炎性小体在急性胰腺炎发病机制中的研究进展

2019-02-26龚雅慧州综述梁志海审校

医学研究生学报 2019年11期

龚雅慧，苏州综述，梁志海审校

0 引言

急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）是临床的常见病，是由于胰腺内腺泡细胞损伤引起的胰腺炎症性疾病；其发病率逐年增加，对于约80%的患者，该疾病是自限性的，而其余患者可能发展为重症急性胰腺炎（server acute pancreatitis，SAP），导致全身炎症反应综合征和多器官功能衰竭，死亡率可达到15%～30%［1-2］，其发病机制与腺泡细胞死亡有关，其机制包括坏死、凋亡、焦亡等，目前尚未完全阐明。有研究证据表明在AP 的发生发展中，胰腺腺泡细胞（pancreatic acinar cells，PACs）中的中性粒细胞和巨噬细胞可识别受损胰腺中的损伤相关分子模式和病原体相关分子模式［3］，从而诱导核转录因子NFκB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）活化以及炎性小体的组装激活及其效应产物的表达，最终导致胰腺组织损伤［4-5］。因此，炎性小体可能与AP 发病后的炎症级联扩大反应有关，本文就炎性小体在AP发病机制中的作用作一综述。

1 炎性小体的结构与功能

炎性小体是由核苷酸结合寡聚化结构域样受体（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor，NLR）、凋亡相关的斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein，ASC）和依赖天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶1（cysteinyl aspartate specific proteinase 1，caspase-1）组成的大分子多蛋白复合体［6］。作为机体先天免疫系统的重要组成部分，主要依靠免疫细胞的模式识别受体识别损伤相关分子模式或病原体相关分子模式，进而激活caspase-1，导致caspase-1 依赖性的白细胞介素1β（Interleukin 1β，IL-1β）前体、IL-18 前体被分解成活性的IL-1β、IL-18，随后从细胞中释放出来［7］。目前NLRP1、NLRP3、NLRC4 和黑色素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2 ，AIM2）是研究较多的炎性小体，其中NLRP3、AIM2 炎性小体与AP 有关，可能是AP 发病机制中的关键，其过度激活可导致机体损伤［8-9］。

2 AIM2炎性小体在AP发病机制中的作用

AIM2 是造血干扰素诱导核蛋白HIN-200 家族成员，主要位于胞质，可识别任何来源的双链DNA，激活后可促进炎性小体的装配。有临床数据显示AP 患者在发病早期外周血单核细胞中AIM2 过表达，其激活可能影响全身炎症和器官衰竭；同时，胰腺损伤后导致核小体释放，活化后的核小体激活晚期糖基化终产物受体，使双链RNA 依赖蛋白激酶（Double-stranded RNA-dependent protein kinase，

PKR）磷酸化，促进巨噬细胞中AIM2炎性小体激活，最终导致高迁移率组蛋白1（high mobility group box1，HMGB1）、IL-1β、IL-18 的释放［10-11］。其中的PKR 是一种新发现的炎症物质，通过自身磷酸化作用直接与NLRP3、NLRP1 或AIM2 结合［12］。因此，AIM2 的激活可能与AP 的全身炎症反应发病机制有关。

3 NLRP3炎症小体在AP发病机制中的作用

NLRP3 是细胞质识别受体类NOD 受体家族的成员之一，是目前研究范围最广的炎性小体之一，与许多复杂疾病的发病机制有关，特别是代谢性疾病，如2 型糖尿病、动脉粥样硬化和肥胖等［13］。NLRP3 作为核心蛋白，在形成炎性小体中起着重要作用。活化的NLRP3 招募下游蛋白ASC 和caspase-1形成NLRP3炎性小体［14］，将非活性caspase-1前体激活为caspase-1，促进非活性IL-1β 和IL-18 的分裂、成熟和释放［15］，从而导致IL-1β、IL-18 和HMGB1 的释放，诱导炎症级联反应［4-5］。NLRP3 炎性小体在AP的发生发展中起重要作用；当缺乏NLRP3和ASC时，雨蛙肽诱导的大鼠胰腺水肿和炎症明显减轻［1］。同时，NLRP3 炎症效应物IL-1β、IL-18 和HMGB1 是AP中胰腺炎症、实质细胞损伤和疾病缓解的主要决定因素。但到目前为止，NLRP3炎性小体活化在AP发病过程的确切作用机制尚未完全阐明。

3.1 NLRP3 炎性小体与PACs 坏死的关系PACs坏死和炎症反应是AP 的两个关键病理过程，决定了疾病的严重程度和预后［16］。PACs坏死与AP的全身炎症反应和胰腺组织感染有关，可明显提高SAP的发病率和死亡率，如何有效地减轻坏死已成为临床治疗中的一个关键问题。当PACs 受损，腺泡细胞会释放大量炎性介质（如细胞因子和趋化因子），并诱导中性粒细胞、巨噬细胞的募集，释放IL-1β、TNF-α 和IL-18 等。这些细胞因子与受损胰腺细胞分泌的活性氧（oxygen species，ROS）以及其他物质一起，进一步加剧胰腺损伤［17］。因此，通过降低AP早期的PACs 损伤和炎症反应，对预防AP 进展具有重要意义［1］。最近的研究表明受体相互作用蛋白激酶1（receptor-interacting protein kinase 1，RIP1）/RIP3/混合谱系蛋白激酶样结构域（mixed lineage kinase domain-likeprotein，MLKL）信号通路与NLRP3炎性小体激活有关，并参与AP的发病。活化后的RIP3 使MLKL 磷酸化为p-MLKL，导致胞膜通透性改变，并释放大量DAPMs、细胞因子及趋化因子，激活NLRP3 炎性小体，促进炎症反应的发生。另外，RIP3 和p-MLKL 的表达与胰腺坏死程度呈正相关，抑制RIP3的表达炎性小体的激活有部分抑制作用［18］。因此，坏死性腺泡细胞的持续存在可促进AP强烈的无菌炎症反应。坏死细胞释放的腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）、HMGB1 和核酸激活或诱导NLRP3 炎性小体，这些相互作用将在下文进一步讨论。

3.2 NLRP3炎性小体激活途径AP的发病机制研究认为酶原异常激活后胰腺自身消化、炎症反应、氧化应激等发挥重要作用，尽管机制不同，PACs 损伤是共同的致病环节；而NLRP3 主要在细胞内感受刺激并传递信号，多种内源性或外源性的刺激物可以激活NLRP3 炎性小体，如ATP、NAD、游离脂肪酸（free fatty acids，FFAs）等［19］。使其激活的确切机制尚不明确。

目前AP 的主要病因包括胆石症、乙醇、高血脂、药物等。其中，高甘油三酯性胰腺炎（Hypertriglyceride pancreatitis，HTGP）是继乙醇和胆结石后AP 的第三大常见病因，三酰甘油（triglyceridemia，TG）可直接导致胰腺组织损伤。胰腺及胰腺周围高浓度的TG 可被胰脂肪酶分解为FFAs，可直接损伤胰腺细胞及毛细血管，并激活胰蛋白酶致使胰腺自身消化。但FFAs 如何损伤胰腺组织却尚未阐明。研究表明应用脂肪酶抑制剂奥利司他可降低饱和FFAs 的产生，从而减轻实验性AP 的损伤［20］；FFAs可激活NF-κB 通路［20］，活化后的NF-κB 能增加NLRP3的表达，从而导致caspase-1、IL-1β释放，促进炎症反应发生［21］。与此同时，FFAs 可诱导内皮细胞线粒体功能障碍，导致氮氧化物-4（Nitrogen oxide-4，NOX-4）的表达增加，从而介导ROS 的产生，最终调控NLRP3炎性小体的活化［22］；抑制NOX-4表达可阻止NLRP3炎性小体的激活，降低caspase-1的切割以及IL-1β 和IL-18 的产生［23］；同时，FAAs 诱导巨噬细胞后使腺苷一磷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）的磷酸化水平降低，抑制ROS 产生，是NLRP3 炎性小体激活的负调控因子，但AMPK 在抑制胰腺无菌炎症中的直接作用仍有待确定［24］。

在胰腺组织损伤早期，酶原颗粒和溶酶体同时出现在腺泡细胞，溶酶体结构破坏后体内的溶酶体组织蛋白酶B 使胰蛋白酶原裂解为胰蛋白酶，导致胰蛋白酶过早活化。有研究表明FFAs 处理肝细胞后导致溶酶体失稳，溶酶体组织蛋白酶B 释放到胞质，从而可能导致线粒体功能障碍和ROS 产生，激活NLRP3 炎性小体；棕榈酸处理微血管内皮细胞后，可通过溶酶体组织蛋白酶B 信号通路招募NLRP3 炎性小体组装，导致caspase-1 活化及IL-1β 表达增加，同时释放大量的HMGB1 损伤内皮细胞的紧密连接［25-26］。因此，NLRP3 炎性小体在FFAs 导致HTGP的发病机制中可能扮演重角色。

在AP 发生发展中，PACs 内胰蛋白酶过度激活导致胰腺组织自身消化，损伤的胰腺组织释放出ATP、NAD 等DAPMs。目前，有研究表明坏死细胞释放的ATP 和NAD 通过刺激细胞表面嘌呤能P2X7受体，促进免疫细胞中NLRP3 炎性小体的激活。沉默P2X7 基因表达可能减轻实验性AP 的胰腺损伤［27］。P2X7是ATP门控阳离子通道P2X家族成员，其受体（P2X7R）表达于胰腺中的导管细胞，可调节钙信号传导和离子转运［28-29］；在较高水平ATP 刺激下，配体门控阳离子通道快速打开，导致K+流出和细胞内K+的耗尽。当细胞内K+水平降低到90 mM以下时，NLRP3 炎性小体的装配和激活开始，从而激活caspase-1，引起细胞因子的释放［30］。另外，有研究表明胞外ATP、NAD 等可诱导氧化应激反应使机体ROS的产生增加，ROS是活化NLRP3 炎性小体的关键调控信号；ROS/NLRP3 信号通路在AP 的发展中起重要作用，ROS 的产生引起腺泡细胞坏死加剧，应用ROS 抑制剂可减轻胰腺损伤以及多器官功能损伤［31］。

综上所述，FFAs 与组织损伤释放的ATP、NAD可作为NLRP3 炎性小体的激活剂，具体的调控机制包括：ROS表达增加、K+外流增加以及溶酶体稳定性破坏等。

3.3 NLRP3 效应产物对AP 炎症反应的作用机制NLRP3 效应产物包括HMGB1、IL-1β、IL-18 等，随着炎性小体的激活，这些效应产物相应增加，可能造成AP的靶器官和远隔器官损伤，其机制如下：

NLRP3 炎性小体装配和caspase-1 激活可引起HMGB1的分泌增加。HMGB1是真核细胞中的一种非组蛋白染色体结合蛋白，通常与染色质紧密结合，只有在细胞分裂的间期和分裂期与细胞核松散。当细胞发生坏死时，细胞膜通透性增加，胞膜完整性破坏，大量的HMGB1 释放后通过介导TLR4/NF-κB 激活以增强炎症反应［2，32-33］。同时，释放的HMGB1是一种新型前炎症因子，通过诱导细胞因子释放和招募白细胞来触发和维持炎症反应，在延长和维持炎症反应中发挥重要作用［34-35］。有临床数据表明血清HMGB1 水平在AP 患者发病初期72 h 明显升高，与AP 的严重程度、感染及器官功能障碍有关［36-37］。因此，HMBG1 可以作为临床预测疾病炎症程度的指标。

IL-1β是AP无菌炎症和损伤反应的主要决定因素，其表达水平与疾病严重程度正相关［13］。成熟的IL-1β 与其受体结合可调节其他促炎细胞因子的修饰和活化，如TNF-α、IL-8 和IL-17 等。IL1R 基因缺陷或IL-1R 拮抗剂注射减轻实验性AP 的损伤反应［16］；当PACs 中IL-1β 的过度表达可导致胰腺组织纤维化。因此，阻断炎性小体或IL-1β 信号可能是有效治疗AP的策略。

IL-18是一种新型促炎细胞因子，其结构和功能与IL-1β 相似［38-39］。IL-18 具有直接抑菌作用，是维持肠道内环境稳定所必需的［40］；在AP 的早期，肠道通透性增加导致胰腺无菌炎症的增强，最终可能导致胰腺远隔器官的损伤。IL-18 的表达可在其他促炎细胞因子（如IL-12）存在的情况下进一步促进炎症反应。使用IL-18与IL-12共同刺激可诱导遗传性肥胖小鼠或高脂饮食小鼠的AP，然而在这些模型中，单独使用IL-18 并不能促进胰腺炎症［41］。有研究发现血清IL-18 的升高与疾病严重程度相关，IL-18可能通过调节IL-1β、TNF-α和其他趋化因子的分泌影响免疫细胞对AP 的病理生理学的改变，并且通过增加粘附分子的表达影响中性粒细胞活化，从而持续炎症反应的发生，导致多器官衰竭［17］。