胰腺星状细胞与胰腺癌前病变的关系及干预设想

夏时海

武警特色医学中心消化内科(消化疾病研究所)，天津市肝脏胰腺纤维化与分子诊疗重点实验室，天津 300162

【提要】 胰腺星状细胞(PSC)激活在正常胰腺-胰腺炎症-胰腺癌前病变-胰腺癌的进展过程中发挥重要作用，这是由PSC的生物学特性和功能异质性决定的。PSC通过分泌、自噬、能量代谢和微环境失衡等机制影响胰腺炎症和胰腺癌前病变，而抑制PSC激活、促进活化PSC状态改变及诱导PSC凋亡等可能是阻止胰腺炎症向胰腺癌前病变演化和进展的重要干预措施。

胰腺癌是恶性程度极高的消化系统实体肿瘤，其病死率在各种肿瘤性疾病中排第4位，预计到2030年将成为第二大癌症[1]。胰腺癌患者总体5年生存率仅为8.2%，死亡率几乎与发病率相当[2]。笔者所在课题组近年研究[3-4]发现胰腺星状细胞(pancreatic stellate cell,PSC)激活在正常胰腺-胰腺炎症-胰腺癌前病变-胰腺癌演进过程中发挥关键性作用，抑制PSC激活可能是阻止胰腺癌前病变发生和发展的重要途径。

一、PSC的生物学特性

1982年Watari等[5]首次报道了在小鼠的胰腺中发现了具有储存维生素A能力的细胞。Apte等[6]从大鼠胰腺组织中成功分离并培养出形态呈星形的细胞，该细胞分布在胰腺腺泡周围，占所有胰腺细胞的4%～7%。研究发现它们与肝星状细胞有相似的特性。1998年德国学者Bachem等[7]又成功地从人和大鼠的胰腺基质中分离出这种细胞，并命名为PSC。PSC在正常的胰腺组织中呈静止状态(quiescent PSC,qPSC)，其主要位于腺泡细胞基底外侧以及一些小胰管和血管周围[8]。Riopel等[9]研究发现qPSC通过保持腺泡细胞基底膜的完整性对胰腺功能起着重要的调节作用。整合素β1是连接腺泡细胞基底膜蛋白的主要受体之一，整合素β1缺失的小鼠胰腺中纤维连接蛋白(fibronectin，FN)、层黏连蛋白γ1和Ⅰ型胶原α2 mRNA表达明显降低，基底膜发生降解；PSC中整合素β1缺失会导致腺泡细胞中的酶原含量降低，导致腺泡功能丧失，可见qPSC对维持胰腺正常生理结构和外分泌功能均发挥重要的作用。

PSC激活是胰腺纤维化发生发展的关键环节。在病理因素(急慢性胰腺炎、胰腺肿瘤和自身免疫性胰腺炎等)刺激下，PSC成为活化状态(activated PSC,aPSC)，aPSC增殖活跃、趋化、集聚，合成和分泌大量的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)，使ECM生成增多，降解减少，两者失去平衡，致使过多的ECM沉积，从而导致胰腺纤维化的发生[10]。大量研究证实，PSC的激活主要受细胞因子、炎症递质和乙醇及其代谢产物的影响[11]。当胰腺损伤时，巨噬细胞、腺泡细胞以及血小板均被激活，可分泌细胞因子和炎症递质；aPSC也可通过自体分泌的方式释放细胞因子和炎症递质[12-13]。由此可见，当外源性刺激因子激活PSC后，其自体分泌作用将形成恶性循环，从而加快胰腺纤维化的进程。PSC激活所致的胰腺慢性纤维化是慢性胰腺炎和胰腺癌共同的病理进程，aPSC有望成为胰腺癌前病变和胰腺癌治疗的一个新靶标[14]。

目前认为aPSC有3种去向，即转化为静止状态、凋亡和衰老。McCarroll等[15]报道，维生素A或其代谢产物全反式维甲酸可促进aPSC转变为qPSC。维生素A或全反式维甲酸可以通过Wnt-β-catenin信号通路诱导PSC由活化状态恢复至静息状态，并可抑制PSC增殖，减少胰腺纤维化的发生和发展[16]。研究发现PSC可以通过CD95或CD95配体、肿瘤坏死因子相关诱导凋亡配体、外周苯二氮卓类受体或配体、整合素、p75或神经生长因子等途径和机制诱导PSC发生凋亡[17]。PSC发生凋亡可以延缓、阻止甚至逆转胰腺纤维化的进展，将为胰腺癌前病变和胰腺癌提供新的治疗途径。Fitzner等[18]研究发现，将PSC暴露于应激因子中长期培养，可诱发PSC衰老。衰老的PSC高表达Cdkn1a/p21、mdm2和IL-6，低表达α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)。PSC的衰老由多个独立的信号转导途径参与调节，在慢性胰腺炎中，细胞衰老作为一种新的机制参与终止PSC活化。最新研究发现，Cdkn1a通路可能有助于维持典型PSC衰老的基因表达谱[19]。

二、PSC的功能异质性

PSC激活后可转化为类似于肌成纤维细胞的激活态表型，增殖并主动迁移，分泌大量ECM，并作为胰腺疾病微环境的重要组分参与调控胰腺炎和胰腺癌的病程进展。PSC通过释放多种细胞因子及外泌体等直接促进肿瘤细胞的生长、转移和侵袭，并作用于内皮细胞，促进肿瘤组织的血管生成，还能调节免疫细胞功能,参与肿瘤免疫耐受,同时促进肿瘤间质成分增生、肿瘤耐药等，这些都是PSC功能异质性的表现[10-19]。Strobel等[20]发现从正常胰腺、胰腺癌和PDAC中分离的PSC来源于间充质干细胞(mesenchymal stell cells, MSCs)，由中胚层起源进化而来。Scarlett等[21]发现慢性胰腺炎和PDAC中一定比例的PSC来源于骨髓。另外一项涉及二丁基氯化物引发胰腺癌的研究[22]也表明了骨髓可能是PSC另一种潜在来源。还有研究[23]报道，趋化因子受体CCR2+单核细胞可通过核细胞趋化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)或CCR2途径迁移至胰腺并分化成PSC。以上这些研究均阐明了骨髓作为PSC来源的可能性。可见，PSC之所以具有异质性功能，可能是因为其一部分亚群细胞来源于骨髓造血细胞，而另一部分则来源于中胚层细胞。目前PSC的功能已不仅局限于间充质效应，PSC还可能作为一种不亚于胚胎干细胞的多向分化潜能的成人干细胞，通过分化成上皮细胞谱系从而协助受损组织再生[24]。

PSC细胞表面标志物的不同也显示其异质性，即不同的细胞亚群在正常胰腺-胰腺炎症-胰腺癌前病变-胰腺癌演化过程中发挥着不同的生物学功能。Mizutani等[25]发现了PSC表达的糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白Meflin是抑制PDAC进展的PSC的标志物。Meflin缺乏或低表达导致肿瘤进展,而在PSC中过表达Meflin则会抑制肿瘤的生长。胰腺肿瘤来源的IL-17b携带细胞外囊泡激活间质中的PSC并诱导IL-17b表达，PSC增加氧化磷酸化，同时减少线粒体周转；在体内共注射异种移植小鼠模型中，PSCs中IL-17b受体过表达加速肿瘤生长[26]。上述标志物的发现证明了PSC有着不同的细胞亚群，并具备着不同的生物学功能，这些生物学标志物未来可作为诊断和治疗胰腺癌新的靶点。

Tjomsland等[27]从不同PDAC患者中分离出不同的PSC群体，进而研究PSC条件培养基对胰腺癌细胞的影响。发现不同的PSC群体在分泌肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)的能力方面表现出广泛的变异。而相对于低水平分泌HGF的PSC，高水平分泌HGF的PSC对胰腺癌细胞的生存和增殖的促进作用更强。因此，HGF介导的肿瘤-基质相互作用可能是PSC产生功能异质性的成因。同时，Öhlund等[28]揭示了PSC的另一个有意义的亚群，在胰腺癌细胞-PSC共培养的2D和3D模型中，距离肿瘤细胞较远的PSC亚群分泌更少的α-SMA，但分泌更多的IL-6和其他炎症相关递质，证明了包括PSC在内的癌症相关成纤维细胞(cancer associated fibroblast,CAF)具有功能异质性。总的来说，PSC可以与胰腺实质细胞相互作用，并根据所处细胞微坏境的不同而具有功能学上的差异；对PSC在不同疾病背景下异质性表现的进一步研究有助于阐明胰腺实质细胞和间质细胞相互作用的具体机制，同时可以引导胰腺疾病精准化治疗的方向。

三、PSC与胰腺癌前病变的关系

2019年《世界卫生组织消化系统肿瘤分类》(第5版)[29-30]将胰腺肿瘤分为良性上皮性肿瘤及癌前病变、恶性上皮性肿瘤、胰腺神经内分泌肿瘤，其中PDAC主要的癌前病变包括胰腺上皮内瘤变(pancreatic intraepithelial neoplasia,PanIN)、胰腺导管内乳头状黏液性肿瘤(intraductal papillary mucinous neoplasia,IPMN)和胰腺黏液性囊性肿瘤(mucinous cystic neoplasia,MCN)。该分类将原有的3级PanIN重新划分为2级，即低级别PanIN(原1级、2级)和高级别PanIN(原3级)，后者是PDAC的主要癌前病变。该分类对IPMN强调以下几个特征：(1)必须是肉眼可见的病变，且直径>0.5 cm。当胰管上皮呈乳头状增生，但病变肉眼不可见，且直径<0.5 cm时，则需诊断为PanIN；(2)分为IPMN伴低级别异型增生和IPMN伴高级别异型增生两类；(3)以往认为IPMN包括胃型、肠型、嗜酸细胞型和胰胆管型4种形态学亚型，而新分类将嗜酸细胞型独立命名为导管内嗜酸细胞乳头状肿瘤，相当于原位癌；同时当肿瘤伴有浸润性癌成分时，将其称为导管内嗜酸细胞乳头状肿瘤伴相关浸润性癌。

大量研究表明，正常胰腺-胰腺炎症-胰腺癌前病变-胰腺癌演化过程是多因素、多步骤发展的结果。在这个过程中多种基因突变发挥重要的作用，例如KRAS癌基因突变激活(见于约90%患者)；抑癌基因CDKN2A、TP53、SMAD4和BRCA29失活；Hedgehog信号通路失调，尤其是与KRAS突变联合出现；p16功能丧失，导致细胞分裂周期调节障碍；胰腺上皮内瘤变进展的关键调节分子Notch2表达；广泛染色体丢失和基因扩增；端粒缩短等[31-32]。研究证明，PSC在以上事件中均发挥着重要作用，这是PSC的生物学特性和异质性决定的，PSC通过分泌、自噬、能量代谢和微环境失衡等机制，和微环境中的其他细胞如外分泌腺泡细胞、导管细胞和各种基质细胞包括巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、肥大细胞、脂肪细胞和内皮细胞等在炎症递质的介导下相互协作，参与胰腺炎症和胰腺癌前病变，甚至导致胰腺癌前病变发展为胰腺癌[33]。

2016年南京医科大学陆子鹏[34]的研究结果显示，胰腺癌前病变PanINs患者病灶中存在显著的纤维结缔组织反应和PSC激活，且与胰腺上皮内瘤变的级别呈正相关。病变的胰腺上皮细胞可能通过TGF-β、PDGF和Hedgehog通路促进PSC激活。笔者推测激活的PSC衍生大量的外泌体，包括细胞因子和炎症递质，与胰腺微环境相互协调作用，促进胰腺癌前病变向胰腺癌发生和进展。外泌体是由aPSC分泌的一种具有生物活性的囊泡，存在于血液、组织液以及尿液等体液中，介导细胞之间的物质交换、信号转导和信息交流，从而发挥生物学作用[35-37]。同时，外泌体影响肿瘤细胞的新陈代谢。基质中的PSC可促进胰腺上皮癌细胞的生长代谢，而胰腺上皮癌细胞亦可促进基质PSC的生长。qPSC和aPSC有明显的代谢差异，进而以满足生物能量以及代谢合成的要求。其中内质网应激参与PSC细胞表型转变过程，未折叠蛋白质反应在PSC线粒体应激反应中发挥主要的稳态作用。代谢应激诱导的PSC重编程参与调节肿瘤微环境中的相邻细胞。而在营养限制的条件下，PSC诱导的PDAC代谢变化也可促进肿瘤细胞增殖；PSC可以通过自噬分解代谢途径分泌的特异性丙氨酸来维持肿瘤细胞的能量代谢[38]。说明PSC分泌的外泌体可通过新陈代谢及能量代谢影响正常胰腺-胰腺炎症-胰腺癌前病变-胰腺癌过程的变化或进展。

四、干预 PSC与胰腺癌前病变关系的设想

PSC的激活在正常胰腺-胰腺炎症-胰腺癌前病变-胰腺癌演化过程中很可能起到启动、关键和核心作用，因此干预PSC激活应该是临床上阻止胰腺炎症向胰腺癌前病变发生和进展非常重要的环节或靶点。笔者提出了旨在干预PSC激活的一些设想，认为中医中药包括中药单体有巨大的潜力。

首要环节是抑制PSC激活。研究显示维生素 E、表儿茶素没食子酸-3-没食子、鞣花酸、异泽兰黄素和中草药丹参等主要通过抗氧化的作用抑制PSC的激活；维生素D、干扰素、姜黄素、PPAR-γ配体曲格列酮、1型血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂AngⅡ和IL-17抗体等主要通过抗炎、抗增殖和免疫调节的作用抑制PSC的激活。最新研究表明，葛根素显著抑制PSCs MAPK家族蛋白包括JNK1/2、ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化，无论是否受血小板激活因子刺激，均呈剂量依赖性，从而抑制PSC活化，表明葛根素可能是一种潜在的治疗CP的候选药物，而MAPK通路可能是其重要的靶点[39]。

Matsumoto等[40]研究报道了氯喹对PSC激活的抑制作用，其团队利用纳米颗粒靶向PSC的预处理方法，以聚乳酸-羟基乙酸纳米粒子为载体，分别负载吲哚菁绿(ICG)和氯喹，在原位异种移植小鼠模型中进行了研究。结果显示，纳米ICG选择性积累在胰腺肿瘤中，给药后持续7 d以上。此外，纳米ICG在腹膜转移区积累，但在肝脏、肾脏和正常胰腺组织中不积累。纳米氯喹降低了低氯喹剂量激活的PSC密度，与吉西他滨联合使用显著抑制了肿瘤进展，有效降低了PDAC肿瘤细胞的增殖活性，可能是一种有前景的新型预处理策略。Cui等[41]研究显示中药柴胡桂枝甘江汤可减轻CP大鼠胰腺损伤，减少胶原沉积，抑制胰腺PSC活化，认为柴胡桂枝甘江汤可能通过JNK/mTOR信号通路抑制PSC自噬，从而抑制胰腺纤维化和PSC活化。笔者所在研究团队证实，中药成分氧化苦参碱可抑制PSC从静止向激活的转化，通过减少胰腺组织内胶原的生成及α-SMA的表达抑制胰腺纤维化的发展[42-43]。在脂多糖诱导的胰腺微血管内皮细胞中，氧化苦参碱可明显抑制TLR4、MyD88或NF-kB p65通路和炎症因子IL-1β的表达，通过促进大鼠PSC的Gli2表达而发挥抗胰腺纤维化作用；氧化苦参碱通过TLR4/NF-κB 信号通路调节炎症模型中miR-211-5p 的表达，参与炎症反应[44-47]。

第二个环节是让aPSC转变为qPSC。qPSC富含维生素A脂滴，aPSC中脂滴消失，因此补充维生素A及其代谢物维甲酸能否使aPSC转变为qPSC日渐引起人们的关注。研究发现维甲酸能使小鼠胰腺炎中aPSC转变为qPSC，且改变细胞骨架蛋白和细胞因子等影响PSC增殖、形态变化和迁移[48]，其作用机制可能为抑制MPAK途径调节的PSC激活进程使其转变为静止状态[49]。同时研究还发现，维甲酸能使胰腺癌周围的癌细胞凋亡[50]，这可能为胰腺癌的治疗提供新的思路。IL-6与多种肿瘤细胞的致瘤作用、细胞增殖、迁移和药物耐受相关，CAF分泌大量的IL-6参与肿瘤上皮-间质细胞转化，增强癌细胞转移能力。维甲酸可通过抑制CAF分泌IL-6来抑制癌细胞迁移和上皮-间质细胞转化，进一步提示维甲酸可能成为临床治疗胰腺癌的新药。吉林大学孙丽等[51]通过对永生化人PSC系(HP-1细胞)和PSC生物学性状及蛋白组学分析，发现HP-1细胞具有激活PSC的特征性标志物，可应用于PSC介导胰腺纤维化发生的研究中。研究者进一步通过建立乙醇诱导HP-1细胞体外模型，证明全反式维甲酸可促进人aPSC转变为qPSC，通过下调TGF-β1-Smad 2或TGF-β1-Smad 3信号通路，抑制PSC介导的胶原合成和促进其降解。

第三个环节是促进aPSC凋亡。Ji等[52]研究发现慢性胰腺炎患者miR-15和miR-16显著下降，组蛋白脱乙酰基酶(histone deacetylase,HDAC)通过调控miR-15和miR-16的靶基因Bcl-2和Smad5水平，促进PSC凋亡和抑制纤维生成。Qin等[53]将骨髓MSCs转染NF-κBα基因突变体形成IkBαM-MSCs后注射到CP小鼠体内，发现可促进aPSC凋亡，Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白和纤维黏连蛋白表达降低。此外，由胰腺腺泡细胞分泌的胰腺再生蛋白(pancreas regeneration protein, reg)近年逐渐受到关注。Li等[54]报道reg在促胰岛β细胞再生的同时，抑制了PSC的活性，使PSC增殖和迁移等生物学行为受限，从而使病变局部PSC的数目减少，且reg可降低基质金属蛋白酶抑制剂-1(tissue inhibitor of metalloproteinases-1，TIMP-1)和TIMP-2的合成和分泌，促进ECM的降解，在胰腺修复再生过程中发挥作用，提示胰腺损伤时，腺泡细胞大量分泌reg可能是一种自我保护机制。Estaras等[55]研究松果体的产物褪黑激素对缺氧条件下PSC的作用及可能机制，发现褪黑激素能诱导PSC活力下降，降低细胞周期素A和D的表达。在褪黑激素处理的细胞中α-SMA含量及TIMP 2、TIMP 3、TIMP 9、TIMP 13的表达下降，提示褪黑素通过调节细胞周期，促进PSC凋亡来减少缺氧条件下PSC的增殖，褪黑素可能成为一种治疗胰腺纤维化的潜在药物。

综上所述，PSC激活在正常胰腺-胰腺炎症-胰腺癌前病变-胰腺癌演化过程中发挥重要作用，尤其是胰腺炎症向胰腺癌前病变演进过程中可能发挥着核心作用，这是由PSC的生物学特性和异质性决定的。PSC通过分泌、自噬、能量代谢和微环境失衡等机制影响胰腺炎症和胰腺癌前病变，而抑制PSC激活，促进aPSC转变为qPSC和诱导aPSC凋亡等可能是阻止胰腺炎症向胰腺癌前病变演进和胰腺癌前病变向胰腺癌进展的重要干预措施。但PSC激活和衍生本身就是一个复杂的过程，胰腺癌也是多因素、多步骤进展的结果，其具体机制尚不完全清楚，仍需进一步深入研究，任重道远。

利益冲突作者声明无利益冲突