急性胰腺炎腺泡細胞鈣超載學說研究進展

王 靜 綜述，王 烜審校

（瀘州醫學院附屬醫院消化內科，四川瀘州646000）

急性胰腺炎（AP）發病機制中的很多環節并不十分清楚，自1995年Ward等［1］提出了胰腺腺泡細胞鈣超載是AP發病的“觸發點”的假說以來，“胰腺腺泡細胞鈣超載學說”一直是AP發病機制研究中的熱點，隨著多學科研究技術相結合在該學說研究領域的應用，鈣超載在AP發病機制中的作用得以深入研究，本文擬對此進行綜述。

1 胰腺腺泡細胞內鈣離子濃度升高的機制

胰腺腺泡細胞處于靜息狀態時，細胞內鈣離子（細胞質鈣離子與細胞內鈣庫）和細胞外鈣離子之間存在濃度差，細胞外鈣離子的濃度約為10-3mol／L，而細胞內鈣離子的濃度則小于10-7mol／L。正常時細胞通過一系列轉運機制可保持這種巨大的濃度梯度，以維持細胞內低鈣狀態，稱之為鈣穩態。各種原因引起的細胞內游離鈣濃度異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現象稱為鈣超載。鈣穩態的維持是鈣離子功能得以發揮的基礎，但是當某種因素刺激腺泡細胞使其活化時，腺泡細胞內鈣離子濃度急劇升高導致鈣超載。

1.1 細胞內鈣庫釋放鈣離子的機制

細胞內鈣主要儲存在線粒體和肌質網［內質網（ER）／肌漿網（SR）］中，分為1，4，5-三磷酸肌醇（Inositol 1，4，5-trisphosphate，IP3）敏感鈣池和IP3不敏感鈣池兩類，分別由IP3受體（IP3R）系統和 RyR 受體（ryanodine receptor）系統調控，而IP3R是引發鈣離子信號的主要因素［2］。

1.1.1 IP3R系統 IP3R系統通過各種信號通路與腺泡細胞膜上的特異性受體結合，活化受體耦聯的G蛋白，進而激活磷脂酶C（PLC），催化細胞膜表面的二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2），水解產生IP3和二酰甘油（DG）兩個第二信使，IP3與鈣庫上的IP3R結合，使IP3依賴的鈣通道活化和開放，使鈣庫中大量的鈣離子釋放到細胞質，導致細胞質中鈣離子濃度升高并激活蛋白激酶信號通路［3］。cAMP依賴蛋白激酶（PKA）或交換蛋白直接激活磷酸腺苷（EPAC）調節腺泡內鈣離子，通過IP3R使細胞內鈣離子通道的鈣離子釋放［4］。IP3R含有3個亞型［5］，在動物研究中證實IP3引起鈣離子釋放（IP3-induced Ca2＋release，IICR）是驅動酶和分泌液的首要信號，2型和3型IP3R都受細胞溶質中的ATP調節，2型比3型對ATP敏感10倍以上，2型IP3R決定IICR對ATP的敏感性［6］。刺激IP3R系統的信號通路如下：（1）膽囊收縮素-58（CCK-58）和膽囊收縮素-8（CCK-8）、乙酰膽堿（Ach）和鈴蟾肽受體，它們通過異三聚體G蛋白充當信使，釋放細胞內鈣離子。（2）煙酸腺嘌呤二核苷酸（NAADP）是最有力的鈣離子動員細胞內信使，NAADP通過ER上的鈣離子減少而大量升高通過膜通道的鈣離子量，這可使鈣庫調控鈣離子通道（SOC）中有足夠的鈣離子進入以保持鈣離子信號；門控鈣釋放通道（TPCS）被證明受限于溶酶體并促進NAADP結合和鈣離子釋放，TPCS介導的鈣離子釋放是局部的，引發鈣離子通過ER上IP3R產生更大量的釋放［7］。（3）細胞外pH 值低（PHE），如急性酸負荷，包括糖尿病酮癥酸中毒、丙酸血癥、乳酸性酸中毒等，刺激IP3R和RyR，增加細胞內鈣離子生成和增強腺泡細胞反應，增加胰腺炎的風險和嚴重程度［8］；膽汁酸或乙醇代謝產物也可激活IP3R介導的“酸性貯存”而促進鈣離子釋放［9］。

1.1.2 RyR系統 RyR系統則通過復雜的機制來調節循環ADP核糖（cyclic ADP-ribose，cADPR）的水平，在鈣離子存在的情況下由cADPR直接或間接作用于RyR，進而啟動鈣離子釋放機制［10］。

1.1.3 鈣引導的鈣釋放（calcium-induced calcium release，CICR）現象 由IP3R或RyR系統所引起的細胞質中鈣離子升高是一個瞬時變化，不能滿足細胞的持久反應，此后還需緊接著一個細胞內鈣離子增高的慢反應，此系細胞外鈣離子內流所致。細胞外內流的鈣離子作為第二信使，激活鈣庫膜上的受體，使鈣庫排鈣，從而造成鈣離子濃度急劇升高［2］。

1.2 細胞外鈣離子內流的機制

目前認為細胞膜上特異性蛋白質鈣通道主要有3種：受體門控的鈣通道（ROC）、SOC、電壓門控的鈣通道（VOC）。VOC和ROC的特性是在短時間內產生大量的鈣離子進入，而SOC則產生較小而持續的鈣離子內流［7］，其機制如下。

1.2.1 ROC 在IP3R系統中，PIP2生成的DG通過鈣離子依賴性蛋白激酶C（PKC）信號傳導系統激活細胞膜上的ROC開放，引發細胞外鈣離子內流。DG作為第二信使能明顯增強細胞質中PKC與鈣離子的親和力，即使在鈣離子濃度不增高的情況下也能激活PKC，PKC是一種依賴脂及鈣離子激活的酶，參與了激素-受體作用所引起的一系列生理活動，如胞吐分泌、離子通道開啟、細胞生長、基因表達等［11］。

1.2.2 SOC 細胞外鈣離子主要通過SOC進入細胞內，SOC廣泛存在于非興奮性細胞膜上。當ER鈣池中鈣離子濃度降低時，可以激活細胞膜上的鈣離子通道引發鈣離子內流，這種鈣離子內流方式稱之為鈣池操縱的鈣離子內流（store-operatedcalcium entry，SOCE），而這種通過IP3R或RyR系統導致鈣池中鈣離子外流、鈣離子濃度降低而被激活的細胞膜鈣離子通道則被稱為SOC［12］。也有學者通過Ach的實驗，認為IP3R可以通過負反饋調控SOCE，以對抗對IP3所致的鈣超載［5］。

1.2.3 VOC 胰島素誘導的胞吐，在磷酸肌醇3激酶（PI3K）依賴性葡萄糖刺激的反應中快速發展，這是通過依賴PI3K的瞬時受體電位V2（TRPV2）從鈣池易位到細胞質中實現的。胰島β細胞通過增加氧化代謝及糖代謝，增加ATP／ADP比值，關閉ATP敏感性鉀通道（KATP通道）和電活動，使細胞膜去極化，致鈣離子和胰島素釋放，激活VOC，最終導致細胞內鈣離子增加；葡萄糖也可能通過增加刺激分泌耦合鈣離子放大通路而發揮影響［13］。

1.3 降鈣功能被破壞的機制 各種原因如氧化劑甲萘醌［14］、乙醇［15］、pH 值改變［8］等因素，可致腺泡細胞膜受損、線粒體去極化、線粒體通透性轉變孔（MPTP）開放、線粒體氧化磷酸化、ATP減少，激活胰蛋白酶原和損傷鈣離子泵，導致細胞內急劇增多的鈣離子不能被及時重新泵回鈣庫或泵出細胞外，使腺泡細胞內鈣離子濃度維持在高水平的狀態，加重鈣超載。

2 鈣超載在AP發病機制中的作用

2.1 胰蛋白酶原過度活化 異常升高的鈣離子可能誘發胰蛋白酶過早激活，甚至引起胰腺自身消化性損傷，其可能的激活因素有：乙醇誘導胰蛋白酶和糜蛋白酶活化［15］；CICR可導致壞死細胞內胰蛋白酶激活［16］。

2.2 氧自由基（OFR）生成增多 （1）OFR生成增多可導致胰腺腺泡膜和線粒體膜損害。OFR引起質膜脂質過氧化，干擾鈣穩態和損傷DNA，致腺泡細胞損傷，最終細胞死亡。N-乙酰半胱氨酸（NAC）是一種抗氧化劑，能夠恢復細胞抗氧化劑谷胱甘肽水平，研究證明NAC防止OFR的產生而治療AP［17］。生理情況下，細胞內存在的抗氧化劑可及時清除活性氧，使活性氧的生成與降解處于動態平衡，對機體影響不大［18］；在氧化狀態下，低濃度過氧化氫溶液增加損害糖代謝，使ATP／ADP比值下降，增加KATP通道的活性，導致細胞膜超極化；而高濃度過氧化氫溶液則滅活血漿細胞膜鈣離子-ATP酶，促進鈣離子超載［12，17］。（2）有學者提出，中斷鈣離子在 AP的沉淀反應的動態平衡會導致線粒體的完整性的損失和細胞壞死，活性氧促進細胞凋亡可能起到重要的保護作用，抗氧化劑治療不改善AP的，實際上可能會惡化病情［19］。還有學者認為，刺激CCK可以保護細胞以免受過氧化氫溶液影響，這是一種重要的新發現［18］。

2.3 細胞因子生成 炎癥介質和細胞因子在AP發病機制中起著極其重要的作用。其中研究較多的有白細胞介素（IL）、腫瘤壞死因子（TNF-α）、核因子-κB（NF-κB）等［11］。最新研究表明，P物質（SP）和趨化因子在AP中發揮著關鍵作用。SP能升高胰腺細胞細胞內鈣離子；SP亦可能誘導趨化因子如單核細胞趨化蛋白（MCP-1）、巨噬細胞炎性蛋白-1α（MIP-1α）、巨噬細胞炎性蛋白-2（MIP2）和胰腺細胞。SP誘導胰腺細胞的趨化因子產生PLC，誘導細胞內鈣離子升高和PKCα的／βⅡ激活，隨后導致激活細胞外信號調節酶（ERK）和氨基端激酶（JNK）及轉錄因子（NF-κB和 AP-1）［20］。另外，腺泡細胞上的硫化物（H2S）也是一種潛在的新的信號分子，作為一個潛在的炎癥介質激活PI3K和Akt磷酸化，從而調節TNF-α產生［6］。

2.4 磷脂酶A2（PLA2）介導膜損傷 在正常情況下，胰腺PLA2對腺泡細胞無損害作用；只有在胰導管內壓增高、胰局部缺血及炎癥介質等病理條件下才發揮其破壞作用。鈣離子濃度增高致PLA2激活，催化膜磷脂水解溶血磷脂和花生四烯酸，后者分解為血栓素 A2（TXA2）、前列環素（PGI2）等，TXA2具有細胞毒作用，引起強烈微小動脈收縮，促進血小板聚集和水解酶釋放，致胰微循環損害，而PGI2機制則相反，兩者共同作用以維持血管和細胞內環境穩態。因此，腺泡細胞鈣超負荷可能在胰腺缺血與前列腺素類異常之間發揮“橋梁”作用［11］。

2.5 其他機制 （1）在向大鼠胰管逆行注射牛磺膽酸鈉復制的AP模型研究中發現，牛磺膽酸鈉所致胰腺腺泡細胞損害的機制主要歸因于鈣穩態的破壞以及鈣對CCK反應下降，同時體外試驗研究也顯示，胞漿中的鈣對CCK的反應亦顯著減少［21］。（2）乙醇可能使鈣離子內流增加，導致鈣離子超載，CCK作用于胰腺細胞，其結合位點產生不同的信號級聯的第二信使，導致酶的分泌及細胞內鈣離子超載［15］。（3）有研究表明膽汁酸可激活G蛋白耦聯的細胞表面膽汁酸受體（GPBAR1），因此，膽源性 AP可能是“受體介導的病”［9］。

3 鈣通道阻滯劑（CCB）對AP的治療作用

在AP過程中不適當地糾正低血鈣可能加重細胞鈣超載，而加速胰腺腺泡細胞壞死，單一改善微循環也不能阻止病變惡化，因此，同時對抗細胞鈣超載可能有助于阻止AP向壞死方向發展［11］。目前，國內外各學者對CCB治療AP進行了不斷深入的研究。（1）維拉帕米區域動脈灌注臨床試驗證明：在有效支持全身循環的同時，區域動脈灌注維拉帕米可能通過解除AP早期的微血管痙攣、防止胰腺腺泡細胞鈣超載，減少細胞因子的產生，抑制黏附分子和細胞黏附分子（ICAM-1）的上調，間接抑制血漿TXB2的升高，并抑制血小板聚集，阻止AP重癥化發展［22］。（2）柴芩陳芪湯（CQCQD）在內質網鈣離子-ATP酶（SERCA）的mRNA表達的研究中發現，CQCQD能抑制升高的鈣離子濃度和保護胰腺細胞，大量的鈣離子內流引發的內質網上鈣離子釋放取決于SERCA3，CQCQD增加SERCA2表達，減輕細胞內的鈣超載［23］。（3）丹曲林鈉可以抑制肌漿網釋放鈣離子，研究證明丹曲林可以顯著延緩病理蛋白酶激活和腺泡細胞的損傷，適度減輕胰腺炎的嚴重程度［24］。（4）乙醇代謝產物可激活IP3R介導的“酸性貯存”而促進鈣離子釋放，而鈣調蛋白（CaM）可以通過滲透膜來提高保護效果，減少鈣離子釋放的敏感性，防止乙醇引起的細胞內鈣離子釋放和胰蛋白酶激活，并且抑制IICR，因此，特殊亞型的IP3R抑制劑可能有利于乙醇性AP的治療［25］。

4 展 望

綜上所述，AP是多因素參與的病理生理過程，各因素間相互獨立又相互滲透，共同促進疾病的發生、發展。但目前仍缺少對AP生理、病理機制及多種信號通路的足夠認識，有關機制仍存在爭議，使本病的治療成本高且療效不理想。因此，應不斷深入研究AP發生、發展中的啟動因子和惡化因子以及之間的相互關系，這對AP的治療有深遠的意義。

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