急性胰腺炎腺泡细胞钙超载学说研究进展

王 静 综述，王 烜审校

（泸州医学院附属医院消化内科，四川泸州646000）

急性胰腺炎（AP）发病机制中的很多环节并不十分清楚，自1995年Ward等［1］提出了胰腺腺泡细胞钙超载是AP发病的“触发点”的假说以来，“胰腺腺泡细胞钙超载学说”一直是AP发病机制研究中的热点，随着多学科研究技术相结合在该学说研究领域的应用，钙超载在AP发病机制中的作用得以深入研究，本文拟对此进行综述。

1 胰腺腺泡细胞内钙离子浓度升高的机制

胰腺腺泡细胞处于静息状态时，细胞内钙离子（细胞质钙离子与细胞内钙库）和细胞外钙离子之间存在浓度差，细胞外钙离子的浓度约为10-3mol／L，而细胞内钙离子的浓度则小于10-7mol／L。正常时细胞通过一系列转运机制可保持这种巨大的浓度梯度，以维持细胞内低钙状态，称之为钙稳态。各种原因引起的细胞内游离钙浓度异常增多并导致细胞结构损伤和功能代谢障碍的现象称为钙超载。钙稳态的维持是钙离子功能得以发挥的基础，但是当某种因素刺激腺泡细胞使其活化时，腺泡细胞内钙离子浓度急剧升高导致钙超载。

1.1 细胞内钙库释放钙离子的机制

细胞内钙主要储存在线粒体和肌质网［内质网（ER）／肌浆网（SR）］中，分为1，4，5-三磷酸肌醇（Inositol 1，4，5-trisphosphate，IP3）敏感钙池和IP3不敏感钙池两类，分别由IP3受体（IP3R）系统和 RyR 受体（ryanodine receptor）系统调控，而IP3R是引发钙离子信号的主要因素［2］。

1.1.1 IP3R系统 IP3R系统通过各种信号通路与腺泡细胞膜上的特异性受体结合，活化受体耦联的G蛋白，进而激活磷脂酶C（PLC），催化细胞膜表面的二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2），水解产生IP3和二酰甘油（DG）两个第二信使，IP3与钙库上的IP3R结合，使IP3依赖的钙通道活化和开放，使钙库中大量的钙离子释放到细胞质，导致细胞质中钙离子浓度升高并激活蛋白激酶信号通路［3］。cAMP依赖蛋白激酶（PKA）或交换蛋白直接激活磷酸腺苷（EPAC）调节腺泡内钙离子，通过IP3R使细胞内钙离子通道的钙离子释放［4］。IP3R含有3个亚型［5］，在动物研究中证实IP3引起钙离子释放（IP3-induced Ca2＋release，IICR）是驱动酶和分泌液的首要信号，2型和3型IP3R都受细胞溶质中的ATP调节，2型比3型对ATP敏感10倍以上，2型IP3R决定IICR对ATP的敏感性［6］。刺激IP3R系统的信号通路如下：（1）胆囊收缩素-58（CCK-58）和胆囊收缩素-8（CCK-8）、乙酰胆碱（Ach）和铃蟾肽受体，它们通过异三聚体G蛋白充当信使，释放细胞内钙离子。（2）烟酸腺嘌呤二核苷酸（NAADP）是最有力的钙离子动员细胞内信使，NAADP通过ER上的钙离子减少而大量升高通过膜通道的钙离子量，这可使钙库调控钙离子通道（SOC）中有足够的钙离子进入以保持钙离子信号；门控钙释放通道（TPCS）被证明受限于溶酶体并促进NAADP结合和钙离子释放，TPCS介导的钙离子释放是局部的，引发钙离子通过ER上IP3R产生更大量的释放［7］。（3）细胞外pH 值低（PHE），如急性酸负荷，包括糖尿病酮症酸中毒、丙酸血症、乳酸性酸中毒等，刺激IP3R和RyR，增加细胞内钙离子生成和增强腺泡细胞反应，增加胰腺炎的风险和严重程度［8］；胆汁酸或乙醇代谢产物也可激活IP3R介导的“酸性贮存”而促进钙离子释放［9］。

1.1.2 RyR系统 RyR系统则通过复杂的机制来调节循环ADP核糖（cyclic ADP-ribose，cADPR）的水平，在钙离子存在的情况下由cADPR直接或间接作用于RyR，进而启动钙离子释放机制［10］。

1.1.3 钙引导的钙释放（calcium-induced calcium release，CICR）现象 由IP3R或RyR系统所引起的细胞质中钙离子升高是一个瞬时变化，不能满足细胞的持久反应，此后还需紧接着一个细胞内钙离子增高的慢反应，此系细胞外钙离子内流所致。细胞外内流的钙离子作为第二信使，激活钙库膜上的受体，使钙库排钙，从而造成钙离子浓度急剧升高［2］。

1.2 细胞外钙离子内流的机制

目前认为细胞膜上特异性蛋白质钙通道主要有3种：受体门控的钙通道（ROC）、SOC、电压门控的钙通道（VOC）。VOC和ROC的特性是在短时间内产生大量的钙离子进入，而SOC则产生较小而持续的钙离子内流［7］，其机制如下。

1.2.1 ROC 在IP3R系统中，PIP2生成的DG通过钙离子依赖性蛋白激酶C（PKC）信号传导系统激活细胞膜上的ROC开放，引发细胞外钙离子内流。DG作为第二信使能明显增强细胞质中PKC与钙离子的亲和力，即使在钙离子浓度不增高的情况下也能激活PKC，PKC是一种依赖脂及钙离子激活的酶，参与了激素-受体作用所引起的一系列生理活动，如胞吐分泌、离子通道开启、细胞生长、基因表达等［11］。

1.2.2 SOC 细胞外钙离子主要通过SOC进入细胞内，SOC广泛存在于非兴奋性细胞膜上。当ER钙池中钙离子浓度降低时，可以激活细胞膜上的钙离子通道引发钙离子内流，这种钙离子内流方式称之为钙池操纵的钙离子内流（store-operatedcalcium entry，SOCE），而这种通过IP3R或RyR系统导致钙池中钙离子外流、钙离子浓度降低而被激活的细胞膜钙离子通道则被称为SOC［12］。也有学者通过Ach的实验，认为IP3R可以通过负反馈调控SOCE，以对抗对IP3所致的钙超载［5］。

1.2.3 VOC 胰岛素诱导的胞吐，在磷酸肌醇3激酶（PI3K）依赖性葡萄糖刺激的反应中快速发展，这是通过依赖PI3K的瞬时受体电位V2（TRPV2）从钙池易位到细胞质中实现的。胰岛β细胞通过增加氧化代谢及糖代谢，增加ATP／ADP比值，关闭ATP敏感性钾通道（KATP通道）和电活动，使细胞膜去极化，致钙离子和胰岛素释放，激活VOC，最终导致细胞内钙离子增加；葡萄糖也可能通过增加刺激分泌耦合钙离子放大通路而发挥影响［13］。

1.3 降钙功能被破坏的机制 各种原因如氧化剂甲萘醌［14］、乙醇［15］、pH 值改变［8］等因素，可致腺泡细胞膜受损、线粒体去极化、线粒体通透性转变孔（MPTP）开放、线粒体氧化磷酸化、ATP减少，激活胰蛋白酶原和损伤钙离子泵，导致细胞内急剧增多的钙离子不能被及时重新泵回钙库或泵出细胞外，使腺泡细胞内钙离子浓度维持在高水平的状态，加重钙超载。

2 钙超载在AP发病机制中的作用

2.1 胰蛋白酶原过度活化 异常升高的钙离子可能诱发胰蛋白酶过早激活，甚至引起胰腺自身消化性损伤，其可能的激活因素有：乙醇诱导胰蛋白酶和糜蛋白酶活化［15］；CICR可导致坏死细胞内胰蛋白酶激活［16］。

2.2 氧自由基（OFR）生成增多 （1）OFR生成增多可导致胰腺腺泡膜和线粒体膜损害。OFR引起质膜脂质过氧化，干扰钙稳态和损伤DNA，致腺泡细胞损伤，最终细胞死亡。N-乙酰半胱氨酸（NAC）是一种抗氧化剂，能够恢复细胞抗氧化剂谷胱甘肽水平，研究证明NAC防止OFR的产生而治疗AP［17］。生理情况下，细胞内存在的抗氧化剂可及时清除活性氧，使活性氧的生成与降解处于动态平衡，对机体影响不大［18］；在氧化状态下，低浓度过氧化氢溶液增加损害糖代谢，使ATP／ADP比值下降，增加KATP通道的活性，导致细胞膜超极化；而高浓度过氧化氢溶液则灭活血浆细胞膜钙离子-ATP酶，促进钙离子超载［12，17］。（2）有学者提出，中断钙离子在 AP的沉淀反应的动态平衡会导致线粒体的完整性的损失和细胞坏死，活性氧促进细胞凋亡可能起到重要的保护作用，抗氧化剂治疗不改善AP的，实际上可能会恶化病情［19］。还有学者认为，刺激CCK可以保护细胞以免受过氧化氢溶液影响，这是一种重要的新发现［18］。

2.3 细胞因子生成 炎症介质和细胞因子在AP发病机制中起着极其重要的作用。其中研究较多的有白细胞介素（IL）、肿瘤坏死因子（TNF-α）、核因子-κB（NF-κB）等［11］。最新研究表明，P物质（SP）和趋化因子在AP中发挥着关键作用。SP能升高胰腺细胞细胞内钙离子；SP亦可能诱导趋化因子如单核细胞趋化蛋白（MCP-1）、巨噬细胞炎性蛋白-1α（MIP-1α）、巨噬细胞炎性蛋白-2（MIP2）和胰腺细胞。SP诱导胰腺细胞的趋化因子产生PLC，诱导细胞内钙离子升高和PKCα的／βⅡ激活，随后导致激活细胞外信号调节酶（ERK）和氨基端激酶（JNK）及转录因子（NF-κB和 AP-1）［20］。另外，腺泡细胞上的硫化物（H2S）也是一种潜在的新的信号分子，作为一个潜在的炎症介质激活PI3K和Akt磷酸化，从而调节TNF-α产生［6］。

2.4 磷脂酶A2（PLA2）介导膜损伤 在正常情况下，胰腺PLA2对腺泡细胞无损害作用；只有在胰导管内压增高、胰局部缺血及炎症介质等病理条件下才发挥其破坏作用。钙离子浓度增高致PLA2激活，催化膜磷脂水解溶血磷脂和花生四烯酸，后者分解为血栓素 A2（TXA2）、前列环素（PGI2）等，TXA2具有细胞毒作用，引起强烈微小动脉收缩，促进血小板聚集和水解酶释放，致胰微循环损害，而PGI2机制则相反，两者共同作用以维持血管和细胞内环境稳态。因此，腺泡细胞钙超负荷可能在胰腺缺血与前列腺素类异常之间发挥“桥梁”作用［11］。

2.5 其他机制 （1）在向大鼠胰管逆行注射牛磺胆酸钠复制的AP模型研究中发现，牛磺胆酸钠所致胰腺腺泡细胞损害的机制主要归因于钙稳态的破坏以及钙对CCK反应下降，同时体外试验研究也显示，胞浆中的钙对CCK的反应亦显著减少［21］。（2）乙醇可能使钙离子内流增加，导致钙离子超载，CCK作用于胰腺细胞，其结合位点产生不同的信号级联的第二信使，导致酶的分泌及细胞内钙离子超载［15］。（3）有研究表明胆汁酸可激活G蛋白耦联的细胞表面胆汁酸受体（GPBAR1），因此，胆源性 AP可能是“受体介导的病”［9］。

3 钙通道阻滞剂（CCB）对AP的治疗作用

在AP过程中不适当地纠正低血钙可能加重细胞钙超载，而加速胰腺腺泡细胞坏死，单一改善微循环也不能阻止病变恶化，因此，同时对抗细胞钙超载可能有助于阻止AP向坏死方向发展［11］。目前，国内外各学者对CCB治疗AP进行了不断深入的研究。（1）维拉帕米区域动脉灌注临床试验证明：在有效支持全身循环的同时，区域动脉灌注维拉帕米可能通过解除AP早期的微血管痉挛、防止胰腺腺泡细胞钙超载，减少细胞因子的产生，抑制黏附分子和细胞黏附分子（ICAM-1）的上调，间接抑制血浆TXB2的升高，并抑制血小板聚集，阻止AP重症化发展［22］。（2）柴芩陈芪汤（CQCQD）在内质网钙离子-ATP酶（SERCA）的mRNA表达的研究中发现，CQCQD能抑制升高的钙离子浓度和保护胰腺细胞，大量的钙离子内流引发的内质网上钙离子释放取决于SERCA3，CQCQD增加SERCA2表达，减轻细胞内的钙超载［23］。（3）丹曲林钠可以抑制肌浆网释放钙离子，研究证明丹曲林可以显著延缓病理蛋白酶激活和腺泡细胞的损伤，适度减轻胰腺炎的严重程度［24］。（4）乙醇代谢产物可激活IP3R介导的“酸性贮存”而促进钙离子释放，而钙调蛋白（CaM）可以通过渗透膜来提高保护效果，减少钙离子释放的敏感性，防止乙醇引起的细胞内钙离子释放和胰蛋白酶激活，并且抑制IICR，因此，特殊亚型的IP3R抑制剂可能有利于乙醇性AP的治疗［25］。

4 展 望

综上所述，AP是多因素参与的病理生理过程，各因素间相互独立又相互渗透，共同促进疾病的发生、发展。但目前仍缺少对AP生理、病理机制及多种信号通路的足够认识，有关机制仍存在争议，使本病的治疗成本高且疗效不理想。因此，应不断深入研究AP发生、发展中的启动因子和恶化因子以及之间的相互关系，这对AP的治疗有深远的意义。

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