胰管結(jié)石發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

蔣熙 孫暉 鄒文斌 廖專 李兆申

慢性胰腺炎(CP)是一種不可逆的炎癥性疾病，胰腺實(shí)質(zhì)受到損傷并被纖維組織取代，逐漸發(fā)展為胰腺內(nèi)、外分泌功能不全[1]。胰管結(jié)石是CP的特征性病理表現(xiàn)，高達(dá)90%的患者會發(fā)生鈣化，特別是在酒精性CP患者中[2]。胰管結(jié)石的存在同時也會加速CP的進(jìn)展，造成胰管梗阻、擴(kuò)張，胰腺實(shí)質(zhì)破壞、萎縮和纖維化。自胰管結(jié)石首次被發(fā)現(xiàn)并報(bào)道以來，國內(nèi)外針對胰管結(jié)石的形成機(jī)制從各個方面進(jìn)行了大量研究，但其具體發(fā)病機(jī)制仍不清楚。本文從結(jié)石成分、胰管結(jié)石患者胰液成分、結(jié)石形成的遺傳學(xué)和細(xì)胞分子機(jī)制、臨床研究4個方面對胰管結(jié)石的研究進(jìn)展做一綜述。

一、胰管結(jié)石成分分析

1．物理結(jié)構(gòu)：通過掃描電子顯微鏡和X射線衍射光譜法對結(jié)石的橫向、縱向切片標(biāo)本進(jìn)行精細(xì)的結(jié)構(gòu)分析顯示，胰管結(jié)石由核心和周圍外殼組成。結(jié)石中心部分呈不規(guī)則海綿樣結(jié)構(gòu)，有機(jī)質(zhì)包繞著碳酸鈣，脫鈣后呈現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀纖維狀，束縛著部分殘余的碳酸鈣晶體。結(jié)石外殼光滑致密，富含碳酸鈣結(jié)晶，平行四邊形或多邊形的鈣薄片一層一層相互平行并且傾斜或垂直地與下一層連接，鈣結(jié)晶呈螺旋式、外延式生長，直到表面，排列規(guī)律、層層相疊。

2．無機(jī)成分：1987年P(guān)itchumoni等[3]通過紅外光譜和X射線熒光光譜研究6例胰管結(jié)石標(biāo)本發(fā)現(xiàn)，結(jié)石的組成元素除了鈣以外，還含有鈉、鉀、銅、鎂、鉻、鋅、鋇、磷、鋁、硅、鈦、錳、鐵、鈷、鎳和氯等。其中非晶態(tài)核心主要包含鈣、鐵、鉻、鎳元素，而外殼含有以鈣為主的其他17種元素。胰管結(jié)石的化學(xué)成分分析顯示，絕大多數(shù)結(jié)石主要由碳酸鈣組成[4]。另有研究報(bào)道了罕見的以磷酸鈣、脂肪酸鈣為主要無機(jī)成分的胰管結(jié)石[5]。

3．有機(jī)成分：Montalto等[6]將胰管結(jié)石的有機(jī)成分溶解在EDTA 檸檬酸鹽電解液中，發(fā)現(xiàn)有機(jī)成分主要包含一種相對分子質(zhì)量為14 000的非胰酶蛋白質(zhì)，后經(jīng)免疫組化分析確定該蛋白質(zhì)為胰石蛋白(pancreatic stone protein，PSP)。Hayakawa等[7]分析13例胰管結(jié)石發(fā)現(xiàn)其中11例含有胰蛋白酶原，其濃度顯著高于淀粉酶和彈性蛋白酶。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)胰管結(jié)石中的有機(jī)成分還包含乳鐵蛋白、淀粉酶、胰腺外分泌細(xì)胞碎片等。

二、胰液成分分析

胰液潴留是胰管結(jié)石形成的主要原因之一，分析胰管結(jié)石患者胰液成分有助于了解結(jié)石形成原因。通過對比CP胰管結(jié)石組和健康志愿組胰液組分顯示，CP組患者胰液中PSP濃度明顯下降，從而推測PSP有抑制胰管結(jié)石形成的作用[8]。體外實(shí)驗(yàn)中觀察到PSP抑制結(jié)晶成核和生長，進(jìn)一步證實(shí)了這個觀點(diǎn)[9]。但De等[10]認(rèn)為其抑制作用來源于實(shí)驗(yàn)過程中的氨丁三醇緩沖劑以及一些無機(jī)成分的污染，因此PSP的具體抑制作用仍有待考證。此外，Hayakawa等[11]發(fā)現(xiàn)胰管結(jié)石患者胰液中乳鐵蛋白、Ca2+含量高出常人數(shù)倍。乳鐵蛋白能聚集大量的酸性蛋白質(zhì)(如白蛋白)，因此推測乳鐵蛋白在早期蛋白栓形成過程中起重要作用。Furui等[12]通過內(nèi)鏡獲得慢性非鈣化性胰腺炎患者的胰液，將CP患者的胰液pH值調(diào)至7.5，然后將鈣濃度調(diào)整為0.4、2.9、5.4或10.4 mmol/L，隨著鈣濃度的增加，沉淀量增加，并與天然蛋白栓相似，推測人胰液中鈣濃度的增加在結(jié)石早期蛋白栓形成過程中扮演了重要角色。Freedman等[13]從胰液的蛋白栓中分離出了酶原顆粒膜糖蛋白2(GP2)，GP2是一種從酶原顆粒膜上裂解出來的糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白，推測其與早期蛋白栓形成相關(guān)，但具體機(jī)制仍有待考證。L?hr等[14]對比研究了CP結(jié)石組患者和對照組患者的胰液，發(fā)現(xiàn)結(jié)石組患者透明質(zhì)酸的含量為對照組的7倍，推測透明質(zhì)酸與胰腺纖維化和結(jié)石形成有關(guān)。

三、結(jié)石形成機(jī)制

1．遺傳機(jī)制：自1996年Whitcomb等[15]報(bào)道了胰蛋白酶原(protease serine 1, PRSS1)基因的R122H突變與CP致病相關(guān)以來，胰管結(jié)石形成機(jī)制的遺傳因素受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。PRSS1基因、囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(CFTR)、絲氨酸蛋白酶抑制劑KazalI型(SPINK1)、糜蛋白酶原C(CTRC)基因等均為CP的主要易感基因[16]。PRSS1基因位于7號染色體長臂，編碼陽離子胰蛋白酶原。研究發(fā)現(xiàn)PRSS1的R122H、N29I突變均可導(dǎo)致胰蛋白酶原自身激活能力提高或胰蛋白酶穩(wěn)定性增加，此外還有D19A、D22G、K23R、R122C突變也有類似作用。SPINK1基因編碼胰蛋白酶抑制劑(PST1)，能抑制胰酶在細(xì)胞內(nèi)提前激活。研究顯示SPINK1功能缺失性突變會導(dǎo)致蛋白酶抑制劑含量降低，同時會加速可溶性PSP向不溶性PSP轉(zhuǎn)變[17]，從而促進(jìn)蛋白栓形成。CFTR基因主要編碼囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)子，是一個對cAMP敏感的Cl-通道蛋白，調(diào)控HCO3-分泌至管腔，同時，H2O隨著滲透梯度通過水通道蛋白1(aquaporin 1, AQP1)通道進(jìn)入管腔。CFTR基因突變，HCO3-和H2O分泌能力下降，胰管中pH值下降，從而引起導(dǎo)管中蛋白樣物質(zhì)聚集，誘發(fā)胰管結(jié)石形成。 CFTR基因敲除小鼠模型中，導(dǎo)管內(nèi)pH下降、酶原顆粒減少，出現(xiàn)了明顯的導(dǎo)管內(nèi)蛋白沉淀物聚集的現(xiàn)象[18]。

2．細(xì)胞分子機(jī)制：在細(xì)胞分子研究層面，Sidhu和Tandon[19]對胰腺形態(tài)的超微結(jié)構(gòu)研究后提出，慢性鈣化性胰腺炎早期的腺泡蛋白高分泌，即細(xì)胞核增大、核仁增多、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增多，使得腺泡細(xì)胞分泌過多的胰蛋白酶原。同時伴隨溶酶體酶B升高以水解胰蛋白酶原。溶酶體和酶原的共同作用，導(dǎo)致蛋白在細(xì)胞內(nèi)沉淀。Kl?ppel和Maillet[20]分析手術(shù)和尸體解剖后酒精性CP患者的標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)腺泡和導(dǎo)管周圍脂肪壞死引起管壁周圍纖維化，導(dǎo)致小葉間導(dǎo)管內(nèi)淤血，促進(jìn)蛋白栓和結(jié)石形成。隨后，結(jié)石阻塞導(dǎo)管引起腺泡細(xì)胞炎癥壞死和纖維化，進(jìn)一步加劇了蛋白栓和結(jié)石的形成。Slater等[21]通過體外標(biāo)記溴脫氧尿嘧啶核苷(BrdU)和Ki-67抗原來鑒定增殖細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)增殖細(xì)胞出現(xiàn)在導(dǎo)管內(nèi)的現(xiàn)象僅發(fā)生于鈣化性CP患者，而不出現(xiàn)在阻塞性CP患者，說明胰腺鈣化有其獨(dú)特的發(fā)病機(jī)制，而不僅僅繼發(fā)于胰管阻塞。Nakamura等[22]通過免疫組織化學(xué)染色方式發(fā)現(xiàn)腎結(jié)石和動脈粥樣硬化中常見的骨橋蛋白在胰管結(jié)石患者的腺泡和導(dǎo)管細(xì)胞中均有表達(dá)，同時也檢測到了骨橋蛋白mRNA，而正常對照組中骨橋蛋白表達(dá)陰性，因此推測骨橋蛋白在胰腺結(jié)石的形成中發(fā)揮重要作用，但具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。胰管結(jié)石患者胰液中的Ca2+濃度升高，Bruce等[23]通過胰管結(jié)石小鼠模型證明了小鼠胰腺腺泡、導(dǎo)管有Ca2+受體樣分子存在。Ca2+受體激動劑能促進(jìn)HCO3-的分泌并在Ca2+濃度調(diào)節(jié)過程中起監(jiān)視作用，因此該研究提出Ca2+調(diào)節(jié)機(jī)制失敗可能導(dǎo)致胰管結(jié)石形成。CFTR表達(dá)在胰腺導(dǎo)管細(xì)胞質(zhì)膜頂端的Cl-通道，在HCO3-分泌調(diào)節(jié)中起著核心作用。Ko等[24]研究發(fā)現(xiàn)，CFTR錯誤地定位在各種類型CP胰腺導(dǎo)管細(xì)胞的胞質(zhì)中，引起HCO3-分泌紊亂，因此推測CFTR蛋白的錯誤定位是CP形成蛋白栓、胰腺結(jié)石的原因。

四、臨床研究

1．致病危險(xiǎn)因素：CP胰管結(jié)石發(fā)生的危險(xiǎn)因素包括長期飲酒、吸煙、膽管結(jié)石、高鈣血癥、遺傳因素以及環(huán)境因素等[25]。Maisonneuve等[26]研究發(fā)現(xiàn)，酒精性CP患者胰管結(jié)石的嚴(yán)重程度與吸煙有密切關(guān)系。一項(xiàng)包含138例CP患者發(fā)病因素的研究發(fā)現(xiàn)，大量飲酒和長期吸煙患者胰腺鈣化的比例顯著高于非吸煙、非飲酒患者[27]。熱帶CP主要發(fā)生在年輕人身上，主胰管中常伴有較大結(jié)石和胰管擴(kuò)張，Tandon等[28]研究認(rèn)為這與環(huán)境因素和SPINK1基因突變相關(guān)。

2．解剖學(xué)特點(diǎn)：研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)石好發(fā)于主胰管內(nèi)距離十二指腸乳頭2～4 cm的位置，原因可能是這個位置往往與副胰管交接。結(jié)石的分布有兩種：第一種為主胰管，第二種為小胰管和腺體。第一種類型，主胰管內(nèi)可見一個大的胰腺結(jié)石(靠近十二指腸端)，在這個大結(jié)石后面存在幾顆小結(jié)石，導(dǎo)致阻塞部位上游胰管擴(kuò)張、胰尾部萎縮。第二種類型，主胰管中往往沒有大塊結(jié)石，部分患者存在胰腺實(shí)質(zhì)鈣化，或者有微小結(jié)石分布在小管道中。其中分布在小胰管和腺體中的細(xì)小結(jié)石僅見于糖尿病患者，進(jìn)一步的病理切片中觀察到碳酸鈣沉積在腺泡細(xì)胞中。第一種類型中，結(jié)石形成的部位通常在靠近十二指腸乳頭的位置，結(jié)石通常是多個的，而且在急性胰腺炎發(fā)作后更容易發(fā)生，這表明結(jié)石的形成跟阻塞有關(guān)。擴(kuò)張的胰管充滿大量滯留的胰液，有利于沉淀形成，導(dǎo)管中的蛋白碎片為結(jié)石核心。第二種類型中，胰腺極度鈣化的現(xiàn)象可能由于胰腺分泌功能受損，導(dǎo)致大量的Ca2+、HCO3-沉積在壞死的上皮細(xì)胞中。Nagai和Ohtsubo[29]進(jìn)行418例尸檢發(fā)現(xiàn)，70歲后的患者胰管結(jié)石的發(fā)病率隨年齡增長而成比例增加。結(jié)石往往發(fā)生在管道梗阻的正上方，該處總是發(fā)生鱗狀上皮組織轉(zhuǎn)化，因此自發(fā)性的或繼發(fā)于鱗狀上皮組織轉(zhuǎn)化的導(dǎo)管狹窄可能在老年結(jié)石的發(fā)病中起一定作用。

3．影像學(xué)特點(diǎn)：法國學(xué)者Sarles[30]通過胰管結(jié)石的影像學(xué)特征將結(jié)石分為3種類型：(1)射線可透性結(jié)石，由無定型的蛋白成分沉積而成；(2)可透性內(nèi)核包裹著鈣化外殼結(jié)石，是可透性結(jié)石的下一個進(jìn)展過程；(3)完全鈣化的結(jié)石，是胰管結(jié)石最常見的類型。該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步分析了11個遺傳性CP家族的結(jié)石成分，提出結(jié)石的另一種分類：鈣性結(jié)石(Ca2+成分>95%)和蛋白結(jié)石(結(jié)石主要由無定型蛋白成分組成)[31]。11個遺傳性CP家族中，1個家族為鈣性結(jié)石家族，共有5例鈣性結(jié)石患者；另外10個家族為蛋白結(jié)石家族，共有16例蛋白性結(jié)石患者。因此，蛋白結(jié)石家族數(shù)量是鈣性結(jié)石家族的10倍，而正常胰管結(jié)石患者蛋白性結(jié)石和鈣性結(jié)石的比例為6∶25，從而推測遺傳性CP患者有其獨(dú)特的結(jié)石形成機(jī)制。Wakabayashi和Hashihira[32]對7例彌漫性微小結(jié)石和12例孤立性大結(jié)石2種類型的影像學(xué)特征及其臨床表現(xiàn)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在孤立性大結(jié)石病例中，病因不明，結(jié)石往往局限于胰頭和胰體，胰腺外分泌和內(nèi)分泌功能紊亂較輕；而在彌漫性微小結(jié)石病例中，酒精攝入較明顯，結(jié)石不僅分布于胰頭和胰體，而且分布于胰尾，胰腺外分泌和內(nèi)分泌功能明顯下降。因此，推測酒精性和非酒精性的胰管結(jié)石有不同的發(fā)病機(jī)制。

五、展望

CP的發(fā)生率在全球呈現(xiàn)一個上升的趨勢，目前針對胰管結(jié)石的治療方法主要有體外沖擊波碎石、內(nèi)鏡逆行胰膽管造影取石術(shù)以及外科手術(shù)等方法。如果能早期干預(yù)結(jié)石形成，甚至在微蛋白栓形成期進(jìn)行阻斷，則能更大程度緩解患者的痛苦。自胰管結(jié)石首次被報(bào)道以來，從結(jié)石大體形態(tài)描述到微觀結(jié)構(gòu)分析，從胰腺大體解剖研究到細(xì)胞分子層面深入解讀，從臨床觀察到基因遺傳學(xué)角度探索再到動物模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，針對胰管結(jié)石形成機(jī)制的研究不斷更新與發(fā)展，這些都將為胰管結(jié)石的臨床診療工作帶來更好的指導(dǎo)。

參 考 文 獻(xiàn)

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