急性胰腺炎與自噬

李紅昌 徐可 陳亞峰 奉典旭

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急性胰腺炎與自噬

李紅昌 徐可 陳亞峰 奉典旭

急性胰腺炎(AP)是長期困擾人類的一類復(fù)雜的疾病，隨著生活水平的提高，發(fā)病率有逐年增高的趨勢，其中10%～20%的AP可發(fā)展為重癥急性胰腺炎(SAP)。SAP臨床上起病急、變化快、并發(fā)癥多，死亡率高達(dá)20%[1-2]，一直是臨床上治療的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。目前對SAP的治療仍缺乏特異、有效的措施，究其原因主要是尚不明確其確切的發(fā)病機(jī)制。大多數(shù)研究認(rèn)為AP的病理基礎(chǔ)系酶原在胰腺細(xì)胞內(nèi)非正常的激活，從而引起胰腺的自我消化，進(jìn)一步引起局部及全身炎癥反應(yīng)[3-4]。一些研究認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)的酶原提前激活和異常的鈣離子信號通道、細(xì)胞外低pH、溶酶體和酶原聚集等眾多因素有關(guān)。自噬及溶酶體組織蛋白酶的改變則是近年新的研究熱點(diǎn)[5]。本文就自噬，尤其是異常自噬在AP中的研究及進(jìn)展綜述如下。

一、自噬概況

自噬又名Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，廣泛存在于真核生物的病理生理過程中，首先由Ashford和Porter[6]于1962年用電子顯微鏡在人的肝細(xì)胞中觀察到。自噬是胞質(zhì)內(nèi)蛋白質(zhì)和細(xì)胞器在膜包囊泡形成的自噬體中降解成氨基酸、核酸小分子的生物學(xué)過程，在細(xì)胞營養(yǎng)缺乏時，可維持蛋白質(zhì)代謝平衡及細(xì)胞環(huán)境穩(wěn)定，在生長發(fā)育中扮演重要角色。自噬可分為小自噬(microautophagy)、分子伴侶介導(dǎo)自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)和大自噬(macroautophagy)3種形式[7-8]。一般所說的自噬即大自噬，其過程可分為以下3個步驟[9-11]：(1)自噬誘導(dǎo)因子刺激細(xì)胞后在胞質(zhì)某個位置形成吞噬泡(phagophore)；(2)吞噬泡不斷延伸，胞質(zhì)中細(xì)胞器等成分被攬入吞噬泡，成為密閉的球狀自噬體(autophagosome)；(3)自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體(autolysosome)。自噬在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、清除廢物及結(jié)構(gòu)重建中起重要作用，它一方面通過降解自身的物質(zhì)，清除對細(xì)胞生長有害的物質(zhì)，促進(jìn)細(xì)胞生存；另一方面，當(dāng)細(xì)胞受到過多損傷打擊時，自噬被異常激活或自噬通路受阻導(dǎo)致自噬泡異常積累，引起細(xì)胞死亡，進(jìn)而導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生[12-13]。

二、自噬與AP

AP的早期特征是胰腺腺泡細(xì)胞胞質(zhì)出現(xiàn)空泡，空泡內(nèi)蛋白酶原被激活。關(guān)于空泡來源、形成的機(jī)制以及在酶原激活中的作用還不完全清楚。1980年Helin等[14]觀察了6例SAP患者胰腺腺泡的超微結(jié)構(gòu)，在水腫性炎癥的胰腺實(shí)質(zhì)腺泡細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)酶原顆粒的改變和腺泡空泡的增加，表明自噬現(xiàn)象增加。隨后，Watanabe等[15]在雨蛙素誘導(dǎo)的AP動物模型中描述了有關(guān)腺泡細(xì)胞胞質(zhì)空泡化的形態(tài)學(xué)特征，即腺泡細(xì)胞中出現(xiàn)的空泡是雙層膜，且膜上有自噬標(biāo)志物輕鏈蛋白3Ⅱ(light chain 3Ⅱ，LC3Ⅱ)的存在，因此考慮這些空泡是自噬來源的[16]。而且在這些空泡內(nèi)發(fā)現(xiàn)未完全消化的細(xì)胞內(nèi)容物及胰蛋白酶，更進(jìn)一步證實(shí)胰蛋白酶原的激活可能與自噬有關(guān)[17]。Sherwood等[18]的研究顯示，AP早期胰蛋白酶原的激活發(fā)生在胰腺腺泡細(xì)胞大空泡內(nèi)，提示自噬也許與AP的發(fā)生及發(fā)展有某種聯(lián)系。Hayashi-Nishino等[19]研究發(fā)現(xiàn)在自噬相關(guān)基因5(autophagy associated gene 5，ATG5)敲除的小鼠中，胰蛋白酶原的激活和空泡的積累顯著減少。腺泡細(xì)胞胞質(zhì)的空泡與酶原激活有關(guān)，其機(jī)制可能是自噬在酸性環(huán)境下把胰蛋白酶原運(yùn)送至溶酶體從而造成酶原激活[20]。因此認(rèn)為，胞質(zhì)細(xì)胞空泡是自噬的起源，自噬程度與空泡數(shù)量和AP 的嚴(yán)重程度呈一定的比例關(guān)系，自噬現(xiàn)象、酶原顆粒的改變和酶原激活與胞質(zhì)內(nèi)空泡形成有關(guān)。自噬為胰蛋白酶原的激活搭建了橋梁，在AP胰蛋白酶原的異常激活中起著重要作用。Mizushima等[21]發(fā)現(xiàn)小鼠禁食24 h后，胰腺外分泌組織中GFP-LC3融合蛋白量升高，生理性自噬增強(qiáng)。這可能是由于胰腺外分泌組織中蛋白質(zhì)合成速度快，需要大量消除有缺陷或過量的蛋白質(zhì)，造成自噬高效，說明生理性自噬對胰腺外分泌組織可能發(fā)揮保護(hù)作用。

三、異常自噬與AP

高效的自噬在胰腺炎發(fā)生中非常重要，增強(qiáng)的自噬不僅可以調(diào)節(jié)胰腺炎的應(yīng)激反應(yīng)，而且在受損傷的腺泡細(xì)胞內(nèi)，受損的細(xì)胞器可以通過自噬過程被移除；當(dāng)自噬功能受損時，不能移除這些細(xì)胞器，最終導(dǎo)致或加重胰腺炎的發(fā)生。Gukovsky和Gukovskaya[17]通過對分離的胰腺細(xì)胞、動物模型和人體組織的研究，發(fā)現(xiàn)AP時自噬量受損，胰腺腺泡內(nèi)大量異常自噬空泡堆積，受損的自噬參與腺泡細(xì)胞的空泡和酶原的激活，從而引起AP的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)[22-23]，與饑餓誘導(dǎo)的自噬相比，胰腺炎時腺泡細(xì)胞中含有更多更大的空泡，同時伴隨LC3-Ⅱ水平的增加。胰腺炎時長效蛋白的降解率明顯降低和特異的自噬降解蛋白p62 水平增加，也證明了胰腺炎時自噬受到損傷。越來越多的證據(jù)表明，異常自噬導(dǎo)致胰蛋白酶原在胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)激活并損傷胰腺腺泡細(xì)胞而啟動AP[20,24]。AP中產(chǎn)生異常自噬的原因可能有3個[23]：(1)自噬早期某些原因致其過度激活，產(chǎn)生大量自噬體不能被及時順利清除而導(dǎo)致其異常積累。(2)自噬晚期因溶酶體功能障礙導(dǎo)致自噬體與溶酶體融合障礙，自噬體不能被及時清除而異常積累。(3)自噬晚期自噬體與溶酶體融合后形成自噬溶酶體，但溶酶體中各類水解酶活性下降致自噬溶酶體內(nèi)待降解物質(zhì)不能被清除，自噬溶酶體異常積累。

1．AP時自噬過度激活：自噬標(biāo)志物Beclin1是酵母ATG6的同系物，也是第一個被確認(rèn)的哺乳動物自噬基因，對自噬體的形成至關(guān)重要。Beclin1與磷脂酰肌醇-3-激酶Ⅲ類(class Ⅲ phosphatidylinositol 3-kinase, PI3KC3)結(jié)合形成復(fù)合物促進(jìn)自噬的形成。研究表明[25-26]，在雨蛙素誘導(dǎo)的AP中，胰腺組織Beclin1表達(dá)增加且與自噬空泡變化一致，提示自噬被激活且參與腺泡細(xì)胞的自噬空泡的形成。Hashimoto等[25]通過對ATG5 敲除的小鼠注射雨蛙素建立AP動物模型，發(fā)現(xiàn)ATG5 基因敲除后小鼠胰腺腺泡細(xì)胞中自噬減少，胰蛋白酶原的活性明顯降低、AP的嚴(yán)重程度減輕。Feng等[27]發(fā)現(xiàn)，用IL-22重組腺病毒注入野生型鼠體內(nèi)或使用IL-22的轉(zhuǎn)基因鼠可以明顯減輕雨蛙素所致的AP，且腺病毒注入后Bcl-2家族蛋白水平明顯升高，其機(jī)制可能是IL-22誘導(dǎo)Bcl-2家族蛋白過表達(dá)，后者通過與Beclin1結(jié)合，阻斷自噬體的形成，從而減輕了AP的嚴(yán)重程度。Yang等[28]通過阻斷NF-κB通路，減輕了AP的嚴(yán)重程度，并發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)蛋白Beclin1、LC3Ⅱ及自噬泡的形成減少，推測也是由于自噬受抑而使AP的嚴(yán)重程度減輕。

2．AP時自噬體與溶酶體融合障礙：溶酶體的完整性和降解能力主要取決于溶酶體相關(guān)膜蛋白(lysosomal-associated membrane protein，LAMP)，LAMP是高度糖基化的跨膜蛋白，對溶酶體的功能發(fā)揮重要意義[29-30]。自噬過程中自噬體和溶酶體的融合步驟主要依賴于LAMP-2的介導(dǎo)，如果自噬體不能將包繞的物質(zhì)運(yùn)送到溶酶體并與之融合，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。如Danon心肌病是一種LAMP-2缺陷性疾病，因自噬體不能與溶酶體融合，應(yīng)激狀態(tài)下可導(dǎo)致ATP 耗竭和細(xì)胞壞死性死亡[31]。Mareninova等[32]在敲除LAMP-2基因的小鼠胰腺中發(fā)現(xiàn)堆積的自噬泡和受損傷的腺泡細(xì)胞，表明LAMP-2基因敲除會引起胰腺中自噬的損傷。Boonen等[33]報道，在缺乏LAMP-2 的小鼠中溶酶體/自噬功能受損，引起以腺泡細(xì)胞空泡增多、繼而發(fā)展為浸潤性炎癥導(dǎo)致腺泡細(xì)胞壞死為特征的自發(fā)性胰腺炎以及胰腺組織結(jié)構(gòu)的破壞。Fortunato等[34-35]發(fā)現(xiàn)，AP小鼠胰腺腺泡細(xì)胞中出現(xiàn)大量自噬體，但是自噬溶酶體并沒有明顯上升，且伴隨溶酶體相關(guān)膜蛋白LAMP-2的缺失，推測LAMP-2缺失導(dǎo)致自噬體和溶酶體融合障礙，自噬途徑被阻斷，使受損細(xì)胞器降解減少，即細(xì)胞可循環(huán)利用的小分子物質(zhì)減少，從而使細(xì)胞向壞死方向發(fā)展，加重AP。

3．AP時溶酶體水解酶活性下降：各種原因致自噬通路受阻，其中最重要的是溶酶體內(nèi)各種水解酶活性受影響，尤其是組織蛋白酶激活減少。研究發(fā)現(xiàn)[22]，AP時溶酶體中成熟的組織蛋白水解酶減少，大量非成熟的組織蛋白水解酶聚集。Gukovsky和Gukovskaya[16]研究發(fā)現(xiàn)，胰腺炎時組織蛋白酶的加工受到損傷，導(dǎo)致成熟的組織蛋白酶數(shù)量減少并伴有中間產(chǎn)物的堆積。研究證實(shí)[36-37]，AP時組織蛋白水解酶B(cathepsin B, CatB)和組織蛋白水解酶L(cathepsin L, CatL)在胰蛋白酶原異常激活過程中起著截然不同的作用。CatB可以催化胰蛋白酶原向胰蛋白酶轉(zhuǎn)換，而CatL降解胰蛋白酶原和胰蛋白酶。當(dāng)自噬損傷時，CatL活性相對CatB活性下降更明顯，兩者比例失調(diào)，導(dǎo)致CatL不足以降解被CatB激活的胰蛋白酶，使自噬溶酶體中活性胰蛋白酶增多，胰蛋白酶在自噬泡中積累，從而引起AP。Dennem?rker等[38]研究也證實(shí)，當(dāng)敲除小鼠的CatL基因后，自噬對胰酶原降解降低。Gukovsky和Gukovskaya[17]發(fā)現(xiàn)，AP發(fā)生時在大量空泡聚集的同時，成熟的CatB和CatL減少，活性下降，而用藥物抑制CatB和(或)CatL活性均可導(dǎo)致腺泡細(xì)胞空泡化，這是由于AP時CatB和CatL分解功能下降，導(dǎo)致溶酶體降解功能下降，從而使自噬受損、空泡聚集。所以，溶酶體降解功能障礙可能是胰蛋白酶激活的重要作用機(jī)制之一。

總之，自噬與AP的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。受損的自噬不僅可以導(dǎo)致AP發(fā)病早期胰酶異常激活，而且還可介導(dǎo)炎癥的病理生理過程[39-40]，細(xì)胞自噬的缺陷或自噬相關(guān)蛋白的變異與炎癥反應(yīng)密切聯(lián)系，自噬受損和炎癥相互作用參與AP的病理生理過程。進(jìn)一步研究自噬作用、自噬識別環(huán)節(jié)受損以及自噬、炎癥和細(xì)胞死亡的相互關(guān)系從而明確自噬在AP中的作用，不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值,而且有助于尋找AP,尤其是SAP治療的新靶點(diǎn)和防治策略。

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(本文編輯：屠振興)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2016.06.017

上海市衛(wèi)計(jì)委青年項(xiàng)目(2013Y145)；上海衛(wèi)計(jì)委重點(diǎn)項(xiàng)目(201440027)；上海中醫(yī)藥大學(xué)“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”；上海中醫(yī)大中西醫(yī)結(jié)合高原學(xué)科(面上)項(xiàng)目

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奉典旭，Email：fdianxu@sohu.com

2015-11-13)