急性胰腺炎腺泡細(xì)胞損傷機(jī)制研究進(jìn)展

洪育蒲，余佳，石喬，王衛(wèi)星

（武漢大學(xué)人民醫(yī)院 普通外科，湖北 武漢 430060）

急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）是臨床上常見的急腹癥，通常認(rèn)為是多種因素引起腺泡細(xì)胞內(nèi)酶原異常激活而導(dǎo)致胰腺局部的自身消化，甚至誘發(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征（SIRS），進(jìn)展為重癥急性胰腺炎（SAP）[1]。由于AP病程進(jìn)展迅速，有關(guān)疾病始發(fā)過程的機(jī)制難以從臨床上獲得，因此，目前有關(guān)AP的機(jī)制研究仍以動物實驗及基于人體標(biāo)本的體外研究為主?，F(xiàn)就AP發(fā)病機(jī)制的最新研究進(jìn)展綜述如下。

1 鈣超載與線粒體損傷

生理性鈣離子振蕩在AP時受到破壞，腺泡細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度病理性升高是AP的核心事件，在調(diào)節(jié)促細(xì)胞死亡和促炎信號通路中起到重要作用，包括未成熟胰蛋白酶原的活化[2]，NF-κB的激活[3]，線粒體功能障礙[4]等。酒精、膽汁酸等物質(zhì)可通過開放內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的三磷酸肌醇受體（inositol 1，4，5-trisphosphate receptor，IP3R），使得內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣池的Ca2+過度釋放，引起細(xì)胞質(zhì)鈣超載[5-6]。激活腺泡細(xì)胞膜上的鈣釋放激活鈣通道蛋白1（ORAI1）促使細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，造成細(xì)胞內(nèi)病理性鈣超載狀態(tài)[5,7]。ERCP后胰腺炎及膽源性胰腺炎均被認(rèn)為通過膽道梗阻造成膽道壓力升高，激活腺泡細(xì)胞膜上的機(jī)械性刺激感受器PIEZO1，引起Ca2+內(nèi)流而加劇鈣超載，進(jìn)而導(dǎo)致腺泡細(xì)胞損傷[8]。

鈣超載造成線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）持續(xù)開放，線粒體膜間隙的質(zhì)子或者陽離子不斷進(jìn)入線粒體基質(zhì)，使得線粒體內(nèi)膜兩側(cè)離子梯度消失，導(dǎo)致合成ATP所需的線粒體膜電位逐漸下降甚至消失，氧化磷酸化發(fā)生解偶聯(lián)，ATP生成減少[4,9-11]，ATP依賴性滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+通道（SERCAs）和胞膜Ca2+通道（PMCAs）功能受損，無法清除細(xì)胞內(nèi)過剩的Ca2+，并削弱依賴ATP供能發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用的自噬效應(yīng)和未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）[12]，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡?？紤]到鈣超載的毒性作用，應(yīng)用ORAI1通道抑制劑可以減少AP小鼠腺泡細(xì)胞和人腺泡細(xì)胞的壞死[5-6]。此外，Javed等[13]應(yīng)用 MPTP抑制劑TRO40303來阻斷線粒體膜電位缺失并有效減少AP小鼠腺泡細(xì)胞和人腺泡細(xì)胞發(fā)生壞死。此外，精氨酸誘導(dǎo)的嚙齒類動物AP模型中，親環(huán)素D調(diào)控ATP合成酶發(fā)生構(gòu)象改變而失去活性亦可導(dǎo)致線粒體MPTP持續(xù)開放[12]。多中心雙盲隨機(jī)對照研究表明，通過早期高熱量營養(yǎng)支持來維持ATP生成，有望成為緩解AP病情的有效途徑[14]。

2 腺泡細(xì)胞和巨噬細(xì)胞內(nèi)酶原活化

胰腺創(chuàng)傷、胰管梗阻或者酒精等因素既可增加溶酶體酶和消化酶的合成，又導(dǎo)致腺泡細(xì)胞酶原顆粒正常胞吐過程受限，若酶原顆粒與溶酶體發(fā)生共定位，胰蛋白酶原將被溶酶體內(nèi)的組織蛋白酶B（cathepsin B，CTSB）激活成為胰蛋白酶，胰蛋白酶活化導(dǎo)致胰腺及其他組織的自我消化，此外，隨著細(xì)胞質(zhì)內(nèi)CTSB增多，細(xì)胞死亡方式由凋亡向壞死過渡[15]。細(xì)胞壞死性凋亡由受體相互作用蛋白激酶（receptor-interacting protein kinase，RIPK）與下游的混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域（mixed lineage kinase domain-like，MLKL）調(diào)控，MLKL被RIPK3磷酸化后形成低聚體，再轉(zhuǎn)運到細(xì)胞膜上，使得細(xì)胞膜破裂而細(xì)胞內(nèi)容物溢出，細(xì)胞發(fā)生壞死性凋亡，通過基因敲除RIPK1/RIPK3或應(yīng)用RIPK1抑制劑necrostatin可以減少腺泡細(xì)胞的壞死性凋亡，減輕損傷程度[16-17]。最近Sendler等[18]研究發(fā)現(xiàn)，AP發(fā)生時，損傷的腺泡細(xì)胞釋放的趨化因子，巨噬細(xì)胞是第一個受趨化作用向胰腺聚集的免疫細(xì)胞，浸潤的巨噬細(xì)胞高表達(dá)CTSB，也通過吞噬胰蛋白酶原并使其活化，再經(jīng)NF-κB通路進(jìn)一步釋放促炎因子，加重AP炎癥反應(yīng)程度，而CTSB基因敲除小鼠的胰腺炎明顯改善，將野生型小鼠的巨噬細(xì)胞移植到CTSB基因敲除小鼠體內(nèi)同樣可以加重胰腺炎。因此，未成熟的酶原的激活不僅存在腺泡細(xì)胞內(nèi)，而且在巨噬細(xì)胞內(nèi)，且該過程都依賴于CTSB的作用。

3 細(xì)胞自噬與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

腺泡細(xì)胞需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等高效并大量合成蛋白質(zhì)以滿足生理需求。大自噬通過處理多種衰老的、有缺陷的、被破壞的細(xì)胞器及錯誤折疊的蛋白成分發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用，促進(jìn)細(xì)胞存活[19]。生理條件下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體與細(xì)胞膜等雙膜結(jié)構(gòu)包裹細(xì)胞內(nèi)容物形成自噬體，該過程受自噬相關(guān)蛋白（ATGs）調(diào)控，自噬體與溶酶體融合后其內(nèi)容物降解，若自噬反應(yīng)受損則可誘發(fā)炎癥反應(yīng)[20]。腺泡細(xì)胞特異性敲除ATG5與ATG7小鼠可導(dǎo)致自噬反應(yīng)受損，酶原顆粒堆積并在細(xì)胞內(nèi)活化而發(fā)生嚴(yán)重的胰腺炎[19,21-22]。此外，溶酶體相關(guān)膜蛋白（LAMPs）缺失導(dǎo)致腺泡細(xì)胞溶酶體功能障礙，自噬反應(yīng)異常，未成熟酶原活化，炎癥反應(yīng)加劇[23]。自噬反應(yīng)受損還可導(dǎo)致線粒體功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和脂質(zhì)代謝異常，使得腺泡細(xì)胞易受損傷因素影響而死亡[12,24]。因此，修復(fù)腺泡細(xì)胞的自噬反應(yīng)有望成為AP的治療靶點。Biczo等[12]在精氨酸和雨蛙素誘導(dǎo)的小鼠AP模型中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用海藻糖可以減少異常自噬，減輕腺泡細(xì)胞損傷，從而改善AP嚴(yán)重程度。但是海藻糖如何干預(yù)自噬過程的具體機(jī)制仍不明確。

錯誤折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)過度聚集，超過了細(xì)胞正常的處理能力將發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS），ERS發(fā)生后，腺泡細(xì)胞激活UPR過程來促進(jìn)多余的蛋白降解和正確折疊以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，當(dāng)ERS超過了細(xì)胞UPR的保護(hù)限度后將誘發(fā)細(xì)胞死亡[25]。筆者既往研究[26-28]發(fā)現(xiàn)，4-苯基丁酸作為ERS抑制劑，能夠有效減輕大鼠的AP的臟器損傷和炎癥反應(yīng)程度。他汀類藥物作為HMG-CoA抑制劑，能起到促進(jìn)UPR效應(yīng)的作用，臨床回顧性隊列研究發(fā)現(xiàn)，他汀類藥物可以減少AP的發(fā)病率并改善預(yù)后[29-30]。

4 導(dǎo)管細(xì)胞功能障礙

腺泡細(xì)胞和導(dǎo)管細(xì)胞的跨膜水通道蛋白（aquaporin 1，AQP1）和囊性纖維跨膜調(diào)控因子（cystic fibrosis transmembrane regulator，CFTR）對維持胰液的生理性分泌至關(guān)重要[31]。酒精和膽汁酸可以顯著破壞CFTR的功能，減少碳酸氫鹽的分泌而酸化導(dǎo)管內(nèi)環(huán)境，造成導(dǎo)管內(nèi)胰液淤積，引起未成熟消化酶原在導(dǎo)管內(nèi)活化[32-33]。此外，Husain及其團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)管內(nèi)高壓通過激活鈣調(diào)磷酸酶促進(jìn)炎癥反應(yīng)、STAT3通路活化和破壞胰腺細(xì)胞緊密連接的完整性，誘發(fā)腺泡細(xì)胞損傷，進(jìn)而引起AP，而基因敲除鈣調(diào)磷酸酶或 應(yīng)用鈣調(diào)磷酸酶抑制劑可以明顯減輕導(dǎo)管內(nèi)高壓誘導(dǎo)的腺泡細(xì)胞損傷[34-35]。膽汁酸還可以導(dǎo)致線粒體功能障礙，減少ATP產(chǎn)生而造成ATP依賴性碳酸氫鹽分泌不足，損傷導(dǎo)管細(xì)胞，進(jìn)而使得腺泡細(xì)胞暴露于膽汁酸而死亡[36]。

5 免疫細(xì)胞反應(yīng)

受損的腺泡細(xì)胞釋放趨化因子、細(xì)胞因子和多種粘附分子來募集免疫細(xì)胞向炎癥區(qū)域浸潤[3,37]，之后壞死的腺泡細(xì)胞釋放細(xì)胞內(nèi)容物進(jìn)一步激活炎性細(xì)胞并使得炎癥播散[38]。單核細(xì)胞趨化蛋白（monocyte chemoattractant protein 1，MCP1）促進(jìn)單核細(xì)胞遷移，巨噬細(xì)胞炎性蛋白（macrophage inflammatory protein 2α，MIP2α）和CXC趨化因子配體（CXCL1）招募中性粒細(xì)胞[39-40]。中性粒細(xì)胞可以產(chǎn)生中性粒細(xì)胞外誘捕網(wǎng)絡(luò)（neutrophil extracellular traps，NETs），進(jìn)一步激活促炎信號和未成熟酶原，加重臟器損傷和AP病情[41]。在動物實驗中，抑制趨化因子及其受體可以有效減輕AP時胰腺及胰外臟器損傷[42-43]。AP時，單核-巨噬細(xì)胞的活化受到壞死腺泡細(xì)胞釋放的損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）調(diào)節(jié)。包括高遷移率族蛋白B1（HMGB1），熱休克蛋白70（HSP70）以及Toll樣受體（TLRs）在內(nèi)的DAMPs可以經(jīng)NF-κB調(diào)控促炎因子、趨化因子和黏附分子的轉(zhuǎn)錄翻譯過程。此外，ATP和NAD等DAMPs還可與P2X7受體結(jié)合而活化炎性小體，使得IL-1β和IL-18轉(zhuǎn)化為活性形式，形成級聯(lián)放大效應(yīng)[44-45]，而抑制NF-κB和炎性小體通路可以減輕AP的炎癥反應(yīng)水平[46]。在小鼠AP模型中，壞死腺泡細(xì)胞釋放出DNA，作為DAMP激活干擾素基因刺激器（STING），促進(jìn)干擾素β和腫瘤壞死因子（TNF）等促炎因子的表達(dá)，加重AP嚴(yán)重程度[47]。在AP的炎癥反應(yīng)階段也伴隨著代償性抗炎反應(yīng)綜合征（CARS），IL-10作為最主要的抗炎因子，可由腺泡細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞，淋巴細(xì)胞產(chǎn)生，并通過抑制STAT3通路和T細(xì)胞增殖減少促炎因子合成[48]。當(dāng)CARS占據(jù)優(yōu)勢時，胰腺可由無菌性壞死向感染性壞死轉(zhuǎn)變[49]。

己酮可可堿作為一種非選擇性磷酸二酯酶抑制劑，通過下調(diào)NF-κB通路而減少TNF的合成，有小規(guī)模的臨床研究表明，己酮可可堿可以減少AP患者的住院時長[50]，具體效果仍有待大規(guī)模臨床試驗證實。此外，Chen等[42]在大鼠AP模型中發(fā)現(xiàn)，IL-6受體拮抗劑Tocilizumab可以減輕AP嚴(yán)重程度及AP相關(guān)肺損傷等并發(fā)癥，既往Tocilizumab在巨細(xì)胞動脈炎、移植物抗宿主反應(yīng)的臨床應(yīng)用中具有良好的療效和安全性[51-52]，有望進(jìn)入臨床試驗用于治療AP。

6 不飽和脂肪酸和腸系膜淋巴液的毒性作用

既往臨床研究表明，病態(tài)肥胖是AP預(yù)后不良的危險因素[53]，內(nèi)臟脂肪堆積可以作為AP向SAP進(jìn)展的可靠預(yù)測因素[54]，而高甘油三酯血癥是AP時持續(xù)器官功能衰竭的獨立危險因素[55]。Noel等[56]研究發(fā)現(xiàn)，AP發(fā)作時，酶原顆粒的正常頂漿分泌途徑被破壞，從基底側(cè)分泌的脂肪酶進(jìn)入胰腺間質(zhì)、胰周及血流中，分解胰腺內(nèi)、胰周脂肪和血液中的甘油三酯生成脂肪酸，其中不飽和脂肪酸（UFAs）通過抑制線粒體復(fù)合體的功能，增加TNF、IL-1β和IL-8表達(dá)水平而加劇炎癥反應(yīng)程度。因此，應(yīng)用脂肪酶抑制劑來抑制內(nèi)臟脂肪和血甘油三酯的水解有望成為阻止AP向SAP進(jìn)展的治療策略。

AP病程隨著腸道受損而進(jìn)一步惡化，特別是腸梗阻和腸道缺血再灌注損傷導(dǎo)致的腸道細(xì)菌易位和菌群失調(diào)。近年來，含有毒素的淋巴液引流在AP中的作用逐漸受到研究者的重視。Windsor等[57-58]研究表明，在大鼠AP模型中，腸道缺血條件下的腸系膜淋巴液（mesenteric lymph，ML）可導(dǎo)致心臟功能不全和多器官功能障礙。但是，目前ML中何種成分在起作用仍不清楚。在動物實驗中，已證實結(jié)扎胸導(dǎo)管可以減輕AP大鼠ML的有害效應(yīng)[57,59]。隨著介入放射和超聲內(nèi)鏡下定位胸導(dǎo)管的技術(shù)不斷進(jìn)步，在AP患者中讓ML改變流動方向有望成為減少遠(yuǎn)隔臟器損傷的有效手段[60-61]。

7 總結(jié)與展望

AP的發(fā)生發(fā)展是一個復(fù)雜的生物學(xué)過程，目前臨床治療仍以補(bǔ)液、抑制胰酶分泌、營養(yǎng)支持及手術(shù)等綜合治療為主，對于該病的防治還缺乏特效方法和策略。鈣超載、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、自噬、線粒體損傷及炎性反應(yīng)等在發(fā)病過程中相互影響，單純解決某個環(huán)節(jié)的問題仍難以起到以點帶面的作用，若能深入研究，厘清這些機(jī)制之間內(nèi)在的聯(lián)系，可為臨床治療AP開辟一條新的治療途徑，這對AP的確切治療有著重要的意義。