胰腺损伤修复与再生的研究进展

吴增楷 胡国勇

上海交通大学附属第一人民医院消化内科，上海 200080

【提要】 胰腺炎和胰腺癌可引起胰腺的损伤，阐明胰腺损伤修复和再生的机制对治疗胰腺疾病有重要意义。近年发展的新技术将为胰腺疾病的预防和治疗开辟新的途径。

急性胰腺炎(AP)是胰腺炎性疾病，有时甚至是致命的；慢性胰腺炎(CP)虽然发病率较低，但却显著降低了患者的生活质量；胰腺癌与高死亡率有关，是预后最差的恶性肿瘤之一，3种疾病均可导致胰腺损伤，因此胰腺损伤修复及再生日益受到临床工作者的重视。这种再生过程涉及细胞之间相互作用驱动的炎症、组织转化和再分化的瞬时阶段，伴随信号通路的参与、转录因子的调控和基因的表达。本文就目前关于胰腺损伤修复与再生的研究进展作一综述。

一、胰腺损伤修复与再生的细胞基础

1．腺泡细胞：腺泡细胞是胰腺的主要细胞类型，Desai等[1]研究证实，成熟的腺泡细胞在胰腺损伤模型的外分泌功能修复中起重要作用。Fendrich等[2]在小鼠模型胰腺损伤前用他莫昔芬标记腺泡细胞，然后用雨蛙肽诱导胰腺炎，经过一段时间的胰腺再生，发现增殖的腺泡细胞大部分来源于损伤前标记的腺泡细胞。另有谱系追踪实验表明，腺泡细胞可以转分化为导管细胞[3]。此外，在体内环境中导入表达V型肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源基因A(v-maf muscu-loaponeurotic fibrosarcoma oncogene homologA, MafA)、神经元素3(neurogenin-3, Ngn3)和胰十二指肠同源盒因子-1(Pdx-1)腺病毒后，腺泡细胞可分化为β细胞[4]。腺泡细胞也可以通过Ngn3和Ngn3+MafA分别转化为δ样和α样细胞[5]，这也提示腺泡细胞可能为胰腺再生的兼性祖细胞。

2．导管上皮细胞：胰腺导管上皮细胞本身可以作为出生后到成年期的胰岛和腺泡组织的祖细胞库，因此导管上皮细胞可以被认为是“兼性干细胞”[6]。Criscimanna等[7]给转基因小鼠注射白喉毒素，广泛杀死腺泡和内分泌细胞，结果发现存活的导管细胞通过胚胎胰腺发育程序的重演促成了内分泌和腺泡细胞的再生；在选择性切除转基因小鼠的腺泡组织后，发现导管细胞重编程为腺泡细胞系而发生再生。此外一些研究成功地将成体导管细胞在体外分化成内分泌细胞[8-9]。

3．泡心细胞：泡心细胞是位于腺泡中央的导管细胞，能够维持胰腺胚胎发育过程的重要信号通路中基因的表达[10]。在成人胰腺中泡心细胞作为祖细胞样细胞起作用，需要持续的Notch信号来维持其特性。事实上，Rbpj的缺失将导致泡心细胞迅速转化为腺泡细胞[11]。在斑马鱼中，泡心细胞富含祖细胞标志物，并且可能在部分胰腺切除或β细胞消融时转化为内分泌细胞[12]。体外研究已经揭示了泡心细胞的祖细胞样状态[13]，表明在成人胰腺内泡心细胞分化为内分泌和外分泌细胞的可能性。

4．胰腺星状细胞：胰腺损伤后，在细胞因子等作用下，胰腺星状细胞增殖，上调平滑肌肌动蛋白等肌成纤维细胞标志物的表达，产生丰富的细胞外基质如胶原蛋白等[14]。Ota等[15]通过90%胰腺切除模型发现，腺泡细胞和胰岛细胞对BrdU的摄取显著增加，但用携带HSP47的siRNA的维生素A结合脂质体处理可抑制对BrdU的摄取；体外实验发现与活化的胰腺星状细胞共培养可增强腺泡细胞对BrdU的摄取，这种增强作用可被siRNA HSP47消除，提示活化的胰腺星状细胞通过分泌胶原蛋白的活性，在残余胰腺再生、部分胰腺切除术后腺泡和胰岛细胞的增殖中发挥重要作用。

活化的胰腺星状细胞分泌的细胞外基质分子骨膜蛋白(periostin, POSTN)在AP中起重要作用。Hausmann等[16]对POSTN缺陷小鼠和野生型小鼠分别进行重复雨蛙肽注射诱导胰腺炎，发现两组小鼠在急性炎症阶段的胰腺炎严重程度上并没有什么区别，但POSTN缺陷小鼠的胰腺修复过程却严重受损；POSTN表达的缺失伴随着胰腺明显萎缩和腺泡-脂肪细胞分化，提示由胰腺星状细胞分泌的POSTN是AP后外分泌细胞特异性再生的关键因素。

二、胰腺损伤修复与再生的分子基础

1．调控胰腺损伤修复与再生的相关因子：最近研究表明，中期因子、5-羟色胺(5-HT)、核因子-κB关键调节基因(NEMO)、蛋白酶活化受体-2(PAR2)、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)等能调控胰腺外分泌损伤的修复与再生。

Cheng等[17]通过L-精氨酸诱导小鼠的AP，发现中期因子在AP小鼠模型的急性炎症阶段过度表达；给AP小鼠注射重组人中期因子后，发现增殖细胞核抗原和α-淀粉酶的表达上调，小鼠中剩余的腺泡细胞的面积增加且纤维化减少，提示中期因子可能参与AP中腺泡细胞的再生。

Saponara等[18]通过雨蛙肽诱导5-HT基因敲除小鼠的AP，发现5-HT表达缺失延迟了祖细胞基因的表达上调，并延缓了腺泡-导管组织转化，导致有缺陷的腺泡细胞增殖；给AP小鼠注射5-羟色氨酸(5-HTP)，发现AP小鼠酶原分泌增强，并增加腺泡细胞的去分化和刺激祖细胞基因的表达，提示5-HT通过促进腺泡细胞的去分化在胰腺炎后的胰腺再生中起关键作用。

Chan等[19]通过雨蛙肽分别诱导胰腺上皮细胞NEMO基因敲除小鼠的AP模型和CP模型，观察发现在AP早期，胰腺实质中的NEMO缺失引起组织的轻微病理改变，但可导致恢复阶段持续的炎症和纤维化病灶；在CP中NEMO缺失加重炎症和纤维化，抑制代偿性腺泡细胞增殖，并增强腺泡萎缩和腺泡-导管组织转化。基因表达分析揭示在缺乏上皮NEMO的情况下持续激活促纤维化基因和CXCL12/CXCR4轴，通过施用CXCR4拮抗剂AMD3100，发现CXCR4拮抗剂限制了炎症并减轻了纤维化，提示NEMO在上皮细胞中通过抑制炎症和纤维化以及改善腺泡细胞再生在胰腺炎中发挥保护作用。

Piran等[20]通过雨蛙肽诱导PAR2基因敲除小鼠和野生型小鼠的AP，注射18 d后处死小鼠，免疫荧光化学染色发现野生型小鼠腺泡细胞已经完全恢复，而PAR2基因敲除小鼠的腺泡细胞恢复较差，提示雨蛙肽处理的PAR2基因敲除小鼠胰腺腺泡再生中存在缺陷，表明PAR2是雨蛙肽诱导损伤后胰腺腺泡再生所必需的。

Willet等[21]用阻断mTORC1作用的雷帕霉素+雨蛙肽处理实验组小鼠，对不同阶段的胰腺组织进行苏木精-伊红染色，观察发现只用雨蛙肽处理的对照组小鼠第5天腺泡细胞增殖及腺泡-导管组织转化，2周时胰腺组织已经恢复相对正常形态；而实验组小鼠第5天的胰腺组织无良好的组织转化反应，2周时胰腺组织的恢复也被阻碍，提示阻断mTORC1活性可抑制胰腺中的诱导增殖，并阻碍了胰腺组织再生。

2．调节胰腺损伤修复及再生的相关转录因子：Pdx1在胰腺发育和β细胞的再生中起了关键的作用。Pdx1通过调控细胞形状和黏附性形成等在胰腺结构和细胞命运中起重要作用[22]。有研究表明，Pdx1下调与胰腺外分泌细胞增殖增加和胰腺再生相关基因的上调有关，而Pdx1的上调可导致导管上皮细胞转分化为胰岛素细胞[23]。Miyazaki等[24]通过强力霉素(doxorubicin,Dox)作用于ERTF-Pdx1-EGFP小鼠来抑制Pdx1/EGFP的表达，当停用Dox，并用BrdU标记观察到EGFP/胰岛素双阳性胰岛细胞比预先存在的β细胞更具增殖性；停用Dox用STZ处理ERTF-Pdx1-EGFP小鼠，40 d后小鼠的EGFP/胰岛素双阳性胰岛细胞的百分比比未经STZ处理的对照小鼠高得多，并显示出更好的葡萄糖耐受性，提示Pdx1的基因表达可增强胰腺腺泡和其他细胞的可塑性，并诱导其转分化，导致β细胞再生。除了Pdx1，Ngn3和MafA在β细胞的发育、功能和再生中也起着关键的作用[4,25]。

胰腺转录因子1α(pancreas transcription factor 1α,Ptf1α)在腺泡细胞内选择性表达，在胰腺腺泡细胞的分化和成熟中发挥关键作用。p48是Ptf1α的唯一参与腺泡基因调控和胰腺发生的组分，Ptf1α/p48的再表达参与了腺泡细胞的分化和胰腺的再生过程[26]。有研究报道Ptf1a在成年斑马鱼外分泌细胞中的下调导致它们转变成内分泌样细胞[27]。Ptf1α的下游靶标是另一个BHLH因子Mist1，它是腺泡细胞终末分化和细胞内组织形成所必需的。文献报道由雨蛙肽诱导的AP中，Mist1基因敲除的小鼠胰腺损伤加重，腺泡组织再生延迟[28]。Ptf1α和Mist1共同调节外分泌胰腺的特异性基因表达[29]。

Nr5a2是胰液生产和分泌所需的外分泌胰腺特异性转录网络的关键调节因子。 Figura等[30]通过雨蛙肽分别诱导Nr5a2基因敲除小鼠和对照组小鼠的AP，发现Nr5a2的表达随着胰腺炎期间的腺泡分化的丧失和恢复而波动，在Nr5a2表达缺失的情况下腺泡再分化被阻断，提示Nr5a2是胰腺炎后有效的腺泡再生所必需的。此外，Nr5a2能与胰腺转录因子1-L复合物(PTF1-L)共同调节外分泌胰腺特异性基因表达[31]。

B细胞特异性莫洛尼氏白血病病毒插入位点1(B cell-specific moloney murine leukemia virus integration site1,Bmi1)存在于自我更新的胰腺腺泡细胞的亚群中，并且响应于胰腺损伤而被表达。Fukuda等[32]通过雨蛙肽对Bmi1基因敲除的小鼠进行AP的诱导，观察到这些小鼠在胰腺损伤后p16、p19和p53依赖性凋亡基因表达上调，胰腺再生障碍。

Zeste基因增强子同源物2(enhancer of Zeste homolog 2,EZH2)在干细胞维持和细胞命运决定分化成特定细胞谱系中发挥关键作用。雨蛙肽诱导的胰腺损伤可上调EZH2从而通过促进祖细胞的再生增殖来进行胰腺组织修复，而EZH2的丧失导致胰腺再生受损[33]。此外，有研究报道EZH2表达的上调可以促进成年小鼠β细胞的复制和再生[34]。

配对相关同源框1b(paired related homeobox 1b,Prrx1b)转录因子在胰腺再生中发挥重要作用。Reichert等[35]用雨蛙肽诱导小鼠的AP，观察到Prrx1b RNA在AP的腺泡导管组织转化中被特异性诱导，但在恢复和再生时回到基线水平；Prrx1b可结合Sox9启动子并正向调节Sox9表达，提示Prrx1b和Sox9之间的相互作用可能对能够自我更新并促进再生的胰腺细胞亚群至关重要。

神经胶质瘤关联癌基因同源物1(glioma associated oncogene homolog 1, Gli1)作为Hedgehog(Hh)信号通路下游的转录因子，是胰腺组织修复必不可少的调节因子。Mathew等[36]通过iKras小鼠模型与Gli1lacZ/lacZ小鼠杂交以产生iKras×Gli1lacZ/+动物，对4～6周龄的iKras和iKras×Gli1lacZ/+小鼠施用Dox来表达KrasG12D和诱导胰腺炎，停用Dox且KrasG12D失活后观察发现，Gli1通过改变Hh信号通路和胰腺成纤维细胞的细胞因子转录谱影响Kras缺失后的胰腺组织修复。

三、前景和展望

目前关于胰腺再生的分子机制知之甚少，但其实质是胰腺细胞的相关基因有序的表达和调控过程。探讨胰腺损伤修复和再生的机制，对治疗胰腺疾病有重要意义。近年发展的三维胰腺类器官培养[37]和CRISPR-Cas9系统[38-39]为研究胰腺损伤修复和再生的机制提供强大而突破性的技术，并将为胰腺疾病的预防和治疗开辟新的途径。

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