急性胰腺炎的免疫發(fā)病機(jī)制①

姜曉玲 童晨曦 宋銀宏

(三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院病原與免疫學(xué)系，三峽大學(xué)感染與炎癥損傷研究所,宜昌443002)

急性胰腺炎(Acute pancreatitis,AP)是多病因共同作用導(dǎo)致胰酶在胰腺內(nèi)被激活而引起胰腺組織自身消化，導(dǎo)致胰腺水腫、出血甚至壞死的急性炎癥性疾病，以胰腺局部炎癥反應(yīng)為主要特征，伴或不伴有其他器官功能的改變。大多數(shù)輕微胰腺炎患者表現(xiàn)為自限性疾病，發(fā)病率和死亡率較低。然而，大約20%～30%的患者會發(fā)展為預(yù)后不良的嚴(yán)重疾病[1]。這部分患者有較高的發(fā)病率和死亡率，主要是由于隨后發(fā)生的多器官衰竭和感染性并發(fā)癥[2]。據(jù)報(bào)道，80%以上的死亡發(fā)生在感染后期[3]。AP的發(fā)病機(jī)制極為復(fù)雜，且多種因素綜合作用影響其發(fā)生發(fā)展過程?，F(xiàn)就AP免疫發(fā)病機(jī)制綜述如下：

1 胰蛋白酶原激活

對AP發(fā)病機(jī)制的最普遍認(rèn)識是，它是一種與胰腺腺泡細(xì)胞密切相關(guān)的炎癥反應(yīng)，主要表現(xiàn)為胰腺消化酶功能紊亂。胰腺腺泡細(xì)胞中合成的消化酶，它在胰腺腺泡及胰腺導(dǎo)管中通常保持非活性形式(即酶原如胰蛋白酶原)，只有在進(jìn)入腸道后，才能轉(zhuǎn)化為活性形式(如胰蛋白酶)[4]。胰蛋白酶的活化不僅發(fā)生在腺泡細(xì)胞中，也可能出現(xiàn)在浸潤胰腺組織的巨噬細(xì)胞中。巨噬細(xì)胞中蛋白酶的活化發(fā)生在含酶原囊泡的胞吞作用過程中，并且取決于pH和組織蛋白酶B(Cathepsin B,CatB)。該過程涉及引起核因子-κB(Nuclear factor kappa B,NF-κB)易位的巨噬細(xì)胞的活化，并且導(dǎo)致AP和全身炎癥反應(yīng)加重[5]。許多因素會導(dǎo)致胰蛋白酶原在胰腺內(nèi)過早活化，這些活化的胰蛋白酶具有引起腺泡細(xì)胞自我消化和引發(fā)持續(xù)性胰腺炎的可能?，F(xiàn)在已提出了關(guān)于過早活化或不適當(dāng)?shù)丶せ钫o活性的酶原的機(jī)制，這些機(jī)制包括胰蛋白酶原活化，即通過將胰蛋白酶原轉(zhuǎn)移到富含蛋白酶(溶酶體)的細(xì)胞區(qū)域中，然后由CatB激活胰蛋白酶原以及腺泡細(xì)胞組織蛋白酶，從而導(dǎo)致胰蛋白酶激活與降解之間的不平衡；此外，胰蛋白酶原的活化需要細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加，因此，這種鈣離子濃度的紊亂也可能是導(dǎo)致胰腺炎的一個(gè)原因[6]。各種失調(diào)的胰蛋白酶原激活會引起腺泡細(xì)胞損傷，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p傷相關(guān)分子模式(Damage-associated molecular patterns,DAMP)的釋放，并與抗原呈遞細(xì)胞(Antigen processing cell,APC)上的模式識別受體(Pattern recognition receptor,PRR)反應(yīng)，產(chǎn)生細(xì)胞因子，從而誘導(dǎo)腸壁滲透性改變。這反過來又會導(dǎo)致腸道內(nèi)共生微生物進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)及核苷結(jié)合的寡聚作用域1(Nucleotide-binding oligomerization domain 1,NOD1)(也可能是toll-like receptor 4,TLR4)的活化，與細(xì)胞趨化因子受體(Cell chemokine receptor,CCR)信號一起激活NF-κB、α干擾素(Type α interferon,IFN-α)的應(yīng)答，并通過表達(dá)PRR的APC對DAMP和病原微生物相關(guān)分子模式的應(yīng)答產(chǎn)生細(xì)胞因子，從而促發(fā)持續(xù)性的炎癥反應(yīng)[7-9]。

2 促炎細(xì)胞因子活化

AP患者表現(xiàn)出各種促炎細(xì)胞因子如IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)以及各種趨化因子[如IL-8，單核細(xì)胞趨化蛋白1(Monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)]和巨噬細(xì)胞移動抑制因子的血清水平升高，這些促炎因子以各種非特異性方式加重胰腺炎癥，如IL-6通過gp130蛋白介導(dǎo)的作用，導(dǎo)致Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和激活劑(JAK/STAT)信號通路的激活，加重AP嚴(yán)重程度[10]。IL-6還可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生病理性T輔助細(xì)胞17型、MCP-1和巨噬細(xì)胞進(jìn)入胰腺增強(qiáng)炎癥反應(yīng)[11]。IL-6在AP中表達(dá)失調(diào)表明IL-6可作為AP重要的診斷標(biāo)記物。賴?yán)さ萚12]研究發(fā)現(xiàn)可以通過上調(diào)Glil信號，降低AP反應(yīng)中IL-6的表達(dá)，從而減輕炎癥反應(yīng)。細(xì)胞中釋放的細(xì)胞因子進(jìn)一步募集并激活胰腺內(nèi)外周單個(gè)核淋巴細(xì)胞(Peripheral blood mononuclear cells,PBMC)，導(dǎo)致這些活化的PBMC進(jìn)入全身循環(huán)，釋放可導(dǎo)致胰腺腺泡細(xì)胞損傷的細(xì)胞因子，并且還引起早期的全身炎癥反應(yīng)綜合征和多器官功能障礙[13]。

IL-1β可通過多種方式介導(dǎo)胰腺炎癥，包括誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞浸潤到炎癥部位，以及促進(jìn)其他促炎細(xì)胞因子和趨化因子的釋放[14]。Jakkampudi等人[15]證明，這種細(xì)胞因子的前體形式是由通過TLR9作用的DAMP誘導(dǎo)產(chǎn)生的，這表明IL-1β可能在增強(qiáng)腸壁通透性從而引起共生菌易位中起作用。IL-1β的前體形式通過NOD樣蛋白受體3(NOD-like receptor pyrin domain containing-3,NLRP3)炎性小體轉(zhuǎn)化為活性形式，因此NLRP3炎癥小體成分缺陷的小鼠對蛙皮素誘導(dǎo)的胰腺炎具有抗性[9,14]。我們可進(jìn)一步研究NLRP3炎癥小體對IL-1β的作用，以此阻斷其活化，減輕AP患者炎癥反應(yīng)。此外，在胰腺炎模型中，若缺乏TLR9，則胰腺中APC、IL-1β及前IL-1β的生成亦受限，這表明IL-1β對其自身合成具有自分泌作用。最近研究表明，IL-1β還可誘導(dǎo)胰蛋白酶活化，同時(shí)減少胰腺腺泡細(xì)胞的活力，這種效應(yīng)機(jī)制與細(xì)胞內(nèi)鈣離子變化引起的自噬受損相關(guān)[16]。因此，Ca2+信號傳導(dǎo)有望成為AP的治療靶點(diǎn)。

TNF-α是參與胰腺炎發(fā)病機(jī)制的另一重要促炎細(xì)胞因子，并且似乎在實(shí)驗(yàn)性胰腺炎中具有中心作用。這種細(xì)胞因子在胰腺APC中被誘導(dǎo)，因此被認(rèn)為是對CCR刺激發(fā)生應(yīng)答而引起胰腺腺泡細(xì)胞初始損傷的主要因素[4]。除此以外，TNF-α對胰腺腺泡細(xì)胞的刺激引起胰蛋白酶的直接活化會導(dǎo)致蛋白酶過早活化和細(xì)胞壞死。IFN-α也可以通過誘導(dǎo)CCR募集表達(dá)TNF-α的促炎性巨噬細(xì)胞進(jìn)入胰腺，這些巨噬細(xì)胞是蛙皮素誘導(dǎo)的AP中TNF-α的細(xì)胞來源，也可能是持續(xù)的腺泡細(xì)胞壞死的重要驅(qū)動因素[17,18]。Infliximab(TNF-α單克隆抗體)能顯著改善蛙皮素誘導(dǎo)的AP的炎癥反應(yīng)，證明了在實(shí)驗(yàn)性胰腺炎的發(fā)展中TNF-α起關(guān)鍵作用，提示TNF-α單抗有望進(jìn)一步應(yīng)用于臨床治療，從而減輕患者臨床癥狀。

3 NF-κB

NF-κB是一種存在細(xì)胞質(zhì)中的多效性轉(zhuǎn)錄因子，1986年首次被Sen和Baltimore從鼠B淋巴細(xì)胞核提取物中發(fā)現(xiàn)，是與免疫球蛋白分子的κ輕鏈增強(qiáng)子結(jié)合的B細(xì)胞核因子。如前所述，腺泡細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子在促使胰腺炎癥發(fā)展為系統(tǒng)性炎癥方面具有新的作用，可能主要通過促炎介質(zhì)，特別是從腺泡細(xì)胞釋放的TNF-α和IL-1β來激活NF-κB。NF-κB的激活與TNF-α信號傳導(dǎo)的第一步相關(guān)，其通過TNF-α與其在細(xì)胞表面上的兩種特異性受體(TNF receptor 1,TNFR1和TNFR2)的結(jié)合來啟動[15]。Gukovaskaya等[19]報(bào)道了TNF-α刺激NF-κB易位進(jìn)入細(xì)胞核并增強(qiáng)腺泡細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象。除此以外，DAMP也可介導(dǎo)NF-κB的活化。高遷移率族蛋白1(High mobility group box 1,HMGB1)是細(xì)胞內(nèi)存在的一種非組蛋白DNA結(jié)合蛋白，是內(nèi)毒素致死性介質(zhì)。HMGB1被損傷、死亡和壞死的細(xì)胞釋放，并作為細(xì)胞因子起作用，參與嗜中性粒細(xì)胞活化和全身細(xì)胞因子分泌，如TNF-α和IL-1β[20]。HMGB1可以通過先天性免疫系統(tǒng)受體，如TLR4和晚期糖基化終產(chǎn)物受體(Receptorfor advanced glycation end-products,RAGE)激活NF-κB和維持先天免疫反應(yīng)[21]。近幾年來，實(shí)驗(yàn)和臨床研究之間已經(jīng)顯示細(xì)胞外HMGB1和AP的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。TLR4是細(xì)胞外HMGB1激活的第一個(gè)靶點(diǎn)，其通過激活髓樣分化因子初次應(yīng)答基因88、脂多糖結(jié)合蛋白和CD14，募集含有TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白的IFN-β，從而誘導(dǎo)IFN-α以及NF-κB的激活，導(dǎo)致IL-1β、IL-6和TNF-α的釋放以及巨噬細(xì)胞的激活[20]。屬于免疫球蛋白超家族并由多種細(xì)胞如單核細(xì)胞和上皮細(xì)胞表達(dá)的RAGE可激活p38 MAPK和ERK1/2途徑[20,22]。兩種途徑均可導(dǎo)致IκK磷酸化和IκB降解，從而激活NF-κB[20,22,23]。

4 細(xì)胞壞死

AP過程中胰腺腺泡細(xì)胞的死亡可以認(rèn)為是凋亡或壞死性凋亡的過程。在某種程度上，這些死亡過程具有物種依賴性，研究證明在蛙皮素誘導(dǎo)的AP大鼠模型中細(xì)胞凋亡是主要的細(xì)胞死亡過程，而在對應(yīng)的小鼠模型中，壞死是主要過程。

在病理?xiàng)l件下，細(xì)胞凋亡通常由TNF-α激活TNF受體1相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白/與死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)Fas蛋白或受體作用蛋白激酶1(Receptor-interacting protein kinase 1,RIP1)/RIP3，然后激活實(shí)際的“執(zhí)行者”分子半胱氨酸蛋白酶-8(Caspase-8)[24]。當(dāng)Caspase-8沒有產(chǎn)生或失活時(shí)發(fā)生壞死；或者，當(dāng)RIP3高度活化時(shí)，可能發(fā)生壞死性凋亡，因?yàn)樵摷っ釜?dú)特地參與壞死性凋亡[25]。因此，Caspase8和RIP3水平(或激活狀態(tài))似乎決定了蛙皮素誘導(dǎo)AP的腺泡細(xì)胞死亡主要由細(xì)胞凋亡或壞死介導(dǎo)[26]。除此以外，有證據(jù)顯示，循環(huán)系統(tǒng)中的組蛋白可以通過破壞血漿蛋白，積極促進(jìn)胰腺細(xì)胞的壞死[27]，因此有效降解循環(huán)中組蛋白含量可預(yù)防AP的發(fā)生。其他形式的小鼠實(shí)驗(yàn)性胰腺炎或人胰腺炎是否也有類似的情況尚待進(jìn)一步研究。根據(jù)AP中發(fā)生的細(xì)胞死亡形式可以確定治療該疾病的獨(dú)特方法，如減少TNF-α釋放或特異性抑制Caspase-8活性。

5 免疫細(xì)胞反應(yīng)

在AP中，免疫細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞)遷移到炎癥部位，借助趨化因子(如MCP-1)和細(xì)胞間黏附分子(Intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)釋放促炎細(xì)胞因子(如TNF-α、IL-6、IL-1β等)和趨化因子，從而招募更多的免疫細(xì)胞，加重炎癥[28]。越來越多的證據(jù)表明，抑制免疫細(xì)胞的活化和遷移可能對過度的炎癥反應(yīng)有治療作用[29]。巨噬細(xì)胞是參與AP發(fā)病的主要免疫細(xì)胞類型之一。活化的M1巨噬細(xì)胞具有顯著的促炎癥作用，因此它在宿主防御病原體方面發(fā)揮著重要作用。活化的M2巨噬細(xì)胞具有促進(jìn)傷口愈合和纖維化的作用。除此之外，巨噬細(xì)胞還可以清除凋亡細(xì)胞及壞死組織，從而維持損傷組織內(nèi)的穩(wěn)態(tài)和再生。有證據(jù)表明，CD28+M2巨噬細(xì)胞可遷徙至胰腺壞死區(qū)，快速清除壞死細(xì)胞碎片，抑制炎癥反應(yīng)[5]。在AP中，主要以M1巨噬細(xì)胞的形式釋放促炎細(xì)胞因子(如IL-12、IL-23、TNF-α)，加重胰腺和全身炎癥反應(yīng)。在體外研究中，IL-4和IL-13能夠?qū)1巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有抗炎作用的M2巨噬細(xì)胞。然而，在體內(nèi)卻沒有顯示類似的結(jié)果[29]。但有證據(jù)證明，在缺乏DAMP信號時(shí)，巨噬細(xì)胞多活化為M2表型，抑制炎癥反應(yīng)[5]。這提示我們，DAMP在巨噬細(xì)胞活化中發(fā)揮著重要作用，通過阻斷DAMP信號通路，可減少M(fèi)1巨噬細(xì)胞的活化，減輕AP患者炎癥反應(yīng)，從而部分緩解臨床癥狀。此外，單核細(xì)胞功能障礙可能導(dǎo)致AP相關(guān)的免疫抑制，包括抗原呈遞能力受損，如人白細(xì)胞抗原DR表達(dá)降低和促炎細(xì)胞因子合成不足[30]。

除此以外，研究證明循環(huán)CD4+T細(xì)胞水平和CD4+/CD8+比率的降低可能是AP免疫抑制發(fā)展的部分原因[31]。胸腺肽α1可恢復(fù)血清CD4+T細(xì)胞水平和CD4+/CD8+比值來提高患者存活率[32]。此外，Th1和Th2細(xì)胞之間的失衡也與AP免疫抑制的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[33]，包括Th1細(xì)胞數(shù)量減少、功能缺陷以及Th2細(xì)胞的數(shù)量增多、功能增強(qiáng)。Th1主要分泌促炎因子，如IFN-γ和TNF-α，而Th2主要分泌抗炎因子，如IL-4。許多研究表明，基于體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子和IFN-γ在AP中已經(jīng)能夠在一定程度上恢復(fù)Th1和Th2之間的平衡[30]，從而促進(jìn)抗炎與促炎因子的平衡，減輕AP患者體內(nèi)的炎癥反應(yīng)水平。

6 腸道微生物菌群失調(diào)

胃腸道內(nèi)存在豐富的微生物群落，人腸道內(nèi)有1 000 多種微生物，這些微生物群在與腸相關(guān)的結(jié)構(gòu)、功能及免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。最近研究證明，腸道微生物菌群失調(diào)不僅與腸道屏障功能障礙相關(guān)，而且能加重AP全身炎癥反應(yīng)綜合征，與患者高死亡性相關(guān)[34]。Zhang等[34]通過對AP患者和健康志愿者腸道微生物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)AP患者樣本中桿菌和變形桿菌數(shù)量增多，而厚壁菌和放線菌相對減少。研究表明，一些腸道微生物群可能導(dǎo)致細(xì)菌易位并引起繼發(fā)感染，從而加劇AP。同時(shí)，AP期間表現(xiàn)出腸道炎癥加重，進(jìn)一步導(dǎo)致腸屏障功能障礙和細(xì)菌易位[35]。由此可見，AP和腸道炎癥是一個(gè)互相促進(jìn)的過程，腸道微生物與AP的發(fā)展及繼發(fā)感染有著密切的關(guān)系。這為臨床治療AP提供了新思路，我們可以通過調(diào)節(jié)腸道微生物平衡，避免細(xì)菌過度生長及易位，從而減少炎癥反應(yīng)及繼發(fā)感染可能。

7 展望

綜上所述，AP是由多機(jī)制共同作用而導(dǎo)致的復(fù)雜的病理生理過程，各因素在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中既相互獨(dú)立又相互滲透。目前AP的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，若只針對目前AP已知的各種不同發(fā)病機(jī)制制定相應(yīng)的治療方案，例如抑制胰蛋白酶原過早活化，應(yīng)用細(xì)胞因子抗體及拮抗劑，NF-κB抑制劑，加強(qiáng)腸道黏膜屏障功能、預(yù)防腸道細(xì)菌易位的發(fā)生等，雖可有效的延緩疾病的進(jìn)程，但療效有限，因此應(yīng)不斷研究AP各方面發(fā)病機(jī)制，綜合考慮各因素之間的相互作用關(guān)系，同時(shí)深入研究AP發(fā)病的啟動因子及其發(fā)展過程中的惡化因子，以及它們之間的相互作用關(guān)系，針對病因制定出特異性的治療方案，在不久的將來，免疫抑制劑、TNF-α單克隆抗體等有望應(yīng)用于臨床，這對于AP的治療有著深遠(yuǎn)的意義。