胰腺星狀細(xì)胞活化參與慢性胰腺炎的轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究進(jìn)展

黃邦偉,王鵬源,胡良皞

黃邦偉,王鵬源,胡良皞,海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市 200433

王鵬源,聯(lián)勤保障部隊第九八一醫(yī)院消化內(nèi)科 河北省承德市 067000

0 引言

慢性胰腺炎(chronic pancreatitis,CP)是胰腺進(jìn)行性、不可逆的纖維炎性綜合征,最終導(dǎo)致胰腺內(nèi)外功能損傷.在中國、印度和日本,CP患病率約為36-125/10萬人,目前全球CP患者預(yù)計超過700萬人,并且呈逐年上升趨勢[1].CP的主要病理特征包括腺泡細(xì)胞萎縮、炎性細(xì)胞浸潤、胰腺纖維化等,其中細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)蛋白沉積引起的進(jìn)行性胰腺纖維化是CP的特征性病理變化[2].

在肝臟纖維化發(fā)生的過程中,活化的肝臟星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells,HSCs)是肌成纖維細(xì)胞的主要來源.與肝臟類似,胰腺星狀細(xì)胞(pancreatic stellate cell,PSC)活化是參與CP胰腺纖維化的重要事件,在纖維化發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色[3].在PSC活化參與胰腺纖維化及CP發(fā)生、發(fā)展過程中,多種信號通路[如轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)、JAK-STAT、Wnt、Hedgehog等]、轉(zhuǎn)錄因子參與了PSC的活化及纖維化進(jìn)程.本文就PSC活化參與CP胰腺纖維化的TGF-β信號通路和轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行述評,并針對靶向TGF-β治療CP的研究進(jìn)展進(jìn)行分析.

1 PSC活化在CP胰腺纖維化中扮演重要角色

纖維化是器官實質(zhì)細(xì)胞壞死和ECM過度沉積,導(dǎo)致結(jié)締組織增生,甚至產(chǎn)生器官硬化的病理過程,如肝硬化、心肌纖維化以及胰腺纖維化等,通常是組織損傷的終末階段.器官纖維化導(dǎo)致的死亡占工業(yè)化世界死亡率的45%[4].組織纖維化通常伴隨著成纖維細(xì)胞增殖和活化,成纖維細(xì)胞是高度動態(tài)的細(xì)胞,纖維化進(jìn)程中成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化,在組織修復(fù)和纖維化中起核心作用.

胰腺纖維化是CP最具特征性的病理表現(xiàn),PSC作為成纖維細(xì)胞在CP胰腺纖維化中扮演重要角色.在正常胰腺組織中,PSC處于靜止?fàn)顟B(tài),分布于腺泡周圍和小葉間隙,可能與維持腺泡細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能有關(guān)[5].然而在胰腺損傷過程中,各種刺激因子可激活PSC并向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化,肌成纖維細(xì)胞高表達(dá)α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA),并分泌大量ECM,包括Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白、纖連蛋白等,過量的ECM沉積在損傷的胰腺組織中,從而出現(xiàn)胰腺纖維化,影響胰腺組織的正常功能[6].活化的PSC表現(xiàn)出很強的增殖和遷移能力,通過影響能量代謝、細(xì)胞死亡和氧化應(yīng)激等途徑參與胰腺纖維化[7],研究證明TGF-β為代表的多種信號通路參與這一過程.

2 TGF-β及其介導(dǎo)的經(jīng)典Smad信號通路在胰腺纖維化調(diào)控中發(fā)揮重要作用

2.1 TGF-β1是最強的促纖維化細(xì)胞因子 TGF-β是一種具有多種功能的細(xì)胞因子,發(fā)揮多種生物學(xué)功能,包括調(diào)控細(xì)胞增殖和分化、細(xì)胞凋亡、免疫反應(yīng)、組織修復(fù)等過程[8].TGF-β由細(xì)胞內(nèi)具備激酶結(jié)構(gòu)域的TβR Ⅱ受體識別,該結(jié)構(gòu)域招募并磷酸化TβR Ⅰ受體,從而使TβR Ⅱ和TβR I形成復(fù)合物.此外,TGF-β1還是最強的促纖維化細(xì)胞因子之一,通過自分泌或旁分泌的方式調(diào)控成纖維細(xì)胞的活[9].TGF-β1和PSC之間構(gòu)成一個自分泌刺激環(huán)路.活化的PSC可產(chǎn)生TGF-β1,與PSC受體結(jié)合后可啟動其下游信號傳導(dǎo),加速PSC的激活,因此TGF-β1也被稱為PSC的激活劑.除此之外,損傷的腺泡細(xì)胞也是TGF-β1的重要來源.在萎縮的腺泡細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)TGF-β1表達(dá)明顯升高,損傷的腺泡細(xì)胞可通過旁分泌TGF-β1的形式介導(dǎo)PSC的活化[10].總之,TGF-β通過旁分泌和自分泌的方式促進(jìn)PSC活化和ECM的沉積,在胰腺纖維化的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用.

2.2 TGF-β介導(dǎo)的纖維化信號通路分為經(jīng)典的Smad信號通路和非Smad信號通路

2.2.1 經(jīng)典的TGF-β/Smad信號通路:經(jīng)典的TGF-β/Smad信號通路在器官纖維化中起重要作用[11]:其中Smad是TGF-β信號通路中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[12].不同的Smad轉(zhuǎn)錄因子可能發(fā)揮不同的作用.活化的TβR I可磷酸化Smad2和/或Smad3蛋白,并與Smad4結(jié)合形成異三聚體復(fù)合物.Smad2/3/4復(fù)合物作為轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核中,促進(jìn)纖維化相關(guān)基因的表達(dá)[13].而Smad7是TGF-β介導(dǎo)的胰腺纖維化的負(fù)性調(diào)控因子,Smad7在胰腺中的過表達(dá)能夠顯著抑制雨蛙素誘導(dǎo)的胰腺纖維化[14].

Smad能直接調(diào)控PSC的活化促進(jìn)胰腺纖維化.有研究發(fā)現(xiàn)Smad6在CP小鼠胰腺組織中明顯增加,在新鮮分離的PSC中過表達(dá)Smad6和Smad7可顯著降低α-SMA、Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的mRNA水平[15].白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)在活化的PSC和CP組織中增加,而研究報道IL-6是通過上調(diào)TGF-β1/Smad2/3途徑來促進(jìn)PSC的活化[16].TGF-β1/Smad通路還與PSC的增殖和遷移相關(guān).過表達(dá)半乳糖凝集素(galectin-1)通過促進(jìn)TGF-β1/Smad通路來降低基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases1,MMP)/基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(matrix metalloproteinases tissue inhibitors,TIMP)的比例,從而促進(jìn)PSC的增殖和遷移[17].

2.2.2 非Smad通路:非Smad通路包括絲裂活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)信號通路、Janus激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(janus activating kinase/signal transducer and activator of transcription,JAK/STAT)等信號通路.非Smad信號通路與Smad信號通路共同促進(jìn)胰腺纖維化的發(fā)生.

MAPK家族的三種激酶(JNK1/2、ERK1/2和p38)與CP胰腺纖維化關(guān)系密切[18].在活化的PSC中加入ERK抑制劑,可顯著降低PSC中炎癥趨化因子受體和α-SMA的表達(dá).JNK在TGF-β等細(xì)胞因子作用下,被MAPK磷酸化后激活.研究報道中藥復(fù)方柴胡桂枝干姜湯通過促進(jìn)JNK 磷酸化,并激活JNK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路抑制PSC自噬從而抑制PSC的活化并緩解胰腺纖維化.此外,p38是一種應(yīng)激活化蛋白激酶,可被多種細(xì)胞因子激活,參與細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等過程.應(yīng)用p38特異性抑制劑處理新鮮分離的小鼠PSC后,可顯著降低PSC中α-SMA和Ⅰ型膠原的水平[19].由此可見TGF-β信號通路通過經(jīng)典的TGF-β/Smad信號通路和非Smad信號通路在CP胰腺纖維化中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用.

2.3 靶向TGF-β及其相關(guān)信號通路治療CP胰腺纖維化的策略 進(jìn)入21世紀(jì),精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)得到了長足的發(fā)展,其中靶向治療是最有前途的一種治療方式.大量證據(jù)表明,靶向TGF-β及其相關(guān)信號通路具有治療纖維化的潛力.目前TGF-β靶向藥物主要分為中和抗體、小分子TGF-β抑制劑、生物制藥、siRNA等[20].

如上所述,TGF-β信號通路的異常激活在CP纖維化發(fā)揮著重要作用,因此靶向TGF-β及其下游通路有望在未來開發(fā)出治療CP胰腺纖維化的藥物.SB-431542是一種抑制TGF-βRI磷酸化的化合物,SB431542可顯著下調(diào)血清淀粉酶、IL-6和TGF-β水平,并可減弱雨蛙素誘導(dǎo)的急性胰腺炎小鼠模型胰腺組織病理改變,表明SB431542對急性胰腺炎具有保護(hù)作用.急性胰腺炎反復(fù)發(fā)作可進(jìn)展為CP,因此SB431542對CP胰腺纖維化是否也具有保護(hù)作用值得進(jìn)一步研究.Galunisertib(LY2157299)和SD-093是一種可特異性下調(diào)Smad2/3磷酸化程度的TGF-βRI激酶抑制劑,能顯著抑制胰腺癌細(xì)胞的活性和侵襲能力[21,22].然而這種靶向TGFβRI激活的藥物并沒有在CP纖維化中進(jìn)行研究.但是,抑制TGF-β下游信號傳導(dǎo)來緩解CP胰腺纖維化是一種可行的策略.

由于TGF-β可調(diào)節(jié)多種信號通路以及胰腺纖維化的復(fù)雜性,靶向TGF-β及下游分子的策略在纖維化患者中的應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性.一些天然產(chǎn)物,如大黃素和綠茶多酚,可降低CP動物模型中TGF-β的水平,能夠有效緩解CP纖維化水平.天然化合物有望在未來成為緩解CP胰腺纖維化的新型藥物之一[23].另外,生物制藥產(chǎn)品擁有藥代清晰、非靶效應(yīng)少的優(yōu)勢,小RNA藥物能夠靶向一些難以成藥的靶點,在胰腺纖維化藥物研發(fā)中也有廣闊的前景.但我們需要認(rèn)清的是,目前胰腺纖維化研究遠(yuǎn)沒有其他纖維化疾病,如肝臟纖維化、心肌纖維化等廣泛且深入,也沒有針對明確靶點的相關(guān)藥物進(jìn)行臨床研究,與患者的需求還存在很大的差距.

3 其他轉(zhuǎn)錄因子與胰腺纖維化

3.1 缺氧誘導(dǎo)因子-1α 缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是一種異二聚體轉(zhuǎn)錄因子,在細(xì)胞和組織應(yīng)對缺氧環(huán)境下的適應(yīng)性反應(yīng)中起關(guān)鍵作用,由HIF α亞基和HIF-β亞基組成.在哺乳動物中,HIF-α亞基具有三種亞型(HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α).HIF-1α是細(xì)胞適應(yīng)缺氧環(huán)境中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,對維持哺乳動物細(xì)胞適應(yīng)缺氧狀態(tài)尤為重要.由于胰腺纖維化導(dǎo)致致密纖維結(jié)締組織的形成和血管重塑,胰腺微環(huán)境處于缺血缺氧狀態(tài),因此HIF在CP胰腺纖維化中也發(fā)揮出獨特的作用.最新研究發(fā)現(xiàn)HIF-1α和HIF-2α在CP組織中升高,HIF-1α和HIF-2α可以在缺氧條件下促進(jìn)腺泡細(xì)胞的鞘氨醇激酶1表達(dá),進(jìn)而通過調(diào)節(jié)鞘氨醇激酶1受體/AMPK/mTOR通路促進(jìn)PSC的活化,促進(jìn)胰腺纖維化[24].

3.2 核因子κB 核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是一種以二聚體形式存在的核轉(zhuǎn)錄因子,在炎癥和免疫應(yīng)答中發(fā)揮著重要作用[25].NF-κB信號通路是由細(xì)胞外的刺激引起的,常見的炎癥因子(包括TGF-β和腫瘤壞死因子-α等)都可以激活NF-κB.這些細(xì)胞外因子與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合后活化IκB激酶(IκB,kinase,IKK).IKK可將細(xì)胞內(nèi)的NF-κB/IκB復(fù)合物上的IκB亞基磷酸化,進(jìn)而使IκB亞基泛素化修飾,使IκB被降解,從而釋放NF-κB轉(zhuǎn)錄因子.NF-κB可進(jìn)入核內(nèi),調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄.p65是NF-κB異二聚體的主要形式,p65含有一個Rel同源結(jié)構(gòu)域,負(fù)責(zé)與DNA結(jié)合[26].

在CP胰腺纖維化中,NF-κB信號通路也起著重要作用.Huang等[27]發(fā)現(xiàn)小鼠腺泡細(xì)胞中NF-κB信號通路的激活與急性胰腺炎的嚴(yán)重程度相關(guān),長期激活可導(dǎo)致胰腺纖維化.該研究報道CP小鼠和活化的PSC中NF-κB水平升高,使用NF-κB抑制劑雷公藤甲素抑制NF-κB信號通路可抑制PSC的活化[27].另一項研究發(fā)現(xiàn)P65 siRNA抑制NF-κB表達(dá)后,PSC活化水平顯著降低,并且TGF-β1對MMP1的抑制作用減弱,而TIMP1的升高被抑制.這些結(jié)果表明,NF-κB激活可導(dǎo)致PSC中MMP-1和TIMP-1表達(dá)失衡,進(jìn)而導(dǎo)致ECM沉積及胰腺纖維化[28].

3.3 Bmal1 Bmal1(brain and muscle ARNT-like-1)是生物鐘相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的核心轉(zhuǎn)錄因子,能夠與晝夜自發(fā)輸出周期蛋白(circadian locomoter output cycles kaput,CLOCK)形成異二聚體.胰腺生物鐘在CP病程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,而Bmall1是促進(jìn)胰腺纖維化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子.在Bmal1基因敲除的小鼠中胰腺纖維化加重,研究證實腺泡Bmal1缺失不直接影響腺泡細(xì)胞,而是通過促進(jìn)PSC活化加重胰腺纖維化.進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Bmal1蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子,可與人類和小鼠基因組的E鈣粘著蛋白/上皮性鈣黏附蛋白(E-cadherin,E-cad)啟動子中兩個E-box序列結(jié)合[29].

3.4 轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1 轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1(activator protein-1,AP-1)作為啟動基因轉(zhuǎn)錄的分子開關(guān),參與增殖、分化、凋亡、轉(zhuǎn)化等多種細(xì)胞過程[30],是纖維化信號通路的重要下游轉(zhuǎn)錄因子,在心臟、肺、肝纖維化發(fā)展中發(fā)揮重要作用[31].纖維調(diào)素(fibromodulin,FMOD)對纖維化疾病具有重要意義,FMOD表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)HSC活化、增殖、遷移,從而誘導(dǎo)肝纖維化的發(fā)生[32].另外AP-1也是胰腺纖維化的重要調(diào)節(jié)因子,而FMOD在CP胰腺組織中表達(dá)升高.An等[33]的研究首次揭示了AP-1和FMOD在胰腺纖維化中的重要作用,過表達(dá)AP-1可以上調(diào)FMOD蛋白表達(dá).AP-1可以通過結(jié)合FMOD啟動子促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄來激活PSC,促進(jìn)PSC增殖和遷移,以及胰腺纖維化的發(fā)展.

3.5 核因子E2相關(guān)因子2 核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)是一種調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的轉(zhuǎn)錄因子,是調(diào)控機體發(fā)揮抗氧化反應(yīng)的重要防御因子.Kelch樣ECH-輔助蛋白-1(kelch-like ECH-assiotiated protein-1,Keap1)是介導(dǎo)Nrf2轉(zhuǎn)移與降解的重要蛋白.在氧化應(yīng)激條件下,Keap1與Nrf2結(jié)合從而發(fā)生構(gòu)象改變,Nrf2磷酸化后和Keap1解離,異位到細(xì)胞核,進(jìn)而與抗氧化反應(yīng)的基因結(jié)合,從而發(fā)揮抗氧化作用[34].氧化應(yīng)激介導(dǎo)PSC活化,并在胰腺纖維化中發(fā)揮重要作用,研究發(fā)現(xiàn)Nrf2激動劑可抑制PSC的激活[35].同樣Nrf2也可以抑制HSC的激活,Nrf2缺失的HSC氧化應(yīng)激水平升高、活性氧表達(dá)升高以及抗氧化能力下降[36].

4 結(jié)論

胰腺纖維化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是涉及多通路、多細(xì)胞參與的復(fù)雜過程,目前的研究仍以單一細(xì)胞和單通路為主,因此我們?nèi)匀粵]有足夠的信息來解釋在不同細(xì)胞甚至在整個胰腺微環(huán)境中是否存在一致的調(diào)控機制,需要進(jìn)行更深入的研究.活化的PSC在CP胰腺纖維化中固然扮演重要角色,大部分CP胰腺纖維化的研究也都是圍繞PSC進(jìn)行,然而巨噬細(xì)胞、胰腺導(dǎo)管細(xì)胞甚至內(nèi)分泌細(xì)胞以及這些細(xì)胞和腺泡細(xì)胞、PSC之間的相互作用在胰腺纖維化也非常重要,只有全面了解這些細(xì)胞間的相互作用及相關(guān)信號通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò),才有可能找到控制胰腺纖維化的總開關(guān),并針對相關(guān)靶點進(jìn)行藥物研究,從根本上緩解CP患者的痛苦.