胰腺星狀細胞與胰腺癌前病變的關系及干預設想

夏時海

武警特色醫(yī)學中心消化內科(消化疾病研究所)，天津市肝臟胰腺纖維化與分子診療重點實驗室，天津 300162

【提要】 胰腺星狀細胞(PSC)激活在正常胰腺-胰腺炎癥-胰腺癌前病變-胰腺癌的進展過程中發(fā)揮重要作用，這是由PSC的生物學特性和功能異質性決定的。PSC通過分泌、自噬、能量代謝和微環(huán)境失衡等機制影響胰腺炎癥和胰腺癌前病變，而抑制PSC激活、促進活化PSC狀態(tài)改變及誘導PSC凋亡等可能是阻止胰腺炎癥向胰腺癌前病變演化和進展的重要干預措施。

胰腺癌是惡性程度極高的消化系統實體腫瘤，其病死率在各種腫瘤性疾病中排第4位，預計到2030年將成為第二大癌癥[1]。胰腺癌患者總體5年生存率僅為8.2%，死亡率幾乎與發(fā)病率相當[2]。筆者所在課題組近年研究[3-4]發(fā)現胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cell,PSC)激活在正常胰腺-胰腺炎癥-胰腺癌前病變-胰腺癌演進過程中發(fā)揮關鍵性作用，抑制PSC激活可能是阻止胰腺癌前病變發(fā)生和發(fā)展的重要途徑。

一、PSC的生物學特性

1982年Watari等[5]首次報道了在小鼠的胰腺中發(fā)現了具有儲存維生素A能力的細胞。Apte等[6]從大鼠胰腺組織中成功分離并培養(yǎng)出形態(tài)呈星形的細胞，該細胞分布在胰腺腺泡周圍，占所有胰腺細胞的4%～7%。研究發(fā)現它們與肝星狀細胞有相似的特性。1998年德國學者Bachem等[7]又成功地從人和大鼠的胰腺基質中分離出這種細胞，并命名為PSC。PSC在正常的胰腺組織中呈靜止狀態(tài)(quiescent PSC,qPSC)，其主要位于腺泡細胞基底外側以及一些小胰管和血管周圍[8]。Riopel等[9]研究發(fā)現qPSC通過保持腺泡細胞基底膜的完整性對胰腺功能起著重要的調節(jié)作用。整合素β1是連接腺泡細胞基底膜蛋白的主要受體之一，整合素β1缺失的小鼠胰腺中纖維連接蛋白(fibronectin，FN)、層黏連蛋白γ1和Ⅰ型膠原α2 mRNA表達明顯降低，基底膜發(fā)生降解；PSC中整合素β1缺失會導致腺泡細胞中的酶原含量降低，導致腺泡功能喪失，可見qPSC對維持胰腺正常生理結構和外分泌功能均發(fā)揮重要的作用。

PSC激活是胰腺纖維化發(fā)生發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。在病理因素(急慢性胰腺炎、胰腺腫瘤和自身免疫性胰腺炎等)刺激下，PSC成為活化狀態(tài)(activated PSC,aPSC)，aPSC增殖活躍、趨化、集聚，合成和分泌大量的細胞外基質(extracellular matrix,ECM)，使ECM生成增多，降解減少，兩者失去平衡，致使過多的ECM沉積，從而導致胰腺纖維化的發(fā)生[10]。大量研究證實，PSC的激活主要受細胞因子、炎癥遞質和乙醇及其代謝產物的影響[11]。當胰腺損傷時，巨噬細胞、腺泡細胞以及血小板均被激活，可分泌細胞因子和炎癥遞質；aPSC也可通過自體分泌的方式釋放細胞因子和炎癥遞質[12-13]。由此可見，當外源性刺激因子激活PSC后，其自體分泌作用將形成惡性循環(huán)，從而加快胰腺纖維化的進程。PSC激活所致的胰腺慢性纖維化是慢性胰腺炎和胰腺癌共同的病理進程，aPSC有望成為胰腺癌前病變和胰腺癌治療的一個新靶標[14]。

目前認為aPSC有3種去向，即轉化為靜止狀態(tài)、凋亡和衰老。McCarroll等[15]報道，維生素A或其代謝產物全反式維甲酸可促進aPSC轉變?yōu)閝PSC。維生素A或全反式維甲酸可以通過Wnt-β-catenin信號通路誘導PSC由活化狀態(tài)恢復至靜息狀態(tài)，并可抑制PSC增殖，減少胰腺纖維化的發(fā)生和發(fā)展[16]。研究發(fā)現PSC可以通過CD95或CD95配體、腫瘤壞死因子相關誘導凋亡配體、外周苯二氮卓類受體或配體、整合素、p75或神經生長因子等途徑和機制誘導PSC發(fā)生凋亡[17]。PSC發(fā)生凋亡可以延緩、阻止甚至逆轉胰腺纖維化的進展，將為胰腺癌前病變和胰腺癌提供新的治療途徑。Fitzner等[18]研究發(fā)現，將PSC暴露于應激因子中長期培養(yǎng)，可誘發(fā)PSC衰老。衰老的PSC高表達Cdkn1a/p21、mdm2和IL-6，低表達α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)。PSC的衰老由多個獨立的信號轉導途徑參與調節(jié)，在慢性胰腺炎中，細胞衰老作為一種新的機制參與終止PSC活化。最新研究發(fā)現，Cdkn1a通路可能有助于維持典型PSC衰老的基因表達譜[19]。

二、PSC的功能異質性

PSC激活后可轉化為類似于肌成纖維細胞的激活態(tài)表型，增殖并主動遷移，分泌大量ECM，并作為胰腺疾病微環(huán)境的重要組分參與調控胰腺炎和胰腺癌的病程進展。PSC通過釋放多種細胞因子及外泌體等直接促進腫瘤細胞的生長、轉移和侵襲，并作用于內皮細胞，促進腫瘤組織的血管生成，還能調節(jié)免疫細胞功能,參與腫瘤免疫耐受,同時促進腫瘤間質成分增生、腫瘤耐藥等，這些都是PSC功能異質性的表現[10-19]。Strobel等[20]發(fā)現從正常胰腺、胰腺癌和PDAC中分離的PSC來源于間充質干細胞(mesenchymal stell cells, MSCs)，由中胚層起源進化而來。Scarlett等[21]發(fā)現慢性胰腺炎和PDAC中一定比例的PSC來源于骨髓。另外一項涉及二丁基氯化物引發(fā)胰腺癌的研究[22]也表明了骨髓可能是PSC另一種潛在來源。還有研究[23]報道，趨化因子受體CCR2+單核細胞可通過核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)或CCR2途徑遷移至胰腺并分化成PSC。以上這些研究均闡明了骨髓作為PSC來源的可能性。可見，PSC之所以具有異質性功能，可能是因為其一部分亞群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。目前PSC的功能已不僅局限于間充質效應，PSC還可能作為一種不亞于胚胎干細胞的多向分化潛能的成人干細胞，通過分化成上皮細胞譜系從而協助受損組織再生[24]。

PSC細胞表面標志物的不同也顯示其異質性，即不同的細胞亞群在正常胰腺-胰腺炎癥-胰腺癌前病變-胰腺癌演化過程中發(fā)揮著不同的生物學功能。Mizutani等[25]發(fā)現了PSC表達的糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白Meflin是抑制PDAC進展的PSC的標志物。Meflin缺乏或低表達導致腫瘤進展,而在PSC中過表達Meflin則會抑制腫瘤的生長。胰腺腫瘤來源的IL-17b攜帶細胞外囊泡激活間質中的PSC并誘導IL-17b表達，PSC增加氧化磷酸化，同時減少線粒體周轉；在體內共注射異種移植小鼠模型中，PSCs中IL-17b受體過表達加速腫瘤生長[26]。上述標志物的發(fā)現證明了PSC有著不同的細胞亞群，并具備著不同的生物學功能，這些生物學標志物未來可作為診斷和治療胰腺癌新的靶點。

Tjomsland等[27]從不同PDAC患者中分離出不同的PSC群體，進而研究PSC條件培養(yǎng)基對胰腺癌細胞的影響。發(fā)現不同的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-基質相互作用可能是PSC產生功能異質性的成因。同時，?hlund等[28]揭示了PSC的另一個有意義的亞群，在胰腺癌細胞-PSC共培養(yǎng)的2D和3D模型中，距離腫瘤細胞較遠的PSC亞群分泌更少的α-SMA，但分泌更多的IL-6和其他炎癥相關遞質，證明了包括PSC在內的癌癥相關成纖維細胞(cancer associated fibroblast,CAF)具有功能異質性?？偟膩碚f，PSC可以與胰腺實質細胞相互作用，并根據所處細胞微壞境的不同而具有功能學上的差異；對PSC在不同疾病背景下異質性表現的進一步研究有助于闡明胰腺實質細胞和間質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。

三、PSC與胰腺癌前病變的關系

2019年《世界衛(wèi)生組織消化系統腫瘤分類》(第5版)[29-30]將胰腺腫瘤分為良性上皮性腫瘤及癌前病變、惡性上皮性腫瘤、胰腺神經內分泌腫瘤，其中PDAC主要的癌前病變包括胰腺上皮內瘤變(pancreatic intraepithelial neoplasia,PanIN)、胰腺導管內乳頭狀黏液性腫瘤(intraductal papillary mucinous neoplasia,IPMN)和胰腺黏液性囊性腫瘤(mucinous cystic neoplasia,MCN)。該分類將原有的3級PanIN重新劃分為2級，即低級別PanIN(原1級、2級)和高級別PanIN(原3級)，后者是PDAC的主要癌前病變。該分類對IPMN強調以下幾個特征：(1)必須是肉眼可見的病變，且直徑>0.5 cm。當胰管上皮呈乳頭狀增生，但病變肉眼不可見，且直徑<0.5 cm時，則需診斷為PanIN；(2)分為IPMN伴低級別異型增生和IPMN伴高級別異型增生兩類；(3)以往認為IPMN包括胃型、腸型、嗜酸細胞型和胰膽管型4種形態(tài)學亞型，而新分類將嗜酸細胞型獨立命名為導管內嗜酸細胞乳頭狀腫瘤，相當于原位癌；同時當腫瘤伴有浸潤性癌成分時，將其稱為導管內嗜酸細胞乳頭狀腫瘤伴相關浸潤性癌。

大量研究表明，正常胰腺-胰腺炎癥-胰腺癌前病變-胰腺癌演化過程是多因素、多步驟發(fā)展的結果。在這個過程中多種基因突變發(fā)揮重要的作用，例如KRAS癌基因突變激活(見于約90%患者)；抑癌基因CDKN2A、TP53、SMAD4和BRCA29失活；Hedgehog信號通路失調，尤其是與KRAS突變聯合出現；p16功能喪失，導致細胞分裂周期調節(jié)障礙；胰腺上皮內瘤變進展的關鍵調節(jié)分子Notch2表達；廣泛染色體丟失和基因擴增；端?？s短等[31-32]。研究證明，PSC在以上事件中均發(fā)揮著重要作用，這是PSC的生物學特性和異質性決定的，PSC通過分泌、自噬、能量代謝和微環(huán)境失衡等機制，和微環(huán)境中的其他細胞如外分泌腺泡細胞、導管細胞和各種基質細胞包括巨噬細胞、淋巴細胞、中性粒細胞、肥大細胞、脂肪細胞和內皮細胞等在炎癥遞質的介導下相互協作，參與胰腺炎癥和胰腺癌前病變，甚至導致胰腺癌前病變發(fā)展為胰腺癌[33]。

2016年南京醫(yī)科大學陸子鵬[34]的研究結果顯示，胰腺癌前病變PanINs患者病灶中存在顯著的纖維結締組織反應和PSC激活，且與胰腺上皮內瘤變的級別呈正相關。病變的胰腺上皮細胞可能通過TGF-β、PDGF和Hedgehog通路促進PSC激活。筆者推測激活的PSC衍生大量的外泌體，包括細胞因子和炎癥遞質，與胰腺微環(huán)境相互協調作用，促進胰腺癌前病變向胰腺癌發(fā)生和進展。外泌體是由aPSC分泌的一種具有生物活性的囊泡，存在于血液、組織液以及尿液等體液中，介導細胞之間的物質交換、信號轉導和信息交流，從而發(fā)揮生物學作用[35-37]。同時，外泌體影響腫瘤細胞的新陳代謝?；|中的PSC可促進胰腺上皮癌細胞的生長代謝，而胰腺上皮癌細胞亦可促進基質PSC的生長。qPSC和aPSC有明顯的代謝差異，進而以滿足生物能量以及代謝合成的要求。其中內質網應激參與PSC細胞表型轉變過程，未折疊蛋白質反應在PSC線粒體應激反應中發(fā)揮主要的穩(wěn)態(tài)作用。代謝應激誘導的PSC重編程參與調節(jié)腫瘤微環(huán)境中的相鄰細胞。而在營養(yǎng)限制的條件下，PSC誘導的PDAC代謝變化也可促進腫瘤細胞增殖；PSC可以通過自噬分解代謝途徑分泌的特異性丙氨酸來維持腫瘤細胞的能量代謝[38]。說明PSC分泌的外泌體可通過新陳代謝及能量代謝影響正常胰腺-胰腺炎癥-胰腺癌前病變-胰腺癌過程的變化或進展。

四、干預 PSC與胰腺癌前病變關系的設想

PSC的激活在正常胰腺-胰腺炎癥-胰腺癌前病變-胰腺癌演化過程中很可能起到啟動、關鍵和核心作用，因此干預PSC激活應該是臨床上阻止胰腺炎癥向胰腺癌前病變發(fā)生和進展非常重要的環(huán)節(jié)或靶點。筆者提出了旨在干預PSC激活的一些設想，認為中醫(yī)中藥包括中藥單體有巨大的潛力。

首要環(huán)節(jié)是抑制PSC激活。研究顯示維生素 E、表兒茶素沒食子酸-3-沒食子、鞣花酸、異澤蘭黃素和中草藥丹參等主要通過抗氧化的作用抑制PSC的激活；維生素D、干擾素、姜黃素、PPAR-γ配體曲格列酮、1型血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑AngⅡ和IL-17抗體等主要通過抗炎、抗增殖和免疫調節(jié)的作用抑制PSC的激活。最新研究表明，葛根素顯著抑制PSCs MAPK家族蛋白包括JNK1/2、ERK1/2和p38 MAPK的磷酸化，無論是否受血小板激活因子刺激，均呈劑量依賴性，從而抑制PSC活化，表明葛根素可能是一種潛在的治療CP的候選藥物，而MAPK通路可能是其重要的靶點[39]。

Matsumoto等[40]研究報道了氯喹對PSC激活的抑制作用，其團隊利用納米顆粒靶向PSC的預處理方法，以聚乳酸-羥基乙酸納米粒子為載體，分別負載吲哚菁綠(ICG)和氯喹，在原位異種移植小鼠模型中進行了研究。結果顯示，納米ICG選擇性積累在胰腺腫瘤中，給藥后持續(xù)7 d以上。此外，納米ICG在腹膜轉移區(qū)積累，但在肝臟、腎臟和正常胰腺組織中不積累。納米氯喹降低了低氯喹劑量激活的PSC密度，與吉西他濱聯合使用顯著抑制了腫瘤進展，有效降低了PDAC腫瘤細胞的增殖活性，可能是一種有前景的新型預處理策略。Cui等[41]研究顯示中藥柴胡桂枝甘江湯可減輕CP大鼠胰腺損傷，減少膠原沉積，抑制胰腺PSC活化，認為柴胡桂枝甘江湯可能通過JNK/mTOR信號通路抑制PSC自噬，從而抑制胰腺纖維化和PSC活化。筆者所在研究團隊證實，中藥成分氧化苦參堿可抑制PSC從靜止向激活的轉化，通過減少胰腺組織內膠原的生成及α-SMA的表達抑制胰腺纖維化的發(fā)展[42-43]。在脂多糖誘導的胰腺微血管內皮細胞中，氧化苦參堿可明顯抑制TLR4、MyD88或NF-kB p65通路和炎癥因子IL-1β的表達，通過促進大鼠PSC的Gli2表達而發(fā)揮抗胰腺纖維化作用；氧化苦參堿通過TLR4/NF-κB 信號通路調節(jié)炎癥模型中miR-211-5p 的表達，參與炎癥反應[44-47]。

第二個環(huán)節(jié)是讓aPSC轉變?yōu)閝PSC。qPSC富含維生素A脂滴，aPSC中脂滴消失，因此補充維生素A及其代謝物維甲酸能否使aPSC轉變?yōu)閝PSC日漸引起人們的關注。研究發(fā)現維甲酸能使小鼠胰腺炎中aPSC轉變?yōu)閝PSC，且改變細胞骨架蛋白和細胞因子等影響PSC增殖、形態(tài)變化和遷移[48]，其作用機制可能為抑制MPAK途徑調節(jié)的PSC激活進程使其轉變?yōu)殪o止狀態(tài)[49]。同時研究還發(fā)現，維甲酸能使胰腺癌周圍的癌細胞凋亡[50]，這可能為胰腺癌的治療提供新的思路。IL-6與多種腫瘤細胞的致瘤作用、細胞增殖、遷移和藥物耐受相關，CAF分泌大量的IL-6參與腫瘤上皮-間質細胞轉化，增強癌細胞轉移能力。維甲酸可通過抑制CAF分泌IL-6來抑制癌細胞遷移和上皮-間質細胞轉化，進一步提示維甲酸可能成為臨床治療胰腺癌的新藥。吉林大學孫麗等[51]通過對永生化人PSC系(HP-1細胞)和PSC生物學性狀及蛋白組學分析，發(fā)現HP-1細胞具有激活PSC的特征性標志物，可應用于PSC介導胰腺纖維化發(fā)生的研究中。研究者進一步通過建立乙醇誘導HP-1細胞體外模型，證明全反式維甲酸可促進人aPSC轉變?yōu)閝PSC，通過下調TGF-β1-Smad 2或TGF-β1-Smad 3信號通路，抑制PSC介導的膠原合成和促進其降解。

第三個環(huán)節(jié)是促進aPSC凋亡。Ji等[52]研究發(fā)現慢性胰腺炎患者miR-15和miR-16顯著下降，組蛋白脫乙?；?histone deacetylase,HDAC)通過調控miR-15和miR-16的靶基因Bcl-2和Smad5水平，促進PSC凋亡和抑制纖維生成。Qin等[53]將骨髓MSCs轉染NF-κBα基因突變體形成IkBαM-MSCs后注射到CP小鼠體內，發(fā)現可促進aPSC凋亡，Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和纖維黏連蛋白表達降低。此外，由胰腺腺泡細胞分泌的胰腺再生蛋白(pancreas regeneration protein, reg)近年逐漸受到關注。Li等[54]報道reg在促胰島β細胞再生的同時，抑制了PSC的活性，使PSC增殖和遷移等生物學行為受限，從而使病變局部PSC的數目減少，且reg可降低基質金屬蛋白酶抑制劑-1(tissue inhibitor of metalloproteinases-1，TIMP-1)和TIMP-2的合成和分泌，促進ECM的降解，在胰腺修復再生過程中發(fā)揮作用，提示胰腺損傷時，腺泡細胞大量分泌reg可能是一種自我保護機制。Estaras等[55]研究松果體的產物褪黑激素對缺氧條件下PSC的作用及可能機制，發(fā)現褪黑激素能誘導PSC活力下降，降低細胞周期素A和D的表達。在褪黑激素處理的細胞中α-SMA含量及TIMP 2、TIMP 3、TIMP 9、TIMP 13的表達下降，提示褪黑素通過調節(jié)細胞周期，促進PSC凋亡來減少缺氧條件下PSC的增殖，褪黑素可能成為一種治療胰腺纖維化的潛在藥物。

綜上所述，PSC激活在正常胰腺-胰腺炎癥-胰腺癌前病變-胰腺癌演化過程中發(fā)揮重要作用，尤其是胰腺炎癥向胰腺癌前病變演進過程中可能發(fā)揮著核心作用，這是由PSC的生物學特性和異質性決定的。PSC通過分泌、自噬、能量代謝和微環(huán)境失衡等機制影響胰腺炎癥和胰腺癌前病變，而抑制PSC激活，促進aPSC轉變?yōu)閝PSC和誘導aPSC凋亡等可能是阻止胰腺炎癥向胰腺癌前病變演進和胰腺癌前病變向胰腺癌進展的重要干預措施。但PSC激活和衍生本身就是一個復雜的過程，胰腺癌也是多因素、多步驟進展的結果，其具體機制尚不完全清楚，仍需進一步深入研究，任重道遠。

利益沖突作者聲明無利益沖突