劉瑞霞 王婧 陰赪宏

急性胰腺炎中胰腺腺泡細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

劉瑞霞 王婧 陰赪宏

急性胰腺炎(acute pancreatitis, AP)是一種炎癥反應(yīng)所致的胰腺腺泡細(xì)胞損傷、間質(zhì)水腫和出血，并可導(dǎo)致局部和全身并發(fā)癥。各種因素如膽結(jié)石、酒精、局部缺血、遺傳等似乎都首先影響胰腺腺泡細(xì)胞，引起胰腺腺泡細(xì)胞胰酶活化，誘發(fā)局部炎癥反應(yīng)[1]。AP發(fā)病機(jī)制中胰腺腺泡細(xì)胞受到多種細(xì)胞因子調(diào)控，這些細(xì)胞因子通過結(jié)合細(xì)胞表面受體，激活細(xì)胞內(nèi)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，使胰腺腺泡細(xì)胞的功能結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

一、胰腺腺泡細(xì)胞表面受體

胰腺腺泡細(xì)胞表面存在多種受體，這些受體與其相應(yīng)的細(xì)胞因子結(jié)合，啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從胰蛋白酶分泌、凋亡、壞死、炎癥反應(yīng)等多個方面調(diào)控腺泡細(xì)胞，在AP發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用。

1．蛋白酶激活受體-2：蛋白酶激活受體-2(protease activated receptor-2, PAR-2)是一種G蛋白耦聯(lián)受體，能將多種蛋白酶與細(xì)胞聯(lián)系在一起，使細(xì)胞外信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)。PAR-2由細(xì)胞外區(qū)(N-末端或細(xì)胞外袢)、跨膜區(qū)(7個跨膜螺旋)及細(xì)胞內(nèi)區(qū)(C-末端或細(xì)胞內(nèi)袢)組成。其中N-末端含絲氨酸蛋白酶裂解位點，在PAR-2激活過程中起關(guān)鍵作用，C端在受體活化后起介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。

胰腺腺泡細(xì)胞高表達(dá)PAR-2受體，且胰蛋白酶是目前發(fā)現(xiàn)最有效的PAR-2生理激活劑，而胰蛋白酶過度活化是AP發(fā)病的關(guān)鍵起因，因而PAR-2與AP的關(guān)系引起了人們的關(guān)注。Olejar等[2]在牛磺膽酸鈉誘導(dǎo)的大鼠急性胰腺炎模型中發(fā)現(xiàn)，成模1 d胰腺腺泡細(xì)胞中PAR-2蛋白表達(dá)即顯著增加。Namkung等[3]分別用胰蛋白酶和PAR-2活化肽刺激原代培養(yǎng)的胰腺腺泡細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者均能引起胞內(nèi)游離Ca2+短暫增加，但1分鐘后無論是延長刺激時間還是增加濃度均不能進(jìn)一步增加游離Ca2+，提示在胰蛋白酶作用下PAR-2能使Ca2+信號通路快速脫敏，阻止Ca2+信號持續(xù)激活導(dǎo)致的胰腺腺泡細(xì)胞損傷甚至死亡。使用PAR-2活化肽預(yù)處理腺泡細(xì)胞再暴露于低濃度膽汁酸時細(xì)胞死亡率下降，提示AP時PAR-2能拮抗胰腺腺泡細(xì)胞損傷。

2．血管緊張素受體：胰腺局部存在完整而獨立的腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin angiotensin, system, RAS)，原代胰腺腺泡細(xì)胞、AR42J細(xì)胞(大鼠胰腺腺泡細(xì)胞株)中均發(fā)現(xiàn)有血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ, AngⅡ)1型受體(AT1R)、2型受體(AT2R)表達(dá)。

RAS有多種不同的血管緊張素活性肽，AngⅡ是目前研究比較透徹的一種，因此對于AngⅡ的兩種受體AT1R和AT2R研究較多。胰腺腺泡細(xì)胞AngⅡ的生物學(xué)作用大多由AT1R 受體介導(dǎo)[4]，AngⅡ與AT1R結(jié)合可促進(jìn)腺泡細(xì)胞分泌α-淀粉酶、脂肪酶等消化酶[4]；AngⅡ激活A(yù)T1R能增加腺泡細(xì)胞中還原性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶表達(dá)，NADPH氧化酶催化細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)產(chǎn)生，ROS既能通過氧化性損傷直接損傷腺泡細(xì)胞，又能進(jìn)一步活化細(xì)胞內(nèi)核因子-κB(NF-κB)促使多種炎癥因子如IL-1、IL-6、TNF-α等釋放，引起胰腺腺泡細(xì)胞損傷[5]。另外，胰腺腺泡細(xì)胞表面激活的AT1R還能影響腺泡細(xì)胞微循環(huán)，損傷腺泡細(xì)胞[6]，但具體機(jī)制目前尚不清楚。

在AP發(fā)生、發(fā)展中AT2R的作用與AT1R相反[7]。AT1R阻斷劑Losartan、L-158809可顯著抑制AP的發(fā)生和發(fā)展[5]，而AT2R阻斷劑CGP42112和PD123319對膽囊收縮素(CCK)及雨蛙素誘導(dǎo)的胰腺腺泡細(xì)胞損傷均無影響[4]。

除了AT1R和AT2R，近年研究發(fā)現(xiàn)胰腺腺泡細(xì)胞表面還存在另一種血管緊張素活性肽受體——Mas受體。Mas受體主要與Ang(1-7)結(jié)合，生物學(xué)作用與AT1R相反[8-9]。很低劑量的Ang(1-7)與其受體結(jié)合后即可抑制AngⅡ的作用[10]。筆者近期的研究亦證實，Ang(1-7)在重癥急性胰腺炎(SAP)發(fā)生及發(fā)展中起保護(hù)作用。多種血管緊張素活性肽均能與胰腺腺泡細(xì)胞表面受體結(jié)合，它們的親和力大小依次為：AngⅡ≥AngⅢ>AngⅠ>Ang(1-7)>Ang(1-6)。但除了AngⅡ，這些血管活性肽在胰腺腺泡細(xì)胞表面的受體及它們的生物學(xué)功能目前尚有許多不明之處。

3．膽囊收縮素受體：胰腺腺泡細(xì)胞膜上存在膽囊收縮素受體(CCKR)，CCKR有兩種，即CCKR-A和CCKR-B。CCKR是一種異源性三聚體，屬G蛋白耦聯(lián)受體家族，在CCK及其類似物雨蛙素作用下，能激活磷脂酶C(PLC)導(dǎo)致三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)的釋放和游離Ca2+升高，在DG和Ca2+的共同作用下激活蛋白激酶C(PKC)，致使胰腺腺泡細(xì)胞分泌大量胰酶，導(dǎo)致腺泡細(xì)胞自身破壞。

另外，在AP發(fā)病中CCKR還可通過增加游離Ca2+水平和激活PKC兩條途徑誘導(dǎo)腺泡細(xì)胞NF-κB活化，活化的NF-κB除了能激活炎癥反應(yīng)，還能反饋性增加游離Ca2+濃度，引發(fā)腺泡細(xì)胞內(nèi)鈣依賴性消化酶原，特別是蛋白水解酶原的大量活化，致使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)能抑制胰蛋白酶原顆粒與腺泡細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)合的Munc18蛋白降解，胰酶釋放出細(xì)胞增加。

二、胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

近年來，普遍被關(guān)注的有Ca2+信號通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路、NF-κB通路、PI3K/AKT通路、NADPH通路等。這些通路作用機(jī)制復(fù)雜，一種細(xì)胞因子可激活多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；一條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也可以被多種細(xì)胞因子激活。與此同時，這些通路又受到多種因素調(diào)節(jié)，在細(xì)胞內(nèi)形成錯綜復(fù)雜的作用網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)其對腺泡細(xì)胞作用不同分述以下通路。

1．胰蛋白酶異常分泌和活化信號通路：目前比較明確的促胰蛋白酶分泌信號通路有兩條：CCK-8→CCKA receptor→Gqa→PLC→DAG/IP3通路和CCK-8→CCKA receptor→Gqa→PLD→PI3K通路，二者均可引起游離Ca2+水平增加，促進(jìn)胰蛋白酶分泌。另外有研究證實，AP時腺泡細(xì)胞膜上多種受體均可引起細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cAMP)水平升高，通過cAMP依賴性蛋白激酶A(PKA)通路促進(jìn)胰蛋白酶生成增多[11]。

胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶原活化被認(rèn)為是AP發(fā)病的始動環(huán)節(jié)。目前關(guān)于細(xì)胞內(nèi)胰酶活化機(jī)制有兩種學(xué)說：(1)融合學(xué)說。溶酶體水解酶(LH)和消化酶原(ZD)在腺泡細(xì)胞內(nèi)相互融合，溶酶體水解酶組織蛋白酶B激活胰蛋白酶原。(2)胰蛋白酶原介導(dǎo)自動活化學(xué)說。但Van Acker等[12]研究發(fā)現(xiàn)組織蛋白酶B抑制劑CA074Me對胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶和炎癥反應(yīng)均無影響。而Ca2+依賴性蛋白酶鈣調(diào)磷酸酶(PP2B)可能介導(dǎo)了胰蛋白酶原的自動活化。Shah等[13]研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用PP2B抑制劑FK506或具有細(xì)胞穿透性的PP2B抑制肽均能顯著降低腺泡細(xì)胞中胰蛋白酶活性，并且不影響游離Ca2+水平和胰酶的分泌，因此PP2B可能是游離Ca2+的下游信號分子，能直接引起細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶原的自動活化。

2．炎癥反應(yīng)相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：AP無論病因如何，最終結(jié)果總是局部和全身性炎癥反應(yīng)，這與疾病早期階段胰腺腺泡細(xì)胞產(chǎn)生的促炎癥因子有關(guān)。多種信號通路參與了炎癥反應(yīng)過程，在這些信號分子中NF-κB扮演者關(guān)鍵角色，MAPK信號通路被認(rèn)為是調(diào)控炎癥反應(yīng)的中心環(huán)節(jié)。

研究證實[14]，CCK、L-精氨酸、氧化損傷等刺激胰腺腺泡細(xì)胞表面多種受體使游離Ca2+水平升高，激活NF-κB，激活的NF-κB與TNF-α、IL-1、IL-6基因的NF-κB結(jié)合位點結(jié)合，增加這些炎癥因子的mRNA和蛋白表達(dá)水平，加速炎癥進(jìn)展。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，CCK、TNF-α還能通過腺泡細(xì)胞內(nèi)PKC通路激活NF-κB[15]。Gukovsky等[16]研究發(fā)現(xiàn)，PI3K抑制劑LY294002和Wortmannin能抑制CCK誘導(dǎo)的小鼠胰腺腺泡細(xì)胞NF-κB激活，PI3K催化亞基p110γ基因敲除小鼠中腺泡細(xì)胞NF-κB的活性降低，提示Ca2+信號通路及PKC、PI3K信號通路在胰腺腺泡細(xì)胞NF-κB激活中起著重要作用。

MAPK是一組分布于胞質(zhì)中具有絲氨酸(Ser)和酪氨酸(Thr)雙重磷酸化能力的蛋白激酶，是介導(dǎo)細(xì)胞外信號引起細(xì)胞核反應(yīng)的重要信號系統(tǒng)，包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基端激酶(JNK)、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和巨絲裂原活化蛋白(BMK1)。其中ERK1/2、p38MAPK和JNK是調(diào)控腺泡細(xì)胞炎癥反應(yīng)的重要信號通路，CCK與其受體結(jié)合后能直接激活ERK1/2、p38MAPK和JNK信號通路[17-18]。另有研究證實，AP時氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧也能激活ERK1/2、p38MAPK和JNK信號通路[19]。激活的MAPK通過進(jìn)一步激活活化因子-1(activating factor-1, AP-1)和NF-κB，促進(jìn)TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等炎癥因子的釋放。

新近研究發(fā)現(xiàn)，甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白(parathyroid hormone-related protein，PTHrP)[20]和成纖維細(xì)胞生長因子21(Fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21)[21]與腺泡細(xì)胞炎癥反應(yīng)有關(guān)，但具體作用機(jī)制尚不明確。

3．氧化應(yīng)激信號通路：AP發(fā)展中，氧化應(yīng)激產(chǎn)生大量ROS，如過氧化氫、超氧化物、羥基及單態(tài)氧等，這些ROS不僅能破壞胰腺腺泡細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和損傷線粒體，還能作為化學(xué)誘導(dǎo)因子和細(xì)胞內(nèi)第二信使促使腺泡細(xì)胞炎癥因子表達(dá)和凋亡。

在AP的炎癥應(yīng)答過程中，ROS和致炎因子發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，激活共同的MAPK和NF-κB信號通路，導(dǎo)致炎癥的級聯(lián)擴(kuò)增[22-23]。Ju等[24]新近研究發(fā)現(xiàn)，減少胰腺腺泡細(xì)胞ROS生成能顯著抑制Jak2/Stat3通路、MAPK信號通路介導(dǎo)的炎癥因子產(chǎn)生，并減少關(guān)鍵的細(xì)胞因子——轉(zhuǎn)化生長因子-β1 (TGF-β1)表達(dá)。

已有研究證實，異常增多的ROS通過細(xì)胞內(nèi)Ca2+依賴性方式誘導(dǎo)大鼠胰腺腺泡細(xì)胞株AR42J凋亡[25]。Fujimori等[26]利用過氧化氫刺激大鼠原代胰腺腺泡細(xì)胞，腺泡細(xì)胞凋亡和壞死顯著增加，血管活性腸肽(VIP)通過cAMP/PKA通路可抑制過氧化氫引起的腺泡細(xì)胞損傷。Booth等[27]用膽汁酸TLC-S刺激小鼠和人的原代胰腺腺泡細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)和線粒體內(nèi)ROS增加，均能促進(jìn)腺泡細(xì)胞凋亡。但有關(guān)ROS誘導(dǎo)胰腺腺泡細(xì)胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制目前尚不清楚。

4．凋亡與壞死相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：在各種損傷因素的作用下，胰腺腺泡細(xì)胞的死亡方式與胰腺炎的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。如細(xì)胞以壞死方式死亡，則最終導(dǎo)致SAP的發(fā)生；如細(xì)胞以凋亡方式死亡，則出現(xiàn)急性水腫型胰腺炎。

膽汁酸、CCK、L-精氨酸等誘導(dǎo)的胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+可刺激線粒體合成ATP，但持續(xù)高水平游離Ca2+能損傷細(xì)胞線粒體，減少ATP合成和釋放，造成依賴ATP的Ca2+外流受阻，ROS生成增多，引起細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步增多的游離Ca2+可抑制細(xì)胞凋亡，引起細(xì)胞壞死，壞死的細(xì)胞產(chǎn)生毒性物質(zhì)損傷鄰近細(xì)胞。實驗證實[25]，雨蛙素所致AP模型中，胰腺腺泡細(xì)胞NADPH氧化酶的亞單位Nox1、p27phox、p47phox和p67phox被激活，產(chǎn)生氧自由基導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。給予NADPH氧化酶抑制劑二亞苯基碘鎓后，胰腺腺泡細(xì)胞的凋亡誘導(dǎo)因子、Caspase-3、DNA斷裂、TUNEL染色、細(xì)胞活力等指標(biāo)均降低。表明NADPH氧化酶激活后是通過Caspase途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

盡管AP時胰腺腺泡細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)尚有許多不明之處，但綜合近幾年的研究逐步形成以下共識：胰腺腺泡細(xì)胞表面的多種受體在相關(guān)細(xì)胞因子作用下調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些信號通路對腺泡細(xì)胞胰酶分泌、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、凋亡等有協(xié)同或拮抗作用。這些受體與通路的研究也就成為AP治療研究的靶向。

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2012-10-25)

(本文編輯：呂芳萍)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2013.04.024

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