胰腺星狀細胞在胰腺纖維化進程中的作用

嚴豪杰，崔乃強，張淑坤，趙二鵬，盧洪軍

胰腺星狀細胞在胰腺纖維化進程中的作用

嚴豪杰1，2，崔乃強2，張淑坤3，趙二鵬2，盧洪軍2

本文介紹胰腺星狀細胞在慢性胰腺炎胰腺纖維化中的重要作用。通過對胰腺星狀細胞的生物特性、激活機制、調節(jié)PSCs活性的細胞內信號通路等研究，更好地介紹PSCs與慢性胰腺炎的關聯(lián)，為臨床治療慢性胰腺炎提供新的途徑。胰腺星狀細胞逐漸成為抗胰腺纖維化及治療慢性胰腺炎的重要靶點。

胰腺星狀細胞；胰腺纖維化；慢性胰腺炎；胰腺癌

越來越多的證據表明，胰腺星狀細胞（pancreatic stellate cells，PSC）在慢性胰腺炎纖維化過程中發(fā)揮越來越重要的作用。在胰腺組織損傷和炎癥中，處于靜止狀態(tài)的PSC被激活成肌纖維母細胞（myofibroblast，MFB），這種細胞能夠表達平滑肌肌動蛋白。被激活的胰腺星狀細胞進行增殖，并能夠產生細胞外基質成分，如I型膠原、細胞因子、趨化因子。最近研究表明，PSC在胰腺組織的修復和局部細小血管的形成過程中也發(fā)揮作用。如果胰腺的炎癥和損傷是持續(xù)性的，那么星狀細胞就會被持續(xù)地激活，最終導致胰腺纖維化的形成。這種情況下，胰腺纖維化就可以認為是細胞外基質成分數量和質量的變化所致。因為PSC與肝星狀細胞非常相似，PSC的研究與胰腺的病理生理關系更加密切。事實上，PSC不僅在慢性胰腺炎中，在胰腺癌的進展中也有重要作用。骨髓造血干細胞對PSC的促進作用已被證實。對PSC的研究，有助于治療慢性胰腺炎和胰腺癌[1]。

1 PSCs的生物特性

日本學者Watari等[2]在1982年首次在鼠的胰腺組織中發(fā)現(xiàn)了貯存維生素A的細胞。德國學者Bachem等[3]在1998年從人和大鼠的胰腺基質中分離出能夠產生Ⅰ、Ⅲ型膠原、纖維結合蛋白（fibronectin，F(xiàn)n）和層粘連蛋白（laminin，Ln）等細胞外基質的細胞。因該細胞與肝星狀細胞(hepatic stellate cell，HSC)相似，故將其命名為胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cell，PSC)。分為靜止和活化兩種表現(xiàn)型。PSC在未損傷的胰腺組織中呈靜止狀態(tài)，有儲存和代謝視黃醇的功能。處于靜止狀態(tài)的PSC受到致病因子的刺激而活化MBF，導致細胞形態(tài)的改變和功能的障礙。此時的細胞具有以下生物學特性[4]：（1）細胞體積明顯增大，增殖極度活躍。（2）細胞骨架蛋白和膠原纖維酸性蛋白染色呈陽性。（3）促炎因子等可使之活化MBF，可表達α平滑肌激動素（αsmooth muscle activin，α-SMA）。（4）產生Ⅰ、Ⅲ型膠原、Fn和Ln等細胞外基質。（5）視黃醇類的消失。（6）活化狀態(tài)的PSC具有細胞遷移能力。研究表明，PSC在多種因素作用下可以被激活成MBF，是胰腺纖維化發(fā)生與發(fā)展的中心環(huán)節(jié)之一[5]?；罨腜SC合成大量的細胞外基質聚集在胰腺組織，繼而導致胰腺纖維化的發(fā)生。

2 PSCs的激活機制

胰腺細胞受到損傷后，激活PSC有三個基本機制，即機械應力、細胞因子和基質的變化。如果細胞呈腫脹或畸形狀態(tài)，表明它們受到機械應力而激活成PSC。生化反應也是一種很常見激活途徑，尤其是在血管內皮細胞。研究表明多種細胞因子參與調節(jié)PSC的活化，其中轉化生長因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）對PSC的激活和壓力變化起重要作用[6]。參與激活的細胞因子主要有血小板生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、白介素（interleukin，IL），在許多炎癥水腫性胰腺炎、出血壞死性胰腺炎和胰腺纖維化的動物模型實驗中，上述細胞因子不僅對PSC有激活效應，而且對胰腺組織中TGF-β的mRNA和蛋白質的表達有調節(jié)作用[7]。

2.1 PDGF 慢性胰腺炎是一個由多種病因引起的炎性過程，越來越多的證據表明，許多重癥急性胰腺炎通過“壞死—纖維化序列”或免疫系統(tǒng)激活后，逐步演變至慢性胰腺炎，也就是PSC從靜止狀態(tài)轉變成激活狀態(tài)進行增殖并轉化成MBF。這期間必不缺少的生長因子就是PDGF-β，它能夠從基因編碼和表達水平上影響纖維化的進程[8]。研究表明，PDGF是PSC有絲分裂增殖中最強烈的刺激因子，能在損傷的胰腺細胞周圍聚集血小板，產生許多的生長因子，如PDGF、TGF-β1等。在不同病因導致的慢性胰腺炎胰腺纖維化區(qū)域，都能見到PDGF及PDGF受體表達產生的細胞效應[9]。此外，PDGF還有刺激PSC膠原和Fn合成的作用。

2.2 TGF TGF是一組能夠調節(jié)細胞生長和分化的超家族，具有多源性，主要由淋巴細胞和單核細胞產生，可來源于血小板、炎癥細胞、胰腺腺泡細胞、導管上皮細胞及PSC等。TGF-β是一種多功能蛋白分子，能激活PSC并使之增生，促進PSC分泌大量細胞外基質(extracellular matrixc,ECM)。正是ECM的過量沉積，導致組織功能的紊亂和器官功能的衰竭。特別是在慢性胰腺炎和胰腺癌中尤為突出。目前已被確認是胰腺纖維化細胞因子進程調節(jié)中的一個關鍵因子，有可能成為抗纖維化治療的靶點。此外，張淑坤等[10]的研究采用real-time PCR技術檢測了慢性胰腺炎大鼠胰腺組織TGF-β1及TβRⅡmRNA的表達，結果發(fā)現(xiàn)TGF-β1和Tβ RⅡ的mRNA表達水平在慢性胰腺炎大鼠升高，證實TGF-β 1是胰腺組織的致纖維化因子，并提示TGF-β1可能通過上調相應受體的表達，在大鼠慢性胰腺炎胰腺纖維化發(fā)生和發(fā)展過程中起重要作用。

最近的研究表明，胰腺癌是一個耐受化療的纖維化過程，抑制TGF-βI型受體在胰腺星形細胞培養(yǎng)基中的活性或表達，能夠衰減星狀細胞對MT1-MMP膠原的表達。也就是說，膠原酶MT1-MMP能通過增加TGF-β信號并針對MT1蛋白酶，可能有利地減輕纖維化[11]。

2.3 TNF TNF-α能通過促進PSC增生，從而誘導α-SMA的表達和膠原的合成，尤其是在急性胰腺的早期階段和慢性胰腺炎纖維化過程中，主要位于胰腺小葉的腺泡細胞和炎性細胞內[12]。TNF-α與胰腺纖維化有很大相關性，在慢性胰腺炎早期表達后，釋放的TNF-α刺激PSC的增生，使之表達α-SMA，并促進膠原的生成。實驗證實，TNF-α和分離培養(yǎng)的PSC孵育可以促進PSC激活并增殖，使ECM合成明顯增加[13]。正常胰腺內膠原以IX型居多，而TNF-α作用于PSCs，主要促進I型膠原的合成明顯增加，而I型膠原正是纖維化的主要成分。

2.4 IL IL是另一類在胰腺炎纖維化過程中發(fā)揮重要作用的炎癥介質，主要包括IL-1、IL-6、IL-8、IL-10等。

IL-1主要來源于胰腺中的炎癥細胞和腺泡細胞。實驗發(fā)現(xiàn)與IL-1孵育的PSC對于α-SMA表達有促進作用，可能參與了纖維化的進展，但未發(fā)現(xiàn)有促進PSC增殖的作用[14]。

IL-6來源相對廣泛，可以由多種細胞生成，IL-1及TNF-α能刺激IL-6合成。在慢性胰腺炎中，IL-6能使靜態(tài)PSCs的α-SMA水平升高，但它能抑制PSCs的增生，并且抑制膠原的生成。其機制被認為與下調IL-1、TNF-α表達有關。這種矛盾的生物學效應，反映了細胞因子在慢性胰腺炎纖維化過程中的相互作用是很復雜的[14]。

IL-8大多來源于炎性浸潤細胞，主要有中性粒細胞、巨噬細胞和單核細胞。在慢性胰腺炎模型中，IL-8存在于胰腺間質細胞和小葉細胞中，正常的胰腺組織中未見IL-8的表達。研究表明，IL-8在CP早期起重要作用[15]。

IL-10能夠抑制單核細胞和巨噬細胞中TNF-α、IL-1、IL-6及IL-8的合成。Demols等[16]對缺失IL-10的小白鼠誘導AP，觀察IL-10在調節(jié)急性炎癥、再生和纖維化過程中的作用。結果表明，IL-10缺失組的小白鼠病變程度和纖維化程度比正常組都嚴重。因此，可以推斷，IL-10在胰腺纖維化過程中具有保護性的作用[16]。

此外，長期飲酒是歐美等國家慢性胰腺炎的重要因素之一。在酒精性胰腺炎胰腺纖維化區(qū)，能見到脂質過氧化物的沉積以及激活的PSC。PSC被激活的途徑可能有以下幾種：（1）PSCs可表達脫氫酶，將乙醇轉化為乙醛，后者可激活PSCs，從而促進α-SMA的表達和膠原蛋白的合成。（2）乙醇和乙醛可引起PSCs內的氧化應激，在伴發(fā)炎癥反應或無炎癥反應的慢性胰腺炎，氧化應激都是一重要的促纖維化因素。（3）由乙醇誘導的壞死性炎癥可導致促炎細胞因子釋放[17-18]。

3 調節(jié)PSCs活性的細胞內信號通路

3.1 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）信號通路 是由一組級聯(lián)活化的絲/蘇氨酸蛋白激酶組成，是生物體內重要的信號轉導系統(tǒng)之一，對細胞基因表達、增殖、凋亡等生物學功能都有重要的調節(jié)作用。在哺乳動物中，已鑒定出3種亞型:細胞外信號調節(jié)蛋白激酶（extracellular regulating kinase，ERK），c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和p38[19]。PDGF通過激活細胞外信號,調節(jié)ERK促進PSC的活化。乙醇/乙醛可通過JNK和p38的激活導致PSCs活化，通過阻斷Ras-Raf-ERK信號通路能抑制PSCs的增生[20]。因此,MAPK信號通路是PSCs激活的重要通路。

3.2 TGF-β/smad信號轉導通路 TGF-β家族主要通過TGF-β/smad信號轉導通路發(fā)揮生物效應。TGF-β1首先與其Ⅱ型受體結合,活化的Ⅱ型受體蛋白激酶使Ⅰ型受體磷酸化，活化的Ⅰ型受體蛋白激酶直接作用于Smad2、3，使其MH 2結構域的SSXS基序磷酸化。隨后Smad2、3與Smad4形成異源寡聚體復合物，移入核內。在核內通過直接與DNA結合、與其他轉錄因子協(xié)同作用及與轉錄復合活化物或復合抑制物結合，調節(jié)靶基因轉錄。Ohnishi等研究明確顯示，TGF-β1通過Smad2介導的信息通路激活PSCs,而通過Smad3介導的信息通路抑制其增生[21]。TGF-β1還可通過Smad2/3和ERK介導的信息通路經自分泌回路促進IL-1 β、IL-6對PSCs的激活作用。

在纖維化胰腺組織中,發(fā)現(xiàn)TGF-β1的表達與Smad3的表達呈正相關，而與Smad7的表達呈負相關。上調Smad7的表達，有可能抑制TGF-β1介導的PSCs激活[22]。

3.3 其他通路 與PSCs活化相關的其他信號通路還有磷脂酰肌醇-3(PI-3)激酶信號通路和RH O激酶信號通路。PDGF通過PI-3激酶信號通路引起PSCs的遷移[20]，RHO激酶信號通路通過對肌動蛋白細胞骨架的調節(jié)作用參與PSCs的激活[23]。

4 PSC的遷移與胰腺纖維化之間的聯(lián)系

研究表明，在胰腺損傷區(qū)域，被激活的PSC數量急劇增加，可能是PSC在受損區(qū)域局部增值的結果，也可能是從局部組織遷移而來。PSC具有很強大的遷移能力，尤其是受PDGF刺激之后，磷脂酰肌醇3（phosphatidylinositol 3，PI3）-激酶途徑被誘導，這種誘導至少保持24 h。而PI3激酶途徑在PDGF誘導的PSC遷移中起著重要作用，該過程通過調節(jié)ERK1/2(已知可以調節(jié)PSC增值)的激活來完成。PSC的遷移依賴于PSC的增值。不難得知，PSC增殖所導致的細胞增多是PSC遷移的基礎：細胞因子分泌的改變則是遷移的誘發(fā)因素；PSC內肌動蛋白微血管解聚可能是遷移的動力。這都需要進一步解釋和證明[24]。

5 針對PSC的抗纖維化治療的啟示

當前的研究表明，PSC的激活在慢性胰腺炎和胰腺癌的過程中發(fā)揮重要作用，進行性胰腺組織纖維化是其主要病理過程。就目前而言，手術是當前主要的治療方式，但手術卻不能恢復病變胰腺組織的功能，更不能改變或終止纖維化的進程[25]。能夠阻斷PSC的激活，抑制ECM的合成和分泌，是治療慢性胰腺炎和胰腺癌的主要策略。主要有以下幾方面。

5.1 去除病因，減輕炎癥，抑制PSC的激活 胰腺組織受到損傷后產生一系列的炎癥反應，并釋放出一些列的細胞因子激活PSC。動物實驗證明，給予自發(fā)性慢性胰腺炎WBN/Kob大鼠模型口服卡斯邁勒能夠抑制胰腺炎相關蛋白的表達，從而發(fā)揮抗炎、抗纖維化的作用[26]。應用TGF-β能顯著減少ECM的合成，抑制TGF-β的信號傳導通路，如應用TGF-β受體拮抗劑及其他傳導通路阻滯劑等。此外，糖皮質激素和前列素E也有抗炎、抑制PSC激活的作用，具體的機制仍需進一步研究。

5.2 調節(jié)細胞因子，阻止PSC合成ECM 細胞因子在胰腺纖維化的進程中有重要的作用，以細胞因子為靶向的治療策略具有重要的應用價值。應用TGF-81中和抗體可降低ECM的合成，應用PDGF中和抗體可顯著減少PSC的增殖。血管緊張素轉換酶抑制劑lisinopril可通過抑制自發(fā)性胰腺炎大鼠TGF-p1 mRNA的表達阻止PSC的活化，而發(fā)揮抗胰腺纖維化的作用。

5.3 影響信號轉導的有關分子 在PPAR-7參與抗纖維化通路的研究中，Hisada等[27]發(fā)現(xiàn)，PPAR-7的配體Thia—Zolidinedione Derivatives，可通過抑制自發(fā)性胰腺炎大鼠TNF-a的表達而抑制PSC的SMA表達及I、Ⅲ型膠原蛋白和纖維結合素的沉積。在TGppl參與的細胞信號轉導通路中，TGF-p1受體屬于蛋白絲氨酸激酶。研究發(fā)現(xiàn)，人工合成的絲氨酸蛋白激酶抑制劑FOY-007對TGF-p1激活的PSC可以抑制其增殖和ECM合成，作用成劑量依賴性；FOY-305具有部分抑制增殖作用[27]。

5.4 促進PSC對ECM的分解、抑制膠原的合成 ECM的降解主要是由MMP介導，PSC通過促進MMP的表達、活化、抑制TIMP來進行調節(jié)，目前還沒有特異性的報道。膠原合成后的修飾由脯氨酸4-羥化酶（P4H）催化，目前發(fā)現(xiàn)HOE007是P4H的抑制劑，但它有肝臟特異性，對胰腺纖維化作用的大小仍需進一步驗證。

5.5 促進過剩PSC的凋亡和去分化 活化后的PSC表達p75是TNF受體家族成員之一，在NGF作用下可選擇性介導PSC細胞凋亡。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，在TGF轉基因小鼠修復期可見胰腺組織中脂肪細胞顯著增加，可能是PSC終末分化的結果。因此，可通過誘導PSC凋亡和分化治療慢性胰腺炎。目前對活化的PSC凋亡和去分化的機制研究剛剛起步，但可以預測，誘導凋亡和去分化將成為今后抗胰腺纖維化的重要方法。

5.6 中藥 我國傳統(tǒng)中藥如元胡、丹參、桃仁、郁金等在臨床上治療慢性胰腺炎都取得了一定的療效，但對其作用機制尚未加以研究。小柴胡湯在治療自發(fā)性胰腺炎WBN/Kob大鼠模型中具有抑制胰腺炎相關蛋白(pancreatitis associated protein,PAP)的表達和抗炎的作用[28]。

綜上所述，胰腺組織受到損傷后發(fā)生纖維化的機理非常復雜，迄今為止還沒有形成系統(tǒng)、全面、成熟的理論體系，仍需要進一步研究。PSC的激活在慢性胰腺炎和胰腺癌纖維化的過程中發(fā)揮重要作用，阻斷PSC的激活，抑制ECM的合成和分泌是抗胰腺纖維化和治療胰腺疾病的主要思路。探索胰腺纖維化的發(fā)病機制及拓寬相應的治療思路對治療胰腺疾病有著至關重要的意義。

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（收稿：2014-07-06 修回：2015-02-26）

（責任編輯 尚 東 屈振亮）

R657.5

A

1007-6948(2015)02-0204-04

10.3969/j.issn.1007-6948.2015.02.036

國家自然科學基金（81102686）；天津市衛(wèi)生局基金（2013KY27）

1.天津中醫(yī)藥大學（天津 300193）

2.天津市南開醫(yī)院普外二科（天津 300100）

3.天津市南開醫(yī)院急腹癥研究所（天津 300100）

崔乃強，E-mail：nctsui@126.com