黃邦偉,王鵬源,胡良皞

黃邦偉,王鵬源,胡良皞,海軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市 200433

王鵬源,聯(lián)勤保障部隊第九八一醫(yī)院消化內(nèi)科 河北省承德市 067000

0 引言

慢性胰腺炎(chronic pancreatitis,CP)是胰腺進行性、不可逆的纖維炎性綜合征,最終導致胰腺內(nèi)外功能損傷.在中國、印度和日本,CP患病率約為36-125/10萬人,目前全球CP患者預計超過700萬人,并且呈逐年上升趨勢[1].CP的主要病理特征包括腺泡細胞萎縮、炎性細胞浸潤、胰腺纖維化等,其中細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)蛋白沉積引起的進行性胰腺纖維化是CP的特征性病理變化[2].

在肝臟纖維化發(fā)生的過程中,活化的肝臟星狀細胞(hepatic stellate cells,HSCs)是肌成纖維細胞的主要來源.與肝臟類似,胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cell,PSC)活化是參與CP胰腺纖維化的重要事件,在纖維化發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色[3].在PSC活化參與胰腺纖維化及CP發(fā)生、發(fā)展過程中,多種信號通路[如轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)、JAK-STAT、Wnt、Hedgehog等]、轉(zhuǎn)錄因子參與了PSC的活化及纖維化進程.本文就PSC活化參與CP胰腺纖維化的TGF-β信號通路和轉(zhuǎn)錄因子進行述評,并針對靶向TGF-β治療CP的研究進展進行分析.

1 PSC活化在CP胰腺纖維化中扮演重要角色

纖維化是器官實質(zhì)細胞壞死和ECM過度沉積,導致結締組織增生,甚至產(chǎn)生器官硬化的病理過程,如肝硬化、心肌纖維化以及胰腺纖維化等,通常是組織損傷的終末階段.器官纖維化導致的死亡占工業(yè)化世界死亡率的45%[4].組織纖維化通常伴隨著成纖維細胞增殖和活化,成纖維細胞是高度動態(tài)的細胞,纖維化進程中成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化,在組織修復和纖維化中起核心作用.

胰腺纖維化是CP最具特征性的病理表現(xiàn),PSC作為成纖維細胞在CP胰腺纖維化中扮演重要角色.在正常胰腺組織中,PSC處于靜止狀態(tài),分布于腺泡周圍和小葉間隙,可能與維持腺泡細胞的正常結構和功能有關[5].然而在胰腺損傷過程中,各種刺激因子可激活PSC并向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化,肌成纖維細胞高表達α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA),并分泌大量ECM,包括Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白、纖連蛋白等,過量的ECM沉積在損傷的胰腺組織中,從而出現(xiàn)胰腺纖維化,影響胰腺組織的正常功能[6].活化的PSC表現(xiàn)出很強的增殖和遷移能力,通過影響能量代謝、細胞死亡和氧化應激等途徑參與胰腺纖維化[7],研究證明TGF-β為代表的多種信號通路參與這一過程.

2 TGF-β及其介導的經(jīng)典Smad信號通路在胰腺纖維化調(diào)控中發(fā)揮重要作用

2.1 TGF-β1是最強的促纖維化細胞因子 TGF-β是一種具有多種功能的細胞因子,發(fā)揮多種生物學功能,包括調(diào)控細胞增殖和分化、細胞凋亡、免疫反應、組織修復等過程[8].TGF-β由細胞內(nèi)具備激酶結構域的TβR Ⅱ受體識別,該結構域招募并磷酸化TβR Ⅰ受體,從而使TβR Ⅱ和TβR I形成復合物.此外,TGF-β1還是最強的促纖維化細胞因子之一,通過自分泌或旁分泌的方式調(diào)控成纖維細胞的活[9].TGF-β1和PSC之間構成一個自分泌刺激環(huán)路.活化的PSC可產(chǎn)生TGF-β1,與PSC受體結合后可啟動其下游信號傳導,加速PSC的激活,因此TGF-β1也被稱為PSC的激活劑.除此之外,損傷的腺泡細胞也是TGF-β1的重要來源.在萎縮的腺泡細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)TGF-β1表達明顯升高,損傷的腺泡細胞可通過旁分泌TGF-β1的形式介導PSC的活化[10].總之,TGF-β通過旁分泌和自分泌的方式促進PSC活化和ECM的沉積,在胰腺纖維化的發(fā)生發(fā)展中起著至關重要的作用.

2.2 TGF-β介導的纖維化信號通路分為經(jīng)典的Smad信號通路和非Smad信號通路

2.2.1 經(jīng)典的TGF-β/Smad信號通路:經(jīng)典的TGF-β/Smad信號通路在器官纖維化中起重要作用[11]:其中Smad是TGF-β信號通路中的關鍵轉(zhuǎn)錄因子[12].不同的Smad轉(zhuǎn)錄因子可能發(fā)揮不同的作用.活化的TβR I可磷酸化Smad2和/或Smad3蛋白,并與Smad4結合形成異三聚體復合物.Smad2/3/4復合物作為轉(zhuǎn)錄因子進入細胞核中,促進纖維化相關基因的表達[13].而Smad7是TGF-β介導的胰腺纖維化的負性調(diào)控因子,Smad7在胰腺中的過表達能夠顯著抑制雨蛙素誘導的胰腺纖維化[14].

Smad能直接調(diào)控PSC的活化促進胰腺纖維化.有研究發(fā)現(xiàn)Smad6在CP小鼠胰腺組織中明顯增加,在新鮮分離的PSC中過表達Smad6和Smad7可顯著降低α-SMA、Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的mRNA水平[15].白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)在活化的PSC和CP組織中增加,而研究報道IL-6是通過上調(diào)TGF-β1/Smad2/3途徑來促進PSC的活化[16].TGF-β1/Smad通路還與PSC的增殖和遷移相關.過表達半乳糖凝集素(galectin-1)通過促進TGF-β1/Smad通路來降低基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases1,MMP)/基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(matrix metalloproteinases tissue inhibitors,TIMP)的比例,從而促進PSC的增殖和遷移[17].

2.2.2 非Smad通路:非Smad通路包括絲裂活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)信號通路、Janus激酶信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子(janus activating kinase/signal transducer and activator of transcription,JAK/STAT)等信號通路.非Smad信號通路與Smad信號通路共同促進胰腺纖維化的發(fā)生.

MAPK家族的三種激酶(JNK1/2、ERK1/2和p38)與CP胰腺纖維化關系密切[18].在活化的PSC中加入ERK抑制劑,可顯著降低PSC中炎癥趨化因子受體和α-SMA的表達.JNK在TGF-β等細胞因子作用下,被MAPK磷酸化后激活.研究報道中藥復方柴胡桂枝干姜湯通過促進JNK 磷酸化,并激活JNK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路抑制PSC自噬從而抑制PSC的活化并緩解胰腺纖維化.此外,p38是一種應激活化蛋白激酶,可被多種細胞因子激活,參與細胞凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等過程.應用p38特異性抑制劑處理新鮮分離的小鼠PSC后,可顯著降低PSC中α-SMA和Ⅰ型膠原的水平[19].由此可見TGF-β信號通路通過經(jīng)典的TGF-β/Smad信號通路和非Smad信號通路在CP胰腺纖維化中發(fā)揮著至關重要的作用.

2.3 靶向TGF-β及其相關信號通路治療CP胰腺纖維化的策略 進入21世紀,精準醫(yī)學得到了長足的發(fā)展,其中靶向治療是最有前途的一種治療方式.大量證據(jù)表明,靶向TGF-β及其相關信號通路具有治療纖維化的潛力.目前TGF-β靶向藥物主要分為中和抗體、小分子TGF-β抑制劑、生物制藥、siRNA等[20].

如上所述,TGF-β信號通路的異常激活在CP纖維化發(fā)揮著重要作用,因此靶向TGF-β及其下游通路有望在未來開發(fā)出治療CP胰腺纖維化的藥物.SB-431542是一種抑制TGF-βRI磷酸化的化合物,SB431542可顯著下調(diào)血清淀粉酶、IL-6和TGF-β水平,并可減弱雨蛙素誘導的急性胰腺炎小鼠模型胰腺組織病理改變,表明SB431542對急性胰腺炎具有保護作用.急性胰腺炎反復發(fā)作可進展為CP,因此SB431542對CP胰腺纖維化是否也具有保護作用值得進一步研究.Galunisertib(LY2157299)和SD-093是一種可特異性下調(diào)Smad2/3磷酸化程度的TGF-βRI激酶抑制劑,能顯著抑制胰腺癌細胞的活性和侵襲能力[21,22].然而這種靶向TGFβRI激活的藥物并沒有在CP纖維化中進行研究.但是,抑制TGF-β下游信號傳導來緩解CP胰腺纖維化是一種可行的策略.

由于TGF-β可調(diào)節(jié)多種信號通路以及胰腺纖維化的復雜性,靶向TGF-β及下游分子的策略在纖維化患者中的應用具有挑戰(zhàn)性.一些天然產(chǎn)物,如大黃素和綠茶多酚,可降低CP動物模型中TGF-β的水平,能夠有效緩解CP纖維化水平.天然化合物有望在未來成為緩解CP胰腺纖維化的新型藥物之一[23].另外,生物制藥產(chǎn)品擁有藥代清晰、非靶效應少的優(yōu)勢,小RNA藥物能夠靶向一些難以成藥的靶點,在胰腺纖維化藥物研發(fā)中也有廣闊的前景.但我們需要認清的是,目前胰腺纖維化研究遠沒有其他纖維化疾病,如肝臟纖維化、心肌纖維化等廣泛且深入,也沒有針對明確靶點的相關藥物進行臨床研究,與患者的需求還存在很大的差距.

3 其他轉(zhuǎn)錄因子與胰腺纖維化

3.1 缺氧誘導因子-1α 缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是一種異二聚體轉(zhuǎn)錄因子,在細胞和組織應對缺氧環(huán)境下的適應性反應中起關鍵作用,由HIF α亞基和HIF-β亞基組成.在哺乳動物中,HIF-α亞基具有三種亞型(HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α).HIF-1α是細胞適應缺氧環(huán)境中的關鍵轉(zhuǎn)錄因子,對維持哺乳動物細胞適應缺氧狀態(tài)尤為重要.由于胰腺纖維化導致致密纖維結締組織的形成和血管重塑,胰腺微環(huán)境處于缺血缺氧狀態(tài),因此HIF在CP胰腺纖維化中也發(fā)揮出獨特的作用.最新研究發(fā)現(xiàn)HIF-1α和HIF-2α在CP組織中升高,HIF-1α和HIF-2α可以在缺氧條件下促進腺泡細胞的鞘氨醇激酶1表達,進而通過調(diào)節(jié)鞘氨醇激酶1受體/AMPK/mTOR通路促進PSC的活化,促進胰腺纖維化[24].

3.2 核因子κB 核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是一種以二聚體形式存在的核轉(zhuǎn)錄因子,在炎癥和免疫應答中發(fā)揮著重要作用[25].NF-κB信號通路是由細胞外的刺激引起的,常見的炎癥因子(包括TGF-β和腫瘤壞死因子-α等)都可以激活NF-κB.這些細胞外因子與細胞膜上的受體結合后活化IκB激酶(IκB,kinase,IKK).IKK可將細胞內(nèi)的NF-κB/IκB復合物上的IκB亞基磷酸化,進而使IκB亞基泛素化修飾,使IκB被降解,從而釋放NF-κB轉(zhuǎn)錄因子.NF-κB可進入核內(nèi),調(diào)節(jié)炎癥相關基因的轉(zhuǎn)錄.p65是NF-κB異二聚體的主要形式,p65含有一個Rel同源結構域,負責與DNA結合[26].

在CP胰腺纖維化中,NF-κB信號通路也起著重要作用.Huang等[27]發(fā)現(xiàn)小鼠腺泡細胞中NF-κB信號通路的激活與急性胰腺炎的嚴重程度相關,長期激活可導致胰腺纖維化.該研究報道CP小鼠和活化的PSC中NF-κB水平升高,使用NF-κB抑制劑雷公藤甲素抑制NF-κB信號通路可抑制PSC的活化[27].另一項研究發(fā)現(xiàn)P65 siRNA抑制NF-κB表達后,PSC活化水平顯著降低,并且TGF-β1對MMP1的抑制作用減弱,而TIMP1的升高被抑制.這些結果表明,NF-κB激活可導致PSC中MMP-1和TIMP-1表達失衡,進而導致ECM沉積及胰腺纖維化[28].

3.3 Bmal1 Bmal1(brain and muscle ARNT-like-1)是生物鐘相關基因轉(zhuǎn)錄的核心轉(zhuǎn)錄因子,能夠與晝夜自發(fā)輸出周期蛋白(circadian locomoter output cycles kaput,CLOCK)形成異二聚體.胰腺生物鐘在CP病程中發(fā)揮關鍵作用,而Bmall1是促進胰腺纖維化的關鍵轉(zhuǎn)錄因子.在Bmal1基因敲除的小鼠中胰腺纖維化加重,研究證實腺泡Bmal1缺失不直接影響腺泡細胞,而是通過促進PSC活化加重胰腺纖維化.進一步發(fā)現(xiàn)Bmal1蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子,可與人類和小鼠基因組的E鈣粘著蛋白/上皮性鈣黏附蛋白(E-cadherin,E-cad)啟動子中兩個E-box序列結合[29].

3.4 轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1 轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1(activator protein-1,AP-1)作為啟動基因轉(zhuǎn)錄的分子開關,參與增殖、分化、凋亡、轉(zhuǎn)化等多種細胞過程[30],是纖維化信號通路的重要下游轉(zhuǎn)錄因子,在心臟、肺、肝纖維化發(fā)展中發(fā)揮重要作用[31].纖維調(diào)素(fibromodulin,FMOD)對纖維化疾病具有重要意義,FMOD表達上調(diào)可促進HSC活化、增殖、遷移,從而誘導肝纖維化的發(fā)生[32].另外AP-1也是胰腺纖維化的重要調(diào)節(jié)因子,而FMOD在CP胰腺組織中表達升高.An等[33]的研究首次揭示了AP-1和FMOD在胰腺纖維化中的重要作用,過表達AP-1可以上調(diào)FMOD蛋白表達.AP-1可以通過結合FMOD啟動子促進其轉(zhuǎn)錄來激活PSC,促進PSC增殖和遷移,以及胰腺纖維化的發(fā)展.

3.5 核因子E2相關因子2 核因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)是一種調(diào)節(jié)氧化應激的轉(zhuǎn)錄因子,是調(diào)控機體發(fā)揮抗氧化反應的重要防御因子.Kelch樣ECH-輔助蛋白-1(kelch-like ECH-assiotiated protein-1,Keap1)是介導Nrf2轉(zhuǎn)移與降解的重要蛋白.在氧化應激條件下,Keap1與Nrf2結合從而發(fā)生構象改變,Nrf2磷酸化后和Keap1解離,異位到細胞核,進而與抗氧化反應的基因結合,從而發(fā)揮抗氧化作用[34].氧化應激介導PSC活化,并在胰腺纖維化中發(fā)揮重要作用,研究發(fā)現(xiàn)Nrf2激動劑可抑制PSC的激活[35].同樣Nrf2也可以抑制HSC的激活,Nrf2缺失的HSC氧化應激水平升高、活性氧表達升高以及抗氧化能力下降[36].

4 結論

胰腺纖維化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是涉及多通路、多細胞參與的復雜過程,目前的研究仍以單一細胞和單通路為主,因此我們?nèi)匀粵]有足夠的信息來解釋在不同細胞甚至在整個胰腺微環(huán)境中是否存在一致的調(diào)控機制,需要進行更深入的研究.活化的PSC在CP胰腺纖維化中固然扮演重要角色,大部分CP胰腺纖維化的研究也都是圍繞PSC進行,然而巨噬細胞、胰腺導管細胞甚至內(nèi)分泌細胞以及這些細胞和腺泡細胞、PSC之間的相互作用在胰腺纖維化也非常重要,只有全面了解這些細胞間的相互作用及相關信號通路調(diào)控網(wǎng)絡,才有可能找到控制胰腺纖維化的總開關,并針對相關靶點進行藥物研究,從根本上緩解CP患者的痛苦.