急性胰腺炎肝損傷的分子機(jī)制

徐文倩，郭 敏，王 曉，吳瑤麒，張近遠(yuǎn)，李合國

1 河南中醫(yī)藥大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院，鄭州 450000；2 河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 脾胃肝膽科，鄭州 450000

急性胰腺炎是各種刺激導(dǎo)致腺泡中胰酶被激活，造成各種炎性因子釋放而引起的由局部到全身的炎癥性反應(yīng)。肝臟在急性胰腺炎過程中往往最易也最先受損，15%～60%的急性胰腺炎患者會合并肝損傷。急性胰腺炎作為一種消化系統(tǒng)急癥，1961年—2016年在歐美等國家發(fā)病人數(shù)每年增長率在2.77%～3.67%[1]。全球急性胰腺炎的發(fā)病率為33.74(95%CI：23.33～48.81)/100 000例，而其中每年1.60(95%CI：0.85～1.58)/100 000例死亡[2]。在死亡病例中因肝衰竭而死亡的人數(shù)占83%[3]。隨著飲食結(jié)構(gòu)的改變，我國急性胰腺炎呈現(xiàn)年輕化、重癥化的特點(diǎn)[4]。隨著病情進(jìn)展，肝臟在急性胰腺炎繼發(fā)多臟器損傷的過程中發(fā)揮著橋梁的作用。阻斷急性胰腺炎肝損傷有助于逆轉(zhuǎn)急性胰腺炎繼發(fā)多臟器損傷的進(jìn)程。本文將從胰腺與肝臟的生理聯(lián)系、細(xì)胞因子、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、微循環(huán)障礙、腸道菌群6個方面闡述急性胰腺炎肝損傷發(fā)生的分子機(jī)制，以期為防治急性胰腺炎并發(fā)多臟器損傷提供一定的參考。

1 胰腺與肝臟的生理聯(lián)系

在胚胎發(fā)育早期，胰腺起始于原腸尾部腹側(cè)和背側(cè)胰芽[5]，這與肝臟發(fā)育起始幾乎位于同一區(qū)域，早期原腸外包裹著完整的膜系結(jié)構(gòu)，伴隨著胚胎逐漸發(fā)育成熟，原腸外膜系結(jié)構(gòu)發(fā)展成為腸系膜，近年來有假設(shè)提出這種膜系結(jié)構(gòu)在肝臟和胰腺發(fā)育的過程中得以保留，成熟的肝、膽、胰等臟器通過這些系膜形成生理性粘連[6]，由此推測胰腺與肝臟之間可能通過“系膜系統(tǒng)”的血管與淋巴管構(gòu)成一個局部的微循環(huán)系統(tǒng)，并作為各種細(xì)胞因子的橋梁，在胰腺炎過程中對肝臟造成直接的損傷。從解剖學(xué)來看，肝臟通過門靜脈收集來自胰腺的血液。肝臟擁有雙重血供，使肝細(xì)胞生長于富氧環(huán)境中，這也決定了肝細(xì)胞較其他器官細(xì)胞對缺血缺氧環(huán)境更加敏感。而且肝和胰腺的淋巴結(jié)及神經(jīng)纖維系統(tǒng)錯綜復(fù)雜，相互交織成網(wǎng)，這都為胰腺炎繼發(fā)肝損傷提供了支持。有研究[7]證實(shí)，切斷動物雙側(cè)內(nèi)臟大神經(jīng)能夠通過核因子-κB(NF-κB)途徑改善急性胰腺炎肝損傷程度。這在一定程度上反映了胰肝系膜系統(tǒng)的完整性。

2 細(xì)胞因子

人體細(xì)胞因子總量的50%在肝臟內(nèi)產(chǎn)生，肝內(nèi)Kupffer細(xì)胞作為人體最大的巨噬細(xì)胞群在細(xì)胞因子的釋放過程中發(fā)揮著重要的作用。肝臟內(nèi)巨噬細(xì)胞受到胰腺釋放的損傷因子的刺激后，活化為具有介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的M1巨噬細(xì)胞和具有抗炎作用的M2巨噬細(xì)胞，M1和M2巨噬細(xì)胞在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。近來有研究[8]證實(shí)，IL-4受體亞單位α通過激活ECM/Akt信號通路促使Kupffer細(xì)胞由M1向M2表型轉(zhuǎn)化，發(fā)揮抗炎作用，從而減輕肝細(xì)胞的損傷。M1巨噬細(xì)胞在向損傷部位募集的過程中能夠釋放IL-17、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-23、IL-12、TNFα、巨噬細(xì)胞游走抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)等多種細(xì)胞因子，誘導(dǎo)肝臟炎癥反應(yīng)，引起肝細(xì)胞損傷。表1總結(jié)了急性胰腺炎過程中各種細(xì)胞因子對肝臟的作用。

表1 急性胰腺炎過程中細(xì)胞因子對肝臟的作用

3 炎癥反應(yīng)

急性胰腺炎過程中所釋放的大量細(xì)胞因子是引起炎癥反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，急性胰腺炎初期是局部的無菌性炎癥，繼而引起全身各臟器的炎癥反應(yīng)綜合征(systemic inflammatory response syndrome, SIRS)，并伴隨補(bǔ)償性抗炎綜合征(compensatory anti-inflammatory response syndrome, CARS)。在急性胰腺炎肝損傷初期階段，JAK將STAT磷酸化，STAT二聚化后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行相關(guān)基因表達(dá)，釋放TNFα、IL-18、IL-6等早期細(xì)胞因子[23]。與JAK釋放炎癥介質(zhì)的途徑相仿，蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)作為G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)的效應(yīng)物，在外界刺激下發(fā)生磷酸化，繼而激活I(lǐng)κ-B釋放基因調(diào)節(jié)蛋白NF-κB，NF-κB促使炎性細(xì)胞因子釋放，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。TNFα能夠激活單核巨噬細(xì)胞、活化NF-κB，啟動巨噬細(xì)胞的吞噬作用，雖然該作用在炎癥初期有利于炎癥的消除，但在炎癥進(jìn)展迅速的情況下會進(jìn)一步加重肝臟炎癥反應(yīng)，這些炎癥因子誘發(fā)了早期的炎癥反應(yīng)(圖1)。TLR4作為一種病原識別受體，能夠識別最初胰腺釋放的胰酶與各種細(xì)胞因子信號，釋放炎癥反應(yīng)的初始信號，啟動瀑布樣級聯(lián)炎癥反應(yīng)。眾所周知，乳酸是人體細(xì)胞無氧代謝的產(chǎn)物，在體內(nèi)過量堆積對人體造成不良影響，近年來有研究[24]發(fā)現(xiàn)，乳酸與特定受體結(jié)合后能夠顯著降低TNFα、IL-6等炎性因子的水平，有效減輕各種炎癥性肝病的肝損傷程度，在急性胰腺炎過程中，乳酸能夠與Kupffer細(xì)胞中的G-蛋白偶合受體81(Gi-protein-coupled receptor 81, GPR81)結(jié)合，降低NLRP-3炎性小體的表達(dá)，抑制半胱氨酸天冬氨酸轉(zhuǎn)移酶1(caspase-1)的活性，在一定程度上減輕急性胰腺炎大鼠的肝炎癥性損傷程度[25]。NLRP-3炎性小體是TLR4重要的下游信號分子，能夠介導(dǎo)caspase-1激活I(lǐng)L-1β、IL-18等炎癥因子，促進(jìn)炎癥因子的成熟，引起肝臟的炎癥反應(yīng)(圖1)。大量的動物實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，NLRP-3炎性小體能夠通過加重急性胰腺炎過程中的炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)肝損傷以加重SIRS和CARS[26]。肝細(xì)胞高遷移率族蛋白1(hepatocyte high mobility group protein 1, HMGB1)是全身炎癥過程中出現(xiàn)最晚、持續(xù)時(shí)間最長的晚期炎癥介質(zhì)，與TAR4結(jié)合激活P38和NF-κB，激活的P38-MAPK和NF-κB可促進(jìn)MIF的釋放，進(jìn)而阻止巨噬細(xì)胞往細(xì)胞損傷部位移動，炎癥反應(yīng)持續(xù)進(jìn)展，進(jìn)一步加重肝損傷[18](圖1)。

注：AcCoA，乙酰輔酶A；ATP，三磷酸腺苷；TAC cycle，三羧酸循環(huán)；LA，乳酸。

4 氧化應(yīng)激

炎癥反應(yīng)過程中，必定伴隨著細(xì)胞內(nèi)部氧化-抗氧化水平的失衡，炎癥反應(yīng)與氧化損傷相互影響。氧化應(yīng)激反應(yīng)是指細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)與氧化系統(tǒng)的失衡，產(chǎn)生過量的ROS不斷在細(xì)胞內(nèi)蓄積，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GST)等是氧自由基(oxygen free radical, OFR)的特異性清除酶，急性胰腺炎所產(chǎn)生大量的胰酶、細(xì)胞因子進(jìn)入肝臟，抑制SOD、CAT、GST的活性，正常的氧化反應(yīng)受損，損傷肝細(xì)胞呼吸鏈，使細(xì)胞處于缺氧狀態(tài)，能量代謝發(fā)生障礙，使無害的氧轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ腛FR。隨著OFR在細(xì)胞內(nèi)的過量積累，打破細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)后破壞細(xì)胞膜、線粒體，使細(xì)胞失去能量支撐，最終走向自溶。同時(shí)OFR還能夠損傷血管壁，發(fā)生漏血、滲液，導(dǎo)致水腫與出血。但在急性胰腺炎過程中胰腺釋放的各種炎癥介質(zhì)使線粒體處于持續(xù)的高負(fù)荷狀態(tài)，損傷線粒體呼吸鏈。線粒體功能障礙ROS過量蓄積在急性胰腺炎肝損傷的發(fā)生、發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用[27]。線粒體功能障礙使MAPK及AKT活性受到抑制，無法產(chǎn)生維持細(xì)胞生命活動的足夠ATP，加重ROS的過度蓄積[28]。過量產(chǎn)生的ROS與胰腺釋放的促炎細(xì)胞因子經(jīng)門靜脈系統(tǒng)進(jìn)入肝臟，激活肝細(xì)胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal regulated kinase 1, ASK1)、應(yīng)激狀態(tài)下活化JNK，促使P38-MAPK磷酸化，啟動肝細(xì)胞凋亡程序[28]，同時(shí)誘導(dǎo)肝細(xì)胞產(chǎn)生大量如IL-1β、IL-6、TNFα等炎性細(xì)胞因子，加重肝臟炎癥損傷[29]。氧應(yīng)激誘導(dǎo)型血紅素加氧酶-1(oxygen stress inducible heme oxygenase-1, HO-1)是一種機(jī)體保護(hù)性抗氧化酶，在應(yīng)激狀態(tài)下，能通過抑制IL-10、TNFα等細(xì)胞因子而有效調(diào)節(jié)全身炎癥反應(yīng)，從而減輕胰腺炎過程中肝臟的損傷[30]。核因子E2相關(guān)因子2(subcellular localization of nuclear factor E2-related factor 2, Nrf2)是細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子，也是下游抗氧化基因表達(dá)的主要調(diào)節(jié)因子，在氧化應(yīng)激過程中內(nèi)源性Nrf2-ARE(抗氧化反應(yīng)元件)途徑被激活，從而增加HO-1的活性(圖2)，對肝細(xì)胞具有一定的保護(hù)作用，但是當(dāng)損傷超過了內(nèi)源性Nrf2-ARE的抗氧化能力時(shí)，這種保護(hù)作用將失效[31]。

圖2 急性胰腺炎肝損傷中氧化應(yīng)激分子機(jī)制

5 微循環(huán)障礙

血管是細(xì)胞因子運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，大量的?xì)胞因子極易引起內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)，繼而導(dǎo)致破壞內(nèi)皮細(xì)胞的完整性等相關(guān)問題，引起肝臟微循環(huán)障礙。血漿內(nèi)皮素(endothelin, ET)和一氧化氮(nitric oxide, NO)是參與胰腺炎肝損傷微循環(huán)障礙的重要因子，生理狀態(tài)下ET、NO處于動態(tài)平衡中，維持胰腺、肝臟血流和灌注的正常狀態(tài)[32]。肝臟擁有人體最豐富的血液供應(yīng)系統(tǒng)，血管上有豐富的ET受體，進(jìn)入肝臟的胰酶、細(xì)胞因子促進(jìn)ET原轉(zhuǎn)錄和ET的釋放，ET與血管上的ET受體結(jié)合，激活第二信使環(huán)磷酸鳥苷(guanosine cyclic phosphate, cGMP)途徑，細(xì)胞內(nèi)Ca2+增高。細(xì)胞內(nèi)過量的Ca2+會導(dǎo)致ATP產(chǎn)生減少和高電導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔道的持續(xù)打開，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；Ca2+通過刺激磷酸甘油酯和α-酮戊二酸脫氫酶等催化酶可以直接促進(jìn)線粒體活性氧(reactive oxygen species mitochondrion, mROS)的形成，也可以通過促進(jìn)一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)活化，形成NO，阻斷復(fù)合物Ⅳ，導(dǎo)致mROS過度形成，造成細(xì)胞的過氧化損傷[33]。基質(zhì)金屬蛋白酶是一種膠原蛋白水解酶，參與毛細(xì)血管基底膜的降解，與ROS發(fā)揮雙重?fù)p傷作用，導(dǎo)致毛細(xì)血管通透性進(jìn)一步增加，毛細(xì)血管滲出、水腫[34]。在急性胰腺炎時(shí)ET與NO的比值升高，使ET的縮血管作用占優(yōu)勢，微血管的收縮、痙攣使內(nèi)皮細(xì)胞出現(xiàn)缺血性損傷；內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子表達(dá)增加，使白細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞黏附，白細(xì)胞與內(nèi)皮之間相互作用導(dǎo)致靜脈回流受阻，循環(huán)血流減慢，胰腺與肝臟微循環(huán)障礙[35]。有研究[36]證實(shí)，急性胰腺炎的動物模型應(yīng)用肝素后，其血液循環(huán)障礙以及炎癥反應(yīng)、組織損傷各項(xiàng)指標(biāo)均得到了改善。肝素能夠降低肝臟靜脈回流阻力，通過改善微循環(huán)障礙來減輕肝細(xì)胞的損傷。有研究[37]證實(shí)，G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體(G protein coupled bile acid receptor, GPBAR1)能通過參與肝細(xì)胞NF-κB、AKT、ERK等信號通路調(diào)節(jié)微循環(huán)。GPBAR1通過抑制NLRP-3炎癥小體的活化途徑降低血清淀粉酶、脂肪酶的水平，降低IL-1β、IL-6、TNFα等細(xì)胞因子和受體相互作用蛋白-3、磷酸化的混合系激酶區(qū)域樣蛋白(phospho-mixed-lineage kinase domain-like protein,p-MLKL)壞死相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。但是在急性胰腺炎過程中，GPBAR1對機(jī)體的保護(hù)作用受到過量細(xì)胞因子及胰酶等刺激因子的抑制，放大損傷因子對肝細(xì)胞的損傷[38]。

6 腸道菌群移位

近年來腸道微生物在各種疾病中的作用受到人們的重視，急性胰腺炎過程中胰腺釋放的各種損傷因子的刺激打破腸道的穩(wěn)態(tài)平衡，使腸道有害菌群沿著“腸肝循環(huán)”移位至肝臟，對肝臟造成“二次打擊”，肝損傷進(jìn)一步加重。人類的胃腸道中定植著含量豐富的微生物，由超過1014種微生物和超過500萬個基因組成一個豐富的微生物群落，被稱為腸道菌群。腸道菌群通過影響新陳代謝、調(diào)節(jié)黏膜免疫系統(tǒng)、促進(jìn)消化以及調(diào)節(jié)腸道結(jié)構(gòu)等在人體生理活動中發(fā)揮著重要作用。急性胰腺炎過程中多伴有腸道菌群失衡，有害菌群過度生長、腸道黏膜屏障受損和細(xì)菌移位到外周器官導(dǎo)致胰腺炎不斷進(jìn)展[39]。人體腸道中一些革蘭陰性細(xì)菌可以產(chǎn)生毒素脂多糖。益生菌是一種革蘭陽性桿狀厭氧菌，可以將人體腸道中未消化的膳食碳水化合物發(fā)酵為短鏈脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA)，尤其是丁酸[40]。丁酸、丁酸鹽等有益菌種下降使緊密連接蛋白與SCFA水平下降，人腸黏膜通透性增高、腸黏膜屏障功能障礙，導(dǎo)致腸道內(nèi)致病菌通過損傷的腸黏膜釋放入血，經(jīng)門靜脈回流系統(tǒng)及腸肝毛細(xì)血管網(wǎng)匯聚于肝臟[41]，引起肝臟感染，其分子機(jī)制可能是腸道內(nèi)致病菌誘導(dǎo)NLRP-3炎癥小體活化加重炎癥反應(yīng)，通過P38-MAPK信號通路增加肝細(xì)胞凋亡。在急性胰腺炎過程中常伴隨腸道菌群多樣性的改變，IL-22作為腸道上皮內(nèi)穩(wěn)態(tài)關(guān)鍵調(diào)節(jié)器在急性胰腺炎因腸道菌群移位導(dǎo)致多臟器損傷的過程中發(fā)揮著正向調(diào)節(jié)作用[42]。IL-22能夠通過激活STAT3信號通路增加Reg-Ⅲβ、Reg-Ⅲγ、Bcl-2、Bcl-xL等保護(hù)性基因的表達(dá)，在一定程度上減輕腸黏膜屏障的損傷，減少脂多糖釋放入血，在一定程度上減輕了急性胰腺炎過程中的腸源性肝損傷[43]。

7 總結(jié)

在急性胰腺炎過程中，肝臟作為最先受到細(xì)胞因子攻擊的臟器，肝損傷可作為急性胰腺炎多臟器損傷開始的標(biāo)志，急性胰腺炎肝損傷的預(yù)后在一定程度上也反映了胰腺炎的病情走向，目前急性胰腺炎肝損傷的機(jī)制尚不明確，雖然本文分為6個方面對急性胰腺炎肝損傷機(jī)制進(jìn)行闡述，但這6個方面并非獨(dú)自作用于疾病進(jìn)程，而是相互聯(lián)系，相互交織，共同推動疾病進(jìn)展。基于目前研究現(xiàn)狀，臨床上應(yīng)重視肝臟、腸道與胰腺的整體性，在急性胰腺炎的基礎(chǔ)用藥方面，將改善微循環(huán)制劑與調(diào)節(jié)腸道菌群制劑合用于急性胰腺炎的治療中，也許有利于阻斷急性胰腺炎肝損傷及其他臟器損傷的通路，逆轉(zhuǎn)疾病進(jìn)程。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：徐文倩、郭敏對研究的思路或設(shè)計(jì)有關(guān)鍵貢獻(xiàn)，參與研究數(shù)據(jù)的獲取分析解釋過程；吳瑤麒、張近遠(yuǎn)參與撰寫及修改文章；李合國、王曉對文章關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)與修改。