一氧化碳及一氧化碳釋放分子對急性胰腺炎治療的研究進(jìn)展

陳志男，侯利民，周昊昕，唐樹橈，馬 靜，蘧 勐 綜述，張曉川，蘇維宏 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院急診外科 150001)

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·綜 述·

一氧化碳及一氧化碳釋放分子對急性胰腺炎治療的研究進(jìn)展

陳志男，侯利民△，周昊昕，唐樹橈，馬 靜，蘧 勐 綜述，張曉川，蘇維宏 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院急診外科 150001)

一氧化碳； 一氧化碳釋放分子； 急性胰腺炎； 炎性因子

急性胰腺炎是較為常見的急腹癥，其以發(fā)病急、進(jìn)展快、病情重、病死率高為特點(diǎn)，易誘發(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS),繼而引起多器官功能障礙綜合征(MODS)。隨著現(xiàn)代人們生活條件的日漸優(yōu)越，急性胰腺炎的發(fā)病率亦顯著增長，研究表明可引起急性胰腺炎的誘因約有17項(xiàng)之多，其中膽石癥，飲酒及暴飲暴食是最主要的誘因[1]，但其發(fā)病機(jī)制尚未明確，故近幾年來，對于急性胰腺炎發(fā)病機(jī)制及治療的研究也成為較熱門的話題。

1 急性胰腺炎與炎性細(xì)胞因子

近幾年來，對于胰腺炎的發(fā)病機(jī)制已經(jīng)發(fā)展到全球范圍的深入研究[2]，許多理論學(xué)說的提出都解釋了急性胰腺炎的潛在發(fā)病機(jī)制，如胰腺自身消化理論、膽石遷移理論、酶激活理論、白細(xì)胞過度激活理論、氧化應(yīng)激理論等[3]，都是當(dāng)今重要的理論，但這些理論都是有爭議的，因?yàn)榧毙砸认傺椎陌l(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，沒有哪一種學(xué)說能夠完全闡明其發(fā)病機(jī)制。

研究表明，急性胰腺炎的嚴(yán)重程度與初期的炎性因子釋放密切相關(guān)，急性胰腺炎初期腺泡細(xì)胞中的胰酶被異常激活，對胰腺自身局部造成損傷，同時刺激腺泡細(xì)胞及白細(xì)胞炎性的因子釋放，炎性因子與異常激活的胰酶進(jìn)入循環(huán)，過度激活免疫細(xì)胞，并釋放大量細(xì)胞因子[4]，這些炎性因子可分為促炎性因子和抗炎因子兩大類，其中前者主要包括白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，后者有IL-2、IL-4、IL-10、IL-12[5]。促炎性因子TNF-α是由侵及胰腺的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生,是急性胰腺炎病程中出現(xiàn)最早的免疫調(diào)節(jié)物，Norman等[6]通過實(shí)驗(yàn)研究，在成功建立大鼠重癥急性胰腺炎模型后30 min就發(fā)現(xiàn)胰腺組織中TNF-α的mRNA高水平表達(dá)。TNF-α作為炎性連鎖反應(yīng)的始動因子，一方面誘導(dǎo)激活了IL-1、IL-6及IL-8等多種炎性因子，另一方面被誘導(dǎo)的炎性因子反作用于巨噬細(xì)胞，使得TNF-α的分泌再次增加，形成的炎性因子的“瀑布級聯(lián)樣反應(yīng)”，從而對胰腺以及以外的重要臟器造成嚴(yán)重的損傷。IL-1在正常的胰腺細(xì)胞中僅有少量的表達(dá)，但在重癥急性胰腺炎的過程中卻迅速產(chǎn)生，它同樣是來源于浸潤胰腺的巨噬細(xì)胞。IL-1因編碼的基因不同存在IL-1α、IL-1β兩種形式，其中IL-1β是在IL-1β轉(zhuǎn)換酶(ICE)的作用下在受損的胰腺組織中產(chǎn)生的，亦是重要的始動因子，可誘導(dǎo)IL-6及TNF-α，同時也刺激自身的分泌，能夠促進(jìn)白細(xì)胞向發(fā)生炎癥的胰腺組織聚集并激活中性粒細(xì)胞，在重癥急性胰腺炎發(fā)展至全身多器官功能衰竭的過程中起到重要的作用。IL-6在重癥急性胰腺炎由IL-1和TNF-α刺激產(chǎn)生，參與急性期的炎性反應(yīng)，對反應(yīng)起到調(diào)節(jié)作用，主要功能是促進(jìn)B細(xì)胞的分化成熟和C反應(yīng)蛋白(CRP)的生成，在血液中容易被檢測到，是評價急性胰腺炎早期嚴(yán)重程度的最佳指標(biāo)。IL-10是一種廣泛作用的抗炎因子，其主要來源于Th2細(xì)胞，B細(xì)胞、單核細(xì)胞與肥大細(xì)胞也可產(chǎn)生，重癥急性胰腺炎中IL-10的主要作用是能夠抑制單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)，從而抑制促炎性因子的釋放，對炎性反應(yīng)產(chǎn)生拮抗作用，對于重癥急性胰腺炎的治療及預(yù)后判斷有著重要的作用，Han等[7]的研究表明，急性胰腺炎的嚴(yán)重程度可由血清中IL-10的濃度反映出，早期預(yù)測急性胰腺炎的嚴(yán)重程度，IL-10起到了重要的作用。急性胰腺炎的早期兩大死亡高峰發(fā)生在氧化應(yīng)激反應(yīng)與白細(xì)胞過度激活時，以上所述的細(xì)胞因子在急性胰腺炎發(fā)病過程中都起到了較為重要的作用，細(xì)胞因子及炎性介質(zhì)之前密切關(guān)聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，級聯(lián)形成相互促進(jìn)的反應(yīng)，抑制了氧化應(yīng)激與白細(xì)胞的過度激活，大量的研究表明，對其中的一種或多種因子進(jìn)行控制，將會阻斷反應(yīng)的某個或多個環(huán)節(jié)，防止炎性反應(yīng)的發(fā)展與進(jìn)一步的加重，有助于早期控制病死率，所以從炎性因子及介質(zhì)入手治療急性胰腺炎目前也是較為主流的策略。

2 一氧化碳的抗炎作用

一氧化碳(CO)早在17世紀(jì)中葉被人們發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槠淠芎脱醺偁幮缘呐c血液中的血紅蛋白結(jié)合且其結(jié)合后難以分解，所以多年來CO一直作為一種毒性氣體存在，上個世紀(jì)60年代，Coburn等發(fā)現(xiàn)人體能夠自行產(chǎn)生內(nèi)源性CO，直到1991年，Marks等[8]發(fā)現(xiàn)CO在生物體內(nèi)參與多種生理反應(yīng)，人們才摒棄了對一氧化碳的傳統(tǒng)思維，開展大量關(guān)于CO生物學(xué)用途的研究，就近幾年的研究重點(diǎn)表明，CO作為繼NO的第二代氣體信號分子參與機(jī)體的擴(kuò)張血管、抗增殖、抗凋亡和抗炎作用的研究是業(yè)內(nèi)較為關(guān)注的方向，特別是CO在慢性炎性腸病、膿毒癥、急性胰腺炎等炎性疾病治療中的應(yīng)用。

許多研究表明，CO是一種抗炎物質(zhì)，由血紅素加氧酶(HO)催化生成并與其共同作用于多種免疫細(xì)胞參與炎性反應(yīng)。HO，存在于生物體內(nèi)的一類特殊的酶體系，能夠使血紅素分解生成膽綠素、游離的鐵離子和CO,該套體系作為內(nèi)源性CO的生成途徑被人們通過大量的實(shí)驗(yàn)研究所驗(yàn)證。HO主要分為HO-1、HO-2、HO-3三種亞型，HO-1大部分存在于肝臟、脾臟、骨髓細(xì)胞內(nèi)，為血紅素分解反應(yīng)的主要限速酶，當(dāng)收到外界刺激時，其表達(dá)數(shù)量明顯增加，形成了一種細(xì)胞保護(hù)機(jī)制。Sato等[9]的研究認(rèn)為，當(dāng)機(jī)體發(fā)生炎性反應(yīng)時，HO-1受到刺激而瞬間大量表達(dá)，加快了血紅素的分解，大量的內(nèi)源性CO生成，與HO-1共同提高了抗炎因子的表達(dá)[10-11]，從而起到了抗炎的作用。

Piantadosi等[11]認(rèn)為，在膿毒血癥中增加CO與HO-1的表達(dá)能夠抑制炎性反應(yīng)，在小鼠肝臟實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，線粒體生物合成的激活與IL-10和IL-1α的表達(dá)增加可能是這個現(xiàn)象潛在的機(jī)制。Chung等[12]認(rèn)為，CO可通過抑制蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)的C反應(yīng)蛋白通道活性來減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力；這兩項(xiàng)研究包含了急性胰腺炎發(fā)病的關(guān)鍵點(diǎn)，所以同樣闡述了CO在急性胰腺炎中也扮演著一定的角色。近年來大量研究證實(shí)，在急性胰腺炎中，CO對其病情的緩解也起著顯著地作用，有研究表明CO能夠顯著的減輕胰腺組織的水腫、炎性細(xì)胞的浸潤和腺泡細(xì)胞的壞死；急性胰腺炎時存在一種能夠轉(zhuǎn)導(dǎo)氧化應(yīng)激和炎性信號通路的酶：有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)，炎性因子如TNF-α、與IL-1β的釋放同樣需要MAPK通路，CO通過與MAPK的靶向結(jié)合，抑制了此通路，減少炎性因子TNF-α、與IL-1β的釋放[13]；同時CO與MAPK的結(jié)合還顯著地提高了抗炎因子IL-10的表達(dá)，通過抑制NF-κB通路的激活，從而控制炎性反應(yīng)，減輕胰腺炎的病變，提高了生存率；與此同時，肺組織細(xì)胞因子誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞趨化因子及細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)的mRNA的表達(dá)也由CO控制而下調(diào)，顯著地減輕了肺組織中性粒細(xì)胞的浸潤，進(jìn)而對重癥急性胰腺炎的肺損傷起到了保護(hù)作用。

3 一氧化碳釋放分子(CORMs)與急性胰腺炎

就目前的研究趨勢來看，對于CO的生物學(xué)作用的研究還是廣受關(guān)注的，但在研究CO的病理生理功能時遇到了一些困難，在實(shí)驗(yàn)中內(nèi)源性的CO量難以調(diào)控，直接應(yīng)用CO氣體會導(dǎo)致機(jī)體氧氣運(yùn)輸與傳送障礙，同時也很難控制量效關(guān)系。研究顯示，外源性給予CO能夠模擬內(nèi)源性CO在體內(nèi)產(chǎn)生的病理生理過程，Motterlini等[14]發(fā)現(xiàn)一種能夠釋放CO的過渡金屬羰基化合物——CORMs，可通過溶解后不經(jīng)機(jī)體代謝而直接作用于靶點(diǎn)組織釋放CO發(fā)揮生理作用，而且對于CO的精確用量也較容易控制，在一定的生理劑量范圍內(nèi)不增加碳氧血紅蛋白(HbCO)的濃度，這種CO供體的研制使得對CO生物學(xué)作用的深入研究變?yōu)榭赡?，發(fā)展至今CORMs可分為五代，分別是CORM-1、CORM-2、CORM-3、CORM-F、CORM-A1極其衍生物[15]。

許多研究表明，CORMs具有抗炎作用，不僅僅因?yàn)槠涮峁┑腃O參與的炎性反應(yīng)，其本身如CORM-2及CORM-3同樣可通過增強(qiáng)內(nèi)源性的HO的活性和HO-1的表達(dá)抑制LPS介導(dǎo)的小鼠巨細(xì)胞炎性反應(yīng)。特別是CORM-2，其分子式為[Ru(CO)3Cl2]2，即以Ru為金屬中心的羰基化合物，易溶解于有機(jī)溶劑中，在機(jī)體內(nèi)溶解釋放CO[16]，可抑制促炎性細(xì)胞因子IL-1β誘導(dǎo)所產(chǎn)生的TNF-α，同時增強(qiáng)IL-1受體拮抗劑的產(chǎn)生，能夠調(diào)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞炎性反應(yīng)[15]；在燒傷小鼠的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)CORM-2可減輕腎組織白細(xì)胞的浸潤，增強(qiáng)HO-1的表達(dá)，抑制核因子(NF)-κB的激活和ICAM-1的表達(dá)，從而控制嚴(yán)重創(chuàng)傷后的全身炎癥反應(yīng)[17]。鑒于CORM-2對多種炎性因子的關(guān)鍵性作用，Sun等[18]通過應(yīng)用牛黃膽酸鈉誘導(dǎo)的大鼠胰腺炎模型來實(shí)驗(yàn)性的驗(yàn)證了CORM-2在急性胰炎癥腺炎中的抗炎作用，從其實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知CORM-2在急性胰腺炎中降低了過氧化物酶(MPO)及NF-κB的激活，抑制了TNF-α與IL-1β的mRNA的表達(dá)，激活并促進(jìn)了抗炎因子IL-10的表達(dá)，從而影響了急性胰腺炎的炎性反應(yīng)的進(jìn)程[19]。MPO的活性降低還代表了中性粒細(xì)胞在炎癥組織中的聚集數(shù)量減少，實(shí)驗(yàn)組相比對照組肺組中的MPO活性降低也就說明了CORM-2在重癥急性胰腺炎早期的肺損傷中也起到了一定的作用[20]。綜合各項(xiàng)結(jié)果表明CORM不僅促進(jìn)內(nèi)源性CO的生成而且對各種炎性因子也有著調(diào)節(jié)作用，顯著減輕了急性胰腺炎的嚴(yán)重程度。

4 小 結(jié)

在近幾十年內(nèi)，CORMs的發(fā)現(xiàn)與研究取得了不錯的成果，CORMs作為一種便捷提供外源性CO的供體，為CO的生物學(xué)作用的深入研究提供了良好的條件，促進(jìn)了CO研究領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步。綜合本文對急性胰腺炎的治療研究進(jìn)展的整合，一氧化碳釋放分子在治療急性胰腺炎的研究中仍屬于一個較新的領(lǐng)域，目前對其的研究也處于發(fā)展階段，對CORMs的多種抗炎機(jī)制仍不明確，但就研究結(jié)果來講，CORMs的作用卻是毋庸置疑的，所以一氧化碳釋放分子對于急性胰腺炎的治療研究是必要且重要的，不久的將來，CORMs有可能會成治療急性胰腺炎的一種嶄新的方案。

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