胰腺星状细胞在胰腺纤维化进程中的作用

严豪杰，崔乃强，张淑坤，赵二鹏，卢洪军

胰腺星状细胞在胰腺纤维化进程中的作用

严豪杰1，2，崔乃强2，张淑坤3，赵二鹏2，卢洪军2

本文介绍胰腺星状细胞在慢性胰腺炎胰腺纤维化中的重要作用。通过对胰腺星状细胞的生物特性、激活机制、调节PSCs活性的细胞内信号通路等研究，更好地介绍PSCs与慢性胰腺炎的关联，为临床治疗慢性胰腺炎提供新的途径。胰腺星状细胞逐渐成为抗胰腺纤维化及治疗慢性胰腺炎的重要靶点。

胰腺星状细胞；胰腺纤维化；慢性胰腺炎；胰腺癌

越来越多的证据表明，胰腺星状细胞（pancreatic stellate cells，PSC）在慢性胰腺炎纤维化过程中发挥越来越重要的作用。在胰腺组织损伤和炎症中，处于静止状态的PSC被激活成肌纤维母细胞（myofibroblast，MFB），这种细胞能够表达平滑肌肌动蛋白。被激活的胰腺星状细胞进行增殖，并能够产生细胞外基质成分，如I型胶原、细胞因子、趋化因子。最近研究表明，PSC在胰腺组织的修复和局部细小血管的形成过程中也发挥作用。如果胰腺的炎症和损伤是持续性的，那么星状细胞就会被持续地激活，最终导致胰腺纤维化的形成。这种情况下，胰腺纤维化就可以认为是细胞外基质成分数量和质量的变化所致。因为PSC与肝星状细胞非常相似，PSC的研究与胰腺的病理生理关系更加密切。事实上，PSC不仅在慢性胰腺炎中，在胰腺癌的进展中也有重要作用。骨髓造血干细胞对PSC的促进作用已被证实。对PSC的研究，有助于治疗慢性胰腺炎和胰腺癌[1]。

1 PSCs的生物特性

日本学者Watari等[2]在1982年首次在鼠的胰腺组织中发现了贮存维生素A的细胞。德国学者Bachem等[3]在1998年从人和大鼠的胰腺基质中分离出能够产生Ⅰ、Ⅲ型胶原、纤维结合蛋白（fibronectin，Fn）和层粘连蛋白（laminin，Ln）等细胞外基质的细胞。因该细胞与肝星状细胞(hepatic stellate cell，HSC)相似，故将其命名为胰腺星状细胞(pancreatic stellate cell，PSC)。分为静止和活化两种表现型。PSC在未损伤的胰腺组织中呈静止状态，有储存和代谢视黄醇的功能。处于静止状态的PSC受到致病因子的刺激而活化MBF，导致细胞形态的改变和功能的障碍。此时的细胞具有以下生物学特性[4]：（1）细胞体积明显增大，增殖极度活跃。（2）细胞骨架蛋白和胶原纤维酸性蛋白染色呈阳性。（3）促炎因子等可使之活化MBF，可表达α平滑肌激动素（αsmooth muscle activin，α-SMA）。（4）产生Ⅰ、Ⅲ型胶原、Fn和Ln等细胞外基质。（5）视黄醇类的消失。（6）活化状态的PSC具有细胞迁移能力。研究表明，PSC在多种因素作用下可以被激活成MBF，是胰腺纤维化发生与发展的中心环节之一[5]。活化的PSC合成大量的细胞外基质聚集在胰腺组织，继而导致胰腺纤维化的发生。

2 PSCs的激活机制

胰腺细胞受到损伤后，激活PSC有三个基本机制，即机械应力、细胞因子和基质的变化。如果细胞呈肿胀或畸形状态，表明它们受到机械应力而激活成PSC。生化反应也是一种很常见激活途径，尤其是在血管内皮细胞。研究表明多种细胞因子参与调节PSC的活化，其中转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）对PSC的激活和压力变化起重要作用[6]。参与激活的细胞因子主要有血小板生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、转化生长因子（transforming growth factor，TGF）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、白介素（interleukin，IL），在许多炎症水肿性胰腺炎、出血坏死性胰腺炎和胰腺纤维化的动物模型实验中，上述细胞因子不仅对PSC有激活效应，而且对胰腺组织中TGF-β的mRNA和蛋白质的表达有调节作用[7]。

2.1 PDGF 慢性胰腺炎是一个由多种病因引起的炎性过程，越来越多的证据表明，许多重症急性胰腺炎通过“坏死—纤维化序列”或免疫系统激活后，逐步演变至慢性胰腺炎，也就是PSC从静止状态转变成激活状态进行增殖并转化成MBF。这期间必不缺少的生长因子就是PDGF-β，它能够从基因编码和表达水平上影响纤维化的进程[8]。研究表明，PDGF是PSC有丝分裂增殖中最强烈的刺激因子，能在损伤的胰腺细胞周围聚集血小板，产生许多的生长因子，如PDGF、TGF-β1等。在不同病因导致的慢性胰腺炎胰腺纤维化区域，都能见到PDGF及PDGF受体表达产生的细胞效应[9]。此外，PDGF还有刺激PSC胶原和Fn合成的作用。

2.2 TGF TGF是一组能够调节细胞生长和分化的超家族，具有多源性，主要由淋巴细胞和单核细胞产生，可来源于血小板、炎症细胞、胰腺腺泡细胞、导管上皮细胞及PSC等。TGF-β是一种多功能蛋白分子，能激活PSC并使之增生，促进PSC分泌大量细胞外基质(extracellular matrixc,ECM)。正是ECM的过量沉积，导致组织功能的紊乱和器官功能的衰竭。特别是在慢性胰腺炎和胰腺癌中尤为突出。目前已被确认是胰腺纤维化细胞因子进程调节中的一个关键因子，有可能成为抗纤维化治疗的靶点。此外，张淑坤等[10]的研究采用real-time PCR技术检测了慢性胰腺炎大鼠胰腺组织TGF-β1及TβRⅡmRNA的表达，结果发现TGF-β1和Tβ RⅡ的mRNA表达水平在慢性胰腺炎大鼠升高，证实TGF-β 1是胰腺组织的致纤维化因子，并提示TGF-β1可能通过上调相应受体的表达，在大鼠慢性胰腺炎胰腺纤维化发生和发展过程中起重要作用。

最近的研究表明，胰腺癌是一个耐受化疗的纤维化过程，抑制TGF-βI型受体在胰腺星形细胞培养基中的活性或表达，能够衰减星状细胞对MT1-MMP胶原的表达。也就是说，胶原酶MT1-MMP能通过增加TGF-β信号并针对MT1蛋白酶，可能有利地减轻纤维化[11]。

2.3 TNF TNF-α能通过促进PSC增生，从而诱导α-SMA的表达和胶原的合成，尤其是在急性胰腺的早期阶段和慢性胰腺炎纤维化过程中，主要位于胰腺小叶的腺泡细胞和炎性细胞内[12]。TNF-α与胰腺纤维化有很大相关性，在慢性胰腺炎早期表达后，释放的TNF-α刺激PSC的增生，使之表达α-SMA，并促进胶原的生成。实验证实，TNF-α和分离培养的PSC孵育可以促进PSC激活并增殖，使ECM合成明显增加[13]。正常胰腺内胶原以IX型居多，而TNF-α作用于PSCs，主要促进I型胶原的合成明显增加，而I型胶原正是纤维化的主要成分。

2.4 IL IL是另一类在胰腺炎纤维化过程中发挥重要作用的炎症介质，主要包括IL-1、IL-6、IL-8、IL-10等。

IL-1主要来源于胰腺中的炎症细胞和腺泡细胞。实验发现与IL-1孵育的PSC对于α-SMA表达有促进作用，可能参与了纤维化的进展，但未发现有促进PSC增殖的作用[14]。

IL-6来源相对广泛，可以由多种细胞生成，IL-1及TNF-α能刺激IL-6合成。在慢性胰腺炎中，IL-6能使静态PSCs的α-SMA水平升高，但它能抑制PSCs的增生，并且抑制胶原的生成。其机制被认为与下调IL-1、TNF-α表达有关。这种矛盾的生物学效应，反映了细胞因子在慢性胰腺炎纤维化过程中的相互作用是很复杂的[14]。

IL-8大多来源于炎性浸润细胞，主要有中性粒细胞、巨噬细胞和单核细胞。在慢性胰腺炎模型中，IL-8存在于胰腺间质细胞和小叶细胞中，正常的胰腺组织中未见IL-8的表达。研究表明，IL-8在CP早期起重要作用[15]。

IL-10能够抑制单核细胞和巨噬细胞中TNF-α、IL-1、IL-6及IL-8的合成。Demols等[16]对缺失IL-10的小白鼠诱导AP，观察IL-10在调节急性炎症、再生和纤维化过程中的作用。结果表明，IL-10缺失组的小白鼠病变程度和纤维化程度比正常组都严重。因此，可以推断，IL-10在胰腺纤维化过程中具有保护性的作用[16]。

此外，长期饮酒是欧美等国家慢性胰腺炎的重要因素之一。在酒精性胰腺炎胰腺纤维化区，能见到脂质过氧化物的沉积以及激活的PSC。PSC被激活的途径可能有以下几种：（1）PSCs可表达脱氢酶，将乙醇转化为乙醛，后者可激活PSCs，从而促进α-SMA的表达和胶原蛋白的合成。（2）乙醇和乙醛可引起PSCs内的氧化应激，在伴发炎症反应或无炎症反应的慢性胰腺炎，氧化应激都是一重要的促纤维化因素。（3）由乙醇诱导的坏死性炎症可导致促炎细胞因子释放[17-18]。

3 调节PSCs活性的细胞内信号通路

3.1 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）信号通路 是由一组级联活化的丝/苏氨酸蛋白激酶组成，是生物体内重要的信号转导系统之一，对细胞基因表达、增殖、凋亡等生物学功能都有重要的调节作用。在哺乳动物中，已鉴定出3种亚型:细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular regulating kinase，ERK），c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和p38[19]。PDGF通过激活细胞外信号,调节ERK促进PSC的活化。乙醇/乙醛可通过JNK和p38的激活导致PSCs活化，通过阻断Ras-Raf-ERK信号通路能抑制PSCs的增生[20]。因此,MAPK信号通路是PSCs激活的重要通路。

3.2 TGF-β/smad信号转导通路 TGF-β家族主要通过TGF-β/smad信号转导通路发挥生物效应。TGF-β1首先与其Ⅱ型受体结合,活化的Ⅱ型受体蛋白激酶使Ⅰ型受体磷酸化，活化的Ⅰ型受体蛋白激酶直接作用于Smad2、3，使其MH 2结构域的SSXS基序磷酸化。随后Smad2、3与Smad4形成异源寡聚体复合物，移入核内。在核内通过直接与DNA结合、与其他转录因子协同作用及与转录复合活化物或复合抑制物结合，调节靶基因转录。Ohnishi等研究明确显示，TGF-β1通过Smad2介导的信息通路激活PSCs,而通过Smad3介导的信息通路抑制其增生[21]。TGF-β1还可通过Smad2/3和ERK介导的信息通路经自分泌回路促进IL-1 β、IL-6对PSCs的激活作用。

在纤维化胰腺组织中,发现TGF-β1的表达与Smad3的表达呈正相关，而与Smad7的表达呈负相关。上调Smad7的表达，有可能抑制TGF-β1介导的PSCs激活[22]。

3.3 其他通路 与PSCs活化相关的其他信号通路还有磷脂酰肌醇-3(PI-3)激酶信号通路和RH O激酶信号通路。PDGF通过PI-3激酶信号通路引起PSCs的迁移[20]，RHO激酶信号通路通过对肌动蛋白细胞骨架的调节作用参与PSCs的激活[23]。

4 PSC的迁移与胰腺纤维化之间的联系

研究表明，在胰腺损伤区域，被激活的PSC数量急剧增加，可能是PSC在受损区域局部增值的结果，也可能是从局部组织迁移而来。PSC具有很强大的迁移能力，尤其是受PDGF刺激之后，磷脂酰肌醇3（phosphatidylinositol 3，PI3）-激酶途径被诱导，这种诱导至少保持24 h。而PI3激酶途径在PDGF诱导的PSC迁移中起着重要作用，该过程通过调节ERK1/2(已知可以调节PSC增值)的激活来完成。PSC的迁移依赖于PSC的增值。不难得知，PSC增殖所导致的细胞增多是PSC迁移的基础：细胞因子分泌的改变则是迁移的诱发因素；PSC内肌动蛋白微血管解聚可能是迁移的动力。这都需要进一步解释和证明[24]。

5 针对PSC的抗纤维化治疗的启示

当前的研究表明，PSC的激活在慢性胰腺炎和胰腺癌的过程中发挥重要作用，进行性胰腺组织纤维化是其主要病理过程。就目前而言，手术是当前主要的治疗方式，但手术却不能恢复病变胰腺组织的功能，更不能改变或终止纤维化的进程[25]。能够阻断PSC的激活，抑制ECM的合成和分泌，是治疗慢性胰腺炎和胰腺癌的主要策略。主要有以下几方面。

5.1 去除病因，减轻炎症，抑制PSC的激活 胰腺组织受到损伤后产生一系列的炎症反应，并释放出一些列的细胞因子激活PSC。动物实验证明，给予自发性慢性胰腺炎WBN/Kob大鼠模型口服卡斯迈勒能够抑制胰腺炎相关蛋白的表达，从而发挥抗炎、抗纤维化的作用[26]。应用TGF-β能显著减少ECM的合成，抑制TGF-β的信号传导通路，如应用TGF-β受体拮抗剂及其他传导通路阻滞剂等。此外，糖皮质激素和前列素E也有抗炎、抑制PSC激活的作用，具体的机制仍需进一步研究。

5.2 调节细胞因子，阻止PSC合成ECM 细胞因子在胰腺纤维化的进程中有重要的作用，以细胞因子为靶向的治疗策略具有重要的应用价值。应用TGF-81中和抗体可降低ECM的合成，应用PDGF中和抗体可显著减少PSC的增殖。血管紧张素转换酶抑制剂lisinopril可通过抑制自发性胰腺炎大鼠TGF-p1 mRNA的表达阻止PSC的活化，而发挥抗胰腺纤维化的作用。

5.3 影响信号转导的有关分子 在PPAR-7参与抗纤维化通路的研究中，Hisada等[27]发现，PPAR-7的配体Thia—Zolidinedione Derivatives，可通过抑制自发性胰腺炎大鼠TNF-a的表达而抑制PSC的SMA表达及I、Ⅲ型胶原蛋白和纤维结合素的沉积。在TGppl参与的细胞信号转导通路中，TGF-p1受体属于蛋白丝氨酸激酶。研究发现，人工合成的丝氨酸蛋白激酶抑制剂FOY-007对TGF-p1激活的PSC可以抑制其增殖和ECM合成，作用成剂量依赖性；FOY-305具有部分抑制增殖作用[27]。

5.4 促进PSC对ECM的分解、抑制胶原的合成 ECM的降解主要是由MMP介导，PSC通过促进MMP的表达、活化、抑制TIMP来进行调节，目前还没有特异性的报道。胶原合成后的修饰由脯氨酸4-羟化酶（P4H）催化，目前发现HOE007是P4H的抑制剂，但它有肝脏特异性，对胰腺纤维化作用的大小仍需进一步验证。

5.5 促进过剩PSC的凋亡和去分化 活化后的PSC表达p75是TNF受体家族成员之一，在NGF作用下可选择性介导PSC细胞凋亡。另外，有研究发现，在TGF转基因小鼠修复期可见胰腺组织中脂肪细胞显著增加，可能是PSC终末分化的结果。因此，可通过诱导PSC凋亡和分化治疗慢性胰腺炎。目前对活化的PSC凋亡和去分化的机制研究刚刚起步，但可以预测，诱导凋亡和去分化将成为今后抗胰腺纤维化的重要方法。

5.6 中药 我国传统中药如元胡、丹参、桃仁、郁金等在临床上治疗慢性胰腺炎都取得了一定的疗效，但对其作用机制尚未加以研究。小柴胡汤在治疗自发性胰腺炎WBN/Kob大鼠模型中具有抑制胰腺炎相关蛋白(pancreatitis associated protein,PAP)的表达和抗炎的作用[28]。

综上所述，胰腺组织受到损伤后发生纤维化的机理非常复杂，迄今为止还没有形成系统、全面、成熟的理论体系，仍需要进一步研究。PSC的激活在慢性胰腺炎和胰腺癌纤维化的过程中发挥重要作用，阻断PSC的激活，抑制ECM的合成和分泌是抗胰腺纤维化和治疗胰腺疾病的主要思路。探索胰腺纤维化的发病机制及拓宽相应的治疗思路对治疗胰腺疾病有着至关重要的意义。

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（收稿：2014-07-06 修回：2015-02-26）

（责任编辑 尚 东 屈振亮）

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