1、胰腺炎基础研究进展与展望全文2021年胰腺炎基础研究进展与展望（全文）摘要近年来，胰腺炎的病理生理机制研究取得了诸多实质性进展。其中，急性胰腺炎领域热点内容众多，如胰蛋白酶原异常激活、病理性钙超载、线粒体功能障碍、自噬、内质网应激、NF-b激活、细胞程序性死亡等。慢性胰腺炎领域的研究则更多集中于胰腺星状细胞激活对慢性胰腺炎纤维化的影响，以此为主干，又可进一步研究自噬、外泌体等与胰腺星状细胞活化的关系。在胰腺炎的基础研究中，可以进行机制的深入发掘，而机制的发掘又为寻找疾病分子标记物、新药研发、治疗靶点选择等提供了源源不断的新思路。此外，免疫、肠道微生态等作为当前基础研究的热点领域，其在胰腺炎发生
2、、发展中的作用值得进一步探索。 急性胰腺炎常见病因为饮酒、胆石病等，以胰腺局部和全身的炎症反应为主要特征，全球发病率约为34/100 0001，而这一数字仍在逐年上升2。急性胰腺炎病情复杂多变，轻型多呈自限性，易于治愈，而重型可危及生命3。慢性胰腺炎则是由遗传、环境等因素引起的慢性疾病4，以反复发作的胰腺组织慢性炎症和间质纤维化为特征5，在中国、日本、印度等亚洲国家的发病率约为（36125）/100 0006。慢性胰腺炎的发病率同样逐年上升，且病人间个体差异大7，目前尚无有效的治疗方法5。本文介绍近年来急、慢性胰腺炎基础研究的新进展，并就免疫、肠道微生态等研究热点领域进行探讨，以期为临床外科医
3、生开展胰腺炎基础研究提供参考。1 急性胰腺炎基础研究进展近年来，急性胰腺炎病理生理机制的研究取得了实质性的进展，如胰蛋白酶原异常激活介导腺泡细胞程序性死亡，钙超载在病程中的枢纽作用，线粒体功能障碍和自噬影响急性胰腺炎发生发展的机制等，为寻找治疗疾病的潜在分子靶点提供了崭新思路。1.1 胰蛋白酶原异常激活 胰蛋白酶在腺泡细胞及胰腺导管中通常以无活性的酶原形式存在，进入肠腔后，在肠激酶的作用下转化具有活性的胰蛋白酶8。当胰管梗阻、酒精、外伤等胰腺损伤因素发生时，胰腺腺泡细胞内酶原颗粒胞吐过程受限，溶酶体与酶原颗粒发生共定位（colocalization），胰蛋白酶原被溶酶体内的组织蛋白酶B活化为胰
4、蛋白酶2，引起胰腺及胰腺外组织的自我消化。胞质内胰蛋白酶的激活引起线粒体细胞色素C释放，通过激活caspase 3介导了细胞凋亡9。而溶酶体组织蛋白酶B的释放则会诱发细胞程序性坏死（necroptosis）10。细胞程序性坏死是由受体相互作用蛋白激酶（receptor-interacting protein kinase, RIPK）与下游的混合谱系激酶结构域（mixed lineage kinase domain-like，MLKL）共同调控的细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）过程。MLKL被RIPK3磷酸化为寡聚体后易位至细胞膜，使得细胞膜破裂，胞内容物溢
5、出，细胞发生程序性坏死2。通过基因调控或RIPK1抑制剂Necrostatin-1(Nec-1)抑制RIPK1-RIPK3通路，可有效减少腺泡细胞程序性坏死，从而成为急性胰腺炎治疗的潜在靶点11-12。 巨噬细胞是胰腺炎过程中最早对损伤的胰腺腺泡细胞释放的趋化因子产生应答的免疫细胞之一。传统观点认为胰蛋白酶原的异常激活只发生在腺泡细胞内。而新近研究显示，这一过程亦发生在对胰腺炎产生免疫应答的巨噬细胞内2。组织蛋白酶B于该部分巨噬细胞内高表达，当其吞噬胰蛋白酶原时，酶原于巨噬细胞内活化，从而进一步加重急性胰腺炎病情13。1.2 病理性钙超载 钙离子（Ca2+）是细胞内重要的第二信使，钙离子稳态是
6、细胞代谢、增殖、分化、凋亡等过程的基础。生理状态下，胞质内升高的Ca2+由两种ATP依赖性钙通道迅速清除：滑面内质网钙通道（the smooth ER Ca2+ channel, SERCA）将Ca2+移回内质网，细胞膜钙通道（plasma membrane Ca2+ channel, PMCA）将Ca2+移出细胞，从而维持细胞内钙离子稳态14。而在急性胰腺炎过程中，胆汁酸、酒精代谢产物等通过开放内质网表面钙通道：三磷酸肌醇受体（inositol 1，4，5-trisphosphate receptor，IP3R），使内质网钙池内Ca2+持续释放，引起细胞内病理性钙超载15。而胞质内Ca2+浓
7、度的持续升高又激活了腺泡细胞膜上的钙释放激活钙通道蛋白1（calcium release-activated calcium channel protein 1，ORAI1），促使细胞外Ca 2+进一步内流16。腺泡细胞内Ca2+超载引起线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）开放，线粒体膜电位丧失，从而导致ATP生成障碍18，ATP依赖性的SERCA和PMCA无法清除胞质内过量的Ca2+，进一步加重了细胞内Ca2+超载，形成恶性循环，最终导致胰腺腺泡细胞坏死。而ORAI1抑制剂（CM4620）已被证实可在人胰腺腺泡细
8、胞和急性胰腺炎的动物模型中预防腺泡细胞坏死，减轻局部和全身炎症反应16-17。1.3 线粒体功能障碍 线粒体通过合成ATP为细胞提供能量。如前所述，急性胰腺炎过程中，Ca2+超载引起位于线粒体内膜的MPTP持续开放，合成ATP所需的线粒体膜电位下降甚至消失，导致ATP生成障碍18。MPTP抑制剂TRO40303通过抑制MPTP开放，阻断线粒体膜电位丧失，可有效预防了急性胰腺炎过程中腺泡细胞坏死19。同时，在急性胰腺炎早期给予高热量营养支持以补充ATP有望成为缓解疾病进程的新途径20。 除为细胞提供能量外，线粒体还通过线粒体膜通透性（mitochondrial membrane permeabi
9、lization，MMP）的变化调控腺泡细胞的坏死与凋亡。腺泡细胞内Ca2+超载时，位于线粒体内膜的MPTP开放，线粒体膜电位丧失，ATP生成障碍，腺泡细胞发生坏死。而Bcl-2家族蛋白通过调节线粒体外膜通透性（mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP）介导细胞色素C的释放，调控细胞凋亡。在急性胰腺炎过程中，坏死与凋亡同时发生于腺泡细胞。在动物模型中，疾病的严重程度与细胞坏死呈正相关，而与细胞凋亡呈负相关21。当应用XIAP等caspase抑制剂抑制凋亡时，腺泡细胞坏死加重22；而高压氧等疗法可通过刺激腺泡细胞凋亡减少坏死，从而减轻疾
10、病严重程度23。1.4 自噬受损 根据底物进入溶酶体的途径可将自噬分为巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）和分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）。胰腺腺泡细胞的主要生理功能为合成和分泌消化酶，而巨自噬通过自噬体与溶酶体融合形成自噬-溶酶体复合物，利用溶酶体水解酶降解老化、受损的细胞器和错误折叠的蛋白，从而维持蛋白质合成效率，防止内质网应激，发挥着细胞保护作用24。这一过程由自噬相关基因（autophagy related gene，ATG）调控。在急性胰腺炎的小鼠模型中，Atg5、Atg7敲除可导致自噬
11、受损，病情加重25。溶酶体相关膜蛋白2（lysosome-associated membrane protein-2，LAMP-2）是一种普遍存在的溶酶体膜蛋白，于胰腺组织中高表达，自噬体依赖LAMP-2与溶酶体融合，形成自噬-溶酶体复合物26。在急性坏死性胰腺炎的大鼠模型中，发现LAMP-2水平降低，胰腺腺泡细胞内出现大量异常增大的含有未降解物质的空泡，即自噬体累积27。LAMP-2敲除同样可以通过抑制自噬-溶酶体复合物形成引起自噬体累积28，自噬受损，进一步导致腺泡细胞内酶原颗粒降解受限，胰蛋白酶原异常激活，从而加重急性胰腺炎29。而通过调控自噬可改变急性胰腺炎病程，达到治疗目的。在急性胰
12、腺炎的小鼠模型中，应用海藻糖可以提高自噬效率，同时阻止胰蛋白酶原的异常激活，有效减轻疾病严重程度，有望成为治疗急性胰腺炎的新药物30。此外，他汀类药物可促进自噬-溶酶体复合物的形成，恢复受损的自噬，从而减轻急性胰腺炎31-32。 此外，内质网应激、细胞焦亡、NF-b通路激活等也在急性胰腺炎的发生发展中起到关键作用。各机制间相互关联，形成复杂的关系网。如病理性钙超载可诱发线粒体功能障碍、NF-b通路激活33，进一步引起胰蛋白酶原异常激活34；线粒体功能障碍可引起消耗ATP的自噬过程受损，而自噬受损同样可导致胰蛋白酶原异常激活，同时诱发内质网应激35；未折叠蛋白反应（unfolded protei
13、n response，UPR）可缓解内质网应激，起到细胞保护作用，但当内质网应激程度超过UPR上限时，则将启动细胞凋亡途径36。各项机制的深入研究和机制间关系的发掘仍将是急性胰腺炎基础研究领域的重点内容。2 慢性胰腺炎基础研究进展慢性胰腺炎的基础研究主要集中于胰腺星状细胞（pancreatic stellate cell，PSC）激活对慢性胰腺炎纤维化的影响。PSC在正常胰腺组织中呈静止状态，内含丰富脂滴。慢性胰腺炎早期，胰腺腺泡细胞损伤并诱发以巨噬细胞为主的炎细胞浸润，分泌转化生长因子（transforming growth factor-，TGF-）、肿瘤坏死因子（tumor necros
14、is factor-，TNF-）、白介素1（interleukin-1，IL-1）、白介素6（interleukin-6，IL-6）、血小板源性生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）等炎性细胞因子，诱导PSC活化37。其中，TGF-1可通过TGF-1/Smad信号通路促进PSC激活，促纤维化作用极强38。活化后的PSC脂滴消失，大量增殖并呈成纤维细胞样改变，-平滑肌肌动蛋白（-smooth muscle actin，-SMA）高表达，细胞外基质（extra cellular matrix, ECM）大量分泌并沉积，最终导致胰腺纤维化39。同时，活化的
15、PSC也可分泌结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）、PDGF等炎性因子，进一步诱发更多PSC活化，形成恶性循环，加快胰腺纤维化的进程40。 在慢性胰腺炎动物模型中发现PSC自噬水平上升41，推测PSC可能通过自噬途径降解胞质内脂滴，为静止状态PSC的活化提供原料和能量，从而促进胰腺纤维化，加剧慢性胰腺炎病程42。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）在细胞自噬的调控中发挥重要作用。抑制mTOR可使Atg13去磷酸化，与具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性的ULK和FIP200共同形成ULK-Atg13-FIP200复合物，诱导细胞自噬43。研究发现，在慢性胰腺炎动物模型中，PI3K/Akt/mTOR信号通路被抑制，而TGF-1/Smad信号通路激活，胰腺组织自噬水平增强。而将PI3K/Akt/mTOR通路抑制剂LY294002应用于体外培养的PSC可使其激活，自噬增强，同时TGF-1表达水平上升44。笔者团队研究发现，在慢性胰腺炎病人中，视网膜母细胞瘤诱导卷曲蛋白1（retinoblastoma coiled coil protein 1，RB1CC1）即FIP200表达水平与胰腺纤维化程度正相关，其通过与ULK1相互作用促进PSC激活。在小鼠模型中下调RB1C
