急性胰腺炎发病机制的研究进展
▲ 为防失联点击上方“淋床医学”，再点击右上角的“···”，选择设为星标，文章每天自动推送
急性胰腺炎发病机制的研究进展
急性胰腺炎(acute pancreatitis, AP)是一种临床常见的消化系统炎症性疾病，具有较高的发病率，约为34/10万人[1]，其中胆囊结石和酒精是AP常见的诱因。随着医疗水平的提高，AP病死率有所下降，但其发病率及并发症治疗仍是学者们关注的重点。一直以来，AP被认为与慢性胰腺炎(chronic pancreatitis, CP)是两种独立的疾病。但是研究发现，由于大量胰腺实质坏死，约20%的AP患者出现胰腺内、外分泌功能不全，约10%的初次发作AP和36%反复发作的AP，最终发展成为CP[2,3]，这严重影响了患者的生活质量和预后，而AP与CP的关系也仍需要进一步研究。目前尚无有效治疗AP的方案，难以防止胰腺功能的丧失。临床医生有必要了解AP病理生理过程，进而找到潜在的治疗靶点。因而，本文拟对AP发病机制做一简要综述，为治疗提供更多的研究方向。
一、胰蛋白酶原异常激活
胰蛋白酶原异常激活是AP的重要发病机制。在生理状态下，酶原颗粒和溶酶体是由腺泡细胞粗面内质网合成，经高尔基体处理后储存于不同的分泌囊泡中。由于腺泡细胞顶端可以进行酶原颗粒胞吐，使得酶原颗粒在细胞内保持较低浓度。此外，少量异常激活的胰蛋白酶可以被细胞内存在的胰蛋白酶抑制剂有效抑制，因而使得细胞内胰蛋白酶原无法被完全激活，不能引起AP。当腺泡细胞受到酒精、胆汁酸刺激后，使细胞内溶酶体形成和消化酶合成增加。同时毒性物质抑制腺泡细胞顶端胞吐酶原颗粒，导致细胞内酶原颗粒和溶酶体含量增加。酶原颗粒和溶酶体发生共域化[4]，溶酶体内的组织蛋白酶B在酸性条件下激活胰蛋白酶原，转化为胰蛋白酶，溶酶体膜破裂后，将组织蛋白酶B和胰蛋白酶释放至细胞质中[5]。一方面，组织蛋白酶B作用于受体相互作用蛋白激酶3(RIP3)-受体相互作用蛋白激酶1(RIP1)-混合系列蛋白激酶样结构域(MLKL)信号通路促进RIP3-RIP1坏死复合物的形成，导致下游MLKL蛋白质分子发生磷酸化和低聚化，使腺泡细胞膜破裂，发生坏死。有研究发现，通过基因修饰或者RIP1坏死特异性抑制剂阻断RIP1-RIP3信号通路可以缓解腺泡细胞损伤的严重程度。因而，未来针对此靶点开展的基础研究，可能作为AP治疗的一个研究方向[6,7]，这一靶点对于AP治疗的有效性和临床价值需要进一步研究。另一方面，溶酶体膜破裂后释放组织蛋白酶B刺激线粒体释放细胞色素C，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)介导细胞凋亡[6]。也有研究发现在胰腺炎病程中，胰蛋白酶原激活不仅发生在腺泡细胞中，也发生在巨噬细胞中，并诱导巨噬细胞合成炎症因子[2]。因而，也使得胰蛋白酶原中心理论受到挑战，但其激活的具体机制尚需进一步探索。
二、钙超载和线粒体功能障碍
在生理状态下，胆囊收缩素主要通过三磷酸肌醇受体(InsP3R)信号通路刺激内质网中Ca2＋释放，钙内流刺激线粒体产生腺苷三磷酸(ATP)，同时激活腺泡细胞顶端分泌酶原颗粒。酒精、胆汁酸和胆囊收缩素等引起的细胞内钙超载和线粒体功能障碍是AP发病的重要机制。钙内流使得内质网中Ca2＋降低，进而激活钙通道蛋白酶1(ORAI1)促进Ca2＋由细胞外进入细胞内，补充内质网中Ca2＋，使得Ca2＋不断通过InsP3R信号通路进入胞质中。持续性钙内流引起胞内钙超载，导致线粒体膜受损，使线粒体通透性转换孔(MPTP)开放，进一步改变线粒体膜电位导致ATP生成减少。ATP的减少抑制ATP依赖的滑面内质网钙通道蛋白(SERCA)和细胞膜钙通道蛋白(PMCA)转运出细胞内Ca2＋，导致胞内持续性钙超载，最终引起消化酶原的激活，导致胰腺自身消化[8]。同时，线粒体功能障碍会引起细胞自噬受损，产生活性氧和细胞因子，加重细胞损伤。受损细胞产生组织因子、热休克蛋白等有害因子，激活核因子-κB(NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、信号转导子和转录激活子3、磷脂酰肌醇-3-激酶炎性信号通路，使得局部炎症反应进展为全身炎症反应[9,10]。此外，线粒体受损还引起内质网应激、溶酶体损伤、组织蛋白酶原和胰蛋白酶原的释放和激活，导致胞质蛋白降解和细胞坏死。基于上述钙超载机制的研究，ORAI1通道抑制剂可以阻止细胞外钙离子进入腺泡细胞内，有效缓解细胞内钙超载。有研究证实，ORAI1通道抑制剂能够有效阻止AP动物模型和人腺泡细胞的坏死，显著缓解局部和全身的炎症反应程度[11]。与此同时，MPTP抑制剂也可以有效阻止ATP生成的减少，维持ATP依赖的SERCA和PMCA通道蛋白对于胞内钙离子的转运，降低胞内钙超载发生的概率。其中，TRO40303作为一类MPTP抑制剂，可以有效维持细胞膜电位，阻止酒精性胰腺炎动物模型和人腺泡细胞发生坏死[12]。此外，TRO0403在急性心肌梗死和肝炎的治疗中显示出良好效果和耐受性，因而未来可以作为AP治疗的一个研究方向[13,14]。目前，针对维持机体足够的ATP消耗，国外开展了对高热量肠外营养支持治疗AP的多中心临床研究，有待研究结果的公布[15]，以进一步明确ATP在AP患者中的作用。
三、自噬受损
自噬是一种细胞保护机制，细胞可以通过自噬去除受损的、老化的和无功能的细胞器以及变性的大分子蛋白质，为细胞再生和机体循环提供能量。自噬主要包括四个过程[16]。首先，由内质网、高尔基体和细胞膜形成一个开放的、环状的双层膜结构，形成自噬前体；其次，自噬前体逐渐延长并完整包裹受损、老化的细胞器和部分细胞质，在自噬相关基因(ATG)的作用下形成囊泡样结构，即自噬小体；再次，溶酶体在溶酶体相关膜蛋白的介导下与自噬小体融合，形成自噬溶酶体；最后，溶酶体内的组织蛋白酶B将包裹的细胞器和蛋白质降解，为机体循环和细胞再生提供原料。当酒精、胆汁酸等毒性物质刺激腺泡细胞，将导致自噬功能受损引起细胞炎性改变和死亡。动物实验证实，在敲除ATG5的AP小鼠模型中腺泡细胞自噬囊泡和胰蛋白酶原激活程度均显著降低，同时胰腺实质的炎症程度减轻，这一结果表明AP的早期自噬可以诱导胰蛋白酶原激活，加速疾病进展[17]。有研究发现，由于细菌移位导致氧化应激水平升高，进而加重AP肺损伤，这一过程可能与自噬水平下降有关[18]。应用雨蛙素诱导的白细胞介素(IL)-22转基因鼠和IL-22重组腺病毒鼠的AP模型证实，IL-22可通过自噬相关蛋白Beclin-1途径阻止自噬体形成，从而减轻胰腺炎严重程度[19]。除此之外，自噬受损导致胰蛋白酶原激活、内质网应激和线粒体功能障碍，最终使腺泡细胞受损死亡。因此，对于AP如何能够恢复腺泡细胞自噬是未来研究的热点之一。既往也有研究报道海棠藻在AP动物模型中可以减轻胰腺损伤的严重程度，其原因可能与自噬水平升高有关，但具体保护机制尚不清楚[20]。
四、内质网应激
内质网是真核细胞中具有生物活性的细胞器，其功能主要是合成膜蛋白和分泌蛋白，启动翻译后修饰，确保蛋白质折叠为正确的空间构象。缺氧、酒精、钙超载、氧化应激和翻译后修饰受损可引起内质网应激。由于腺泡细胞具有丰富的内质网，因而胰腺更容易受到内质网应激的影响。有研究表明，内质网的过度激活可能是触发和加重胰腺损伤的重要机制[21]，在重症AP模型中发现蛋白激酶R样内质网激酶(PERK)、肌醇酶1(IRE1)和激活转录因子(ATF)6及其下游信号通路均被活化。内质网应激是由于内质网中未折叠或错误折叠蛋白增加所致。应激信号通过内质网膜传递到细胞核，引起一系列特定靶基因的转录和蛋白翻译水平下调，使细胞存活，这一过程称为未折叠蛋白效应(UPR)。在内质网应激的早期阶段，UPR被激活以恢复内质网稳态，其中UPR是由ATF6、PERK和IRE1三条信号通路介导[21]。当未折叠蛋白在内质网中蓄积，免疫球蛋白结合蛋白/葡萄糖调节蛋白78与三种跨膜蛋白解离并与未折叠蛋白结合，从而激活UPR信号通路。PERK发生自身二聚化和磷酸化，促进下游真核翻译起始因子2α发生磷酸化，从而终止转录，最终降低蛋白质折叠负荷并防止错误蛋白蓄积；而ATF4上调可导致转录因子C/EBP同源蛋白的产生，引起细胞凋亡。ATF6转移至高尔基体由位点1蛋白酶和位点2蛋白酶剪切，释放N端的转录激活域并转移至细胞核内特定位置，促进靶基因的转录，增加蛋白质的折叠能力。当IRE1信号通路激活后，X盒结合蛋白-1(XBP-1)在两个特殊部位剪切26个内含子形成剪切产物XBP-1s，加速细胞内未折叠或错误折叠蛋白的降解，缓解内质网应激。UPR是一个复杂的信号网络，可以激活ATF6、PERK和IRE1三条信号通路，增加蛋白质正确折叠的能力，终止蛋白质合成和降解错误折叠的蛋白质，以减轻内质网应激[22]。然而，当内质网应激无法恢复细胞稳态，导致应激持续存在时，细胞将启动凋亡程序。内质网应激与AP炎症加重密切相关，UPR通过3条信号通路激活NF-κB炎性通路，导致腺泡细胞炎症进行性加重并出现细胞坏死，最终导致AP加重。因而，NF-κB抑制剂，如IL-10和环磷酸腺苷，可以阻断内质网应激，下调促炎因子(如肿瘤坏死因子-α、IL-1、IL-6)的表达水平进而延缓炎症进展。另有研究发现，4-苯基丁酸可以抑制胰蛋白酶原和UPR激活，进而缓解内质网应激相关的促凋亡通路[23]，减轻全身炎症反应及细胞凋亡。在一项观察性研究中发现，三羟基三甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制剂可以促进UPR，长期应用他汀类药物可以降低AP发病率，同时减轻AP的严重程度。因而，HMG-CoA还原酶抑制剂对预防AP复发可能有作用[24]。
五、总结与展望
AP是一种病因复杂、多因素共同参与的病理生理过程，由于疾病凶险，死亡率高，备受学者们关注。既往研究发现AP发病机制可能与胰蛋白酶原异常激活、钙超载、线粒体功能障碍、自噬受损和内质网应激相关。国内、外学者也对AP发生、发展过程中可能涉及到的部分机制和通路进行了研究，通过对AP动物模型应用相应靶点阻断剂后观察疾病转归，为AP的治疗提供了更多的研究方向。但是，AP因其复杂的临床表现和病情变化，需要临床医师定期对患者疾病状态进行评估，判断疾病严重程度并采取积极治疗。然而，临床上仍无一致、有效的治疗方案，故对于AP发病机制的研究，有助于临床医师探索潜在、有效的治疗靶点。因此，不断深入研究AP发生、发展过程中的炎性因子、信号通路以及不同发病机制间的相互关系，对AP的治疗具有重要的指导意义，但是从基础研究中寻找治疗靶点再到临床应用还需要很长时间的探索。
师兄和俺建立了资分享群，邀您互相交流，微信gabstudy
点击阅读原文，进入实用书籍专辑，用完记得收藏哦，下次更方便。