IP3R 在急性胰腺炎發病機制中的研究進展

曾穩盈，肖娟(通信作者*）

（1 桂林醫學院附屬醫院廣西肝臟損傷與修復分子醫學重點實驗室，廣西 桂林 541001; 2 桂林醫學院附屬醫院廣西神經鞘脂代謝相關疾病基礎研究重點實驗室，廣西 桂林 541001）

0 引言

急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)是一種能夠危及生命且給病患帶來極大痛苦與經濟負擔的胃腸道疾病，臨床上以急性上腹痛、惡心嘔吐、血尿淀粉酶和脂肪酶增高等為特征。2012年國際共識完成了對急性胰腺炎亞特蘭大分類和定義的全面修訂[1]，將其分為間質性胰腺炎和壞死性胰腺炎，病死率分別為3%和15%左右[2-3]。AP的病因通常明確，最主要是由于膽石癥所引起，酒精的過度攝入、內鏡下逆行胰膽管造影術（ERCP）術后損傷、細胞功能性障礙等也會導致AP[4-5]。但其的發病機制仍難以捉摸，胰酶的自我消化學說、細胞因子學說、炎癥介質學說以及自噬的損傷對AP的影響在一定程度上幫助我們了解AP的發病機制，但它們只能解釋某些特定胰腺炎病例的發病機制，或者某些形式的急性胰腺炎發病過程的特定方面。事實上，目前關于急性胰腺炎的發病機制尚無理想的理論。

近年的研究中發現，Ca2+信號通道在AP的發生發展中尤為重要，Ca2+細胞內穩態是在腺泡細胞生理和病理功能中起到核心作用[6]，膽汁酸[7]、酒精的過度攝入[8]、雨蛙素高強度的刺激[9-10]會破壞AP模型中細胞內外Ca2+濃度的動態平衡，導致全方位且持續的病理性細胞溶質Ca2+升高，線粒體Ca2+超載后去極化而發生功能障礙，ATP合成減少，最終導致細胞壞死[11-12]。此外，細胞內Ca2+的增加會導致鈣調神經磷酸酶的激活，并會加速腺泡細胞的酶原活化和細胞損傷。[13-14]。Ca2+經胞內鈣庫持續釋放以及隨之的鈣內流所引起的胰蛋白酶原激活是AP的第一步，而肌醇1，4，5-三磷酸酯受體（inositol 1，4，5-trisphosphate receptor ，IP3R）通道介導Ca2+從內質網流入胞漿和線粒體，在AP發生發展過程中起著關鍵作用[15]。本文就IP3R于急性胰腺炎發病機制中的作用以及相關研究進展作一綜述。

1 IP3R概述

IP3R于1988 年在大鼠小腦第一次被發現[16]。每個IP3R分子含有約2，700個氨基酸，分子量約為310 kDa。根據結構和功能上分為5個結構域：N端偶聯結構域、IP3結合核心、內部耦合域、通道域和C端耦合域[17]。目前已知有3種亞型，分別為IP3R-1，IP3R-2，IP3R-3，其氨基酸序列在總體上約60~80%的同源性[15]。三種亞型廣泛表達于哺乳動物的細胞中，并主要定位在內質網膜，IP3R1主要在中樞神經系統中表達，IP3R2和IP3R3在心臟、胰腺、肝臟和唾液腺等各種器官中廣泛表達[18]。1型IP3R(IP3R1)代表了IP3門控 Ca2+釋放通道家族，它由三種同源異構體（1-3型）組成[19]。IP3R2的特點是對IP3和ATP均具有高敏感性，并受Ca2+的雙相調節[20]。IP3R3和IP3R1在通透性和門控特性、IP3的調節和Ca2+的抑制方面功能相似。然而，這些異構體唯一的區別是它們對Ca2+激活的敏感性。不同的Ca2+激活位點對Ca2+的敏感性賦予每個IP3R亞型不同的卻互補的釋放特性，以響應細胞刺激[21]。

IP3R通道是IP3R分子的四聚體，以4個糖蛋白亞基圍繞中心離子滲透孔形成四聚體結構的形式存在，由犰狳重復集合形成的三個α螺旋結構域（ARM1-ARM3）的螺線管狀結構是IP3R1獨有的特征[19]。Ca2+敏感受體位于ARM3的結構域，能夠通過Ca2+的變化控制IP3R通道的開放[22]。作為細胞內Ca2+信號產生和調節的關鍵元件，IP3R通道受到多種胞內調節因子的調控，其中最主要的是肌醇1,4,5-三磷酸（inositol 1,4,5-trisphosphate，IP3）和Ca2+，而IP3又通過改變自身對Ca2+抑制的敏感性來調節IP3R通道[23]，因此Ca2+是通道特性的主要決定因素[24]。ATP也能通過調節通道的Ca2+活化來增強IP3R通道活性[19]。。IP3R可被多種激酶磷酸化[25-28]。磷酸化過程會使IP3R構象發生改變，使其對IP3的結合度增加，提高內質網Ca2+轉運能力[25]。IP3R通過構象變化引起細胞內Ca2+信號幅度和頻率的變化，而特異性調控細胞的不同生理過程[29]。Ca2+結合蛋白能夠以Ca2+濃度依賴的方式抑制IP3R活性，IP3R結合蛋白也能通過與IP3競爭IP3R上的共同結合位點來抑制IP3R通道激活[30]。

IP3R通道在多種生理功能中發揮著至關重要的作用，包括基因轉錄、激素分泌、代謝調節、免疫反應、細胞凋亡。另有研究表明，許多致癌基因能夠通過動態地控制IP3R活性，向線粒體釋放Ca2+[31-32]。例如最新的研究發現IP3R的相互作用蛋白PKM2，在癌細胞中高度表達，并被認為在腫瘤形成過程中支持合成代謝過程中發揮作用[33]。同時IP3R功能表達的缺失在一些神經退行性疾病病理生理過程中起重要作用，被認為與亨廷頓舞蹈病、阿爾茨海默病、脊髓小腦性共濟失調的發生發展密切相關[34-36]。

2 IP3R與急性胰腺炎

AP的早期病理變化包括鈣離子超載等[37]，而IP3R作為鈣離子通道蛋白，其亦影響AP的發生。鈣釋放通道IP3R受體在細胞內質網表達,其中細胞內儲存過多的 Ca2+主要通過IP3R Ca2+通道從內質網釋放至線粒體[38-40]。胞質內Ca2+振蕩的快速誘導，最初不依賴于胞外空間的Ca2+通量或線粒體Ca2+的釋放。這一信號取決于內質網Ca2+釋放，尤其是IP3R通道[41]。咖啡因能通過抑制IP3R介導的信號傳導來阻斷生理性細胞內Ca2+振蕩，咖啡因及其二甲基黃嘌呤代謝物可抑制胰腺腺泡細胞中IP3R介導的細胞溶質Ca2+持續升高、線粒體膜電位喪失和壞死細胞死亡通路激活。一定劑量的咖啡因可充分抑制實驗性急性胰腺炎中IP3R介導的Ca2+超載，并在體內外實驗中都顯著改善了胰腺腺泡細胞的損傷[42]。

研究普遍認為胰蛋白酶原的提前活化使加速了AP中腺泡細胞損傷[43]。當腺泡細胞受到刺激后，鈣離子持續從內質網通過IP3R通道釋放，對胰酶原活化起到關鍵促進作用，隨后ATP的完全損耗則使鈣穩態進一步失衡，鈣超載持續存在阻止細胞凋亡,從而導致胰腺壞死。壞死發生后，腺泡細胞腫脹破裂，產生的毒性物質繼續破壞附近的細胞，導致細胞內Ca2+濃度持續升高，引發惡行循壞，放大AP炎性反應[44]。

核因子-κB（NF-κB）是控制致炎基因表達最重要的轉錄因子之一，這些致炎基因包括白介素類、趨化因子、黏附分子、受體和酶[45]，在AP的發生發展過程中均起到了關鍵作用[46]。細胞質Ca2+濃度升高能誘導NF-κB通路活化[47]。研究表明，鈣離子通道阻滯劑能夠有效阻止棕櫚油酸乙酯（ Palmitoleic acid ethyl ester, POAEE）引起的酒精性急性胰腺炎引起Ca2+持續升高、蛋白酶激活和胰腺腺泡細胞壞死[48]，也說明了鈣通道阻滯劑阻斷劑尤其是抑制IP3R介導的信號傳導的化合物具有治療潛力，可作為一種獨特合理的治療應對AP。

自噬是一個動態平衡且進化高度保守的過程，廣泛存在于細胞中，對細胞的生存、分化、起到重要作用[49-50]。同時自噬被認為可能是各種AP刺激性因素共同影響的下游通路之一[51-52]。當酒精、膽汁酸等物質刺激腺泡細胞，自噬功能受到損傷，從而會引發細胞的炎性改變和死亡。在小鼠AP模型中，當ER穩態被破壞后激活應激反應，隨之IP3R通道釋放大量Ca2+從 ER 進入細胞質，導致自噬受損。自噬受損的誘導依賴于ER 來源的 Ca2+并導致胰蛋白酶的激活。研究表明，在低濃度乙醇刺激下的Capan-1細胞中，施用 (IP3R) 拮抗劑咖啡因 (20 mmoL/L) 或磷脂酶C 抑制劑 U73122 (10 μmoL/L) 后Ca2+反應完全消失[8]。由此可見，IP3R在AP自噬的調節中發揮著重要作用[53-55]。

AP的發病機制極為復雜，多種因素相互作用，尤其目前臨床的治療方案仍處于抗抗感染、補液、對癥治療等綜合措施上，而IP3R介導的信號通路在AP的發生發展中占有重要的作用，也為特異性治療AP提供了新的理論依據。目前AP發病機制尚未透徹，是否能通過IP3R信號通路阻斷鈣內流、抑制胰酶原自活化、抑制NF-κB通路以及調控自噬等方面達到治療AP的研究可作為的新方向，也是AP治療的潛在靶點。