胰腺脂肪浸润与胰腺癌关系的研究进展

刘星辰 蒋慧 郑建明

海军军医大学附属长海医院病理科，上海 200433

【提要】 PDAC是一种恶性程度极高、预后极差的消化系统肿瘤。研究发现有胰腺脂肪浸润的人群罹患PDAC的风险增加，其机制可能是脂肪浸润导致组织纤维化、慢性炎症以及免疫抑制微环境等，促进了PDAC的发生发展。本文旨在总结近年来胰腺脂肪浸润与PDAC关系的研究进展，为PDAC的预防和治疗提供新的策略。

PDAC是一种恶性程度极高的消化系统肿瘤，其预后差，患者的5年总体生存率仅为8%[1]。由于胰腺的解剖位置较深，PDAC的早期临床症状不明显，加之缺乏特异性的肿瘤标志物，患者被确诊时往往已处于中晚期。临床上仅有15%～20%的PDAC患者在确诊后能够进行手术治疗，即使进行了根治性手术，患者的5年生存率也<25%，并且极易复发[2-3]。1926年，Schaefer等首次提出了胰腺脂肪浸润的概念，随后Oslen的研究进一步发现胰腺脂肪含量和体重显著相关。2011年，Smits 和van Geenen[4]将胰腺脂肪浸润定义为由肥胖和代谢综合征引起的胰腺脂肪堆积。由于氧化应激和脂质过氧化，脂肪浸润的胰腺组织会发生炎症坏死和纤维化反应，导致胰腺功能减退，出现胰岛功能抵抗，甚至引发血糖异常以及糖尿病[5]。近年来，越来越多的研究表明，胰腺脂肪浸润在PDAC的发生发展过程中也起着重要作用。这些研究不仅有助于临床医师深入了解脂肪组织对PDAC发生发展的影响机制，同时也为PDAC的治疗策略提供了新的方向。本文就胰腺脂肪浸润在PDAC发生发展中的作用及可能机制做一综述。

一、胰腺脂肪浸润与PDAC关系的流行病学研究

近年来随着人民生活方式以及膳食结构的改变，肥胖人群日益增加。胰腺脂肪浸润作为与肥胖关系密切的一种疾病，引起人们越来越多的关注。Maggio等[6]对24名肥胖青少年和25名非肥胖青少年进行磁共振成像检查，发现肥胖组合并胰腺脂肪浸润的比例明显高于非肥胖组(P<0.001)。在动物实验中，Mathur等[7]分别取30只瘦素抵抗的肥胖组小鼠和30只体型瘦的对照组小鼠的胰腺组织，发现肥胖小鼠组的胰腺脂肪浸润程度要显著高于对照组。肥胖人群常伴随血脂异常和异位脂肪的堆积，例如骨骼肌、心脏、肝脏、胰腺等的脂肪堆积，并在这些器官中引起脂肪毒性[8-9]。脂肪组织被认为是慢性炎症状态中的活性内分泌器官，通过分泌促炎因子、生长因子及氧自由基等炎症递质，损伤胰腺细胞和细胞内DNA。同时有研究表明异位脂肪堆积会产生特定的脂肪细胞因子，能够诱导胰岛细胞的增殖，这些因素可能共同促进了PDAC的发生发展[10-11]。Genkinger等[12]进行了基于人群的队列研究，其结果表明肥胖使人群罹患PDAC的风险增加约50%，尤其是腹部肥胖的人群。上述研究说明肥胖与胰腺脂肪浸润及PDAC有着密切的联系。

Rebours等[13]对110例因神经内分泌肿瘤而接受胰腺手术的患者进行研究，探讨胰腺脂肪浸润与胰腺上皮内瘤变(pancreatic intraepithelial neoplasia，PanIN)的关系，其中72例(65%)PanIN患者中小叶外脂肪浸润39例(28%，P=0.0051)，小叶内脂肪浸润71例(51%，P<0.0001)，38例(35%)无PanIN患者中小叶外脂肪浸润13例(5%)，小叶内脂肪浸润13例(5%)。在单变量和多变量的分析模型中，胰腺脂肪浸润都是PanIN病变发生的主要危险因素，尤其是小叶内部的脂肪浸润(OR=17.86，95%CI4.935～88.12)。导管内乳头状黏液性肿瘤(intraductal papillary mucinous neoplasms，IPMNs)是PDAC的癌前病变，Kashiwagi等[14]通过CT测量，发现胰腺脂肪含量与IPMNs具有显著相关性。

Toyama等[15]和Makay等[16]的病理研究发现一些PDAC患者的胰腺实质中存在脂肪浸润。Hori等[17]对187例行胰十二指肠切除术的患者进行研究，其中PDAC组102例，对照组85例，通过分析其胰腺切片上脂肪细胞所占的区域大小来评估胰腺脂肪浸润的程度，结果发现PDAC组胰腺脂肪浸润的面积明显大于对照组(中位数26%比15%，P<0.001)，在调整了性别、年龄、体重指数、糖尿病史、PDAC家族史及其他干扰因素后，结果显示PDAC的发病风险随着胰腺脂肪浸润面积的增加呈上升趋势，其中脂肪浸润面积10%～20%的风险比为2.3(95%CI0.8～6.2)，脂肪浸润面积>20%的风险比为6.1(95%CI2.4～15.2)，同时研究还发现PDAC的分化类型和分期与胰腺脂肪浸润的程度无关。Fukuda等[18]对183例接受远端胰腺切除术的患者进行回顾性研究，结果表明胰腺CT密度测定的胰腺脂肪浸润与PDAC存在着独立相关性。

二、胰腺脂肪浸润促进PDAC发生发展的机制

研究证明，高脂肪饮食可以通过特定的脂肪细胞因子使胰腺组织出现分散且严重的脂肪浸润，进一步导致胰腺组织的炎症和纤维化，最终促进PanIN和PDAC的发生发展[19-20]。PDAC是一种以胰腺星状细胞(pancreatic stellate cells，PSCs)和其他细胞外基质成分大量浸润为特征的高度纤维化性肿瘤，且PSCs和其他细胞外基质成分能够直接促进癌细胞的生长及转移[21-22]。在PDAC的发展过程中，由于含有消化酶的腺泡细胞遭到破坏，组织周围浸润着多种类型的免疫细胞，肿瘤微环境中会发生强烈的炎症反应和纤维化，导致胰腺组织形态明显变化。近几年研究发现，胰腺脂肪浸润和PDAC肿瘤微环境之间也会发生复杂的相互作用，增加肿瘤微环境的炎症反应及纤维化，促进肿瘤的发展，同时阻碍了化疗药物的传递和疗效[23]。其具体机制如下。

1．纤维化反应：胰腺脂肪浸润中积累着许多功能失调的肥大脂肪细胞，这些细胞能够引起胰腺组织局部的炎症和纤维化反应[24]。在Incio等[23]的PDAC小鼠模型研究中，他们发现肥胖老鼠组内脏脂肪组织中的脂肪细胞变得又大又多，并且周围还发生许多与其相关的纤维化反应。同时他们在PDAC的肿瘤微环境当中发现，在富含脂肪细胞或靠近脂肪组织的肿瘤区域内，纤维化反应更为强烈。也有报道指出肿瘤微环境中的肥大脂肪细胞部分是由于肿瘤侵犯了周围白色脂肪组织所造成的[4,25]。纤维化反应的另外一个特点是细胞外基质胶原蛋白的产生，当脂肪细胞周围的胶原蛋白增多，说明胰腺脂肪浸润能加剧PDAC肿瘤微环境当中的纤维化反应。Incio等[23]利用二次谐波产生(second harmonic generation, SHG)图像，发现代表纤维性胶原的SHG信号在肥胖PDAC小鼠的肿瘤区域中明显加强，通过免疫荧光观察到胶原蛋白Ⅰ在上述区域中的表达也显著增加。另一种与纤维化反应相关的细胞外基质成分透明质酸在肥胖小鼠PDAC肿瘤区域中的水平也明显提高。研究同样发现PSCs的α平滑肌肌动蛋白的表达水平与肿瘤区域内胶原蛋白Ⅰ的表达水平密切相关。在肥胖小鼠组中，免疫荧光显示活化PSCs的α平滑肌肌动蛋白表达水平明显增加，且同样是在PDAC胰腺脂肪浸润的区域，与胶原蛋白Ⅰ表达相关的PSCs的比例增加了2～3倍。这些结论说明在肥胖患者中，PDAC可能采取了一种纤维化脂肪微环境的方法来达到侵袭邻近脂肪组织的目的。值得注意的是，在不同体重的小鼠模型中，胶原蛋白Ⅰ的表达水平和PDAC肿瘤面积的大小无关，这表明肥胖带来的肿瘤大小本身可能并不是观察到的肥胖小鼠胰腺组织纤维化的原因。

PDAC的化疗效果有赖于肿瘤组织内灌注血管的数量和效率，胰腺脂肪浸润引起的纤维化反应会减少血管灌注，阻碍化疗药物的传递和疗效，最终促进肿瘤的生长。在Incio等[23]的研究中，肥胖组小鼠的灌注血管占肿瘤面积的百分比从2.5%降到了0.75%，作者进一步测量了化疗药物5-氟尿嘧啶在肥胖组小鼠体内的吸收情况，与非肥胖对照组相比，肥胖显著降低了肿瘤对该药的吸收，降低了化疗效果。同时研究还发现血管紧张素Ⅱ1型受体(angiotension Ⅱ type 1 receptor, AT1)信号通路在纤维化反应中起了重要作用，肥胖加强了AT1的下游信号通路，例如p38、ERK、AKT及其靶蛋白pS6和4EBP1的激活，以及上调了AT1通路的几个目标基因，包括Col1a2、 Tgfβ1和基质金属蛋白酶基因[26-29]。该研究使用AT1受体抑制剂氯沙坦和AT1受体缺陷型小鼠模型进行研究，结果显示与非肥胖PDAC小鼠对照组相比，氯沙坦治疗和 AT1受体基因阻断能够降低肥胖小鼠的纤维化反应，具有直接的抗肿瘤作用，并且还能增强5-氟尿嘧啶对肿瘤的治疗效果。Chauhan等[26]的研究结果与上述结论一致，其研究发现氯沙坦能够通过抑制血小板反应蛋白-1，抑制下游TGF-β1的激活，进而降低PSCs相关胶原蛋白和透明质酸的生成。氯沙坦还能够通过抑制结缔组织生长因子的表达破坏肿瘤基质的稳定性，抑制内皮素-1的表达，减少成纤维细胞的活化，并降低PSCs的密度。氯沙坦通过这些机制最终达到抑制胰腺组织内纤维化反应的目的。研究还证实了PSCs同样表达AT2受体，但其具有抗纤维化作用，与AT1受体的促纤维化作用相反。

2．慢性炎症作用：Hori等[30]的研究发现高脂肪饮食引起脂肪细胞因子、炎症因子的增加，并上调与生长发育有关基因的表达，例如单核细胞趋化蛋白1、IL-1β、环氧化酶2(cyclooxygenase-2, COX-2)、胰岛素、胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1, IGF-1)和细胞周期蛋白D1等。Philip等[19]使用基因工程小鼠模型进行研究，发现高脂肪饮食使小鼠出现胰腺脂肪浸润，并增强其体内致癌基因K-ras的活性，增加COX-2的表达，以及活化下游的细胞外信号调节激酶，使小鼠出现严重的慢性胰腺炎和纤维化，进一步发展为PanIN和PDAC，且其PanIN病变是对照组的6倍。而在热量限制的对照组小鼠体内，研究发现血清IGF-1的水平降低，促炎基因表达下降，例如S100a9、F4/80、巨噬细胞趋化因子Ccl2。作者使用COX-2抑制剂塞来昔布或条件敲除小鼠COX-2基因，结果显示实验组小鼠体内的炎症反应、纤维化水平以及PanIN的发展程度都明显低于对照组。高脂肪饮食和肥胖导致胰腺脂肪浸润，脂肪细胞通过分泌各种脂肪因子、细胞因子和炎症因子，诱导胰腺组织出现慢性炎症状态，接着致癌基因Kras被激活，导致下游COX-2、Erk、NFκB 的表达增加，慢性炎症反应加重，逐渐出现慢性胰腺炎和PanIN，最终发展为PDAC[19,31]。其中高脂肪饮食和肥胖也可以通过IGF-1信号通路直接增强NFκB 的表达[32]。

3．免疫抑制微环境：功能失调的肥大脂肪细胞分泌了许多细胞因子，其中一些因子形成了可以促进纤维化反应的持续炎症状态，还有一些因子通过募集骨髓来源的免疫细胞形成免疫抑制微环境，例如IL-1β和IL-6[24,33-34]。Incio等[23]在肥胖PDAC小鼠模型中发现肿瘤微环境中浸润着大量骨髓来源的肿瘤相关性中性粒细胞(tumor-associated neutrophils，TAN)，其中大多数TAN的细胞表面标志为Gr-1+CD11b+Ly6G+，研究表明这是一种髓系免疫抑制性细胞，参与形成小鼠PDAC的免疫抑制微环境[33]。TAN主要分布在富含活化PSCs的区域，一般在PDAC的进展早期发挥作用，使用抗Ly6G的抗体来减少PDAC中的TAN，能够显著降低PSCs的数量、活化程度、AT1以及胶原蛋白的表达水平，并且可以提高PDAC中灌注血管的表面积和数量，抑制PDAC的发展。胰腺脂肪浸润能够增加细胞因子IL-1β的表达水平，并且能够诱导IL-6、TNF-α、 IL-12和CXCL1 的表达增加。对肥胖PDAC小鼠模型使用抗IL-1β抗体，发现对TAN、调节性T细胞以及平滑肌肌动蛋白的表达都起到了明显的抑制作用，并且升高了CD8+细胞毒性T细胞的水平，进而重组了免疫抑制微环境，抑制了PDAC的发展。研究还发现不仅脂肪细胞能够分泌IL-1β，70%的TAN自身也能够分泌IL-1β，这可能形成了一种自分泌机制，进而促进TAN的募集，加强胰腺组织的炎症和纤维化反应[23]。

4．其他机制：目前许多研究认为机械力作用引起的细胞改变在各种疾病中都发挥了重要作用。细胞内外力的平衡可以调节细胞的凋亡、增殖、黏附以及迁移，一旦这种平衡被打破，肿瘤就可能会发生。此外，肿瘤微环境中实体组织成分所形成的压力可能会压缩灌注血管，导致肿瘤化疗效果的下降。在胰腺脂肪浸润中，大量肥大的脂肪细胞、增多的PSCs、TAN以及组织微环境中的其他成分，共同形成了密度较高的细胞微环境，这可能会对周围组织施加额外的压力，甚至限制血管的灌注，促进胰腺组织的纤维化和炎症反应，导致PDAC的发生发展[35]。Incio等[23]使用氯沙坦治疗肥胖PDAC小鼠，发现可以降低细胞间的机械压力，并减少肥胖PDAC小鼠的肿瘤生长。这一结论可能为今后的临床治疗提供新的线索，即通过降低细胞外基质刚度使肿瘤细胞外基质正常化可能要比直接删除基质成分更有效、更安全。干细胞调控在胰腺脂肪浸润与PDAC的关系中也发挥着重要作用。成熟的白色脂肪组织作为人体中能够调控能量代谢的脂肪储备，可以通过分泌信号蛋白对营养和激素信号作出反应。有研究指出，白色脂肪组织具有组织再生和干细胞调节功能，这使脂肪细胞处于癌症发生发展多个方面的中心环节[36]。

综上所述，胰腺脂肪浸润和PDAC之间的关系密切。最新的研究进展为脂肪浸润促进PDAC的发生发展提供了一个可信的细胞和分子生物学解释，脂肪细胞通过各种机制与肿瘤微环境中的细胞发生相互作用，形成炎症和纤维化反应，促进PDAC的发展，阻碍了治疗。目前现有的PDAC治疗方法只能提供有限的生存益处。临床上迫切需要能够提高PDAC患者生存率的替代疗法。在不给宿主带来过多附带损害的前提下，系统靶向地治疗TAN、PSCs、IL-1β以及胰腺脂肪浸润是否可行?相信随着对胰腺脂肪浸润和PDAC关系的进一步深入研究，PDAC的治疗方法会不断地改进与提高，甚至出现全新的治疗方法。

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