IP3R 在急性胰腺炎发病机制中的研究进展

曾稳盈，肖娟(通信作者*）

（1 桂林医学院附属医院广西肝脏损伤与修复分子医学重点实验室，广西 桂林 541001; 2 桂林医学院附属医院广西神经鞘脂代谢相关疾病基础研究重点实验室，广西 桂林 541001）

0 引言

急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)是一种能够危及生命且给病患带来极大痛苦与经济负担的胃肠道疾病，临床上以急性上腹痛、恶心呕吐、血尿淀粉酶和脂肪酶增高等为特征。2012年国际共识完成了对急性胰腺炎亚特兰大分类和定义的全面修订[1]，将其分为间质性胰腺炎和坏死性胰腺炎，病死率分别为3%和15%左右[2-3]。AP的病因通常明确，最主要是由于胆石症所引起，酒精的过度摄入、内镜下逆行胰胆管造影术（ERCP）术后损伤、细胞功能性障碍等也会导致AP[4-5]。但其的发病机制仍难以捉摸，胰酶的自我消化学说、细胞因子学说、炎症介质学说以及自噬的损伤对AP的影响在一定程度上帮助我们了解AP的发病机制，但它们只能解释某些特定胰腺炎病例的发病机制，或者某些形式的急性胰腺炎发病过程的特定方面。事实上，目前关于急性胰腺炎的发病机制尚无理想的理论。

近年的研究中发现，Ca2+信号通道在AP的发生发展中尤为重要，Ca2+细胞内稳态是在腺泡细胞生理和病理功能中起到核心作用[6]，胆汁酸[7]、酒精的过度摄入[8]、雨蛙素高强度的刺激[9-10]会破坏AP模型中细胞内外Ca2+浓度的动态平衡，导致全方位且持续的病理性细胞溶质Ca2+升高，线粒体Ca2+超载后去极化而发生功能障碍，ATP合成减少，最终导致细胞坏死[11-12]。此外，细胞内Ca2+的增加会导致钙调神经磷酸酶的激活，并会加速腺泡细胞的酶原活化和细胞损伤。[13-14]。Ca2+经胞内钙库持续释放以及随之的钙内流所引起的胰蛋白酶原激活是AP的第一步，而肌醇1，4，5-三磷酸酯受体（inositol 1，4，5-trisphosphate receptor ，IP3R）通道介导Ca2+从内质网流入胞浆和线粒体，在AP发生发展过程中起着关键作用[15]。本文就IP3R于急性胰腺炎发病机制中的作用以及相关研究进展作一综述。

1 IP3R概述

IP3R于1988 年在大鼠小脑第一次被发现[16]。每个IP3R分子含有约2，700个氨基酸，分子量约为310 kDa。根据结构和功能上分为5个结构域：N端偶联结构域、IP3结合核心、内部耦合域、通道域和C端耦合域[17]。目前已知有3种亚型，分别为IP3R-1，IP3R-2，IP3R-3，其氨基酸序列在总体上约60~80%的同源性[15]。三种亚型广泛表达于哺乳动物的细胞中，并主要定位在内质网膜，IP3R1主要在中枢神经系统中表达，IP3R2和IP3R3在心脏、胰腺、肝脏和唾液腺等各种器官中广泛表达[18]。1型IP3R(IP3R1)代表了IP3门控 Ca2+释放通道家族，它由三种同源异构体（1-3型）组成[19]。IP3R2的特点是对IP3和ATP均具有高敏感性，并受Ca2+的双相调节[20]。IP3R3和IP3R1在通透性和门控特性、IP3的调节和Ca2+的抑制方面功能相似。然而，这些异构体唯一的区别是它们对Ca2+激活的敏感性。不同的Ca2+激活位点对Ca2+的敏感性赋予每个IP3R亚型不同的却互补的释放特性，以响应细胞刺激[21]。

IP3R通道是IP3R分子的四聚体，以4个糖蛋白亚基围绕中心离子渗透孔形成四聚体结构的形式存在，由犰狳重复集合形成的三个α螺旋结构域（ARM1-ARM3）的螺线管状结构是IP3R1独有的特征[19]。Ca2+敏感受体位于ARM3的结构域，能够通过Ca2+的变化控制IP3R通道的开放[22]。作为细胞内Ca2+信号产生和调节的关键元件，IP3R通道受到多种胞内调节因子的调控，其中最主要的是肌醇1,4,5-三磷酸（inositol 1,4,5-trisphosphate，IP3）和Ca2+，而IP3又通过改变自身对Ca2+抑制的敏感性来调节IP3R通道[23]，因此Ca2+是通道特性的主要决定因素[24]。ATP也能通过调节通道的Ca2+活化来增强IP3R通道活性[19]。。IP3R可被多种激酶磷酸化[25-28]。磷酸化过程会使IP3R构象发生改变，使其对IP3的结合度增加，提高内质网Ca2+转运能力[25]。IP3R通过构象变化引起细胞内Ca2+信号幅度和频率的变化，而特异性调控细胞的不同生理过程[29]。Ca2+结合蛋白能够以Ca2+浓度依赖的方式抑制IP3R活性，IP3R结合蛋白也能通过与IP3竞争IP3R上的共同结合位点来抑制IP3R通道激活[30]。

IP3R通道在多种生理功能中发挥着至关重要的作用，包括基因转录、激素分泌、代谢调节、免疫反应、细胞凋亡。另有研究表明，许多致癌基因能够通过动态地控制IP3R活性，向线粒体释放Ca2+[31-32]。例如最新的研究发现IP3R的相互作用蛋白PKM2，在癌细胞中高度表达，并被认为在肿瘤形成过程中支持合成代谢过程中发挥作用[33]。同时IP3R功能表达的缺失在一些神经退行性疾病病理生理过程中起重要作用，被认为与亨廷顿舞蹈病、阿尔茨海默病、脊髓小脑性共济失调的发生发展密切相关[34-36]。

2 IP3R与急性胰腺炎

AP的早期病理变化包括钙离子超载等[37]，而IP3R作为钙离子通道蛋白，其亦影响AP的发生。钙释放通道IP3R受体在细胞内质网表达,其中细胞内储存过多的 Ca2+主要通过IP3R Ca2+通道从内质网释放至线粒体[38-40]。胞质内Ca2+振荡的快速诱导，最初不依赖于胞外空间的Ca2+通量或线粒体Ca2+的释放。这一信号取决于内质网Ca2+释放，尤其是IP3R通道[41]。咖啡因能通过抑制IP3R介导的信号传导来阻断生理性细胞内Ca2+振荡，咖啡因及其二甲基黄嘌呤代谢物可抑制胰腺腺泡细胞中IP3R介导的细胞溶质Ca2+持续升高、线粒体膜电位丧失和坏死细胞死亡通路激活。一定剂量的咖啡因可充分抑制实验性急性胰腺炎中IP3R介导的Ca2+超载，并在体内外实验中都显著改善了胰腺腺泡细胞的损伤[42]。

研究普遍认为胰蛋白酶原的提前活化使加速了AP中腺泡细胞损伤[43]。当腺泡细胞受到刺激后，钙离子持续从内质网通过IP3R通道释放，对胰酶原活化起到关键促进作用，随后ATP的完全损耗则使钙稳态进一步失衡，钙超载持续存在阻止细胞凋亡,从而导致胰腺坏死。坏死发生后，腺泡细胞肿胀破裂，产生的毒性物质继续破坏附近的细胞，导致细胞内Ca2+浓度持续升高，引发恶行循坏，放大AP炎性反应[44]。

核因子-κB（NF-κB）是控制致炎基因表达最重要的转录因子之一，这些致炎基因包括白介素类、趋化因子、黏附分子、受体和酶[45]，在AP的发生发展过程中均起到了关键作用[46]。细胞质Ca2+浓度升高能诱导NF-κB通路活化[47]。研究表明，钙离子通道阻滞剂能够有效阻止棕榈油酸乙酯（ Palmitoleic acid ethyl ester, POAEE）引起的酒精性急性胰腺炎引起Ca2+持续升高、蛋白酶激活和胰腺腺泡细胞坏死[48]，也说明了钙通道阻滞剂阻断剂尤其是抑制IP3R介导的信号传导的化合物具有治疗潜力，可作为一种独特合理的治疗应对AP。

自噬是一个动态平衡且进化高度保守的过程，广泛存在于细胞中，对细胞的生存、分化、起到重要作用[49-50]。同时自噬被认为可能是各种AP刺激性因素共同影响的下游通路之一[51-52]。当酒精、胆汁酸等物质刺激腺泡细胞，自噬功能受到损伤，从而会引发细胞的炎性改变和死亡。在小鼠AP模型中，当ER稳态被破坏后激活应激反应，随之IP3R通道释放大量Ca2+从 ER 进入细胞质，导致自噬受损。自噬受损的诱导依赖于ER 来源的 Ca2+并导致胰蛋白酶的激活。研究表明，在低浓度乙醇刺激下的Capan-1细胞中，施用 (IP3R) 拮抗剂咖啡因 (20 mmoL/L) 或磷脂酶C 抑制剂 U73122 (10 μmoL/L) 后Ca2+反应完全消失[8]。由此可见，IP3R在AP自噬的调节中发挥着重要作用[53-55]。

AP的发病机制极为复杂，多种因素相互作用，尤其目前临床的治疗方案仍处于抗抗感染、补液、对症治疗等综合措施上，而IP3R介导的信号通路在AP的发生发展中占有重要的作用，也为特异性治疗AP提供了新的理论依据。目前AP发病机制尚未透彻，是否能通过IP3R信号通路阻断钙内流、抑制胰酶原自活化、抑制NF-κB通路以及调控自噬等方面达到治疗AP的研究可作为的新方向，也是AP治疗的潜在靶点。