急性胰腺炎中胰腺腺泡细胞信号转导通路

刘瑞霞 王婧 阴赪宏

急性胰腺炎中胰腺腺泡细胞信号转导通路

刘瑞霞 王婧 阴赪宏

急性胰腺炎(acute pancreatitis, AP)是一种炎症反应所致的胰腺腺泡细胞损伤、间质水肿和出血，并可导致局部和全身并发症。各种因素如胆结石、酒精、局部缺血、遗传等似乎都首先影响胰腺腺泡细胞，引起胰腺腺泡细胞胰酶活化，诱发局部炎症反应[1]。AP发病机制中胰腺腺泡细胞受到多种细胞因子调控，这些细胞因子通过结合细胞表面受体，激活细胞内不同的信号转导通路，使胰腺腺泡细胞的功能结构发生变化。

一、胰腺腺泡细胞表面受体

胰腺腺泡细胞表面存在多种受体，这些受体与其相应的细胞因子结合，启动信号转导网络系统，从胰蛋白酶分泌、凋亡、坏死、炎症反应等多个方面调控腺泡细胞，在AP发生、发展中起关键作用。

1．蛋白酶激活受体-2：蛋白酶激活受体-2(protease activated receptor-2, PAR-2)是一种G蛋白耦联受体，能将多种蛋白酶与细胞联系在一起，使细胞外信号传递到细胞内。PAR-2由细胞外区(N-末端或细胞外袢)、跨膜区(7个跨膜螺旋)及细胞内区(C-末端或细胞内袢)组成。其中N-末端含丝氨酸蛋白酶裂解位点，在PAR-2激活过程中起关键作用，C端在受体活化后起介导信号转导作用。

胰腺腺泡细胞高表达PAR-2受体，且胰蛋白酶是目前发现最有效的PAR-2生理激活剂，而胰蛋白酶过度活化是AP发病的关键起因，因而PAR-2与AP的关系引起了人们的关注。Olejar等[2]在牛磺胆酸钠诱导的大鼠急性胰腺炎模型中发现，成模1 d胰腺腺泡细胞中PAR-2蛋白表达即显著增加。Namkung等[3]分别用胰蛋白酶和PAR-2活化肽刺激原代培养的胰腺腺泡细胞，结果发现二者均能引起胞内游离Ca2+短暂增加，但1分钟后无论是延长刺激时间还是增加浓度均不能进一步增加游离Ca2+，提示在胰蛋白酶作用下PAR-2能使Ca2+信号通路快速脱敏，阻止Ca2+信号持续激活导致的胰腺腺泡细胞损伤甚至死亡。使用PAR-2活化肽预处理腺泡细胞再暴露于低浓度胆汁酸时细胞死亡率下降，提示AP时PAR-2能拮抗胰腺腺泡细胞损伤。

2．血管紧张素受体：胰腺局部存在完整而独立的肾素-血管紧张素系统(renin angiotensin, system, RAS)，原代胰腺腺泡细胞、AR42J细胞(大鼠胰腺腺泡细胞株)中均发现有血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ, AngⅡ)1型受体(AT1R)、2型受体(AT2R)表达。

RAS有多种不同的血管紧张素活性肽，AngⅡ是目前研究比较透彻的一种，因此对于AngⅡ的两种受体AT1R和AT2R研究较多。胰腺腺泡细胞AngⅡ的生物学作用大多由AT1R 受体介导[4]，AngⅡ与AT1R结合可促进腺泡细胞分泌α-淀粉酶、脂肪酶等消化酶[4]；AngⅡ激活AT1R能增加腺泡细胞中还原性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶表达，NADPH氧化酶催化细胞内活性氧(ROS)产生，ROS既能通过氧化性损伤直接损伤腺泡细胞，又能进一步活化细胞内核因子-κB(NF-κB)促使多种炎症因子如IL-1、IL-6、TNF-α等释放，引起胰腺腺泡细胞损伤[5]。另外，胰腺腺泡细胞表面激活的AT1R还能影响腺泡细胞微循环，损伤腺泡细胞[6]，但具体机制目前尚不清楚。

在AP发生、发展中AT2R的作用与AT1R相反[7]。AT1R阻断剂Losartan、L-158809可显著抑制AP的发生和发展[5]，而AT2R阻断剂CGP42112和PD123319对胆囊收缩素(CCK)及雨蛙素诱导的胰腺腺泡细胞损伤均无影响[4]。

除了AT1R和AT2R，近年研究发现胰腺腺泡细胞表面还存在另一种血管紧张素活性肽受体——Mas受体。Mas受体主要与Ang(1-7)结合，生物学作用与AT1R相反[8-9]。很低剂量的Ang(1-7)与其受体结合后即可抑制AngⅡ的作用[10]。笔者近期的研究亦证实，Ang(1-7)在重症急性胰腺炎(SAP)发生及发展中起保护作用。多种血管紧张素活性肽均能与胰腺腺泡细胞表面受体结合，它们的亲和力大小依次为：AngⅡ≥AngⅢ>AngⅠ>Ang(1-7)>Ang(1-6)。但除了AngⅡ，这些血管活性肽在胰腺腺泡细胞表面的受体及它们的生物学功能目前尚有许多不明之处。

3．胆囊收缩素受体：胰腺腺泡细胞膜上存在胆囊收缩素受体(CCKR)，CCKR有两种，即CCKR-A和CCKR-B。CCKR是一种异源性三聚体，属G蛋白耦联受体家族，在CCK及其类似物雨蛙素作用下，能激活磷脂酶C(PLC)导致三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)的释放和游离Ca2+升高，在DG和Ca2+的共同作用下激活蛋白激酶C(PKC)，致使胰腺腺泡细胞分泌大量胰酶，导致腺泡细胞自身破坏。

另外，在AP发病中CCKR还可通过增加游离Ca2+水平和激活PKC两条途径诱导腺泡细胞NF-κB活化，活化的NF-κB除了能激活炎症反应，还能反馈性增加游离Ca2+浓度，引发腺泡细胞内钙依赖性消化酶原，特别是蛋白水解酶原的大量活化，致使细胞质内能抑制胰蛋白酶原颗粒与腺泡细胞质膜结合的Munc18蛋白降解，胰酶释放出细胞增加。

二、胰腺腺泡细胞内信号转导通路

近年来，普遍被关注的有Ca2+信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路、NF-κB通路、PI3K/AKT通路、NADPH通路等。这些通路作用机制复杂，一种细胞因子可激活多条信号转导通路；一条信号转导通路也可以被多种细胞因子激活。与此同时，这些通路又受到多种因素调节，在细胞内形成错综复杂的作用网络。根据其对腺泡细胞作用不同分述以下通路。

1．胰蛋白酶异常分泌和活化信号通路：目前比较明确的促胰蛋白酶分泌信号通路有两条：CCK-8→CCKA receptor→Gqa→PLC→DAG/IP3通路和CCK-8→CCKA receptor→Gqa→PLD→PI3K通路，二者均可引起游离Ca2+水平增加，促进胰蛋白酶分泌。另外有研究证实，AP时腺泡细胞膜上多种受体均可引起细胞内环磷酸腺苷(cAMP)水平升高，通过cAMP依赖性蛋白激酶A(PKA)通路促进胰蛋白酶生成增多[11]。

胰腺腺泡细胞内胰蛋白酶原活化被认为是AP发病的始动环节。目前关于细胞内胰酶活化机制有两种学说：(1)融合学说。溶酶体水解酶(LH)和消化酶原(ZD)在腺泡细胞内相互融合，溶酶体水解酶组织蛋白酶B激活胰蛋白酶原。(2)胰蛋白酶原介导自动活化学说。但Van Acker等[12]研究发现组织蛋白酶B抑制剂CA074Me对胰腺腺泡细胞内胰蛋白酶和炎症反应均无影响。而Ca2+依赖性蛋白酶钙调磷酸酶(PP2B)可能介导了胰蛋白酶原的自动活化。Shah等[13]研究发现，应用PP2B抑制剂FK506或具有细胞穿透性的PP2B抑制肽均能显著降低腺泡细胞中胰蛋白酶活性，并且不影响游离Ca2+水平和胰酶的分泌，因此PP2B可能是游离Ca2+的下游信号分子，能直接引起细胞内胰蛋白酶原的自动活化。

2．炎症反应相关信号转导通路：AP无论病因如何，最终结果总是局部和全身性炎症反应，这与疾病早期阶段胰腺腺泡细胞产生的促炎症因子有关。多种信号通路参与了炎症反应过程，在这些信号分子中NF-κB扮演者关键角色，MAPK信号通路被认为是调控炎症反应的中心环节。

研究证实[14]，CCK、L-精氨酸、氧化损伤等刺激胰腺腺泡细胞表面多种受体使游离Ca2+水平升高，激活NF-κB，激活的NF-κB与TNF-α、IL-1、IL-6基因的NF-κB结合位点结合，增加这些炎症因子的mRNA和蛋白表达水平，加速炎症进展。另外，有研究发现，CCK、TNF-α还能通过腺泡细胞内PKC通路激活NF-κB[15]。Gukovsky等[16]研究发现，PI3K抑制剂LY294002和Wortmannin能抑制CCK诱导的小鼠胰腺腺泡细胞NF-κB激活，PI3K催化亚基p110γ基因敲除小鼠中腺泡细胞NF-κB的活性降低，提示Ca2+信号通路及PKC、PI3K信号通路在胰腺腺泡细胞NF-κB激活中起着重要作用。

MAPK是一组分布于胞质中具有丝氨酸(Ser)和酪氨酸(Thr)双重磷酸化能力的蛋白激酶，是介导细胞外信号引起细胞核反应的重要信号系统，包括细胞外调节蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基端激酶(JNK)、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和巨丝裂原活化蛋白(BMK1)。其中ERK1/2、p38MAPK和JNK是调控腺泡细胞炎症反应的重要信号通路，CCK与其受体结合后能直接激活ERK1/2、p38MAPK和JNK信号通路[17-18]。另有研究证实，AP时氧化应激产生的活性氧也能激活ERK1/2、p38MAPK和JNK信号通路[19]。激活的MAPK通过进一步激活活化因子-1(activating factor-1, AP-1)和NF-κB，促进TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等炎症因子的释放。

新近研究发现，甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormone-related protein，PTHrP)[20]和成纤维细胞生长因子21(Fibroblast growth factor 21，FGF21)[21]与腺泡细胞炎症反应有关，但具体作用机制尚不明确。

3．氧化应激信号通路：AP发展中，氧化应激产生大量ROS，如过氧化氢、超氧化物、羟基及单态氧等，这些ROS不仅能破坏胰腺腺泡细胞骨架结构和损伤线粒体，还能作为化学诱导因子和细胞内第二信使促使腺泡细胞炎症因子表达和凋亡。

在AP的炎症应答过程中，ROS和致炎因子发挥协同效应，激活共同的MAPK和NF-κB信号通路，导致炎症的级联扩增[22-23]。Ju等[24]新近研究发现，减少胰腺腺泡细胞ROS生成能显著抑制Jak2/Stat3通路、MAPK信号通路介导的炎症因子产生，并减少关键的细胞因子——转化生长因子-β1 (TGF-β1)表达。

已有研究证实，异常增多的ROS通过细胞内Ca2+依赖性方式诱导大鼠胰腺腺泡细胞株AR42J凋亡[25]。Fujimori等[26]利用过氧化氢刺激大鼠原代胰腺腺泡细胞，腺泡细胞凋亡和坏死显著增加，血管活性肠肽(VIP)通过cAMP/PKA通路可抑制过氧化氢引起的腺泡细胞损伤。Booth等[27]用胆汁酸TLC-S刺激小鼠和人的原代胰腺腺泡细胞，发现细胞内和线粒体内ROS增加，均能促进腺泡细胞凋亡。但有关ROS诱导胰腺腺泡细胞凋亡的信号转导机制目前尚不清楚。

4．凋亡与坏死相关信号转导通路：在各种损伤因素的作用下，胰腺腺泡细胞的死亡方式与胰腺炎的严重程度密切相关。如细胞以坏死方式死亡，则最终导致SAP的发生；如细胞以凋亡方式死亡，则出现急性水肿型胰腺炎。

胆汁酸、CCK、L-精氨酸等诱导的胰腺腺泡细胞内游离Ca2+可刺激线粒体合成ATP，但持续高水平游离Ca2+能损伤细胞线粒体，减少ATP合成和释放，造成依赖ATP的Ca2+外流受阻，ROS生成增多，引起细胞凋亡。进一步增多的游离Ca2+可抑制细胞凋亡，引起细胞坏死，坏死的细胞产生毒性物质损伤邻近细胞。实验证实[25]，雨蛙素所致AP模型中，胰腺腺泡细胞NADPH氧化酶的亚单位Nox1、p27phox、p47phox和p67phox被激活，产生氧自由基导致细胞凋亡。给予NADPH氧化酶抑制剂二亚苯基碘鎓后，胰腺腺泡细胞的凋亡诱导因子、Caspase-3、DNA断裂、TUNEL染色、细胞活力等指标均降低。表明NADPH氧化酶激活后是通过Caspase途径诱导细胞凋亡的发生。

尽管AP时胰腺腺泡细胞信号转导尚有许多不明之处，但综合近几年的研究逐步形成以下共识：胰腺腺泡细胞表面的多种受体在相关细胞因子作用下调节信号转导网络系统，这些信号通路对腺泡细胞胰酶分泌、炎症反应、氧化应激、凋亡等有协同或拮抗作用。这些受体与通路的研究也就成为AP治疗研究的靶向。

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2012-10-25)

(本文编辑：吕芳萍)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2013.04.024

国家自然科学基金青年基金(81000187)；高校博士点基金(20101107110002)

100050 北京，北京友谊医院感染内科

阴赪宏，Email:modscn@yahoo.com.cn