慢性胰腺炎发生的分子机制

夏时海，李嫚华

慢性胰腺炎(chronic pancreatitis, CP)是饮酒、自身免疫、遗传因素等多种原因所致的胰腺实质内腺泡和小管的反复或持续性损伤，引起腺泡和胰岛细胞萎缩或消失，最终被纤维化组织替代，引起不同程度的胰腺内/外分泌功能障碍，是胰腺的一种进行性炎性疾病[1]；临床上患者表现为持续性或反复发作性腹痛、食欲减退和脂肪泻等，严重影响患者生活，且可导致糖尿病的发生[2]。CP确诊后20～25年的死亡率为50%，并有4%的患者发展为胰腺癌[2]。近年来，CP的发病率不断上升[3]，由于其发病机制尚未阐明，很难阻止病情发展，临床局限于对症治疗，目前尚无特异的诊断方法与有效的治疗措施。

CP的特征是腺泡细胞的破坏，明显的纤维化间质形成，导致巨噬细胞和粒细胞等多种炎性细胞的活化，分泌大量细胞因子，如白介素-1(interleukin-1，IL-1)、 IL-6、IL-8、IL-18、IL-33和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等。这些细胞因子在胰腺纤维化形成和CP发展过程中都发挥重要作用。胰腺纤维化是CP主要的病理学表现，本质是以胶原为主的细胞外基质(extra cellularmatrix, ECM)合成增多，降解减少，导致过多的ECM沉积[4]。近年来大量研究显示胰腺星状细胞( pancreatic stellate cells，PSCs)是胰腺纤维化的关键细胞和纤维成分的主要来源[5]。近年来，由于PSCs成功的分离、培养，我们对胰腺纤维化发展的关键细胞和分子机制又有了进一步的认识，现就CP的分子机制进行综述。

1 胰腺星状细胞

CP主要的病理表现是胰腺组织纤维化。胰腺纤维化的形成是一个由复杂的信号网络通路所介导的、以胰腺星状细胞活化为中心，多种细胞因子与炎性介质参与的、最终以成纤维细胞增生和ECM沉积为特征的复杂的病理发展过程，PSCs 活化是CP纤维化发生的关键步骤。在正常胰腺组织中，胰腺星状细胞(pancreatic stellate cells, PSC)呈静止状态，位于胰腺小叶间和腺泡周围区，围绕在邻近腺细胞基底部；当受到各种因素刺激，PSC被激活时，细胞体积增大，增殖活跃，细胞合成的Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白，纤维结合蛋白和层粘连蛋白(fibronectin，FN)等ECM成分增多，产生大量细胞因子(如IL-1、IL-6、TNF-α)和转化生长因子β1(transforming growth factor beta1，TGFβ1等)、趋化因子和黏附分子，促进炎性细胞的趋化、聚集和黏附，加重胰腺组织炎性反应[6-9]。PSC的活化最终导致纤维成分代谢失衡，在合成增多的同时降解相对减少，从而导致胰腺纤维化。α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)表达是PSC 激活的主要标志[10, 11]。

2 TGF-β1信号通路

TGF-β1具有广泛的生物学活性，参与调节细胞增殖分化、血管重构、ECM形成、免疫炎性反应、损伤修复、间质纤维化和肿瘤发生等多种生理和病理过程，是目前已知的最强效的致纤维化细胞因子。Tahara等[12]的研究表明，TGF-α可能通过上调MMP-1的表达，促进PSCs增殖和迁移，进而导致CP的发生。大量研究表明，在细胞水平和动物水平上，TGF-β1均可通过Smads、ERK信号通路激活PSCs[13]，诱导CP的发生[14]；而TGF-β1的分泌也依赖于Smads、ERK信号通路[15]。在TGF-β1激活的PSCs中，也发现IL-1β、IL-6分泌水平升高，而阻断Smad2/3通路后IL-1β、IL-6表达水平下降；同时，IL-1β、IL-6也可增强PSCs中TGF-β1的表达，激活ERK信号通路，而当ERK信号通路阻断后，IL-1β、IL-6对TGF-β1的增强作用也被抑制，表明TGF-β1与IL-1β、IL-6之间存在自分泌，并通过Smads和ERK信号通路激活PSCs[15, 16]。TGF-β1激活PSCs后，PSCs合成、分泌的TIMP-1、TIMP-2增多，而MMP-3、MMP-9减少，原胶原蛋白-1表达升高，促使胶原生成增多而降解减少，促进纤维化形成[17]。在胰腺腺泡细胞中，TGFβ1可能通过下调转录因子ZNF580促进胰腺腺泡细胞发生EMT[18]。

在人胰腺星状细胞HPaSteCs中，TGF-β1下调miR-216-3p的表达，上调纤维化相关蛋白α-SMA、COL-I、COX-2和长链非编码RNA(Long noncoding RNA，LnRNA)MIAT的表达；进一步研究发现，MIAT是miR-216-3p的分子海绵，而COX-2是miR-216-3p的直接作用靶点，miR-216-3p过表达和COX-2敲低对HPaSteCs激活和增殖的抑制作用可被MIAT所逆转[19]。

许多药物也通过TGF-β1信号通路发挥抗CP作用。氧化苦参碱(oxymatrine，OM)是一种具有抗炎、抗纤维化、抗肿瘤等多种药理作用的生物碱。研究发现，OM通过抑制TGF-β1/Smad2/Smad3信号通路下调α-SMA的表达，抑制大鼠PSCs的激活，减轻CP炎性反应[20-22]。最近研究发现，OM也可能通过促进大鼠PSCs中Gli2 表达而发挥抗胰腺纤维化作用[23]。在DBTC诱导的胰腺腺泡细胞中，氧化苦参碱可能通过阻遏TGF-β1/Smad2/Smad3信号通路抑制胰腺腺泡细胞发生上皮间质转化[24]。研究表明，大黄酸是一种天然的蒽醌衍生物，具有抗炎生物活性。在雨蛙素诱导的CP小鼠模型中，大黄酸可减弱PSCs的活化，抑制SHH/GLI1信号通路，进而改善胰腺纤维化[25]。

最近，在三硝基苯磺酸诱导的大鼠CP模型和雨蛙素诱导的小鼠CP模型中均发现，在小鼠胰腺腺泡细胞中过表达TGF-β1，或在小鼠CP模型中灌注TGF-β1，都可导致感觉神经元过度兴奋、Smad3激活，并增加CP动物模型的痛觉敏感性；而TGF-β1/Smad3信号通路阻断后，CP动物模型的痛觉敏感性降低[26]。与此相反，鞘内灌注TGF-β1可减轻CP大鼠痛觉敏感性。在小鼠和大鼠的胰腺中，TGF-β1通过直接作用于神经元内Smad3介导的初级感觉神经元，促进了外周痛觉敏化[26]。这与中枢神经系统不同，在中枢神经系统中TGF-β1可以减少痛觉。这些结果为CP患者的纤维化和疼痛之间的关系提供了解释，这一信号通路可能具有靶向性，可以减少CP患者的疼痛。

3 TLR4信号通路

Toll 样受体 4 是 Toll 样受体家族(toll-like receptors，TLRs)的成员之一，是一种模式识别受体。TLR 目前被认为是哺乳动物唯一将细胞外抗原识别信息向细胞内传递并且引发炎性反应的关键跨膜蛋白，可以通过髓样分化蛋白 88(myeloid differentiation factor88, MyD88)依赖性和 MyD88 非依赖性信号通路发挥作用。MyD88 依赖性信号通路主要介导 NF-κB 活化和致炎细胞因子产生。多项研究表明，TLR4信号通路在CP及其胰腺纤维化发展中发挥重要作用。田珍珍等[27]研究发现，CP患者胰腺腺泡细胞和PSCs中TLR4、MyD88和TNF-ɑ表达水平均显著增加，血清中TLR4、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、TNF-ɑ、IL-6和IL-12等炎性因子分泌水平均升高。在酒精所致的CP动物胰腺组织中分离、培养原代PSCs，并用LPS刺激，结果发现，PSCs凋亡减少、激活增强，NF-κB和TNF-ɑ等表达升高[28]，而用TLR4的小分子抑制剂干扰后，PSCs激活减弱，凋亡增加[29]。最近研究发现，使用TLR4拮抗剂激酶(R4 antagonist kinase，TAK)242可显著提高胰腺腺泡细胞的存活率，降低乳酸脱氢酶的释放，抑制细胞凋亡死亡，同时伴随脂质过氧化作用的抑制和内源性抗氧化酶活性的增强，抑制TLR4可通过调节小鼠胰腺腺泡细胞的线粒体功能，减轻牛磺胆酸诱导的氧化应激[30]；进一步研究TAK 242对三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的大鼠CP的影响，结果发现TAK 242能减轻慢性胰腺损伤的严重程度，调节ECM分泌和细胞免疫。此外，TAK 242治疗显著降低了细胞凋亡，预防CP引起的转位性腹部过敏[31]。总之，TAK 242对TNBS诱导的CP具有保护作用，可能是治疗CP的潜在治疗策略。

研究发现，OM可以抑制LPS对大鼠胰腺星状细胞LTC-14中TLR4/MyD88/NF-κB-p65信号通路的激活作用，降低炎性因子TNF-α的分泌，而OM的调节炎性反应的作用机制可能是通过微小RNA-211-5p(microRNA-211-5p，miR211-5p)实现的[32]。在胰腺腺泡细胞中，LPS诱导AR42J细胞中TLR4/MyD88/NF-κB-p65信号通路的激活；而加入OM处理后，LPS对TLR4/MyD88/NF-κB-p65信号通路的激活被抑制[33]；在LPS诱导的胰腺微血管内皮细胞中，OM可明显抑制TLR4/MyD88/NF-kB p65通路和炎性因子IL-1β的表达[34];表明OM通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB-p65信号通路发挥抗CP作用。

TLR4在CP所致的疼痛方面也发挥重要作用。Wang等[35]研究发现，在三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid，TNBS)诱导的CP大鼠模型中，HMGB1、IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎因子在大鼠脊髓中均表达升高，丹参酮ⅡA(Tanshinone IIA，TSN IIA)呈剂量依赖性地抑制由TNBS诱导的上述因子的表达变化；并呈剂量依赖性地减弱由TNBS诱导的机械性痛觉超敏反应；另外，TSN IIA显著抑制TNBS诱导的CP大鼠脊髓中TLR4和星形胶质细胞活化标记物胶质纤维酸性蛋白的表达。TSN IIA通过抑制脊髓中HMGB1和TLR4的表达，减弱CP所致的疼痛，可能是潜在的抗疼痛药物。

4 JAK2/STAT3信号通路

大多数细胞因子是通过 Janus 激酶/信号转导子和转录激活子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信号通路向细胞内传递信息的，应激反应也能激活 JAK/STAT 信号传导，再诱导目的基因表达，从而参与细胞的增殖、分化、凋亡及免疫调节等许多重要的生物学过程。Komar等[36]研究发现，在雨蛙素诱导的CP小鼠模型中，给予Jak1/2-STAT3磷酸化抑制剂ruxolitinib一周，可显著降低炎性反应和纤维化的生物标志物，抑制PSCs活化，减轻实验性CP的严重程度。

TGF-β1诱导的LTC-14细胞中，JAK2/STAT3信号通路被激活，α-SMA表达升高，细胞炎性因子IL-6、IL-1β的分泌水平也升高，而加入AG490或STAT3的干扰RNA抑制JAK2/STAT3信号通路激活后，PSCs活化程度降低，分泌的细胞炎性因子水平也下调[22]；Gli1基因沉默也可抑制TGF-β1诱导的LTC-14细胞中JAK2/STAT3信号通路激活，抑制PSCs活化[37]；表明TGF-β1与JAK2/STAT3信号通路可能存在串话，TGF-β1可通过促进JAK2/STAT3信号通路分子的表达和活化来激活PSCs。

在精氨酸诱导的CP大鼠模型中，p-STAT3在胰腺组织中表达增强，给予不用剂量大柴胡汤治疗后，p-STAT3 、IL-6表达明显下降，胰腺组织中MMP-1/TIMP1比值升高，胰腺炎性反应和纤维化程度均减轻[38]。

在二乙基二硫代氨基甲酸钠(Sodium diethyldithiocarbamate trihydrate，DDC)构建的大鼠CP模型中，JAK2、STAT3、SOCS3在胰腺组织中均表达上调，而注射腹腔OM后，JAK2、STAT3、SOCS3在胰腺组织中的表达均明显下调，胰腺组织纤维化程度明显降低；OM可能通过抑制JAK2/STAT3信号通路来抑制胰腺组织纤维化发生[22]。

5 自噬及PI3K/AKT信号通路

细胞自噬是真核生物普遍存在的自稳机制，在胚胎发育、细胞自我保护和生存等过程中发挥关键作用。利用Cre-LoxP重组酶系统的小鼠在体实验研究证实，自噬损伤可以诱发CP[39]。Diakopoulos等[40]发现，在胰腺特异性的自噬相关基因5(autophagy-related gene, Atg5)基因缺失小鼠中，自噬小体标志蛋白LC3-Ⅱ表达减少，而p62/SQSTM1显著升高，并诱发内质网应激和线粒体氧化应激，从而使胰腺组织发生纤维化，胰腺萎缩、凋亡，腺泡向导管化生等，最终导致CP；Laura Antomucci等[41]研究发现，在胰腺上皮细胞Atg7基因缺失小鼠中，腺泡细胞退化，导致胰腺炎性反应及大范围的胰腺纤维化的发生，同时自噬流减少，引发内质网应激、氧化应激和线粒体功能失调等；Li等[42]在腺泡细胞IKKα基因缺失导致胰腺炎的小鼠中，也发现有自噬的损伤。Mareninova等[43]在LAMP-2缺失的小鼠中发现，LAMP-2缺失导致自噬损伤，进而引起胰腺腺泡细胞液泡化，导致胰腺组织损伤，表现为胰蛋白酶原激活，巨噬细胞引发的炎性反应和腺泡细胞死亡。在各种胰腺炎模型中，LAMP-2在胰腺组织中的表达均降低。

最近研究发现，自噬调节CP中PSCs从静止到激活的表型重塑。Li等[44]在DBTC诱导的CP模型中研究发现，自噬水平伴随着PSCs的激活而升高；抑制自噬可以阻滞PSCs的激活，并通过降低TGF-β1表达、提升MMPs/TIMPs比率，促进ECM降解，进而减轻胰腺纤维化。Xu等[45]研究发现，TGF-β1通过上调PTEN 表达，抑制 Akt / mTOR信号通路活化，促进PSCs自噬，进而诱导 PSC激活和ECM分泌。Li等[46]研究发现，RB1CC1结合在自噬相关基因ULK1启动子区，抑制其Ser555位点的磷酸化，增强PSCs自噬，进而促进PSCs的激活；RB1CC1可加剧CP小鼠的胰腺纤维化，而在CP患者血清和胰腺组织中，RB1CC1表达水平与胰腺纤维化程度呈正相关。Cui等[47]研究发现，FTY70通过阻抑AMPK信号通路和激活mTOR 信号通路来抑制PSCs自噬，促进PSCs凋亡，从而抑制PSCs激活，减轻胰腺纤维化。柴胡皂苷D[48]和辅酶Q10[49, 50]通过PI3K/Akt/mTOR 信号通路减弱PSCs自噬，减弱ROS引起的氧化应激反应，进而抑制PSCs激活，减轻胰腺纤维化。

另外，在大鼠PSCs中发现有胃肠激素胆囊收缩素1(cholecystokinin ，CCK1)和CCK2的受体。CCK和胃泌素可诱导促纤维化通路Akt、ERK和Src的活化。利用特异性的CCK1和CCK2受体抑制剂发现，Akt的激活主要是由CCK2受体介导；CCK和胃泌素对Akt的激活作用可被PI3K抑制剂wortmannin抑制；MEK抑制剂U0126可以抑制ERK和下游Elk-1的活化；表明CCK和胃泌素通过PI3K/AKT、ERK通路激活PSCs，促进胶原的生成[51]。Eruberin A，一种天然的黄烷醇糖苷，可以抑制由TGF-β诱导的PSCs中α-SMA、FN和COL-I的表达水平，抑制PSCs激活；同时也可抑制NF-κB和PI3K/AKT信号通路的激活。Eruberin A可能通过抑制NF-κB和PI3K/AKT信号通路发挥抗纤维化作用[52]。

6 总 结

CP是多因素共同作用的结果，发病原因复杂，发病机制多样，本文中仅总结了目前研究中的主要信号机制。除此之外，Hedgehog(Hh)信号通路、Rho-ROCK信号通路、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR-γ)信号通路、Wnt/β-catenin信号通路等也是纤维化发生的重要分子机制，然而在胰腺纤维化中研究较少，还有待于进一步研究。

在CP的致病因素中，基因突变也占据重要位置。SPIK1基因的突变导致胰蛋白酶原的激活，当结合CFTR基因突变时，这种激活主要导致CP，使得个体发展为CP的机会增加12倍[53, 54]。PRSS1、SPINK1和CTRC等基因的突变通过刺激自身活化或通过损害保护性胰蛋白酶原降解和(或)胰蛋白酶抑制促进胰蛋白酶原对胰蛋白酶的激活增加[55, 56]。基因研究对人类CP的发病机制提供了独特的见解，有可能作为新的识别靶点来提高诊断和治疗水平[57]。