潘氏细胞及其与急性胰腺炎关系的研究进展

伏 扬 曾 悦

急性胰腺炎(AP)患者常伴有肠黏膜屏障功能障碍，小肠细菌移位会加重全身炎性反应。AP患者的肠黏膜屏障功能障碍被认为与肠黏膜的缺血-再灌注损伤、严重的氧化应激及细胞凋亡有关。潘氏细胞可分泌多种抗菌肽构成先天免疫的一部分，小肠隐窝中高水平的抗菌肽可抵御病原体入侵。研究发现，潘氏细胞损伤可能在AP全身炎性反应的进展中起着重要作用。本文就潘氏细胞及其与AP关系的研究进展作一综述，以期为AP的治疗拓展思路。

1 潘氏细胞概述

1.1 潘氏细胞的形态

1872年Schwalbel首次描述了存在于利氏肠腺隐窝底部的细胞的形态学特征。约16年后，Paneth用光学显微镜重新观察了这些细胞，并以其名字命名。潘氏细胞呈截短的锥体形状，顶端有刷状缘(即微绒毛)突出到隐窝腔中，位于基底的细胞核形状不规则，核仁发育良好，其特征是位于细胞顶端丰富的嗜酸性颗粒。由于潘氏细胞具有广泛的内质网和发育良好的高尔基体，故其具有强大的分泌蛋白质的功能，分泌的物质包括α-防御素、溶菌酶、磷脂酶A2和C型凝集素等，其中以α-防御素最为丰富。

1.2 潘氏细胞的产生

潘氏细胞、杯状细胞、肠上皮细胞和肠道内分泌细胞由隐窝中的肠道干细胞群不断分化而来。谱系追踪研究已证明，位于小肠隐窝底部的富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体(LGR5)的细胞是可分化为小肠上皮所有类型细胞(包括潘氏细胞)的干细胞。小肠上皮细胞的寿命较短(3～5 d)，而潘氏细胞的寿命则较长(约30 d)。研究表明Wnt信号通路对于维持肠上皮细胞快速更新非常重要。Wnt信号蛋白激活该通路后，β-连环蛋白(β-catenin)累积并转移至细胞核，与T细胞因子4(TCF4)结合形成复合物来介导关键靶基因的转录激活。Wnt信号通路不仅对维持肠道干细胞的功能、控制上皮细胞沿隐窝-绒毛轴的迁移和定位、引导分泌性细胞谱系的早期发展十分关键，而且指导着潘氏细胞的终末分化[1-2]。Wnt信号通路激动剂R-Spondin-1可刺激肠道干细胞分化为潘氏细胞，促进潘氏细胞分泌α-防御素[3]。

Wnt信号通路激活的TCF4靶基因包括一些在潘氏细胞发生过程中起重要作用的基因，如SOX9、EPHB2和EPHB3等。Bastide等[4]对肠上皮特异性敲除SOX9基因的小鼠的小肠隐窝细胞进行形态学鉴定和溶菌酶染色，结果表明几乎所有的隐窝都没有潘氏细胞，证明SOX9基因是潘氏细胞分化所必需的。此外，细胞受体酪氨酸激酶EphB2和EphB3对潘氏细胞在隐窝中的定位起着重要作用，缺乏EphB3的小鼠中，潘氏细胞散布在整个隐窝和绒毛基底部[5]。除此以外，在缺少FZD5(一种在潘氏细胞中表达的Wnt配体受体)的情况下，未成熟的潘氏细胞会出现定位异常[6]。

潘氏细胞分化过程对Wnt信号通路的依赖性可被其他信号通路(如Notch信号通路)降低。隐窝底部柱状细胞表达Notch受体，同时潘氏细胞表达相应配体[7]。对Math1基因敲除鼠和GFI1基因敲除鼠的研究表明，分泌性肠上皮细胞的分化依赖于两条Notch信号通路的下游靶基因Math1和GFI1[8]。另有研究采用苯二氮卓(DBZ)抑制野生型B6小鼠的γ-分泌酶来抑制Notch信号通路，发现全小肠隐窝中分泌性细胞的分化显著增多，小肠隐窝布满原位潘氏细胞和转分化细胞，这些转分化细胞兼具潘氏细胞和分泌黏液细胞的形态学特征[9]。

2 潘氏细胞抗菌肽的分泌与功能

2.1 抗菌肽的分泌

潘氏细胞抗菌肽(AMP)的生物学功能在一定程度上与受到调控的分泌颗粒有关。颗粒的释放是对各种刺激的反应，包括胆碱能激动剂、革兰阳性菌和革兰阴性菌，以及各种细菌产物(脂多糖和脂磷壁酸)，但不包括真菌和原生动物产物。由于小肠内含有丰富的细菌及其产物，因此潘氏细胞可能以基线速率持续分泌颗粒。

潘氏细胞对细菌入侵的反应是通过一种基于自噬的替代性分泌系统释放溶菌酶，称为分泌性自噬，其可由细胞内在机制触发，沙门氏菌引起内质网应激导致DDIT3/CHOP表达和eIF2AK3/PERK磷酸化，从而磷酸化eIF2A/eIF2，最终溶菌酶被包装成微管相关蛋白轻链3(LC3)标记的双膜颗粒分泌到肠腔；此外，分泌性自噬也可由细胞外在机制触发，细菌被树突状细胞(DC)通过Toll样受体(TLR)识别，随后MYD88信号激活3型天然淋巴细胞(ILC3)，ILC3可分泌IL-22并作用于潘氏细胞，使其通过分泌性自噬分泌溶菌酶[10]。

细菌性和药物性激动剂所引起的颗粒分泌伴随着细胞质Ca2+水平升高，由KCNN4编码的钙激活钾通道KCa3.1维持该分泌功能的Ca2+通量[11]。由于颗粒分泌可直接影响小肠腔内AMP的数量和水平，因此对于颗粒分泌的调节最终也会影响潘氏细胞的功能。

2.2 AMP的生物学功能

AMP是免疫系统的重要组成成分，在宿主防御中起着不可或缺的作用。不同于传统的抗生素(如青霉素等微生物的次级代谢产物)，由基因编码并由核糖体合成是AMP的主要特征。潘氏细胞是肠道中分泌AMP的主要细胞。

哺乳动物中，防御素是一类重要的AMP，根据半胱氨酸残基的排序可分为α-防御素和β-防御素两种，两者对革兰阴性菌和革兰阳性菌均有杀菌活性。大鼠和人类的潘氏细胞、中性粒细胞及多种上皮细胞均表达防御素；而在小鼠中，防御素仅在潘氏细胞表达，故又称为隐窝素，其前体被潘氏细胞所表达的基质金属蛋白酶7(MMP7)等蛋白酶切割成为成熟的活性肽[12]。人类潘氏细胞中只表达两种α-防御素HD5和HD6，并且两者在肠道中差异降解为不同的活性抗菌片段[13]。HD51-9是极具活性的AMP，其对所有被测试的细菌都有抗菌活性；而HD6的功能与HD5存在显著差异，其被描述为由纳米网形成的防御素，这种网状结构可作为黏膜防御的一部分，在宿主抵抗细菌渗透黏液层的过程中起着关键作用[13]。给予小鼠人重组HD5灌胃可减轻乙醇和结肠炎引起的小鼠营养不良和黏膜炎性反应，保护小肠和结肠的上皮完整性，并可防止内毒素移位[14]。2020年的一项研究构建了表达重组HD5的乳酸乳球菌，给予葡萄糖硫酸钠诱导的结肠炎模型小鼠该益生菌灌胃，结果显示其可减轻结肠损伤，并可降低炎性细胞因子水平和中性粒细胞浸润程度[15]。防御素还具有其他活性，如HBD1和HBD2对表达趋化因子受体CCR6的细胞(如DC)具有吸引作用[16]。

溶菌酶在潘氏细胞中高表达，其还大量存在于器官的表面液体及巨噬细胞和中性粒细胞中。溶菌酶是一种可特异性水解肽聚糖的糖苷酶，故表现出对革兰阴性菌和革兰阳性菌的杀菌活性。给予小鼠溶菌酶每日灌胃可防止内脏超敏反应期间大肠杆菌的扩增[17]。然而，一些共生菌(如双歧杆菌)已发展出对溶菌酶的抵抗性，提示病原菌可能也会发展出类似的抵抗性[18]。ⅡA分泌型磷脂酶A2(sPLA2-ⅡA)在潘氏细胞中同样为组成性表达，并表现出对革兰阳性菌和革兰阴性菌的杀菌活性。C型凝集素是一组能与糖类结合的蛋白质，具有糖类识别结构域。人类潘氏细胞中的主要凝集素是REG3α，其小鼠同源物是REG3γ，两者均能与肽聚糖结合，表现出对革兰阳性菌的杀菌作用。

3 潘氏细胞与AP

3.1 AP引起肠黏膜屏障功能损伤

与结肠不同，小肠上皮被一层相对多孔的黏液层覆盖，黏液层松散地附着在肠上皮细胞表面[19]。α-防御素和其他AMP在黏液中富集以增强黏膜屏障功能[20]。AMP和黏液的组合使得肠腔内细菌难以直接作用于肠上皮细胞。此外，由于分泌AMP的潘氏细胞主要位于隐窝基底部，故隐窝腔内的AMP水平较高。因此，黏液AMP屏障可保护肠道干细胞免受细菌侵袭。

AP是常见的需住院治疗的消化系统疾病，任何原因引起的胰腺腺泡内胰蛋白酶和其他蛋白水解酶的异常激活都会引发AP，导致胰腺腺泡损伤、促炎介质和细胞因子释放，以及微循环损伤[21]。研究表明微循环损伤和低血容量可导致肠黏膜缺血-再灌注损伤，继而导致肠黏膜屏障完整性丧失和肠道菌群移位，从而引发继发性感染、系统性炎症反应综合征(SIRS)、多器官功能障碍综合征(MODS)和多器官功能衰竭(MOF)。因此，肠黏膜屏障功能障碍是导致AP并发症发生的主要因素，了解AP时肠黏膜屏障功能障碍的发生机制对于制定有效的预防和治疗策略具有重要意义。

在动物模型中，急性坏死性胰腺炎(ANP)可引起小肠细菌过度增殖，其中十二指肠的细菌过度增殖与肠道菌群移位及胰腺感染有关[22]。诱导大鼠发生ANP后，其肠道促炎因子的释放增加，远端回肠AMP的分泌减少，这些由潘氏细胞合成分泌的AMP有助于维持肠道菌群的稳态和肠黏膜屏障功能[23-24]。敲除小鼠胰腺腺泡细胞钙通道蛋白Orai1可减少Cathelicidin相关AMP的分泌，导致小肠和结肠细菌定植增多，肠道通透性增高，细菌移位增多，导致感染率和小鼠死亡率升高；使用抗生素、短链游离脂肪酸和合成的Cathelicidin相关AMP可降低腺泡细胞Orai1敲除鼠的死亡率[25]。在雨蛙肽和脂多糖诱导的重症急性胰腺炎(SAP)模型小鼠中，高迁移率族蛋白1(HMGB1)的表达明显升高，阻断HMGB1对肠黏膜屏障功能起到了保护作用，可降低血清中炎性因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)水平，用抗HMGB1抗体阻断HMGB1可能是改善SAP时肠黏膜屏障功能障碍的有效治疗策略[26]。

3.2 潘氏细胞在AP中的变化

AP引起的肠黏膜屏障功能损伤和肠道菌群移位越来越受到学者们的关注，潘氏细胞作为组成肠黏膜屏障的重要环节，其损伤或缺陷已被证明在多种疾病发生中起着关键作用，如克罗恩病(CD)、溃疡性结肠炎(UC)、放射性肠病、坏死性小肠结肠炎(NEC)和移植物抗宿主反应(GVHR)等。研究表明潘氏细胞损伤可能是促进AP进展及全身感染的重要因素。Chen等[24]的研究显示，与假手术组相比，ANP组大鼠胰腺和回肠末端组织的病理损伤及肠黏膜屏障损伤更严重，血浆和回肠末端组织中的TNF-α、IL-1β和IL-17A表达升高，潘氏细胞分泌的AMP减少。另有研究发现高三酰甘油血症(HTG)相关的ANP大鼠的肠黏膜屏障损伤更严重，肠道通透性增高，肠道炎性反应更严重，且大鼠肠道菌群改变，潘氏细胞分泌的AMP减少，提示HTG可能通过改变肠道微生物群的结构和多样性，以及潘氏细胞的AMP分泌加重肠道损伤，导致ANP病情加重[27]。

双硫腙是一种可以选择性消融潘氏细胞的金属螯合剂，其逐渐被学者们用于各种研究。Zhang等[28]的研究联合应用双硫腙和肺炎克雷伯氏菌诱导出类似于人类NEC的肠道损伤小鼠模型。Liu等[29]的研究显示，ANP大鼠的潘氏细胞数量减少，分泌功能减弱，小肠损伤加重，菌群移位增多；与ANP组相比，注射了双硫腙的ANP大鼠的胰腺和回肠末端组织病理损伤更严重，回肠组织中炎性因子表达升高，肠道通透性增高，感染率升高，生存率降低，表明潘氏细胞被破坏可能在ANP肠黏膜屏障功能障碍的发展中起着重要作用；此外，该研究还测定了BIP和ATF6的蛋白表达水平，指出ANP时内质网应激可能参与了肠黏膜屏障功能障碍的发生机制，并与潘氏细胞缺失有关。Guo等[30]的研究发现，潘氏细胞耗竭改变了ANP大鼠的肠道微生物群组成，并降低了肠道微生物的多样性。肠道微生物多样性变化与ANP病情加重的关联，以及模型小鼠中上述指标的变化，还需更多的相关研究来证实。

4 总结与展望

潘氏细胞在肠道干细胞功能的维持、肠道微生物组成和宿主防御中起着重要的作用。目前的研究表明潘氏细胞分泌AMP的功能受损和肠道菌群紊乱可能是ANP时发生肠黏膜屏障损伤的原因之一。补充潘氏细胞产物使其功能恢复是潘氏细胞相关研究的常用方法，今后可给予AP小鼠口服或灌胃AMP来探究潘氏细胞功能恢复对AP的可能的保护作用，为临床上治疗AP时的肠道功能紊乱提供新思路，具体分子机制有待应用基因敲除鼠和肠道类器官技术进一步研究阐明。