胰腺結(jié)石成分與形成機制研究現(xiàn)狀

葉博 胡良皞 廖專 李兆申

·綜述與講座·

胰腺結(jié)石成分與形成機制研究現(xiàn)狀

葉博 胡良皞 廖專 李兆申

胰腺結(jié)石是慢性胰腺炎(chronic pancreatitis, CP)特征性病理改變，90%的CP患者在病程中伴有胰腺結(jié)石[1]。對結(jié)石化學成分和形成機制深入研究，可望為胰腺結(jié)石的預(yù)防和治療提供科學依據(jù)。

一、胰腺結(jié)石化學成分分析

1．元素分析： 構(gòu)成胰腺結(jié)石的主要化學元素為鈣，占90%以上，此外還含有磷、硫、鉀以及鐵、鉻、鎳等元素。Pitchumoni等[2]通過直流等離子體發(fā)射光譜儀(DCP)發(fā)現(xiàn)胰腺結(jié)石主要由鈣和其他17種元素組成。但通過掃描電鏡(SEM)和能量色散X射線熒光光譜儀(EDXRF)對胰腺結(jié)石的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及元素空間分布進行分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)石中心由致密的網(wǎng)狀纖維構(gòu)成，富含鐵、鉻、鎳3種元素，幾乎不含有鈣，而結(jié)石表面呈波浪狀，存在大量細小顆粒，富含鈣元素，不含鎳元素。景在平等[3]通過掃描電鏡和能譜分析儀對胰腺結(jié)石進行分析發(fā)現(xiàn)胰腺結(jié)石外層致密光滑，主要含鈣(96.26%)，中心部分呈不規(guī)則海綿狀結(jié)構(gòu)，主要含硫和氯。

2．化學成分分析： 胰腺結(jié)石主要由無機物和有機物兩部分構(gòu)成，無機物主要為碳酸鈣，有機物主要為蛋白質(zhì)和黏多糖。Bockman等[4]通過立體顯微鏡和掃描電鏡對脫鈣的和未脫鈣的胰腺結(jié)石進行對比研究發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣晶體主要分布于圓形的、薄板狀的和不光滑的表層；而在網(wǎng)格狀脫鈣的胰腺結(jié)石中含有大量的膠凍樣物質(zhì)，主要由酸性黏多糖和酸性、中性糖蛋白構(gòu)成。Farnbacher等[5]對CP患者胰管支架中的阻塞物進行化學成分分析，發(fā)現(xiàn)大量的碳酸鈣結(jié)晶、蛋白質(zhì)以及黏多糖類。

二、胰腺結(jié)石的形成機制

胰腺結(jié)石主要包括兩類：主胰管內(nèi)結(jié)石(胰管結(jié)石、真性結(jié)石)和分支胰管內(nèi)結(jié)石(胰腺鈣化、假性結(jié)石)。從病因?qū)W分析，熱帶性胰腺炎中真性結(jié)石多見，而酒精性胰腺炎多見假性結(jié)石[6]。真性結(jié)石和假性結(jié)石形成機制基本相同。胰液中某些蛋白質(zhì)分泌異常形成微蛋白栓，以及胰液中碳酸鈣過飽和析出是胰腺結(jié)石形成的兩個不可或缺的因素。

1．胰石蛋白：胰石蛋白是由人類2號染色體短臂(2p12)上6個外顯子總共約3000個堿基對的Reg基因編碼而成。它是一種含有3個二硫鍵、144種氨基酸組成的酸性糖蛋白。目前已知有11種亞型(分子質(zhì)量17 000～22 000)，在胰腺腺泡內(nèi)合成，主要存在形式是溶解型的PSP S2-5和不溶型的PSP S1。其幾乎存在于所有的胰腺結(jié)石中，所占比重最高達到了1.21%，在構(gòu)成胰石的所有蛋白質(zhì)中比例高達0.01%～41.9%[7]。作為構(gòu)成胰石的主要蛋白質(zhì)，胰石蛋白與胰腺結(jié)石形成機制主要包括胰石蛋白穩(wěn)定胰液假說、鈣離子結(jié)合位點假說和吸附假說。(1)胰石蛋白穩(wěn)定胰液假說。Sarles等[8]認為胰石蛋白可以通過抑制碳酸鈣晶體的成核和生長而抑制胰腺結(jié)石形成。這種抑制作用主要由胰石蛋白C端多肽來完成。Bimmler等[9]將重組的鼠胰石蛋白部分水解后，證實了其活性，但在同樣的條件下，其他蛋白質(zhì)(如牛胰蛋白酶原、人白蛋白、大豆胰蛋白酶抑制劑)也表現(xiàn)了同樣作用。Addadi等[10]發(fā)現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的濃度超過0.5 μg/ml，都可以非特異地抑制碳酸鈣晶體形成。但新近研究表明，上述抑制作用是蛋白制作過程中氨丁三醇緩沖劑污染所造成[11]，因此胰石蛋白僅非特異抑制碳酸鈣晶體形成。(2)鈣離子結(jié)合位點假說。Lohse等[12]把具有放射性的45Ca作為示蹤劑，在平衡透析實驗中發(fā)現(xiàn)胰石蛋白具有4個獨立的鈣離子結(jié)合位點。他們認為鈣離子的結(jié)合可以導(dǎo)致胰石蛋白物理化學性質(zhì)的改變，最終形成蛋白質(zhì)栓，可以很好地解釋胰腺結(jié)石外層大量分布的胰石蛋白。但Pitchumoni和Multigner 等[2,13]的研究發(fā)現(xiàn)胰腺結(jié)石中心部位不含有鈣。Mariani等[1]也發(fā)現(xiàn)X線可穿透的胰腺結(jié)石中央部位的多肽對鈣沒有親和力。因此鈣離子與胰石蛋白結(jié)合在蛋白栓形成過程中起了一定的作用，但主要在胰石形成后期。(3)吸附假說。Caross和De Caro等[14-15]認為胰石蛋白對碳酸鈣晶體的親和力大于鈣離子是胰腺結(jié)石形成的關(guān)鍵。Sarles等[8]發(fā)現(xiàn)碳酸鈣晶體表面吸附有大量胰石蛋白N端多肽似乎也印證了該說法。Geider等[16]通過免疫熒光技術(shù)進一步明確了胰石蛋白吸附在碳酸鈣晶體表面，并且胰石蛋白的吸附可以造成碳酸鈣晶體異構(gòu)。但是De Reggi等[17]發(fā)現(xiàn)碳酸鈣晶體表面吸附的白蛋白和胰石蛋白量基本相同，且碳酸鈣晶體和玻璃對胰石蛋白的吸附作用沒有明顯區(qū)別。因此胰石蛋白參與了胰腺結(jié)石形成過程，但是胰石蛋白對碳酸鈣晶體不具有特異性吸附作用。

2．乳鐵蛋白： 乳鐵蛋白(lactoferrin，LF)是一種鐵結(jié)合蛋白，主要存在于乳汁、唾液、淚液等外分泌液以及血漿、中性粒細胞中，具有免疫調(diào)節(jié)和抗感染等多種生物學功能。

正常胰腺會分泌一定濃度的LF。但CP患者胰液中分泌的LF高出正常人數(shù)倍[18]。中南大學胡國潢教授等通過比較胰腺外傷組、CP結(jié)石組和非結(jié)石組胰液中LF濃度，發(fā)現(xiàn)胰腺外傷組LF濃度變化不大，CP非結(jié)石組明顯升高，結(jié)石組最高。Nagai等[19]發(fā)現(xiàn)LF在胰管微蛋白栓和擴張胰管的鱗狀上皮細胞中有較高的濃度。因此我們可以認為LF是炎癥早期胰腺腺泡細胞或中性粒細胞釋放的一種抗炎因子，早期參與結(jié)石中心蛋白網(wǎng)架的形成，并且可能結(jié)合一些金屬離子參與碳酸鈣晶體的形成。

3．胰蛋白酶原：胰蛋白酶原(trypsinogen)為胰蛋白酶的前體，它可以通過自我催化實現(xiàn)胰蛋白酶、糜蛋白酶和磷脂酶等活化。

Allan等[20]發(fā)現(xiàn)，部分CP患者分支胰管中有大量酶原激活甚至沉積。Hayakawa等[21]通過免疫金染色法聯(lián)合掃描電鏡發(fā)現(xiàn)13例胰腺結(jié)石患者中，11例結(jié)石存在胰蛋白酶免疫反應(yīng)性，其含量為0～42.3 ng/μg蛋白質(zhì)，并且其免疫反應(yīng)性主要集中在結(jié)石中心。Tympner等[22]也發(fā)現(xiàn)CP患者胰液的黏度系數(shù)、胰蛋白酶活性、乳鐵蛋白和總蛋白含量均增高。Renner等[23]在酒精性CP患者胰液中發(fā)現(xiàn)胰蛋白酶原增多。因此胰蛋白酶原的激活、濃聚以及胰腺外分泌活性增高與胰腺結(jié)石的形成相關(guān)，并且這種作用發(fā)生在胰腺結(jié)石形成早期。

4．骨橋蛋白：骨橋蛋白(osteopontin)是在類骨質(zhì)中由基質(zhì)細胞產(chǎn)生的骨特異的、含唾液酸的酸性磷蛋白，分子質(zhì)量約44 000，在細胞和基質(zhì)無機物之間起橋連作用。目前的研究發(fā)現(xiàn)其主要在鈣化相關(guān)的疾病中表達，如動脈粥樣硬化、乳腺癌、腦膜瘤等。最近的報道還認為其與尿路結(jié)石和膽結(jié)石形成有關(guān)。

Nakamura等[24]通過RT-PCR和免疫組化方法檢測了CP患者和正常人胰腺骨橋蛋白mRNA的表達，發(fā)現(xiàn)正常人胰腺細胞中沒有骨橋蛋白表達，而所有胰腺結(jié)石患者腺泡和導(dǎo)管細胞中都有骨橋蛋白表達，55.6%無胰腺結(jié)石的CP患者腺泡和導(dǎo)管細胞中無骨橋蛋白表達。因此骨橋蛋白在胰腺結(jié)石的形成中起著重要作用，其表達與胰腺結(jié)石形成的因果關(guān)系有待進一步研究。

5．糖蛋白-2：糖蛋白-2(GP-2)是胰腺外分泌細胞中酶原顆粒膜蛋白的主要成分，它通過糖基-磷脂酰肌醇(GPI)固定在膜上，是GPI錨連蛋白家族的成員之一，被認為是酶原顆粒的標志性蛋白[25]。 其主要功能為構(gòu)成酶原顆粒膜、調(diào)節(jié)分泌和促進胰腺頂膜細胞內(nèi)吞作用。

GP-2的同系物Tamm-Horsfall蛋白參與腎管型的形成，與泌尿系結(jié)石的形成有一定的關(guān)系。目前已有研究發(fā)現(xiàn)，急性胰腺炎患者血清中GP-2水平升高。Freedman等[26]對CP患者胰液中提純的蛋白栓用SDS-PAGE法分析其中的成分，發(fā)現(xiàn)蛋白栓中富含一種分子質(zhì)量97 000的蛋白質(zhì)，通過對其細胞定位、等電點、蛋白質(zhì)印跡等多方分析證實為GP-2。因此推測GP-2參與了早期微蛋白栓形成，并且參與胰腺損傷的病理生理過程。

三、展望

通過對胰腺結(jié)石成分和其形成機制分析的最終目的是為了能夠在結(jié)石形成早期給予更多的干預(yù)和治療。目前Noda和Tsujimoto等[27-28]發(fā)現(xiàn)支氣管黏液溶解藥鹽酸溴己新對胰腺腺泡細胞有很高的親和力，并促使其分泌低黏度的胰液。Lohse和Noda等[29-30]發(fā)現(xiàn)，像檸檬酸、酒石酸、二甲雙酮等有機酸可以通過螯合鈣離子溶解胰腺結(jié)石。所以新型溶石劑，甚至是早期微蛋白栓溶解劑可能是未來治療結(jié)石的方向。

[1] Mariani A, Bernard JP, Provansal-Cheylan M,et al. Differences of pancreatic stone morphology and content in patients with pancreatic lithiasis. Dig Dis Sci,1991, 36:1509-1516.

[2] Pitchumoni CS, Viswanathan KV, Gee Varghese PJ, et al. Ultrastructure and elemental composition of human pancreatic calculi. Pancreas,1987,2:152-158.

[3] 景在平,仲劍平，王本茂，等.胰腺結(jié)石的超微結(jié)構(gòu)和元素分析.中華外科雜志,1990,28:421-423.

[4] Bockman DE, Kennedy RH, Multigner L, et al. Fine structure of the organic matrix of human pancreatic stones. Pancreas,1986, 1: 204-210.

[5] Farnbacher MJ, Voll RE, Faissner R, et al. Composition of clogging material in pancreatic endoprostheses. Gastrointest Endosc,2005,61:862-866.

[6] Pitchumoni CS. Special problems of tropical pancreatitis. Clin Gastroenterol, 1984,13:941-959.

[7] Jin CX, Naruse S, Kitagawa M, et al. Pancreatic stone protein of pancreatic calculi in chronic calcified pancreatitis in man. JOP,2002, 3: 54-61.

[8] Sarles H, Dagorn JC,Giorgi D, et al. Renaming pancreatic stone protein as ‘lithostathine’.Gastroenterology,1990,99:900-901.

[9] Bimmler D, Graf R, Scheele GA, et al.Pancreatic stone protein (lithostathine), a physiologically relevant pancreatic calcium carbonate crystal inhibitor? J Biol Chem, 1997, 272:3073-3082.

[10] Addadi L, Weiner S. Interactions between acidic proteins and crystals: stereochemical requirements in biomineralization. Proc Natl Acad Sci USA, 1985,82:4110-4114.

[11] De Reggi M,Gharib B,Patard L,et al.Lithostathine,the presumed pancreatic stone inhibitor,does not interact specifically with calcium carbonate crystals.J Biol Chem,1998,273:4967-4971.

[12] Lohse J,Kraemer R.Calcium binding to the "stone protein" isolated from pancreatic stones of patients with chronic calcified pancreatitis.Hoppe Seylers Z Physiol Chem,1984,365:549-554.

[13] Multigner L, Daudon M, Montalto G, et al. Radiolucent pancreatic stones.N Engl J Med,1986,314:248.

[14] Gross J, Carlson RI, Brauer AW, et al. Isolation, characterization, and distribution of an unusual pancreatic human secretory protein. J Clin Invest,1985, 76:2115-2126.

[15] De Caro A, Lohse J, Sarles H. Characterization of a protein isolated from pancreatic calculi of men suffering from chronic calcifying pancreatitis. Biochem Biophys Res Commun,1979, 87:1176-1182.

[16] Geider S, Baronnet A, Cerini C, et al. Pancreatic lithostathine as a calcite habit modifier. J Biol Chem,1996, 271:26302-26306.

[17] De Reggi M,Gharib B,Patard L,et al.Lithostathine,the presumed pancreatic stone inhibitor,does not interact specifically with calcium carbonate crystals.J Biol Chem,1998,273:4967-4971.

[18] Hayakawa T, Harada H, Noda A, et al. Lactoferrin in pure pancreatic juice in chronic pancreatitis. Am J Gastroenterol,1983,78:222-224.

[19] Nagai H, Ohtsubo K. Pancreatic lithiasis in the aged. Its clinicopathology and pathogenesis. Gastroenterology,1984,86:331-338.

[20] Allan J, White TT. An alternate mechanism for the formation of protein plugs in chronic calcifying pancreatitis. Digestion,1974,11:428-431.

[21] Hayakawa T, Kondo T, Shibata T, et al. Trypsin(ogen) content of pancreatic calculi in chronic calcified pancreatitis in man. Dig Dis Sci,1994, 39:1345-3450.

[22] Tympner F. Selectively aspirated pure pancreatic secretion. Viscosity, trypsin activity, protein concentration and lactoferrin content of pancreatic juice in chronic pancreatitis.Hepatogastroenterology,1981,28:169-172.

[23] Renner IG,Rinderknecht H, Valenzuela JE, et al.Studies of pure pancreatic secretion in chronic alcoholic subjects without pancreatic insufficiency.Scand J Gastroenterol,1980,15:241-244.

[24] Nakamura M, Oka M, Iizuka N, et al.Osteopontin expression in chronic pancreatitis. Pancreas,2002,25:182-187.

[25] Colomer V, Lal K, Hoops TC, et al. Exocrine granule specific packaging signals are present in the polypeptide moiety of the pancreatic granule membrane protein GP2 and in amylase: implications for protein targeting to secretory granules. EMBO J,1994,13:3711-3719.

[26] Freedman SD, Kern HF, Scheele GA. Apical membrane trafficking during regulated pancreatic exocrine secretion-role of alkaline pH in the acinar lumen and enzymatic cleavage of GP2, a GPI-linked protein. Eur J Cell Biol,1994,65:354-365.

[27] Noda A, Ibuki E, Murayama H, et al. Bromhexine hydrochloride eliminates protein plugs and relieves attacks of pancreatitis. Pancreas, 1997,15:209-211.

[28] Tsujimoto T, Tsuruzono T, Hoppo K, et al. Effect of bromhexine hydrochloride therapy for alcoholic chronic pancreatitis. Alcohol Clin Exp Res, 2005,29:272S-276S.

[29] Lohse J, Vérnie HJ, Sarles H. Studies on pancreatic stones. I. In vitro dissolution. Digestion, 1981,21:125-132.

[30] Noda A, Hayakawa T, Kondo T, et al. Pancreatic stones dissolution with dimethadione (DMO). I. In vitro dissolution. Nihon Shokakibyo Gakkai Zasshi,1984,81:101-107.

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2012.03.027

第二軍醫(yī)大學青年啟動基金(2010-2012，2010QN16)

200433 上海，第二軍醫(yī)大學長海醫(yī)院消化內(nèi)科

李兆申，Email: zhsli@81890.net

2011-10-09)

(本文編輯：呂芳萍)