急性胰腺炎的免疫发病机制①

姜晓玲 童晨曦 宋银宏

(三峡大学医学院病原与免疫学系，三峡大学感染与炎症损伤研究所,宜昌443002)

急性胰腺炎(Acute pancreatitis,AP)是多病因共同作用导致胰酶在胰腺内被激活而引起胰腺组织自身消化，导致胰腺水肿、出血甚至坏死的急性炎症性疾病，以胰腺局部炎症反应为主要特征，伴或不伴有其他器官功能的改变。大多数轻微胰腺炎患者表现为自限性疾病，发病率和死亡率较低。然而，大约20%～30%的患者会发展为预后不良的严重疾病[1]。这部分患者有较高的发病率和死亡率，主要是由于随后发生的多器官衰竭和感染性并发症[2]。据报道，80%以上的死亡发生在感染后期[3]。AP的发病机制极为复杂，且多种因素综合作用影响其发生发展过程。现就AP免疫发病机制综述如下：

1 胰蛋白酶原激活

对AP发病机制的最普遍认识是，它是一种与胰腺腺泡细胞密切相关的炎症反应，主要表现为胰腺消化酶功能紊乱。胰腺腺泡细胞中合成的消化酶，它在胰腺腺泡及胰腺导管中通常保持非活性形式(即酶原如胰蛋白酶原)，只有在进入肠道后，才能转化为活性形式(如胰蛋白酶)[4]。胰蛋白酶的活化不仅发生在腺泡细胞中，也可能出现在浸润胰腺组织的巨噬细胞中。巨噬细胞中蛋白酶的活化发生在含酶原囊泡的胞吞作用过程中，并且取决于pH和组织蛋白酶B(Cathepsin B,CatB)。该过程涉及引起核因子-κB(Nuclear factor kappa B,NF-κB)易位的巨噬细胞的活化，并且导致AP和全身炎症反应加重[5]。许多因素会导致胰蛋白酶原在胰腺内过早活化，这些活化的胰蛋白酶具有引起腺泡细胞自我消化和引发持续性胰腺炎的可能。现在已提出了关于过早活化或不适当地激活正常无活性的酶原的机制，这些机制包括胰蛋白酶原活化，即通过将胰蛋白酶原转移到富含蛋白酶(溶酶体)的细胞区域中，然后由CatB激活胰蛋白酶原以及腺泡细胞组织蛋白酶，从而导致胰蛋白酶激活与降解之间的不平衡；此外，胰蛋白酶原的活化需要细胞内钙浓度增加，因此，这种钙离子浓度的紊乱也可能是导致胰腺炎的一个原因[6]。各种失调的胰蛋白酶原激活会引起腺泡细胞损伤，进而导致损伤相关分子模式(Damage-associated molecular patterns,DAMP)的释放，并与抗原呈递细胞(Antigen processing cell,APC)上的模式识别受体(Pattern recognition receptor,PRR)反应，产生细胞因子，从而诱导肠壁渗透性改变。这反过来又会导致肠道内共生微生物进入循环系统及核苷结合的寡聚作用域1(Nucleotide-binding oligomerization domain 1,NOD1)(也可能是toll-like receptor 4,TLR4)的活化，与细胞趋化因子受体(Cell chemokine receptor,CCR)信号一起激活NF-κB、α干扰素(Type α interferon,IFN-α)的应答，并通过表达PRR的APC对DAMP和病原微生物相关分子模式的应答产生细胞因子，从而促发持续性的炎症反应[7-9]。

2 促炎细胞因子活化

AP患者表现出各种促炎细胞因子如IL-6、IL-1β和肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)以及各种趋化因子[如IL-8，单核细胞趋化蛋白1(Monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)]和巨噬细胞移动抑制因子的血清水平升高，这些促炎因子以各种非特异性方式加重胰腺炎症，如IL-6通过gp130蛋白介导的作用，导致Janus激酶/信号转导和激活剂(JAK/STAT)信号通路的激活，加重AP严重程度[10]。IL-6还可通过诱导产生病理性T辅助细胞17型、MCP-1和巨噬细胞进入胰腺增强炎症反应[11]。IL-6在AP中表达失调表明IL-6可作为AP重要的诊断标记物。赖坤等[12]研究发现可以通过上调Glil信号，降低AP反应中IL-6的表达，从而减轻炎症反应。细胞中释放的细胞因子进一步募集并激活胰腺内外周单个核淋巴细胞(Peripheral blood mononuclear cells,PBMC)，导致这些活化的PBMC进入全身循环，释放可导致胰腺腺泡细胞损伤的细胞因子，并且还引起早期的全身炎症反应综合征和多器官功能障碍[13]。

IL-1β可通过多种方式介导胰腺炎症，包括诱导嗜中性粒细胞浸润到炎症部位，以及促进其他促炎细胞因子和趋化因子的释放[14]。Jakkampudi等人[15]证明，这种细胞因子的前体形式是由通过TLR9作用的DAMP诱导产生的，这表明IL-1β可能在增强肠壁通透性从而引起共生菌易位中起作用。IL-1β的前体形式通过NOD样蛋白受体3(NOD-like receptor pyrin domain containing-3,NLRP3)炎性小体转化为活性形式，因此NLRP3炎症小体成分缺陷的小鼠对蛙皮素诱导的胰腺炎具有抗性[9,14]。我们可进一步研究NLRP3炎症小体对IL-1β的作用，以此阻断其活化，减轻AP患者炎症反应。此外，在胰腺炎模型中，若缺乏TLR9，则胰腺中APC、IL-1β及前IL-1β的生成亦受限，这表明IL-1β对其自身合成具有自分泌作用。最近研究表明，IL-1β还可诱导胰蛋白酶活化，同时减少胰腺腺泡细胞的活力，这种效应机制与细胞内钙离子变化引起的自噬受损相关[16]。因此，Ca2+信号传导有望成为AP的治疗靶点。

TNF-α是参与胰腺炎发病机制的另一重要促炎细胞因子，并且似乎在实验性胰腺炎中具有中心作用。这种细胞因子在胰腺APC中被诱导，因此被认为是对CCR刺激发生应答而引起胰腺腺泡细胞初始损伤的主要因素[4]。除此以外，TNF-α对胰腺腺泡细胞的刺激引起胰蛋白酶的直接活化会导致蛋白酶过早活化和细胞坏死。IFN-α也可以通过诱导CCR募集表达TNF-α的促炎性巨噬细胞进入胰腺，这些巨噬细胞是蛙皮素诱导的AP中TNF-α的细胞来源，也可能是持续的腺泡细胞坏死的重要驱动因素[17,18]。Infliximab(TNF-α单克隆抗体)能显著改善蛙皮素诱导的AP的炎症反应，证明了在实验性胰腺炎的发展中TNF-α起关键作用，提示TNF-α单抗有望进一步应用于临床治疗，从而减轻患者临床症状。

3 NF-κB

NF-κB是一种存在细胞质中的多效性转录因子，1986年首次被Sen和Baltimore从鼠B淋巴细胞核提取物中发现，是与免疫球蛋白分子的κ轻链增强子结合的B细胞核因子。如前所述，腺泡细胞产生的细胞因子在促使胰腺炎症发展为系统性炎症方面具有新的作用，可能主要通过促炎介质，特别是从腺泡细胞释放的TNF-α和IL-1β来激活NF-κB。NF-κB的激活与TNF-α信号传导的第一步相关，其通过TNF-α与其在细胞表面上的两种特异性受体(TNF receptor 1,TNFR1和TNFR2)的结合来启动[15]。Gukovaskaya等[19]报道了TNF-α刺激NF-κB易位进入细胞核并增强腺泡细胞凋亡的现象。除此以外，DAMP也可介导NF-κB的活化。高迁移率族蛋白1(High mobility group box 1,HMGB1)是细胞内存在的一种非组蛋白DNA结合蛋白，是内毒素致死性介质。HMGB1被损伤、死亡和坏死的细胞释放，并作为细胞因子起作用，参与嗜中性粒细胞活化和全身细胞因子分泌，如TNF-α和IL-1β[20]。HMGB1可以通过先天性免疫系统受体，如TLR4和晚期糖基化终产物受体(Receptorfor advanced glycation end-products,RAGE)激活NF-κB和维持先天免疫反应[21]。近几年来，实验和临床研究之间已经显示细胞外HMGB1和AP的严重程度呈正相关。TLR4是细胞外HMGB1激活的第一个靶点，其通过激活髓样分化因子初次应答基因88、脂多糖结合蛋白和CD14，募集含有TIR结构域衔接蛋白的IFN-β，从而诱导IFN-α以及NF-κB的激活，导致IL-1β、IL-6和TNF-α的释放以及巨噬细胞的激活[20]。属于免疫球蛋白超家族并由多种细胞如单核细胞和上皮细胞表达的RAGE可激活p38 MAPK和ERK1/2途径[20,22]。两种途径均可导致IκK磷酸化和IκB降解，从而激活NF-κB[20,22,23]。

4 细胞坏死

AP过程中胰腺腺泡细胞的死亡可以认为是凋亡或坏死性凋亡的过程。在某种程度上，这些死亡过程具有物种依赖性，研究证明在蛙皮素诱导的AP大鼠模型中细胞凋亡是主要的细胞死亡过程，而在对应的小鼠模型中，坏死是主要过程。

在病理条件下，细胞凋亡通常由TNF-α激活TNF受体1相关死亡结构域蛋白/与死亡结构域相关Fas蛋白或受体作用蛋白激酶1(Receptor-interacting protein kinase 1,RIP1)/RIP3，然后激活实际的“执行者”分子半胱氨酸蛋白酶-8(Caspase-8)[24]。当Caspase-8没有产生或失活时发生坏死；或者，当RIP3高度活化时，可能发生坏死性凋亡，因为该激酶独特地参与坏死性凋亡[25]。因此，Caspase8和RIP3水平(或激活状态)似乎决定了蛙皮素诱导AP的腺泡细胞死亡主要由细胞凋亡或坏死介导[26]。除此以外，有证据显示，循环系统中的组蛋白可以通过破坏血浆蛋白，积极促进胰腺细胞的坏死[27]，因此有效降解循环中组蛋白含量可预防AP的发生。其他形式的小鼠实验性胰腺炎或人胰腺炎是否也有类似的情况尚待进一步研究。根据AP中发生的细胞死亡形式可以确定治疗该疾病的独特方法，如减少TNF-α释放或特异性抑制Caspase-8活性。

5 免疫细胞反应

在AP中，免疫细胞(巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞和淋巴细胞)迁移到炎症部位，借助趋化因子(如MCP-1)和细胞间黏附分子(Intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)释放促炎细胞因子(如TNF-α、IL-6、IL-1β等)和趋化因子，从而招募更多的免疫细胞，加重炎症[28]。越来越多的证据表明，抑制免疫细胞的活化和迁移可能对过度的炎症反应有治疗作用[29]。巨噬细胞是参与AP发病的主要免疫细胞类型之一。活化的M1巨噬细胞具有显著的促炎症作用，因此它在宿主防御病原体方面发挥着重要作用。活化的M2巨噬细胞具有促进伤口愈合和纤维化的作用。除此之外，巨噬细胞还可以清除凋亡细胞及坏死组织，从而维持损伤组织内的稳态和再生。有证据表明，CD28+M2巨噬细胞可迁徙至胰腺坏死区，快速清除坏死细胞碎片，抑制炎症反应[5]。在AP中，主要以M1巨噬细胞的形式释放促炎细胞因子(如IL-12、IL-23、TNF-α)，加重胰腺和全身炎症反应。在体外研究中，IL-4和IL-13能够将M1巨噬细胞转化为具有抗炎作用的M2巨噬细胞。然而，在体内却没有显示类似的结果[29]。但有证据证明，在缺乏DAMP信号时，巨噬细胞多活化为M2表型，抑制炎症反应[5]。这提示我们，DAMP在巨噬细胞活化中发挥着重要作用，通过阻断DAMP信号通路，可减少M1巨噬细胞的活化，减轻AP患者炎症反应，从而部分缓解临床症状。此外，单核细胞功能障碍可能导致AP相关的免疫抑制，包括抗原呈递能力受损，如人白细胞抗原DR表达降低和促炎细胞因子合成不足[30]。

除此以外，研究证明循环CD4+T细胞水平和CD4+/CD8+比率的降低可能是AP免疫抑制发展的部分原因[31]。胸腺肽α1可恢复血清CD4+T细胞水平和CD4+/CD8+比值来提高患者存活率[32]。此外，Th1和Th2细胞之间的失衡也与AP免疫抑制的发病机制有关[33]，包括Th1细胞数量减少、功能缺陷以及Th2细胞的数量增多、功能增强。Th1主要分泌促炎因子，如IFN-γ和TNF-α，而Th2主要分泌抗炎因子，如IL-4。许多研究表明，基于体外和体内实验，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和IFN-γ在AP中已经能够在一定程度上恢复Th1和Th2之间的平衡[30]，从而促进抗炎与促炎因子的平衡，减轻AP患者体内的炎症反应水平。

6 肠道微生物菌群失调

胃肠道内存在丰富的微生物群落，人肠道内有1 000 多种微生物，这些微生物群在与肠相关的结构、功能及免疫系统中发挥着重要作用。最近研究证明，肠道微生物菌群失调不仅与肠道屏障功能障碍相关，而且能加重AP全身炎症反应综合征，与患者高死亡性相关[34]。Zhang等[34]通过对AP患者和健康志愿者肠道微生物进行分析，发现AP患者样本中杆菌和变形杆菌数量增多，而厚壁菌和放线菌相对减少。研究表明，一些肠道微生物群可能导致细菌易位并引起继发感染，从而加剧AP。同时，AP期间表现出肠道炎症加重，进一步导致肠屏障功能障碍和细菌易位[35]。由此可见，AP和肠道炎症是一个互相促进的过程，肠道微生物与AP的发展及继发感染有着密切的关系。这为临床治疗AP提供了新思路，我们可以通过调节肠道微生物平衡，避免细菌过度生长及易位，从而减少炎症反应及继发感染可能。

7 展望

综上所述，AP是由多机制共同作用而导致的复杂的病理生理过程，各因素在疾病的发生发展过程中既相互独立又相互渗透。目前AP的发病机制尚未完全明确，若只针对目前AP已知的各种不同发病机制制定相应的治疗方案，例如抑制胰蛋白酶原过早活化，应用细胞因子抗体及拮抗剂，NF-κB抑制剂，加强肠道黏膜屏障功能、预防肠道细菌易位的发生等，虽可有效的延缓疾病的进程，但疗效有限，因此应不断研究AP各方面发病机制，综合考虑各因素之间的相互作用关系，同时深入研究AP发病的启动因子及其发展过程中的恶化因子，以及它们之间的相互作用关系，针对病因制定出特异性的治疗方案，在不久的将来，免疫抑制剂、TNF-α单克隆抗体等有望应用于临床，这对于AP的治疗有着深远的意义。