRSS1、SPINK1和CTRC等基因的突變通過刺激自身活化或通過損害保護(hù)性胰蛋白酶原降解和(或)胰蛋白酶抑制促進(jìn)胰蛋白酶原對(duì)胰蛋白酶的激活增加[55, 56]。基因研究對(duì)人類CP的發(fā)病機(jī)制提供了獨(dú)特的見解，有可能作為新的識(shí)別靶點(diǎn)來(lái)提高診斷和治療水平[57]。