IP3R 在急性胰腺炎發(fā)病機制中的研究進展

曾穩(wěn)盈，肖娟(通信作者*）

（1 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院廣西肝臟損傷與修復(fù)分子醫(yī)學(xué)重點實驗室，廣西 桂林 541001; 2 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院廣西神經(jīng)鞘脂代謝相關(guān)疾病基礎(chǔ)研究重點實驗室，廣西 桂林 541001）

0 引言

急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)是一種能夠危及生命且給病患帶來極大痛苦與經(jīng)濟負擔(dān)的胃腸道疾病，臨床上以急性上腹痛、惡心嘔吐、血尿淀粉酶和脂肪酶增高等為特征。2012年國際共識完成了對急性胰腺炎亞特蘭大分類和定義的全面修訂[1]，將其分為間質(zhì)性胰腺炎和壞死性胰腺炎，病死率分別為3%和15%左右[2-3]。AP的病因通常明確，最主要是由于膽石癥所引起，酒精的過度攝入、內(nèi)鏡下逆行胰膽管造影術(shù)（ERCP）術(shù)后損傷、細胞功能性障礙等也會導(dǎo)致AP[4-5]。但其的發(fā)病機制仍難以捉摸，胰酶的自我消化學(xué)說、細胞因子學(xué)說、炎癥介質(zhì)學(xué)說以及自噬的損傷對AP的影響在一定程度上幫助我們了解AP的發(fā)病機制，但它們只能解釋某些特定胰腺炎病例的發(fā)病機制，或者某些形式的急性胰腺炎發(fā)病過程的特定方面。事實上，目前關(guān)于急性胰腺炎的發(fā)病機制尚無理想的理論。

近年的研究中發(fā)現(xiàn)，Ca2+信號通道在AP的發(fā)生發(fā)展中尤為重要，Ca2+細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)是在腺泡細胞生理和病理功能中起到核心作用[6]，膽汁酸[7]、酒精的過度攝入[8]、雨蛙素高強度的刺激[9-10]會破壞AP模型中細胞內(nèi)外Ca2+濃度的動態(tài)平衡，導(dǎo)致全方位且持續(xù)的病理性細胞溶質(zhì)Ca2+升高，線粒體Ca2+超載后去極化而發(fā)生功能障礙，ATP合成減少，最終導(dǎo)致細胞壞死[11-12]。此外，細胞內(nèi)Ca2+的增加會導(dǎo)致鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶的激活，并會加速腺泡細胞的酶原活化和細胞損傷。[13-14]。Ca2+經(jīng)胞內(nèi)鈣庫持續(xù)釋放以及隨之的鈣內(nèi)流所引起的胰蛋白酶原激活是AP的第一步，而肌醇1，4，5-三磷酸酯受體（inositol 1，4，5-trisphosphate receptor ，IP3R）通道介導(dǎo)Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)流入胞漿和線粒體，在AP發(fā)生發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用[15]。本文就IP3R于急性胰腺炎發(fā)病機制中的作用以及相關(guān)研究進展作一綜述。

1 IP3R概述

IP3R于1988 年在大鼠小腦第一次被發(fā)現(xiàn)[16]。每個IP3R分子含有約2，700個氨基酸，分子量約為310 kDa。根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能上分為5個結(jié)構(gòu)域：N端偶聯(lián)結(jié)構(gòu)域、IP3結(jié)合核心、內(nèi)部耦合域、通道域和C端耦合域[17]。目前已知有3種亞型，分別為IP3R-1，IP3R-2，IP3R-3，其氨基酸序列在總體上約60~80%的同源性[15]。三種亞型廣泛表達于哺乳動物的細胞中，并主要定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，IP3R1主要在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達，IP3R2和IP3R3在心臟、胰腺、肝臟和唾液腺等各種器官中廣泛表達[18]。1型IP3R(IP3R1)代表了IP3門控 Ca2+釋放通道家族，它由三種同源異構(gòu)體（1-3型）組成[19]。IP3R2的特點是對IP3和ATP均具有高敏感性，并受Ca2+的雙相調(diào)節(jié)[20]。IP3R3和IP3R1在通透性和門控特性、IP3的調(diào)節(jié)和Ca2+的抑制方面功能相似。然而，這些異構(gòu)體唯一的區(qū)別是它們對Ca2+激活的敏感性。不同的Ca2+激活位點對Ca2+的敏感性賦予每個IP3R亞型不同的卻互補的釋放特性，以響應(yīng)細胞刺激[21]。

IP3R通道是IP3R分子的四聚體，以4個糖蛋白亞基圍繞中心離子滲透孔形成四聚體結(jié)構(gòu)的形式存在，由犰狳重復(fù)集合形成的三個α螺旋結(jié)構(gòu)域（ARM1-ARM3）的螺線管狀結(jié)構(gòu)是IP3R1獨有的特征[19]。Ca2+敏感受體位于ARM3的結(jié)構(gòu)域，能夠通過Ca2+的變化控制IP3R通道的開放[22]。作為細胞內(nèi)Ca2+信號產(chǎn)生和調(diào)節(jié)的關(guān)鍵元件，IP3R通道受到多種胞內(nèi)調(diào)節(jié)因子的調(diào)控，其中最主要的是肌醇1,4,5-三磷酸（inositol 1,4,5-trisphosphate，IP3）和Ca2+，而IP3又通過改變自身對Ca2+抑制的敏感性來調(diào)節(jié)IP3R通道[23]，因此Ca2+是通道特性的主要決定因素[24]。ATP也能通過調(diào)節(jié)通道的Ca2+活化來增強IP3R通道活性[19]。。IP3R可被多種激酶磷酸化[25-28]。磷酸化過程會使IP3R構(gòu)象發(fā)生改變，使其對IP3的結(jié)合度增加，提高內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+轉(zhuǎn)運能力[25]。IP3R通過構(gòu)象變化引起細胞內(nèi)Ca2+信號幅度和頻率的變化，而特異性調(diào)控細胞的不同生理過程[29]。Ca2+結(jié)合蛋白能夠以Ca2+濃度依賴的方式抑制IP3R活性，IP3R結(jié)合蛋白也能通過與IP3競爭IP3R上的共同結(jié)合位點來抑制IP3R通道激活[30]。

IP3R通道在多種生理功能中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括基因轉(zhuǎn)錄、激素分泌、代謝調(diào)節(jié)、免疫反應(yīng)、細胞凋亡。另有研究表明，許多致癌基因能夠通過動態(tài)地控制IP3R活性，向線粒體釋放Ca2+[31-32]。例如最新的研究發(fā)現(xiàn)IP3R的相互作用蛋白PKM2，在癌細胞中高度表達，并被認為在腫瘤形成過程中支持合成代謝過程中發(fā)揮作用[33]。同時IP3R功能表達的缺失在一些神經(jīng)退行性疾病病理生理過程中起重要作用，被認為與亨廷頓舞蹈病、阿爾茨海默病、脊髓小腦性共濟失調(diào)的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[34-36]。

2 IP3R與急性胰腺炎

AP的早期病理變化包括鈣離子超載等[37]，而IP3R作為鈣離子通道蛋白，其亦影響AP的發(fā)生。鈣釋放通道IP3R受體在細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表達,其中細胞內(nèi)儲存過多的 Ca2+主要通過IP3R Ca2+通道從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放至線粒體[38-40]。胞質(zhì)內(nèi)Ca2+振蕩的快速誘導(dǎo)，最初不依賴于胞外空間的Ca2+通量或線粒體Ca2+的釋放。這一信號取決于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放，尤其是IP3R通道[41]。咖啡因能通過抑制IP3R介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)來阻斷生理性細胞內(nèi)Ca2+振蕩，咖啡因及其二甲基黃嘌呤代謝物可抑制胰腺腺泡細胞中IP3R介導(dǎo)的細胞溶質(zhì)Ca2+持續(xù)升高、線粒體膜電位喪失和壞死細胞死亡通路激活。一定劑量的咖啡因可充分抑制實驗性急性胰腺炎中IP3R介導(dǎo)的Ca2+超載，并在體內(nèi)外實驗中都顯著改善了胰腺腺泡細胞的損傷[42]。

研究普遍認為胰蛋白酶原的提前活化使加速了AP中腺泡細胞損傷[43]。當(dāng)腺泡細胞受到刺激后，鈣離子持續(xù)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過IP3R通道釋放，對胰酶原活化起到關(guān)鍵促進作用，隨后ATP的完全損耗則使鈣穩(wěn)態(tài)進一步失衡，鈣超載持續(xù)存在阻止細胞凋亡,從而導(dǎo)致胰腺壞死。壞死發(fā)生后，腺泡細胞腫脹破裂，產(chǎn)生的毒性物質(zhì)繼續(xù)破壞附近的細胞，導(dǎo)致細胞內(nèi)Ca2+濃度持續(xù)升高，引發(fā)惡行循壞，放大AP炎性反應(yīng)[44]。

核因子-κB（NF-κB）是控制致炎基因表達最重要的轉(zhuǎn)錄因子之一，這些致炎基因包括白介素類、趨化因子、黏附分子、受體和酶[45]，在AP的發(fā)生發(fā)展過程中均起到了關(guān)鍵作用[46]。細胞質(zhì)Ca2+濃度升高能誘導(dǎo)NF-κB通路活化[47]。研究表明，鈣離子通道阻滯劑能夠有效阻止棕櫚油酸乙酯（ Palmitoleic acid ethyl ester, POAEE）引起的酒精性急性胰腺炎引起Ca2+持續(xù)升高、蛋白酶激活和胰腺腺泡細胞壞死[48]，也說明了鈣通道阻滯劑阻斷劑尤其是抑制IP3R介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)的化合物具有治療潛力，可作為一種獨特合理的治療應(yīng)對AP。

自噬是一個動態(tài)平衡且進化高度保守的過程，廣泛存在于細胞中，對細胞的生存、分化、起到重要作用[49-50]。同時自噬被認為可能是各種AP刺激性因素共同影響的下游通路之一[51-52]。當(dāng)酒精、膽汁酸等物質(zhì)刺激腺泡細胞，自噬功能受到損傷，從而會引發(fā)細胞的炎性改變和死亡。在小鼠AP模型中，當(dāng)ER穩(wěn)態(tài)被破壞后激活應(yīng)激反應(yīng)，隨之IP3R通道釋放大量Ca2+從 ER 進入細胞質(zhì)，導(dǎo)致自噬受損。自噬受損的誘導(dǎo)依賴于ER 來源的 Ca2+并導(dǎo)致胰蛋白酶的激活。研究表明，在低濃度乙醇刺激下的Capan-1細胞中，施用 (IP3R) 拮抗劑咖啡因 (20 mmoL/L) 或磷脂酶C 抑制劑 U73122 (10 μmoL/L) 后Ca2+反應(yīng)完全消失[8]。由此可見，IP3R在AP自噬的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用[53-55]。

AP的發(fā)病機制極為復(fù)雜，多種因素相互作用，尤其目前臨床的治療方案仍處于抗抗感染、補液、對癥治療等綜合措施上，而IP3R介導(dǎo)的信號通路在AP的發(fā)生發(fā)展中占有重要的作用，也為特異性治療AP提供了新的理論依據(jù)。目前AP發(fā)病機制尚未透徹，是否能通過IP3R信號通路阻斷鈣內(nèi)流、抑制胰酶原自活化、抑制NF-κB通路以及調(diào)控自噬等方面達到治療AP的研究可作為的新方向，也是AP治療的潛在靶點。