炎症介质在急性胰腺炎发病机制中的作用研究进展

　　作者：葛全兴,陈垦,王晖　　作者单位：广东药学院 临床医学院，广东 广州 510310; 中药学院，广东 广州 510006

　　【关键词】 炎症介质,急性胰腺炎,发病机制

　　急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)常表现为起病急、病情重、变化快、并发症多，尤其是重症胰腺炎(severe acute pancreatitis，SAP )病势凶险，常并发全身炎性反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)及多器官衰竭(multiple organ failure,MOF)，病死率极高。近年来国内外对AP发病机制的研究逐渐深入，产生很多学说，诸如“胰腺消化学说”、“胰腺微循环障碍学说”、“自由基损伤学说”、“细胞凋亡学说”等，但均不能全面解释AP的发病机理及其复杂进程，而在上述学说基础上的“细胞因子学说”成为学术界研究的重点和热点。细胞因子属于炎症介质的范畴，种类繁多，每种因子可作用于不同的靶细胞，一旦一种因子产生又可激发自身及其他炎症介质的大量产生，并可形成级联反应。本文旨在对近年来炎症介质在AP发病机制中作用的研究进展作一概述。

　　1 NF-κB

　　大量炎症介质的爆发性生成是造成AP并引发SIRS和MOF以致死亡的主要原因，对于其产生的机制已成为学者们关注的中心。已发现与AP关系密切的TNFα、细胞间黏附分子-1(ACAM-1)、氧自由基、及诱生型一氧化氮合酶(iNOS)等炎症介质的相关基因特定区段均存在NF-κB的结合靶点。国外研究发现早期激活的NF-κB可能是各种炎症介质产生的“闸门”，通过“扳机样”作用触发炎症介质的级联反应，造成AP的炎症蔓延、恶化。目前已证实NF-κB 对相关炎症介质的调控主要通过正负反馈两条途径[1,2]：①正反馈：NF-κB激活后增强了TNF、IL-6等细胞因子的表达，而细胞因子的增多反过来进一步刺激NF-κB的活化，从而表达出更多的炎症介质。②经细胞内外的负反馈：NF-κB被激活的同时，其抑制性蛋白IκBα和P150的基因也被上调。此外，NF-κB的激活也使无转录活性的同源二聚体P50和P52生成增多，竞争性结合κB序列，因而NF-κB活性被抑制。大量研究证实AP时激活的NF-κB可诱导TNFα、ICAM-1、iNOS及氧自由基等化学物质的表达，控制它们的产生并参与胰腺及肝肺等组织的损伤。Gray [3]等用腺病毒作载体，将整合后含有NF-κB活性亚单位ReL/P65基因的腺病毒(AdP65)注入胰腺，发现大量的胰腺细胞被感染，胰腺内表达出大量NF-κB目的基因，胰腺发生严重的炎症反应。另外在注入AdP65的同时使用含IκBα亚单位基因的病毒，发现NF-κB活化降低，胰腺炎症反应和损伤程度减轻，从而找到了NF-κB对胰腺损伤的直接证据。研究还证实NF-κB除调节上述炎症介质转录、表达外，还参与调节细胞增殖基因及抗凋亡基因转录、表达，促进细胞增殖，并已发现在多种肿瘤中激活、表达。

　　2 TNFα

　　以往认为TNFα和IL-1可能是AP的触发因子，因为在AP发病早期，就能够在病人的血清中首先检出TNFα和IL-1水平升高。后来有人用TNFα和IL-1贯注离体人胰腺并未引起AP。已发现TNFα的基因表达受NF-κB的调控[4]。TNFα不仅能够促进IL-1、IL-6、TXA2等炎性介质的释放[5,6]，还可与ACAM-1和E-选择素等共同作用诱导中性粒细胞活化，释放大量氧自由基并造成胰腺及胰腺外组织器官微循环障碍[7]，以及诱导胰腺细胞凋亡[5,6,8]，是AP时非常重要的损伤因子之一。近年来对TNFα引起腺细胞凋亡机制的一些新发现引起学术界关注。Satoh 等[5]对TNFα信号转导机制及腺细胞支架进行研究后发现，TNFα主要是通过促进胰腺腺泡细胞中富含脯氨酸的酪氨酸激酶-2的磷酸化，从而激活蛋白激酶C和富含脯氨酸的酪氨酸激酶-2，造成肌动蛋白细胞骨架的损坏，引起腺细胞的凋亡。TNFα所诱导的凋亡可能在AP中扮演重要角色。已发现SAP时，胰腺、肺、肝、肾等器官均存在显著的实质细胞的凋亡，这与出现全身性器官功能障碍密切相关[8]。 有报道使用TNFα的拮抗剂不仅可改善病人的全身症状，而且还可通过调节腺细胞的凋亡而起到保护胰腺的作用。近年还发现TNFα的促凋亡作用与其受体 TNFR的量存在一定的相关性[6,7]。Xue等[6]研究发现来自单核巨噬细胞产生的TNFα只有在低浓度的情况下与胰腺腺泡膜上的TNFR结合才主要表现为诱导腺泡细胞凋亡，而高浓度的TNFα可进一步促使IL-1、IL-6等炎性介质的过表达，造成炎症的放大。Gulcubuk等[7]进一步证实当TNFα浓度≥10-8 mol/L时，TNFα的产生超过了其受体数量，促进其他细胞因子的产生，从而引起炎症放大的“瀑布效应”，出现DIC、ARDS等病理生理改变。

　　3 IL-1

　　IL-1β诱导和调控TNFα、IL-6、iNOS、COX-2以及黏附分子等炎症介质在多种细胞中的表达与AP严重程度和病死率明显正相关。在正常的胰腺实质中尚未发现IL-1β及相关mRNA，SAP时 IL-1β不仅在胰腺细胞中表达，肺、肝等器官的实质细胞亦可发现大量的IL-1β mRNA。提示IL-1β亦可能参与除胰腺外的其他器官功能障碍的发生。早期就发现IL-1β和IL-18是以无生物活性的前体蛋白的形式存在，其发挥生物学活性依赖不同亚型半胱氨酸蛋白酶，尤其是白细胞介素-1转换酶(Caspase-1或interleukin-1 converting enzyme，ICE)将前体裂解从而释放出具有生物学活性的IL-1β和IL-18[9]。Boost等[10]用特异性结合于Caspase-1基因靶点的Ac-YVAD-CHO注入发生内毒素血症的小鼠，发现在Caspase-1酶表达被阻滞血浆IL-1β和IL-18水平降低的同时，iNOS和COX-2等蛋白基因的表达活性随之降低。Yu等[11]研究发现IL-1β在大鼠体内可能通过酪氨酸蛋白激酶-2和信号转导子及转录激活子-3　(Janus kinase 2,JAK-2/Signal transducer and activator of transcription3,STAT-3) 信号转导通路而激活表达，用Jak2抑制剂AG490可抑制IL-1β的产生。可以看出上述研究均采取药物阻断的方法，其不同之处在于前者阻断了IL-1β的裂解酶活性，后者阻断IL-1β基因转录的信号转导途径，因此，这在一定程度上给我们一些启示，即在动物实验的基础上开发一些安全、高效、可供临床应用的IL-1β酶抑制剂和转录通道阻滞剂治疗AP，这在理论上是完全可行的。

　　4 IL-6

　　IL-6的表达很可能是通过转录作用而调节[12]，新生的IL-6可通过MAPKAPK-2 (MK2)信号转导途径，使信号转导子及转录激活子-3 (signal transducer and av;livator of transcription-3，STAT-3)磷酸化，使之进入细胞核与DNA结合，从而参与和调节炎症反应[13]。近来有研究还发现[14]IL-6抗体可诱导AP小鼠胰腺腺泡凋亡，减轻AP的严重程度。另外，IL-6水平升高与AP的严重程度及器官并发症有关，在临床上可用于预测AP的严重程度和预后。Sathyanarayan等[15]在对108名AP病人临床研究中发现，93%的AP病人在第3天和第7天均可检测到IL-6水平的升高，且SAP病人第3天IL-6的水平显著高于轻型胰腺炎(mild pancreatitis，MP)，但第7天两者的差异并不明显，然而SAP在第3天多会发生一个或多个器官衰竭。在AP发生后72 h若IL-6水平>122 pg/mL，其预测发生器官功能衰竭的敏感性和特异性分别为81.8%和77.7%。因而认为 IL-6在血清中的水平在临床上可作为衡量AP的严重程度和预后的较为敏感和特异性的指标之一。

　　5 IL-10

　　IL-10已被证明是一种具有很强的抗炎作用的炎性介质，主要由Th2细胞产生。可以通过抑制蛋白激酶IKK的活性，降低NF-κB的DNA结合力，进而限制了NF-κB的过度活化降低中性粒细胞的活化，可从源头抑制TNF、IL-6 等促炎细胞因子的释放，从而阻止AP 病情持续恶化和远处脏器损伤。Pezzilli 等[16]将SAP实验动物分为IL-10预处理组(术前1 h先给以150 kU IL-10腹腔注射，后每2小时给药)，IL-10治疗组(术后1 h，150 kU IL-10腹腔注射后每2小时给药)和控制组。发现治疗组胰腺坏死程度明显低于控制组;淀粉酶、脂肪酶及iNOS水平亦显然低于控制组;预处理组和治疗组肿瘤生长因子(TGF-β1)的表达，水平较高;细胞凋亡显著增加。因此认为IL-10不但能诱导TGF-β1的大量表达，减少iNOS的产生，阻止SAP的进一步恶化，而且可以通过诱导胰腺细胞凋亡减轻了胰腺坏死的程度，从而控制炎症反应的程度。IL-10作为一种重要的炎症介质其血清浓度不仅在AP早期显著上升，且在发病后的较长时间保持较高水平，因此有预测认为IL-10在AP后的恢复及慢性迁延期也可能发挥作用。Zen等[17]在通过对自身免疫性胰腺胆管炎(autoimmune pancreato-cholangitis,AIPC)的研究发现，在AIPC样本中原位产生的IL-10和TGF-β可伴随IgG4迁移参与调节胰腺和胆管的纤维化。

　　6 NO

　　NO是由L-精氨酸和氧分子经一氧化氮合酶(NOS)催化而多步反应生成。目前体内已知体内NOS存在3种异构体，神经型(nNOS)和内皮型(eNOS)又称结构型NOS(cNOS)及诱导型NOS(iNOS)，不同亚型的NOS在体内组织器官的分布存在差别。目前对于NO在AP发病机制中的作用尚存在分歧，问题的焦点集中在NO所具有的双重生物学作用上。Dobosz等[18]用L-精氨酸(NO的供体)注射雨娃素诱导的AP动物，发现动物胰腺、肝、肾、胃肠及骨骼肌等组织的血流量增加，红细胞压积降低，器官微循环显著改善。但亦有研究发现，AP时iNOS的过表达产生的大量NO反而加重了胰腺和肺等器官损伤[19]。提示NO在AP中的作用可能与NOS所表达的NO的量有关：低量的NO对机体产生保护作用，过量则产生损伤。另外，Dimagno等[20]用雨娃素诱导AP，发现野生型基因小鼠在AP的初始阶段eNOS磷酸化水平(反映eNOS活性)明显高于eNOS基因缺失小鼠，其胰腺血流量显著增加，而nNOS和iNOS缺失小鼠与相应野生型小鼠却无明显差别。提示eNOS活性可显著影响AP初始阶段胰腺血管的微循环，可能因为血管型eNOS催化产生的NO相应对血管内皮细胞的影响较为显著，表现出明显的保护作用。Sandstrom等[21]研究表明NOS的非选择性抑制剂加重了AP病情，但应用iNOS的特异性抑制剂可显著改善AP严重程度。以上又可证明合成NO的NOS的不同亚型的催化作用对不同的组织器官所产生的生物学作用存在一定的差异性。近年研究发现NO的作用与机体的氧化应激的状态具有一定的联系[22]，在氧化应激的情况下，NO可被超氧化物氧化为亚硝酸盐，从而引起相应的病理生理学改变。

　　7 TLR4 (toll like receptor4)

　　TLR家族是最近发现的与免疫有关的一组受体。通过识别非宿主性病原体表达的病原相关分子模式(pathogen associated molecular pattern，PAMP)而在天然免疫中发挥重要作用[23]。现已证明TLR家族至少包括10位成员。其中TLR2识别革兰阳性菌的肽聚糖和脂磷壁酸[24]，TLR4识别革兰阴性菌的脂多糖(LSP)[23,25]。有研究表明，TLR4的表达在发生胰腺炎的胰腺中存在上调趋势[26];急性出血坏死性胰腺炎时,肝、肺等组织中的TLR4 mRNA的表达明显增强[23,27]。这提示SAP时TLR4不仅在胰腺亦可在远隔器官表达。TLR4对于维持肠道防御屏障及全身抗感染机制发挥重要作用。正常情况下，单核巨噬细胞和中性粒细胞等可通过其表面的TLR4识别革兰阴性菌的LSP，并将LPS信号转入细胞内激活AP-1、NF-κB等转录因子，从而促进多种细胞因子如IL-1、IL-2、TNFα、NO等产生，促进对病原体的杀灭。但在TLR4功能障碍或缺失的情况下，这一识别机制丧失，出现“内毒素耐受”，细菌突破机体的防御屏障造成肠道正常菌群的转移和机体的严重感染。大量临床观察和动物实验均发现TLR4基因缺失或突变的情况下，AP出现严重感染和恶化的几率显著增加。Hidehiro等[23]采用十二指肠封闭法诱导两组大鼠：C3H/HeJ组(应用基因技术使TLR4基因第三外显子发生错位突变，不能表达正常的TLR4)和C3H/HeN组(野生型可表达正常TLR4)发生SAP。结果发现，TLR4缺失组大鼠较对照组血清天冬氨酸转移酶、丙氨酸转移酶、血清尿素氮、肌苷显著降低，肝、肾组织细胞凋亡减少，且一些炎症介质如TNFα、IL-1水平亦明显下降，胰腺组织培养液中革兰阴性菌数量上升，从而证明了TLR4在SAP中参与了组织器官机能障碍和细菌移位。高宏凯等[28]通过错位PCR-RFLP分析技术在对临床病人的分析中发现，出现胰腺感染者的TLR4基因杂合子的G等位基因频率显著高于健康对照组，发生TLR4基因突变病人的革兰阴性菌感染的发生率明显高于正常对照组，认为TLR4突变与AP病人胰腺感染性坏死有关。

　　8 结语

　　机体本身具有对抗损伤的一整套防御机制，无论是外源性或是内源性因素所致的机体损伤，都必然会产生一些炎性介质，在一定程度上发挥保护作用。但过度的炎症反应必然会导致细胞因子和炎性介质的泛滥，对机体造成严重损伤。AP尤其是SAP作为一种严重的炎症过程，产生了大量炎性介质参与疾病的发生发展，虽然单个炎症介质在AP发病中的作用还没有完全掌握，但是其具有的多向性、多效性及协同性等生物学特性，决定了各个因子之间相互调节，相互诱生，相互激发，形成级联反应。炎性介质的交互作用决定了疾病的严重性和最终结果[29]。随着分子生物学的飞速发展，一些先进的分子生物学技术如基因转染、基因敲除及反义寡糖核苷酸设计等技术已相应应用到对AP发病机制以及基因靶向治疗等领域，为AP的研究开辟了更为广阔的空间。鉴于AP发病机制的复杂性，病理变化的多变性，以及病变的严重性，不断深入研究其发生发展的启动因子和恶化因子以及它们之间的相互关系，必将为AP治疗带来广泛而深远的影响。

　　【参考文献】

　　[1] CHEN F,SHI X. NF-kappaB,a pivotal transcription factor in silica-induced diseases[J]. Mol Cell Biochem,2002,234(1-2):167-176.

　　[2] STORZ P,TOKER A. NF-kappa B signaling-an alternate pathway for oxidative stress response[J]. Cell Cycle,2003,2(1):9-10.

　　[3] GRAY K D,SIMOVIC M O,CHAPMAN W C,et al. Systemic nf-kappa B activation in a transgenic mouse model of acute pancreatitis[J]. Surg Res,2003,110(1):310-314.

　　[4] OAKLEY F,ALI S,MANN D A,et al. Nuclear factor-kappaB1 (p50) limits the inflammatory and fibrogenic responses to chronic injury[J]. Am J Pathol,2005,166(3):695-708.

　　[5] SATOH A,GUKOVSKAYA A S,EDDERKAOUI M,et al. Tumor necrosis factor-alpha mediates pancreatitis responses in acinar cells via protein kinase C and proline-rich tyrosine kinase 2[J]. Gastroenterology,2005,129(2):639-651.

　　[6] XUE D B,ZHANG W H,YUN X G,et al. Regulating effects of arsenic trioxide on cell death pathways and inflammatory reactions of pancreatic acinar cells in rats[J]. Chin Med J,2007,120(8):690-695.

　　[7] GULCUBUK A,ALTUNATMAZ K,SONMEZ K,et al. Effects of curcumin on tumor necrosis factor-alpha and interleukin-6 in the late phase of experimental acute pancreatitis[J]. Vet Med A Physiol Pathol Clin Med,2006,53(1):49-54.

　　[8] TAKEYATNA Y. Significance of apoptosis cell death in systemic complications with severe acute pancreatitis[J]. Gastroenterol,2005,40(1):1-10.

　　[9] FANTUZZI G,DINARELLO C A.Interleukin-18 and interleukin-1 beta:two cytokine substrates for ICE(caspase-1) [J]. J Clin Immunol,1999,19(1):1-11.

　　[10] BOOST K A,HOEGL S,HOFSTETTER C,et al. Targeting caspase-1 by inhalation-therapy:effects of Ac-YVAD-CHO on IL-1β,IL-18 and downstream proinflammatory parameters as detected in rat endotoxaemia[J]. Intensive Care Med,2007,33(5):863-871.

　　[11] YU J H,KIM K H,KIM H. Suppression of IL-1beta expression by the Jak 2 inhibitor AG490 in cerulein- stimulated pancreatic acinar cells[J]. Biochem Pharmacol,2006,72(11):1556-1562.

　　[12] TIETZ A B,MALO A,DIEBOLD J,et al. Gene deletion of MK2 inhibits TNF-alpha and IL-6 and protects against cerulein-induced pancreatitis[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physio,2006,290(6):1298-1306.

　　[13] SEVERGNINI M,TAKAHASHI S,ROZO L M,et al. Activation of the STAT pathway in acute lung injury[J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2004,286(6):1282-1292.

　　[14] CHAO K C,CHAO K F,CHUANG C C,et al. Blockade of interleukin 6 accelerates acinar cell apoptosis and attenuates experimental acute pancreatitis in vivo[J]. Br J Surg,2006,93(3):332-338.

　　[15] SATHYANARAYAN G,GARG P K,PRASAD H,et al. Elevated level of interleukin-6 predicts organ failure and severe disease in patients with acute pancreatitis[J]. Journal of Gastroenterology and Hepatology,2007,22(4):550-554.

　　[16] PEZZILLI R,FANTINI L,MORSELLI-LABATE A M. New approaches for the treatment of acute pancreatitis[J]. JOP,2006,7(1):79-91.

　　[17] ZEN Y,FUJII T,HARADA K,et al. Th2 and regulatory immune reactions are immunoglobin G4-related sclerosing pancreatitis and cholangitis[J]. Hepatology,2007,45(6):1538-1546.

　　[18] DOBOSZ M,HAC S,MIONSKOWSKA L,et al. Organ microcirculatory disturbances in experimental acute pancreatitis. A role of nitric oxide[J]. Physiol Res,2005,54(4):363-368.

　　[19] LASZLO L,EVA M,FERENC L,et al. Importance of cytokines,nitric oxide,and apoptosis in the pathological process of necrotizing pancreatitis in rats[J]. Pancreas,2004,29(2):157-161.

　　[20] DIMAGNO M J,WILLIAMS J A,HAO Y,et al. Endothelial nitric oxide synthase is protective in the initiation of cerulean-induced acute pancreatitis in mice[J]. Am J physiol Gastrointest Liver Physiol,2004,287(1):80-87.

　　[21] SANDSTROM P,BROOKE-SMITH M E,THOMAS A C,et al. Highly selective inhibition of inducible nitric oxide synthase ameliorates experimental acute pancreatitis[J]. Pancreas,2005,30(1):10-15.

　　[22] ANDICAN G,GELISGEN R,UNAL E,et al.Oxidative stress and nitric oxide in rats with alcohol-induced acute pancreatitis[J].World J Gastroenterol,2005,11(15):2340-2345.

　　[23] SAWA H,UEDA T,TAKEYAMA Y,et al. Role of toll-Like receptor 4 in the pathophysiology of severe acute pancreatitis in mice[J]. Surg Today,2007,37(10):867-873.

　　[24] STURM A,RILLING K,BAUMGART D C,et al. Escherichia coli Nissle 1917 distinctively modulates T-cell cycling and expansion via toll-like receptor 2 signaling[J]. Infect Immun,2005,73(3):1452-65.

　　[25] VONLAUFEN A,XU Z,DANIEL B,et al. Bacterial endotoxin:a trigger factor for alcoholic pancreatitis? Evidence from a novel,physiologically relevant animal model[J]. Gastroenterology,2007,133(4):1293-1303.

　　[26] LI Y,ZHOU Z G,XIA Q J,et al. Toll-like receptor 4 detected in exocrine pancreas and the change of expression in cerulein-induced pancreatitis[J]. Pancreas,2005,30(4):375-381.

　　[27] WU H S,ZHANG L,CHEN Y,et al. Effect of nitric oxide on Toll-like receptor 2 and 4 gene expression in rats with acute lung injury complicated by acute hemorrhage necrotizing pancreatitis[J]. Hepatobiliary Pancreat Dis Int,2005,4(4):609-613.

　　[28] 高宏凯，张新国，周总光，等.TLR4 (896A>G)基因错义突变与重型急性胰腺炎胰腺坏死组织感染的相关性研究[J]. 四川大学学报:医学版，2007,38(4):617-619.

　　[29] PEREDA J,SABATER L,APARISI L,et al. Interaction between cytokines and oxidative stress in acute pancreatitis[J]. Curr Med Chem,2006,13(23):2775-2787.