羧基酯脂肪酶在胰腺疾病发病中的作用机制研究进展

邓顺江 邹文斌 廖专

海军军医大学长海医院消化内科，上海市胰腺疾病研究所，上海 200433

【提要】 羧基酯脂肪酶(CEL)通常由胰腺分泌并转移到十二指肠参与水解消化脂肪、胆固醇酯和脂溶性维生素，是人体内重要的消化酶。近年来，研究发现该基因在胰腺疾病的发病中起重要作用，尤其是慢性胰腺炎和青少年发病的成人型糖尿病。该基因致病的相关变异主要包括两类：可变数量串联重复区(VNTR)数量的改变及内部突变；与CEL高度同源的假基因(CELP)发生重组形成CEL-HYB杂合变异。CEL相关变异通过胞内自噬和内质网应激等机制参与胰腺疾病的发生。

羧基酯脂肪酶(carboxyl ester lipase，CEL)通常由胰腺分泌并转移到十二指肠参与水解消化脂肪、胆固醇酯和脂溶性维生素，是人体内重要的消化酶。人CEL主要在胰腺腺泡细胞和乳房泌乳腺体表达，其中胰腺腺泡细胞是CEL表达的主要部位，CEL在胰液中大约占总蛋白的4%[1]。近年来研究发现该基因在胰腺疾病的发病中起重要作用，尤其是慢性胰腺炎和青少年发病的成人型糖尿病。本文就CEL在胰腺疾病中的作用及其机制研究进展进行综述。

一、CEL的结构与功能

人CEL长9 850 bp，定位于染色体9q34.3[2]，并靠近ABO基因座，由11个外显子和10个内含子组成[3](图1)。外显子1最不保守，编码CEL mRNA 5′非翻译结构域，外显子2编码部分肝素结合位点[4]，外显子3和7编码CEL蛋白上的2个二硫键[5]，其有助于稳定酶的结构。外显子5、8、10分别编码Ser194、Asp320和His435残基[6]，它们构成CEL催化位点，并参与底物催化[7]。CEL最后一个外显子包含一个GC含量丰富的可变数量串联重复区(variable number of tandem repeats，VNTR)。目前发现的重复区数量有3～23个不等[8]，13～17个出现频率最高，16个重复区是所有类型中最主要的类型[9-11]，有研究将16个重复定义为N型，<16个重复区为S，>16个重复区为L[12]。每一个重复区由33个碱基的重复序列组成，可在CEL尾部编码11个氨基酸序列。VNTR使得CEL呈现高度的多态性。

一个类似CEL的假基因(CEL-like pseudogene, CELP)位于CEL的下游约11 kb的位置，CELP在人体多个组织中均有转录，与CEL相比，其缺少第2～7个外显子，且在第2个外显子中包含一个终止密码子，不能翻译出有功能的蛋白质[13](图1)。学者提出CELP实际上是原始基因，因为小鼠CEL的启动子区域与人类CELP基因的启动子区域高度吻合[14]。

图1CEL-CELP基因座的结构图。红色和蓝色分别表示CEL和CELP的外显子区域

CEL包括球状N-末端和C-末端两个主要的结构域，前者包括535个氨基酸残基(不含信号肽)，后者本质上是无序的11个重复氨基酸序列的延伸臂[15-16]。N-末端区域的氨基酸序列(包括催化三联体Ser194-His435-Asp320)在迄今为止检测到的所有脊椎动物物种中均高度保守[17]，该区域也与其他脂肪酶和酯酶具有相似性[6,18]。

CEL在十二指肠中被胆盐激活后可水解食用脂肪、胆固醇酯和脂溶性维生素[19]。CEL还可催化脂肪酸和乙醇合成，后者的非氧化代谢物可能导致胰腺损伤和酒精性胰腺炎。有研究表明，脂肪酸乙酯通过对线粒体的直接毒性作用而引起胰腺腺泡细胞的病理改变[20]。此外有学者提出，CEL可以降解支链脂肪酸酯，该类分子具有增强胰岛素敏感性和抗炎作用[21]。

二、 CEL与胰腺炎

1．CEL在急性胰腺炎(AP)中的作用：CEL和淀粉酶一样，是由胰腺外分泌部分泌的消化酶，参与食物的消化，反映胰腺的功能，与胰腺的损伤密切相关。有研究证实在急性间质性胰腺炎或坏死性胰腺炎患者血清中CEL水平明显上升[22]。 因此，即使在血清淀粉酶水平正常的情况下，CEL的血清水平如果异常升高，也可提示AP[23]。然而CEL在AP发病机制中的研究较少。

2．CEL在慢性胰腺炎(CP)中的作用：CP的特征是长期的胰腺炎症-纤维化改变，缺乏理想的治疗方法。有研究显示，胰腺炎的发生机制与内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)相关，而吸烟和乙醇都会增加ERS[24]。实际上，在吸烟和乙醇的作用下内质网内含有的CEL发生结构功能的改变并形成二聚体，进而使更多的蛋白质聚集成核，这已经被证明是CEL的结构改变而参与CP的致病机制[25-26]。

欧洲报道了一种缺失型杂合基因(CEL-HYB)[27]。它由CEL与CELP发生非等位基因同源重组而成，CEL-HYB近端部分(由外显子1～10构成)来源于CEL，而包含VNTR的远端部分来源于CELP，命名为CEL-HYB1。CEL-HYB1在欧洲CP患者中的携带率显著高于正常对照组，通过体外细胞模型发现CEL-HYB1脂肪酶的活性只有野生型CEL活性的40%，且在腺泡细胞内聚集诱发自噬，从而损害胰腺细胞。中国牵头的一项国际多中心研究发现[28]，在亚洲人群中很少存在CEL-HYB1，而是出现融合部位更靠前的CEL-HYB2，该变异目前认为与CP的发生无直接关联，功能实验发现其转录水平下调。

日本一项研究报道酒精性CP(alcoholic chronic pancreatitis, ACP)与VNTR的长度的相关性[11]，共纳入100例ACP、52例酗酒者(经ERCP检查未发现胰腺炎)、50例非酒精性CP、96例高脂血症以及435例健康者。结果显示，相比于其他组，ACP中NN型显著减少，L等位基因频率增加，提示携带L等位基因可能是ACP的易感因素；另外，与非酒精性CP和高脂血症者相比，ACP中S等位基因频率也显著增加，但与酗酒和正常对照组的差异无统计学意义，因此，S等位基因的存在不会增加酗酒者患胰腺炎的风险。由于该研究中高脂血症组的平均年龄偏大，而且非酒精性CP病因复杂，所以S等位基因的意义还有待进一步研究。

另一项德国的研究发现，相比于健康者，ACP和特发性CP个体中L和S等位基因的频率有所升高，但差异无统计学意义(P=0.4)[29]。人种和试验分组的差异或可解释欧洲和日本研究结果的不同。为了阐明VNTR与CP的关系，尚需大样本量进行确证。

三、CEL与胰腺癌

与其他腺泡细胞标记类似，当胰腺肿瘤细胞出现导管表型时CEL的表达丧失[30]。有研究发现德国和挪威人群患者的CEL VNTR与胰腺癌无相关性[31]，而存在于CEL VNTR的第2重复区中的常见单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP, rs488087)被认为是增加发生胰腺癌风险的标志[32]。需要注意的是，该研究仅包括30例确诊为胰腺导管腺癌的患者，提示上述SNP有待在大样本患者队列中进一步研究。

2017年Martinez等[33]在胰腺SOJ-6细胞中检测到CEL VNTR区域发生的C碱基插入突变，该突变使得终止密码子提前出现，从而导致翻译的蛋白质序列变短；在胰液或胰腺组织中，可通过特异性抗体检测突变后CEL的C-末端特有氨基酸序列，该突变序列或许可作为胰腺癌的诊断标志物。

四、CEL与胰腺内外分泌功能不全

胰腺的主要功能包括内分泌和外分泌功能，胰腺内分泌细胞主要存在于胰岛，可以合成胰岛素、胰高血糖素、生长抑素和胰多肽，内分泌功能障碍与糖尿病相关；胰腺外分泌细胞主要分泌消化酶和碳酸氢盐，其功能障碍可引起消化吸收障碍。胰岛和胰腺外分泌组织共同构成胰腺实质，结构上彼此相邻，功能上也存在相互依赖的关系。有研究发现，在1型糖尿病和2型糖尿病中15%～30%的个体会出现严重的胰腺外分泌功能不全[34]。

青少年发病的成人型糖尿病( maturity-onset diabetes of the young，MODY)是一种常染色体显性遗传性糖尿病，通常在25岁以前出现。MODY8患者除了糖尿病的表现，还具有缓慢进展的胰腺外分泌功能损害。Raeder等[11]在罗威家系中发现在CEL VNTR区发生的单碱基缺失突变可以导致MODY8和胰腺外分泌功能不全。在第1个家系中发现的突变发生在VNTR中的第1个重复区(c.1686delT，p.C563fsX673，命名为 DEL1)，该突变引起移码改变，导致第672个氨基酸残基后提前出现终止密码子，且与该家系糖尿病和粪弹力蛋白酶不足(<200 mg/g)共分离(lod值分别为4.47和11.6)，携带这个突变的家庭成员基本都会发展为糖尿病，早期需要检测粪弹力蛋白以明确其胰腺外分泌功能的状态，因为这种类型的突变携带者最先出现的是胰腺外分泌功能受损。第2个家系突变发生在VNTR的第4个重复区(c.1785delC, p.C596fsX695)，改变了自第596个氨基酸残基起始的阅读框，导致第694位氨基酸残基后提前出现终止密码子，该突变存在于该家庭有糖尿病或粪弹力蛋白酶不足的个体中。在以上2个家系中，携带上述两个突变的个体胰腺内分泌和外分泌功能表现类似，所有突变携带者都出现了粪弹力蛋白酶不足， 在未患病的家族成员及无血缘关系的糖尿病志愿者中不存在这两种突变。

有研究显示，过表达DEL1的细胞促进形成蛋白聚集体，进而刺激产生未折叠蛋白应答，这种现象在未突变的细胞内不会出现[35]。在MODY8患者中，异常蛋白的聚集、再摄取和降解过程可能会导致胰腺外分泌功能障碍[26]。有研究证实，DEL1 突变体比正常CEL分泌减少，且大部分蛋白保留在细胞内，在大鼠AR42J腺泡细胞和人HEK293细胞中，突变蛋白质在细胞内聚集引起内质网应激并刺激产生未折叠蛋白质应答，这种异常蛋白还会引起细胞凋亡和NF-κB的激活， 因此，作者提出DEL1通过细胞信号转导途径的蛋白毒性增强，引起功能不适应而导致MODY8[36]。

有学者运用一种多重PCR和序列分析结合的方法可以高效地检测CEL VNTR区的单碱基插入或缺失突变，以及VNTR的数量，他们分析了95例丹麦MODY基因阴性(MODYX)患者的CEL VNTR区，在前8个重复区中没发现任何单碱基突变，然而一个先证者只含3个VNTR，并发现该家系中有7个成员携带该基因型，其中4人患糖尿病[7]。提示携带3个VNTR的基因型可能是MODYX的危险因素，但由于样本量太少，还有待后续研究证实并探索其机制。此外，他们还在MODYX和健康人群中检测到了含有3个完整VNTR拷贝的情况(2.5%和5%)，作者认为这可能是同源不规则重组引起的。有研究在该类基因携带者中发现了至少两种不同的重复突变体(CEL-DUP)，其在北欧人群中具有高于1%的携带率，CEL-DUP是否与胰腺疾病有关还有待研究[27]。

五、小 结

富含GC的VNTR和高度同源的CELP使得全基因组关联研究和深度测序分析很难全面覆盖CEL的所有遗传突变，因此该基因仍然是进一步深入探索与胰腺疾病相关的优势候选基因。CEL变异可能是CP、胰腺癌以及胰腺内外分泌功能不全的重要危险因素。由于CEL的下游相隔11 kb的位置有一个假基因CELP，CEL的这种特殊结构决定了其多态性，主要表现为散在分布的SNP、不同数量的VNTR重复、VNTR内的单碱基插入或缺失、涉及整个CEL-CELP基因座的拷贝数变化这4类遗传变异。突变蛋白在胰腺细胞内聚集引起胞内自噬和内质网应激，以及未折叠蛋白质应答可能是CEL突变参与胰腺疾病发病的机制，需要新的动物模型以及细胞功能研究来进一步探索。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突