慢性胰腺炎發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

劉廣林 張文成 陳凱 許威,

1武警后勤學(xué)院，天津 300309；2武警特色醫(yī)學(xué)中心，天津 300162

【提要】 CP是一種以胰腺纖維化及腺泡萎縮和破壞等為主要病理特征的慢性不可逆性疾病，其病因復(fù)雜，發(fā)病機(jī)制尚未明確。近年研究表明，數(shù)個(gè)易感基因、信號(hào)通路及細(xì)胞或亞細(xì)胞水平的病理生理機(jī)制均與CP發(fā)病存在不同程度的關(guān)聯(lián)。

CP是一種以胰腺組織纖維化為主要病理特征的慢性不可逆性胰腺疾病，病因包括膽道疾病、長(zhǎng)期飲酒、遺傳因素、免疫紊亂等，臨床表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作性或持續(xù)性腹痛、腹瀉及脂肪瀉、消瘦、黃疸、腹部包塊和糖尿病等。胰腺纖維化的發(fā)病機(jī)制尚未明確，CP目前的治療方法也僅限于對(duì)癥治療及對(duì)并發(fā)癥的處理，治療效果不理想，易復(fù)發(fā)。近年來(lái)對(duì)CP發(fā)病機(jī)制及藥物治療的研究有一些新的進(jìn)展，本文就其遺傳學(xué)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、胰腺星狀細(xì)胞(pancreatic stellate cells, PSCs)、免疫學(xué)、細(xì)胞代謝等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、遺傳學(xué)

近年有研究顯示，CP是一種復(fù)雜的基因疾病，多種易感基因的突變致使患病的風(fēng)險(xiǎn)增加[1]，如絲氨酸蛋白酶抑制劑 Kazal 1 型(serine protease in-hibitor Kazal 1 type, SPINK1)、囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, CFTR)、陽(yáng)離子胰蛋白酶原(cationic trypsin gene, PRSS1)等基因的突變[2]。一項(xiàng)國(guó)內(nèi)大型臨床數(shù)據(jù)調(diào)查研究顯示，在多達(dá)1 000余例的漢族CP患者中，通過(guò)將其基因型與千余例對(duì)照者進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，SPINK1、CFTR、PRSS1、糜蛋白酶C(chymotrypsin C, CTRC)等基因存在數(shù)個(gè)新的突變型，并證實(shí)了突變型基因與CP關(guān)系密切，且對(duì)患者預(yù)后、生存等方面都有極大的影響[3]。

1．SPINK1：SPINK1是研究最早、最廣泛的CP易感基因之一，其編碼胰腺分泌胰蛋白酶抑制劑。國(guó)內(nèi)有學(xué)者通過(guò)SPINK1全長(zhǎng)基因模型研究發(fā)現(xiàn)，SPINK1 外顯子區(qū)域共有32個(gè)突變，且32個(gè)突變均未導(dǎo)致 SPINK1 異常轉(zhuǎn)錄本的產(chǎn)生。當(dāng)真核細(xì)胞中的mRNA出現(xiàn)提前終止密碼子時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)無(wú)義介導(dǎo)的mRNA 降解(nonsense-mediated mRNA decay, NMD)，避免被截短的mRNA影響細(xì)胞正常功能[4]。突變c.27del C可引發(fā)NMD降低mRNA的表達(dá)量，且突變c.190A>G、c.199C>T 、c.199C>T均可降低 SPINK1mRNA的相對(duì)表達(dá)量。利用SPINK1全長(zhǎng)基因模型對(duì)c.194G>A進(jìn)行分析，綜合考慮c.194G>A的致病作用為錯(cuò)義突變致蛋白分泌減少所致，與前體mRNA異常剪接無(wú)關(guān)[5]。國(guó)內(nèi)有研究顯示，雜合SPINK1 c.194+2T>C基因突變可以引起自發(fā)性CP。該研究利用SPINK1+/+基因突變型新生小鼠，給予或不給予雨蛙素處理，分別經(jīng)過(guò)9、11、13周后處死，取胰腺組織進(jìn)行病理染色，證實(shí)了雜合SPINK1 c.194+2T>C突變的易感性[6]。德國(guó)學(xué)者Buchholz等[7]利用圓二色光譜數(shù)據(jù)分析揭示出SPINK1和N34S突變體的二級(jí)結(jié)構(gòu)的差異，表明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化與CP具有相關(guān)性；而通過(guò)表面離子體共振及胰蛋白酶抑制實(shí)驗(yàn)，則顯示SPINK1及其N(xiāo)34S突變體對(duì)蛋白酶結(jié)合力、親和力及抑制效應(yīng)相當(dāng)，結(jié)合進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)， N34S突變引起的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化可能為非損傷性改變，而環(huán)境pH則可以通過(guò)多種方式誘導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，是CP病理過(guò)程的關(guān)鍵一點(diǎn)。

2．CFTR與CTRC：CFTR是ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族的成員，其主要功能是調(diào)節(jié)cAMP依賴(lài)的氯離子通道。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)1 061例漢族CP患者及1 196例對(duì)照者進(jìn)行二代基因測(cè)序分析，結(jié)果顯示SPINK1、PRSS1、CTRC及CFTR基因突變顯著影響CP患者的發(fā)病年齡及臨床預(yù)后，其作用機(jī)制與基因-環(huán)境之間的相互作用有關(guān)[3]。CFTR參與CP病理過(guò)程的機(jī)制大致涉及以下兩個(gè)方面：首先，CFTR的突變導(dǎo)致氯離子向細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)障礙，從而增加了胰液的黏稠度和厚度，黏液堵塞胰管致使胰腺外分泌障礙、營(yíng)養(yǎng)吸收不良[8-9]；其次，CFTR突變引起細(xì)胞內(nèi)離子流失衡，促使谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的激活及beclin1表達(dá)量的降低，蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)受到嚴(yán)重影響，并抑制細(xì)胞自噬[10]。

CTRC基因與CP的關(guān)系曾飽有爭(zhēng)論。法國(guó)學(xué)者以253例青年CP患者為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)CTRC的表型與CP的發(fā)生相關(guān)的病例僅占4.3%[11]。有研究認(rèn)為CTRC基因的變異與CP不存在相關(guān)性[12]。近期Geisz等[13]利用CTRC基因外顯子2單核苷酸缺失的C57/6小鼠恢復(fù)CTRC的一個(gè)功能位點(diǎn)，并通過(guò)雨蛙素制備急慢性胰腺炎小鼠模型后發(fā)現(xiàn)，CTRC功能位點(diǎn)恢復(fù)組的小鼠疾病嚴(yán)重程度有所下降；進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)則證實(shí)CTRC是通過(guò)介導(dǎo)胰蛋白酶原降解減輕了雨蛙素誘導(dǎo)的腺泡內(nèi)胰蛋白酶的激活。

二、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

NF-κB是一系列同源或異源Re1家族成員形成的二聚體轉(zhuǎn)錄因子的總稱(chēng)。國(guó)內(nèi)有學(xué)者利用雨蛙素誘導(dǎo)小鼠胰腺炎做研究，結(jié)果顯示增加腺泡細(xì)胞NF-κB活性伴隨著細(xì)胞因子高表達(dá)和胰腺炎加重，持續(xù)性的高 NF-kB 活性能夠?qū)е翪P發(fā)生，即NF-κB活化通過(guò)對(duì)炎癥的影響來(lái)惡化胰腺炎的進(jìn)程[14]。也有學(xué)者利用脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導(dǎo)PSCs LTC-14細(xì)胞株中NF-κB表達(dá)和核易位，發(fā)現(xiàn)LPS引起LTC-14細(xì)胞NF-κB mRNA及其蛋白表達(dá)量增高, NF-κB核內(nèi)易位量明顯增加，氧化苦參堿干預(yù)可下調(diào)NF-κB mRNA和蛋白表達(dá)，抑制NF-κB核內(nèi)易位[15]。

Hedgehog基因最早在1980年由Nusslein-Volhard和Wieschaus兩名學(xué)者研究果蠅的基因時(shí)被發(fā)現(xiàn)[16]。在胰腺發(fā)育過(guò)程中，hedgehog信號(hào)通路中的Hh蛋白參與調(diào)控胰腺的正常發(fā)育和胰島細(xì)胞、胰腺形態(tài)的發(fā)生，而在正常的成熟胰腺組織中無(wú)表達(dá)或僅輕度表達(dá)[17]。Hh蛋白表達(dá)異常與胰腺慢性炎癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)學(xué)者在Wistar大鼠尾靜脈注射二氯二丁基錫建立CP模型，采用免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)到實(shí)驗(yàn)組胰腺組織Hh蛋白高度表達(dá)，同時(shí)采用RT-PCR法檢測(cè)到其mRNA水平高度表達(dá)[18]，由此可見(jiàn)Hedgehog通路在CP中有異常激活的表現(xiàn)。

三、PSCs

Bynigeri和Jakkampudi[19]認(rèn)為PSCs的激活是各種胰腺疾病尤其是胰腺纖維化、CP和胰腺導(dǎo)管腺癌病理過(guò)程的關(guān)鍵，這一過(guò)程依賴(lài)于多種細(xì)胞因子及相關(guān)的信號(hào)通路。

Charrier等[20]利用酒精性CP小鼠模型，通過(guò)對(duì)膠原等纖維化相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，活化的PSCs產(chǎn)生的結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor，CCN2)與miR-21的表達(dá)之間存在正反饋關(guān)系，證實(shí)了miR-21-CCN2軸是PSCs纖維化信號(hào)系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要成分。在PSCs發(fā)揮作用的機(jī)制中，自噬起到了關(guān)鍵性的作用。Endo等[21]利用自噬相關(guān)蛋白5(autophagy related 5，ATG5)基因敲除小鼠與野生型小鼠對(duì)比，進(jìn)行組織、免疫組織化學(xué)、轉(zhuǎn)錄、代謝等分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組小鼠中雄性小鼠發(fā)生CP的比例高于雌性小鼠，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組胰腺組織產(chǎn)生更高水平的活性氧，并缺乏對(duì)谷氨酸依賴(lài)的代謝的激活，推測(cè)自噬的缺陷通過(guò)谷氨酸依賴(lài)的代謝及活性氧產(chǎn)生的增加對(duì)CP的發(fā)生、發(fā)展產(chǎn)生一定影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，活化的PSCs中視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤螺旋蛋白1(retinoblastoma coiled coil protein 1，RB1CC1)和自噬水平明顯升高，自噬也能促進(jìn)PSCs活化，當(dāng)RB1CC1基因被敲低時(shí)，自噬流及PSCs活化的程度明顯減低；進(jìn)一步的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，RB1CC1通過(guò)與ULK1啟動(dòng)子結(jié)合并與ULK1相互作用誘導(dǎo)PSCs活化，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)則顯示RB1CC1表達(dá)降低使小鼠的胰腺纖維化有所減輕[22]。

早期研究顯示，絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase ，MAPK)信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)PSCs功能，進(jìn)而促進(jìn)胰腺纖維化。而近些年國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)離體、在體實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在CP組織中MAPK家族的p-JNK、p-ERK及p-p38表達(dá)量均有升高，通過(guò)應(yīng)用MAPK抑制劑進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，JNK、ERK直接參與PSCs的活化和胰腺纖維化，p38則參與了CP的發(fā)展[23]。

四、免疫學(xué)

早期的動(dòng)物和人類(lèi)研究表明，T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞是CP的主要免疫細(xì)胞浸潤(rùn)[24]，T細(xì)胞在CP中的作用也已被提出[25]。根據(jù)組織學(xué)觀察，巨噬細(xì)胞與PSCs非常接近，提示巨噬細(xì)胞在CP中的潛在作用[26]。近期Xue等[27]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠和人類(lèi)的PSCs中有大量的IL-4/IL-13，而在離體實(shí)驗(yàn)中通過(guò)藥物抑制IL-4/IL-13，發(fā)現(xiàn)小鼠及人類(lèi)CP模型的胰腺組織中選擇性激活的巨噬細(xì)胞減少，胰腺組織纖維化減輕，該結(jié)果說(shuō)明巨噬細(xì)胞數(shù)量在小鼠和人類(lèi)CP的胰腺組織中增加，選擇性激活的巨噬細(xì)胞促進(jìn)了胰腺組織纖維化的發(fā)生，而PSCs在巨噬細(xì)胞選擇性激活的誘導(dǎo)中發(fā)揮了重要作用。

隨著研究的深入，免疫信號(hào)分子在CP中發(fā)揮作用的研究也取得了一定的進(jìn)展。Sendler等[28]利用補(bǔ)體C5缺陷小鼠以及C57BL/6作對(duì)照，采用胰腺中斷結(jié)扎、雨蛙素腹腔注射等方法制備胰腺炎模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在胰腺炎發(fā)生的初始階段，無(wú)論是C5缺陷的實(shí)驗(yàn)組還是對(duì)照組，胰腺的損傷程度相近，而隨著病情的進(jìn)展，在缺乏C5的小鼠體內(nèi)或者在小鼠體內(nèi)注射激活態(tài)C5受體拮抗劑的CP小鼠模型中，胰腺纖維化水平較對(duì)照組顯著減輕；離體實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)PSCs被C5a激活。另有國(guó)內(nèi)學(xué)者利用導(dǎo)管內(nèi)注入三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid，TNBS)誘導(dǎo)SD大鼠制作CP模型，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組CP模型大鼠的趨化因子CXCL9蛋白表達(dá)明顯上調(diào)，在體實(shí)驗(yàn)中CXCL9可以減弱由TNBS誘導(dǎo)的CP胰腺纖維化，離體實(shí)驗(yàn)中可以觀察到CXCL9的抗纖維化作用，并可以抑制活化的PSCs產(chǎn)生膠原蛋白[29]。

五、細(xì)胞代謝

大量的動(dòng)物和臨床研究表明慢性氧化應(yīng)激在CP病程中起關(guān)鍵作用，并使CP的臨床和組織學(xué)癥狀(疼痛和組織性壞死)持續(xù)存在。而運(yùn)用抗氧化劑減輕CP疼痛的研究又進(jìn)一步證實(shí)了氧化應(yīng)激這一理論。近期有學(xué)者將C57BL/6小鼠體內(nèi)分離出的PSCs暴露于具有抗氧化和清除自由基功能的輔酶Q10中72 h后發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激陽(yáng)性細(xì)胞以及細(xì)胞氧化應(yīng)激的代謝產(chǎn)物水平顯著減低，且該研究還證實(shí)輔酶Q10可以通過(guò)激活PI3K/AKT/mTOR通路抑制PSCs的活化，即抑制CP時(shí)胰腺纖維化這一病理過(guò)程[30]。國(guó)外亦有研究證實(shí)，炎癥誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激可以通過(guò)調(diào)節(jié)Nrf2/NF-κB和SAPK/JNK通路導(dǎo)致胰腺細(xì)胞的死亡[31]。

Sah等[32]認(rèn)為CP的發(fā)病并不是以胰酶為中心，而是獨(dú)立于胰酶之外的發(fā)病機(jī)制 。該團(tuán)隊(duì)對(duì)小鼠CP模型及CP患者的胰腺組織進(jìn)行病理染色，并進(jìn)行了細(xì)胞和組織等不同水平的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在CP中存在慢性、持續(xù)性激活，由此證明了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與CP存在相關(guān)性；通過(guò)敲除小鼠胰蛋白酶原7基因發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生可獨(dú)立于胰酶體系之外，是一項(xiàng)獨(dú)立的致病因素[33]。

綜上所述，CP的病因復(fù)雜，胰腺間質(zhì)纖維組織的增生和腺泡的萎縮及破壞使胰腺的內(nèi)外分泌功能受損，仍是CP治療所面臨的難題，其臨床治療效果并不理想。雖然近年來(lái)國(guó)內(nèi)外不同學(xué)者的研究也為CP的治療方面提供了新的思路和啟示，有很多地方值得進(jìn)一步去研究，但同時(shí)也表明CP的發(fā)病機(jī)制仍缺乏全面的、成熟的理論體系，其發(fā)生發(fā)展仍有待進(jìn)一步研究探討。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突