胰管结石发病机制研究进展

蒋熙 孙晖 邹文斌 廖专 李兆申

慢性胰腺炎(CP)是一种不可逆的炎症性疾病，胰腺实质受到损伤并被纤维组织取代，逐渐发展为胰腺内、外分泌功能不全[1]。胰管结石是CP的特征性病理表现，高达90%的患者会发生钙化，特别是在酒精性CP患者中[2]。胰管结石的存在同时也会加速CP的进展，造成胰管梗阻、扩张，胰腺实质破坏、萎缩和纤维化。自胰管结石首次被发现并报道以来，国内外针对胰管结石的形成机制从各个方面进行了大量研究，但其具体发病机制仍不清楚。本文从结石成分、胰管结石患者胰液成分、结石形成的遗传学和细胞分子机制、临床研究4个方面对胰管结石的研究进展做一综述。

一、胰管结石成分分析

1．物理结构：通过扫描电子显微镜和X射线衍射光谱法对结石的横向、纵向切片标本进行精细的结构分析显示，胰管结石由核心和周围外壳组成。结石中心部分呈不规则海绵样结构，有机质包绕着碳酸钙，脱钙后呈现不规则的网状纤维状，束缚着部分残余的碳酸钙晶体。结石外壳光滑致密，富含碳酸钙结晶，平行四边形或多边形的钙薄片一层一层相互平行并且倾斜或垂直地与下一层连接，钙结晶呈螺旋式、外延式生长，直到表面，排列规律、层层相叠。

2．无机成分：1987年Pitchumoni等[3]通过红外光谱和X射线荧光光谱研究6例胰管结石标本发现，结石的组成元素除了钙以外，还含有钠、钾、铜、镁、铬、锌、钡、磷、铝、硅、钛、锰、铁、钴、镍和氯等。其中非晶态核心主要包含钙、铁、铬、镍元素，而外壳含有以钙为主的其他17种元素。胰管结石的化学成分分析显示，绝大多数结石主要由碳酸钙组成[4]。另有研究报道了罕见的以磷酸钙、脂肪酸钙为主要无机成分的胰管结石[5]。

3．有机成分：Montalto等[6]将胰管结石的有机成分溶解在EDTA 柠檬酸盐电解液中，发现有机成分主要包含一种相对分子质量为14 000的非胰酶蛋白质，后经免疫组化分析确定该蛋白质为胰石蛋白(pancreatic stone protein，PSP)。Hayakawa等[7]分析13例胰管结石发现其中11例含有胰蛋白酶原，其浓度显著高于淀粉酶和弹性蛋白酶。多项研究发现胰管结石中的有机成分还包含乳铁蛋白、淀粉酶、胰腺外分泌细胞碎片等。

二、胰液成分分析

胰液潴留是胰管结石形成的主要原因之一，分析胰管结石患者胰液成分有助于了解结石形成原因。通过对比CP胰管结石组和健康志愿组胰液组分显示，CP组患者胰液中PSP浓度明显下降，从而推测PSP有抑制胰管结石形成的作用[8]。体外实验中观察到PSP抑制结晶成核和生长，进一步证实了这个观点[9]。但De等[10]认为其抑制作用来源于实验过程中的氨丁三醇缓冲剂以及一些无机成分的污染，因此PSP的具体抑制作用仍有待考证。此外，Hayakawa等[11]发现胰管结石患者胰液中乳铁蛋白、Ca2+含量高出常人数倍。乳铁蛋白能聚集大量的酸性蛋白质(如白蛋白)，因此推测乳铁蛋白在早期蛋白栓形成过程中起重要作用。Furui等[12]通过内镜获得慢性非钙化性胰腺炎患者的胰液，将CP患者的胰液pH值调至7.5，然后将钙浓度调整为0.4、2.9、5.4或10.4 mmol/L，随着钙浓度的增加，沉淀量增加，并与天然蛋白栓相似，推测人胰液中钙浓度的增加在结石早期蛋白栓形成过程中扮演了重要角色。Freedman等[13]从胰液的蛋白栓中分离出了酶原颗粒膜糖蛋白2(GP2)，GP2是一种从酶原颗粒膜上裂解出来的糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白，推测其与早期蛋白栓形成相关，但具体机制仍有待考证。Löhr等[14]对比研究了CP结石组患者和对照组患者的胰液，发现结石组患者透明质酸的含量为对照组的7倍，推测透明质酸与胰腺纤维化和结石形成有关。

三、结石形成机制

1．遗传机制：自1996年Whitcomb等[15]报道了胰蛋白酶原(protease serine 1, PRSS1)基因的R122H突变与CP致病相关以来，胰管结石形成机制的遗传因素受到越来越多学者的关注。PRSS1基因、囊性纤维化跨膜转导调节因子(CFTR)、丝氨酸蛋白酶抑制剂KazalI型(SPINK1)、糜蛋白酶原C(CTRC)基因等均为CP的主要易感基因[16]。PRSS1基因位于7号染色体长臂，编码阳离子胰蛋白酶原。研究发现PRSS1的R122H、N29I突变均可导致胰蛋白酶原自身激活能力提高或胰蛋白酶稳定性增加，此外还有D19A、D22G、K23R、R122C突变也有类似作用。SPINK1基因编码胰蛋白酶抑制剂(PST1)，能抑制胰酶在细胞内提前激活。研究显示SPINK1功能缺失性突变会导致蛋白酶抑制剂含量降低，同时会加速可溶性PSP向不溶性PSP转变[17]，从而促进蛋白栓形成。CFTR基因主要编码囊性纤维化跨膜转导调节子，是一个对cAMP敏感的Cl-通道蛋白，调控HCO3-分泌至管腔，同时，H2O随着渗透梯度通过水通道蛋白1(aquaporin 1, AQP1)通道进入管腔。CFTR基因突变，HCO3-和H2O分泌能力下降，胰管中pH值下降，从而引起导管中蛋白样物质聚集，诱发胰管结石形成。 CFTR基因敲除小鼠模型中，导管内pH下降、酶原颗粒减少，出现了明显的导管内蛋白沉淀物聚集的现象[18]。

2．细胞分子机制：在细胞分子研究层面，Sidhu和Tandon[19]对胰腺形态的超微结构研究后提出，慢性钙化性胰腺炎早期的腺泡蛋白高分泌，即细胞核增大、核仁增多、内质网增多，使得腺泡细胞分泌过多的胰蛋白酶原。同时伴随溶酶体酶B升高以水解胰蛋白酶原。溶酶体和酶原的共同作用，导致蛋白在细胞内沉淀。Klöppel和Maillet[20]分析手术和尸体解剖后酒精性CP患者的标本，发现腺泡和导管周围脂肪坏死引起管壁周围纤维化，导致小叶间导管内淤血，促进蛋白栓和结石形成。随后，结石阻塞导管引起腺泡细胞炎症坏死和纤维化，进一步加剧了蛋白栓和结石的形成。Slater等[21]通过体外标记溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdU)和Ki-67抗原来鉴定增殖细胞，发现增殖细胞出现在导管内的现象仅发生于钙化性CP患者，而不出现在阻塞性CP患者，说明胰腺钙化有其独特的发病机制，而不仅仅继发于胰管阻塞。Nakamura等[22]通过免疫组织化学染色方式发现肾结石和动脉粥样硬化中常见的骨桥蛋白在胰管结石患者的腺泡和导管细胞中均有表达，同时也检测到了骨桥蛋白mRNA，而正常对照组中骨桥蛋白表达阴性，因此推测骨桥蛋白在胰腺结石的形成中发挥重要作用，但具体机制有待进一步研究。胰管结石患者胰液中的Ca2+浓度升高，Bruce等[23]通过胰管结石小鼠模型证明了小鼠胰腺腺泡、导管有Ca2+受体样分子存在。Ca2+受体激动剂能促进HCO3-的分泌并在Ca2+浓度调节过程中起监视作用，因此该研究提出Ca2+调节机制失败可能导致胰管结石形成。CFTR表达在胰腺导管细胞质膜顶端的Cl-通道，在HCO3-分泌调节中起着核心作用。Ko等[24]研究发现，CFTR错误地定位在各种类型CP胰腺导管细胞的胞质中，引起HCO3-分泌紊乱，因此推测CFTR蛋白的错误定位是CP形成蛋白栓、胰腺结石的原因。

四、临床研究

1．致病危险因素：CP胰管结石发生的危险因素包括长期饮酒、吸烟、胆管结石、高钙血症、遗传因素以及环境因素等[25]。Maisonneuve等[26]研究发现，酒精性CP患者胰管结石的严重程度与吸烟有密切关系。一项包含138例CP患者发病因素的研究发现，大量饮酒和长期吸烟患者胰腺钙化的比例显著高于非吸烟、非饮酒患者[27]。热带CP主要发生在年轻人身上，主胰管中常伴有较大结石和胰管扩张，Tandon等[28]研究认为这与环境因素和SPINK1基因突变相关。

2．解剖学特点：研究发现，结石好发于主胰管内距离十二指肠乳头2～4 cm的位置，原因可能是这个位置往往与副胰管交接。结石的分布有两种：第一种为主胰管，第二种为小胰管和腺体。第一种类型，主胰管内可见一个大的胰腺结石(靠近十二指肠端)，在这个大结石后面存在几颗小结石，导致阻塞部位上游胰管扩张、胰尾部萎缩。第二种类型，主胰管中往往没有大块结石，部分患者存在胰腺实质钙化，或者有微小结石分布在小管道中。其中分布在小胰管和腺体中的细小结石仅见于糖尿病患者，进一步的病理切片中观察到碳酸钙沉积在腺泡细胞中。第一种类型中，结石形成的部位通常在靠近十二指肠乳头的位置，结石通常是多个的，而且在急性胰腺炎发作后更容易发生，这表明结石的形成跟阻塞有关。扩张的胰管充满大量滞留的胰液，有利于沉淀形成，导管中的蛋白碎片为结石核心。第二种类型中，胰腺极度钙化的现象可能由于胰腺分泌功能受损，导致大量的Ca2+、HCO3-沉积在坏死的上皮细胞中。Nagai和Ohtsubo[29]进行418例尸检发现，70岁后的患者胰管结石的发病率随年龄增长而成比例增加。结石往往发生在管道梗阻的正上方，该处总是发生鳞状上皮组织转化，因此自发性的或继发于鳞状上皮组织转化的导管狭窄可能在老年结石的发病中起一定作用。

3．影像学特点：法国学者Sarles[30]通过胰管结石的影像学特征将结石分为3种类型：(1)射线可透性结石，由无定型的蛋白成分沉积而成；(2)可透性内核包裹着钙化外壳结石，是可透性结石的下一个进展过程；(3)完全钙化的结石，是胰管结石最常见的类型。该研究团队进一步分析了11个遗传性CP家族的结石成分，提出结石的另一种分类：钙性结石(Ca2+成分>95%)和蛋白结石(结石主要由无定型蛋白成分组成)[31]。11个遗传性CP家族中，1个家族为钙性结石家族，共有5例钙性结石患者；另外10个家族为蛋白结石家族，共有16例蛋白性结石患者。因此，蛋白结石家族数量是钙性结石家族的10倍，而正常胰管结石患者蛋白性结石和钙性结石的比例为6∶25，从而推测遗传性CP患者有其独特的结石形成机制。Wakabayashi和Hashihira[32]对7例弥漫性微小结石和12例孤立性大结石2种类型的影像学特征及其临床表现进行了研究，发现在孤立性大结石病例中，病因不明，结石往往局限于胰头和胰体，胰腺外分泌和内分泌功能紊乱较轻；而在弥漫性微小结石病例中，酒精摄入较明显，结石不仅分布于胰头和胰体，而且分布于胰尾，胰腺外分泌和内分泌功能明显下降。因此，推测酒精性和非酒精性的胰管结石有不同的发病机制。

五、展望

CP的发生率在全球呈现一个上升的趋势，目前针对胰管结石的治疗方法主要有体外冲击波碎石、内镜逆行胰胆管造影取石术以及外科手术等方法。如果能早期干预结石形成，甚至在微蛋白栓形成期进行阻断，则能更大程度缓解患者的痛苦。自胰管结石首次被报道以来，从结石大体形态描述到微观结构分析，从胰腺大体解剖研究到细胞分子层面深入解读，从临床观察到基因遗传学角度探索再到动物模型实验验证，针对胰管结石形成机制的研究不断更新与发展，这些都将为胰管结石的临床诊疗工作带来更好的指导。

参 考 文 献

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