胰腺星狀細胞的功能異質(zhì)性及其在外泌體領(lǐng)域的新研究進展

蔡茗，林先盛，邵峰，劉振，孟府陶，黃強

（安徽醫(yī)科大學附屬省立醫(yī)院 普通外科，安徽 合肥 230000）

1982年，日本學者Watari等[1]用電子顯微鏡和自發(fā)熒光技術(shù)在小鼠胰腺中觀察到一種與肝臟星狀細胞（hepatic stellate cells，HSC）很相似，并且具有維生素A儲存功能的細胞。1998年，Apte等[2]使用梯度離心法分離出大鼠靜息態(tài)胰腺星狀細胞（pancreatic stellate cells，PSC）。Bachem等[3]通過組織塊培養(yǎng)法分離出激活態(tài)PSC。至此，這兩個開創(chuàng)性的報告成功完成了這種細胞的分離、培養(yǎng)，并最終將其命名為PSC。這種間質(zhì)細胞具有許多與HSC相似的生物學特性。因此之前關(guān)于HSC生物學機制[4-5]的研究也有助于進一步研究它的生物學行為。同時，在胰腺腫瘤及胰腺炎癥的細胞微壞境中，持續(xù)激活的PSC發(fā)揮的作用也引起越來越多的關(guān)注，這是胰腺疾病研究領(lǐng)域的一顆冉冉升起的新星。因此，深入了解PSC的生物學特性，可以為進一步探索各種胰腺疾病中PSC發(fā)揮的功能奠定基礎(chǔ)，同時為PSC相關(guān)靶向治療提供新的思路。

1 PSC 的功能異質(zhì)性

1.1 PSC 功能異質(zhì)性的起源

目前，細胞譜系的追蹤研究已經(jīng)證實了HSC是來源于間充質(zhì)細胞并且是由中胚層起源進化而來[6]。與此同時，轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學分析的結(jié)果表明，盡管HSC和PSC存在器官特異性，但兩者有著顯著的相似性[7]。由此，筆者推測PSC可能來源于中胚層細胞。但在最近的研究中，Scarlett等[8]發(fā)現(xiàn)了在慢性胰腺炎和胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）中一定比例的PSC被認為來源于骨髓。另外一項涉及二丁基氯化物引發(fā)慢性胰腺炎的研究[9]也表明了骨髓可能是PSC另一種潛在來源。還有研究[10]報道，CCR2+單核細胞可以通過MCP-1/CCR2途徑遷移到胰腺并分化成PSC。以上這些研究都闡明了骨髓作為PSC來源的可能性。因而，在某種程度上，PSC之所以具有功能異質(zhì)性，可能是因為其一部分細胞來源于骨髓造血細胞而另一部分則來源于中胚層細胞。因此，今后對PSC來源的深入探索可以幫助我們發(fā)現(xiàn)這類細胞的本質(zhì)，從而進一步推測出PSC更多的功能及其臨床意義。

1.2 PSC 的細胞標志物

近年來，很多癌癥生物學研究集中在腫瘤干細胞（cancer stem cells，CSC）領(lǐng)域[11-13]。CSC是一種具有啟動和維持腫瘤形成的能力的干細胞[14]，其可以基于其細胞表面標志物的不同來進行分離和篩選[11-13]。綜合PSC的起源和CSC的異質(zhì)性，最近提出了PSC的異質(zhì)性，即PSC基于細胞表面標志物的不同而有了不同的細胞亞群并在胰腺組織的病理生理學變化中發(fā)揮著不同的生物學功能。如Ikenaga等[15]通過體外共培養(yǎng)實驗表明，CD10陽性的PSC比CD10陰性的PSC更能促進胰腺癌細胞SUIT-2和Panc-1的增殖、生長和轉(zhuǎn)移。而且，相對于CD10陰性的PSC，CD10陽性的PSC促進PCC皮下成瘤的能力更強。同時，Mizutani等[16]發(fā)現(xiàn)了Meflin，這是一種由PSC表達的糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白，它與PDAC的疾病進展及胰腺癌患者的預后密切相關(guān)。在PDAC小鼠模型中，Meflin缺乏或低表達會導致明顯的腫瘤進展，而在PSC中過表達Meflin則會抑制腫瘤的生長，這一事實闡明了Meflin是抑制PDAC進展的PSC的標記物。Farrow等[17]對腫瘤來源的PSC進行了分離和鑒定，發(fā)現(xiàn)了S100A4是活化的PSC的一種獨特的生物標志物。它是胰腺腫瘤微環(huán)境的重要組分，并調(diào)控著胰腺癌的進展。Fujiwara等[18]發(fā)現(xiàn)了PSC另一種標記物，即CD271。通過研究，他們發(fā)現(xiàn)CD271陽性的PSC多存在于胰腺腫瘤的邊緣，而非腫瘤中心。而當將這類PSC與胰腺癌細胞長期共培養(yǎng)后或者當它向腫瘤中心移動后，其CD271的表達量會下降。結(jié)合其他相關(guān)研究，最終他們得出結(jié)論，CD271陽性的PSC多出現(xiàn)在胰腺癌發(fā)生的早期，CD271陽性的PSC占比越高，胰腺癌患者的預后愈加良好。以上這些標志物的發(fā)現(xiàn)證明了PSC有著不同的細胞亞群,并具備著不同的生物學功能。但是還需要對PSC生物標志物進行更進一步地探索，這對于鑒定PSC的功能異質(zhì)性尤為重要，甚至能以此來追溯胰腺癌的高惡性程度和不良預后的本質(zhì)。同時，在進一步的研究中，這些生物標志物也許可以作為診斷和治療胰腺癌新的靶點。

1.3 PSC 的功能學分型

Tjomsland等[19]從不同人類的PDAC分離出不同的PSC群體，進而研究PSC條件培養(yǎng)基對胰腺癌細胞的影響。他們發(fā)現(xiàn)不同的PSC群體在分泌肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）的能力方面表現(xiàn)出廣泛的變異。而相對于低水平分泌HGF的PSC，高水平分泌HGF的PSC對胰腺癌細胞的生存和增殖的促進作用更強。因此，HGF介導的腫瘤-基質(zhì)相互作用可能是PSC產(chǎn)生功能異質(zhì)性的成因。同時，?hlund等[20]揭示了PSC的另一個有意義的亞群，在2D和3D的胰腺癌細胞-PSC共培養(yǎng)模型中，距離腫瘤細胞較遠的P S C 亞群分泌更少的α-平滑肌肌動蛋白（alpha smooth muscle actin，α-SMA），轉(zhuǎn)而表達更多的白細胞介素6和其他炎癥相關(guān)介質(zhì)，這一事實直接證明了包括PSC在內(nèi)的癌癥相關(guān)成纖維細胞（cancerassociated fibroblasts，CAF）具有功能異質(zhì)性。此外，不同組織中的間充質(zhì)細胞和成纖維細胞也表現(xiàn)出不同的表型，Strobel等[21]分離了來自健康個體、慢性胰腺炎患者和PDAC患者的胰腺組織，并培養(yǎng)出原代PSC，并在低血清環(huán)境中進行比較分析。結(jié)果顯示，從不同疾病背景的個體中分離培養(yǎng)出來的PSC有著不同的表型，這可能是原始組織中基質(zhì)活性的不同所造成的。最近的幾項研究也佐證了這一觀點，Bynigeri等[22]發(fā)現(xiàn)了細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的組成顯著影響PSC的基因表達模式，從而導致PSC的功能異質(zhì)性。Neuzillet等[23]則通過轉(zhuǎn)錄組學分析和免疫熒光染色法證實了PDAC中存在PSC的多種功能亞型，不同的亞型在波形蛋白和α-SMA的表達量、增殖率以及免疫相關(guān)特征上有著顯著的差異?？偟膩碚f，PSC可以與胰腺實質(zhì)細胞相互作用，并根據(jù)所處細胞微壞境的不同而具有功能學上的差異。因此，對PSC在不同疾病背景下的詳細表征的進一步研究有助于闡明胰腺實質(zhì)細胞和間質(zhì)細胞相互作用的具體機制，同時可以引導胰腺疾病精準化治療的方向。

2 PSC 在外泌體領(lǐng)域的研究進展

2.1 外泌體的定義

外泌體是由活細胞分泌的一種直徑在40～100 nm之間，且具有生物活性的囊泡。它可以存在于各種體液當中，如血液、組織液以及尿液等，并能介導細胞之間的物質(zhì)交換、信號傳導和信息交流，同時，它能以細胞之間的媒介的角色在人體各種生理病理過程中發(fā)揮著重要作用[24-29]。外泌體中含有多種細胞衍生的生物活性分子，包括microRNA、脂質(zhì)以及蛋白質(zhì)等。當組織發(fā)生癌變時，病理狀態(tài)的細胞可以比正常細胞分泌更多的外泌體。這些外泌體可以將信號傳導分子運輸?shù)教囟ǖ募毎徒M織上，形成有利于腫瘤生長和侵襲的微環(huán)境，從而調(diào)控腫瘤的生長[30]。近年來，microRNA成為外泌體領(lǐng)域研究的熱點，microRNA是一類內(nèi)源性非編碼的小分子RNA，它可以調(diào)控細胞的增殖分化、細胞凋亡、免疫應答反應、組織修復以及間質(zhì)纖維化等多種生物過程，并且相比于循環(huán)內(nèi)microRNA，外泌體內(nèi)miRNA由于被外泌體的脂質(zhì)雙層膜包被，因此能更穩(wěn)定的發(fā)揮功能[31-36]。同時，外泌體內(nèi)的其他信號傳導分子，如蛋白質(zhì)等也參與了多種疾病的進展過程[37-40]。因此，基于外泌體在生物功能調(diào)控方面的多種作用，外泌體可能成為未來治療疾病的潛在標志物及治療靶標。

2.2 PSC 衍生的外泌體對胰腺癌的影響

PSC衍生的外泌體能夠促進胰腺癌細胞的生長、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移并增加其對化療藥物的抵抗能力。最近的很多研究說明了這一點，如Takikawa等[36]報道了PSC衍生的外泌體含有多種microRNA，它們對胰腺癌細胞的趨化因子基因表達、遷移、增殖有著顯著的促進作用。同時，Leca等[37]的研究也表明PSC衍生的膜聯(lián)蛋白A6陽性的外泌體能夠促進胰腺癌侵襲和轉(zhuǎn)移。Zhao等[38]研究者闡明了PSC衍生的外泌體可以向營養(yǎng)素缺乏的胰腺癌細胞提供代謝物，抑制線粒體氧化磷酸化，并增加癌細胞中的糖酵解和谷氨酰胺依賴性的還原羧化，從而使胰腺癌細胞具備更強的生存能力。此外，Richards等[39]通過實驗闡明，即使用吉西他濱處理之后，包括PSC在內(nèi)的CAF釋放的外泌體仍然能夠提高受體上皮癌細胞的增殖和存活能力。由此可見，在胰腺癌中，PSC衍生的外泌體介導的細胞間信息傳導和物質(zhì)交換可以給提供腫瘤細胞更好的生存、增殖和轉(zhuǎn)移的條件，從而加速胰腺癌的病情進展。

2.3 由外泌體介導的胰腺癌細胞與PSC 之間的相互作用

目前，很多研究集中在胰腺腫瘤微環(huán)境的形成上，如Masamune等[41]證明了胰腺癌細胞衍生的外泌體可以使P S C 中細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）和絲氨酸/蘇氨酸激酶（serine/threonine kinase，Akt）活化。并且增加其α-SMA和纖維化相關(guān)基因的mRNA的表達以及促進I型前膠原C肽的產(chǎn)生，從而激活PSC。與此同時，激活態(tài)PSC又可以衍生多種外泌體來增強胰腺癌細胞的增殖和侵襲能力。Zhang等[42]闡明了胰腺癌細胞衍生的外泌體可以通過激活多種信號傳導途徑來大量募集PSC，而這些被募集而來PSC又可以進一步促進胰腺癌細胞的遠處轉(zhuǎn)移。由此可見，胰腺癌細胞與PSC以外泌體為媒介形成了腫瘤發(fā)生發(fā)展的微環(huán)境，進而調(diào)控胰腺癌的疾病進展[43-45]（圖1）。

圖1 胰腺癌細胞與PSC 以外泌體為媒介的腫瘤微環(huán)境Figure 1 Tumor microenvironment mediated by exosomes of pancreatic cancer cells and PSCs

2.4 激活態(tài)PSC 衍生的外泌體及其去活化對慢性胰腺炎的影響

慢性胰腺炎是由各種發(fā)病誘因引起胰腺組織和功能產(chǎn)生持續(xù)變化的一種慢性炎癥性疾病。隨著疾病的發(fā)展，胰腺組織不斷發(fā)生不可逆的間質(zhì)纖維組織增生和玻璃樣改變，嚴重時可能發(fā)生癌變[46-48]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)激活態(tài)的PSC可以衍生多種外泌體并以此調(diào)控慢性胰腺炎的進展，如Charrier等[49]發(fā)現(xiàn)了靜息態(tài)的PSC經(jīng)歷表型和功能的改變成為激活態(tài)PSC的這一過程是受結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）調(diào)節(jié)的。當PSC 被CTGF 激活后，其可以表達microRNA-21以產(chǎn)生的更多的CTGF，所以CTGF與microRNA-21之間還存在著正反饋通路（圖2）。而microRNA-21和CTGF均存在于PSC衍生的外泌體中，所以它們之間的相互作用是PSC衍生的外泌體調(diào)節(jié)胰腺纖維化進程并影響慢性胰腺炎進展的方式。目前還發(fā)現(xiàn)幾種microRNA可以調(diào)控纖維化進程，如microRNA-33a能通過Smads信號通路來引發(fā)組織纖維化，microRNA-10a也具有相似的作用[50-51]。而microRNA-148a和microRNA-let-7d-5p則可以抑制PSC的活化和胰腺纖維化[52-54]。不過這些microRNA的表達與PSC衍生的外泌體之間的關(guān)系以及是否有更多的外泌體在胰腺纖維化這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用則亟需進一步研究。但是基于目前的研究，筆者了解到PSC的激活是胰腺纖維化進程中的關(guān)鍵步驟[55]。因此慢性胰腺炎的治療重點應該集中在PSC的去活化機制上，Xue等[56-57]發(fā)現(xiàn)輔酶Q10的預處理和后處理均能降低PSC引發(fā)的氧化應激反應，組織學變化和膠原蛋白沉積，從而抑制PSC的活化。Xu等[58]發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor β，TGF-β）是PSC介導的胰腺組織纖維化的關(guān)鍵刺激劑，并且更多的研究還探明了TGF-β1可能受到PI3K/Akt途徑的調(diào)控，但其串聯(lián)的具體機制及重要性亟需進一步研究[59]?？傊?，激活態(tài)PSC衍生的外泌體和其去活化機制在慢性胰腺炎的病情進展中扮演著非常重要的角色，隨著對其認識和研究的深入，有望為慢性胰腺炎的臨床治療提供新的方法和策略。

圖2 CTGF 與microRNA-21 構(gòu)成正反饋通路促進胰腺纖維化Figure 2 CTGF and microRNA-21 forming a positive feedback pathway to promote pancreatic fibrosis

3 總結(jié)與展望

綜上所述，PSC因其細胞標志物的不同和功能學的差異有著廣泛變異的亞群，這些亞群具有功能異質(zhì)性。因此，使特定亞群的PSC轉(zhuǎn)為靜息態(tài)可以阻斷ECM大量分泌，從而切斷PSC與胰腺癌細胞的相互作用，抑制腫瘤進展并改善疾病預后。同時，PSC的相關(guān)外泌體介導的細胞間信息傳遞和物質(zhì)交換則以媒介的形式同胰腺實質(zhì)細胞以及PSC形成了胰腺癌和慢性胰腺炎發(fā)生發(fā)展的微環(huán)境，所以阻斷特定的外泌體介導的信息傳導和物質(zhì)交換的通路可以阻斷胰腺癌和慢性胰腺炎的疾病進展。隨著對PSC功能異質(zhì)性和其相關(guān)外泌體的研究的深入，PSC激活途徑相關(guān)的靶向治療的方法也許即將問世。當然，為了能夠更好地探索各種胰腺疾病的發(fā)生和發(fā)展的機制，PSC永生化的問題是值得積極探索的方向[60]。這一新技術(shù)將增進對胰腺癌細胞生物學行為的認識?？傊瑢τ赑SC領(lǐng)域的進一步研究可能為胰腺疾病治療提供重大突破。