胰腺腺泡细胞和胰岛β细胞损伤修复及再生的研究进展*

2017-03-16乔综述王卫星审校

微循环学杂志 2017年1期

石乔综述王卫星审校

石乔综述王卫星#审校

胰腺炎可引起胰腺腺泡及胰岛β细胞损伤，修复胰腺内、外分泌功能是胰腺炎治疗研究亟待解决的问题；胰腺损伤修复、胰腺干细胞及内、外分泌细胞的再生和调控再生信号通路(Notch、Hedgehog及Wnt信号)对其意义重大。而胰腺腺泡及胰岛β细胞的损伤修复、再生及调控胰腺内外分泌细胞的去分化、转化和再分化过程是目前研究的热点。

胰腺炎;胰岛β细胞;腺泡;再生

急性胰腺炎(Acute Pancreatitis, AP)是临床上常见的急腹症，按其严重程度可分为轻、中及重症，后者病情凶险、进展迅速，常并发多器官功能障碍，病死率高达10%-30%[1, 2]。AP的发病机制为胰酶异常激活后对胰腺组织的自身消化，从而引起大量胰酶释放、氧化应激及炎症级联反应，导致胰腺及胰外脏器损伤。慢性胰腺炎(Chronic Pancreatitis, CP)是一种进展性胰腺炎性疾病，其病理表现为胰腺实质的破坏及纤维化，最终导致内、外分泌不足，从而导致糖尿病(Diabetes Mellitus, DM)及消化不良的发生。众所周知，胰腺炎可导致腺泡及胰岛β细胞的损伤和不足[3, 4]，胰腺炎后胰腺内、外分泌功能的恢复是胰腺炎治疗研究亟待解决的问题。因此，探讨胰腺损伤修复、胰腺干细胞及胰腺内、外分泌细胞的再生，以及调控损伤修复和再生的信号通路，对治疗胰腺疾病有重要意义。本文综述胰腺炎后胰腺泡和胰岛β细胞的修复、再生以及调控内外分泌细胞去分化、转化及再分化等的研究进展。

1 胰腺细胞组成和其干细胞来源

胰腺由内、外分泌腺组成，是机体最重要的消化器官之一。外分泌腺主要由腺泡细胞、导管细胞等构成，分泌各种消化酶、水和电解质入肠，起消化作用。内分泌腺胰岛成团状，分布于腺泡细胞之间，主要由α细胞、 β细胞， δ细胞和PP细胞四种细胞组成，分别分泌胰岛素、胰高血糖素、生长抑素和胰多肽，它们相互作用，共同调控体内的糖代谢和血糖平衡[5]，对机体的生命活动起着极为重要的作用。

成人胰腺干细胞是否存在、其表型特征及解剖位置如何目前仍有争议[6]。有学者认为，成人胰腺中存在胰腺固有干细胞，沿胰腺导管树分布，并能分化为胰岛β细胞[6-8]。但大多数学者认为成人胰腺组织中不存在固有干细胞，而是一种兼性干细胞[9, 10]。有学者采用蛙皮素诱导胰腺炎造成的胰腺腺泡细胞损伤在一周之内完全恢复后观察到腺泡细胞去分化形成的SOX9+腺泡导管样结构(Acinar-to-ductal Metaplasia, ADM)中的导管样细胞可再分化为胰腺腺泡细胞，因而认为导管样细胞为胰腺的兼性干细胞[9, 11]；也有研究发现了一些小的胰岛内分泌细胞簇毗邻胰腺导管(胰腺炎及胰腺损伤时尤其明显)，推测这些细胞可能来源于导管样细胞的增殖及分化[12]；还有报道采用三种转录因子Ngn3、Mafa及Pdx1调控胰腺腺泡细胞分化，可将腺泡细胞成功转化为三种胰岛内分泌细胞，即α、β，δ细胞[13]；都说明腺泡细胞去分化形成SOX9+的导管样细胞，可能为胰腺内、外分泌细胞再生的兼性干细胞。另有研究认为胰腺卫星细胞(Pancreatic Stellate Cell, PSC)、中心腺泡细胞也可能是胰腺再生的干细胞[14-16]。

2 腺泡细胞的损伤修复及再生

胰腺炎时腺泡内胰酶异常激活，腺泡细胞发生自身消化，导致大量腺泡细胞去分化、凋亡及坏死。去分化的腺泡细胞处于休眠状态，有利于避免持续伤害刺激而引起细胞坏死，当腺泡细胞所受伤害刺激解除之后，去分化腺泡细胞即可发生增殖，且可再分化为功能性腺泡细胞[17]。坏死腺泡细胞的裂解，使大量激活的胰酶释放入血，引起全身炎症反应，并出现血、尿淀粉酶升高。有研究指出，胰腺坏死区域腺泡细胞的修复，主要通过残存的腺泡细胞增殖实现，而不是通过胰腺中固有干细胞的再生,且首先在胰岛β细胞的增殖过程中发现；随后的观察也证实了这一现象[18, 19]。如Fendrich等[20]用莫昔芬祖系示踪技术标记腺泡细胞，比较腺泡细胞在蛙皮素诱导损伤前、后腺泡细胞的标记情况，结果显示损伤后腺泡细胞数量与损伤前差异很小，说明损伤后残存腺泡细胞可以增殖。另有实验表明有小部分腺泡细胞可能由非腺泡细胞如胰腺导管细胞的转化或再生而来[21]，这从Criscimanna等[22]报道的胰腺炎时胰腺导管细胞可以分化为有功能腺泡细胞结果中也得到证实。Saponara等通过基因敲除5-羟色胺减少胰腺炎后ADM形成，观察腺泡细胞损伤后修复情况，结果也证实ADM中的导管样细胞为胰腺腺泡细胞损伤修复及再生的重要来源[9]。因此，胰腺炎腺泡细胞损伤修复，主要依赖于残留的腺泡细胞增殖及腺泡细胞去分化形成的导管样细胞的再分化，其次为胰腺中其它细胞的转化或其它兼性干细胞。

3 胰岛β细胞的损伤修复及再生

AP患者大多有血糖升高，甚至出现糖尿。该现象被认为是一过性血糖升高，AP治愈后可完全恢复[23]。最近有研究通过对初次AP患者治愈后人群的大规模调查发现，AP后人群罹患DM风险较正常人群增加2倍[4]。还有研究显示，40%的AP患者出院后出现糖耐量异常或DM；AP后新诊断为DM的患者超过23%(普通人群为4%-9%)，且胰腺炎的不同严重程度对这种风险的影响无统计学差异，即无论轻、中、重型胰腺炎，其治愈出院后患DM风险均较高[24]。表明AP不仅损伤胰腺腺泡细胞，也引起胰岛β细胞的损伤。此外，CP也存在内、外分泌细胞的损伤，导致胰酶不足及血糖升高[17]。

在不同程度损伤刺激下，胰岛β细胞可发生去分化、凋亡及坏死[25, 26]。有学者认为DM模型中胰岛β细胞的衰竭，不是因为胰岛β细胞的死亡，而是胰岛β细胞在损伤刺激下发生了去分化，去分化的胰岛β细胞失去了分泌胰岛素的功能，从而导致患者出现血糖升高[26]。AP发生的应激及炎症损伤可致胰岛β细胞出现凋亡，甚至坏死[27, 28]。但AP是否存在胰岛β细胞的去分化，目前仍不清楚。对胰岛β细胞的缺乏或数量减少，机体可通过损伤修复、增殖、转分化以及再生功能来恢复[19, 29]。如Johnson等[30]研究发现胰腺腺泡细胞可转分化为胰腺导管细胞及胰岛β细胞；Thorel等[31]还发现白喉毒素破坏胰岛β细胞致其极度衰竭时胰岛α细胞可转分化为β细胞；Chera等[32]通过上调FoxO1因子(一种胰腺β细胞团的关键调控因子)及其下游的效应因子，也能促使胰岛α及δ细胞转分化为胰岛β细胞。但对AP时胰岛β细胞减少或缺失是由其凋亡、坏死所致，还是其去分化引起或两者兼有，目前少有文献报道，尤其AP时胰岛β细胞是否发生去分化，值得继续探讨。假设胰腺炎存在胰岛β细胞的凋亡、坏死，也存在胰岛β细胞的去分化，那么，促使去分化的胰岛β细胞再分化为有功能的胰岛β细胞可能成为缓解及治疗胰腺炎血糖升高及胰腺炎后DM的一个新的治疗思路。

4 调控胰腺损伤修复及再生的信号通路

Notch信号通路广泛存在于非脊椎动物和脊椎动物，其通过相邻细胞之间的相互作用调节细胞、组织、器官的分化和发育。Notch信号在胰腺的胚胎发育及成人胰腺损伤后稳态的维持中起着重要的作用[33, 34]。Notch信号通路由Notch受体、Notch配体、转录因子CSL(CBF-1，Suppressor of Hairless，Lag的合称)DNA结合蛋白以及其它的效应物和Notch调节分子等组成。Notch信号的产生通过相邻细胞的Notch配体与受体相互作用，Notch蛋白经过剪切，由胞内段(NICD)释放入胞质，并进入细胞核与CSL结合, 形成NICD/CSL转录激活复合体，从而激活HES、HEY、HERP等碱性-螺旋-环-螺旋转录抑制因子家族的靶基因而发挥生物学作用。有研究报道，蛙皮素诱导的胰腺炎损伤激活Notch信号通路，促使胰腺腺泡细胞发生去分化，去分化细胞表达祖细胞样蛋白SOX9，表明Notch通路在腺泡去分化中起重要作用[35-37]。在胰腺的发育过程中，降低Notch通路活性，使祖细胞样蛋白Ngn3增多，促使祖细胞向内分泌细胞分化。在Notch通路处于正常活性态时，促使祖细胞向外分泌细胞方向分化[33, 38]。Siveke等[35]对实验小鼠进行基因敲除Notch受体及注射γ-secretase抑制剂阻断Notch通路，观察胰腺炎后腺泡细胞损伤恢复情况，结果显示该小鼠腺泡恢复不良。Kopinke等[39]观察到成年小鼠胰腺中Notch通路活性仅表达于导管细胞及中心腺泡细胞，上调Notch通路能促进腺泡细胞向导管样细胞转化，而敲除转录因子RBP-Jκ降低Notch通路活性，则会促进中心腺泡细胞及导管样细胞向腺泡细胞分化。AP时能否通过调控Notch通路，减少胰腺炎时胰岛β细胞的损伤，或促进β细胞的损伤修复及再生，也值得进一步探讨。

Hedgehog信号通路是一种分节级性基因，其广泛存在于哺乳动物及其它生物体，其受体包括Ptc及Smo，配体有Dhh、Shh及Ihh，其下游的转录因子包括Gli1、Gli2及Gli3。经典Hedgehog通路可以通过Ptc及Smo两个受体发挥信号传递作用，广泛参与胚胎发育、细胞分化、器官形成及损伤修复等。在胰腺的生长发育过程中，Hedgehog信号通路参与调控胰腺的正常发育并与胰腺的形态发生有关[40]。通常情况下，胰腺发育中Hedgehog活性处于抑制状态[41, 42]。Fendrich等[20]研究发现敲除Smo受体阻断Hedgehog信号传导，对胰腺外分泌细胞发育无影响；采用蛙皮素诱导胰腺炎时Hedgehog通路被激活，对干细胞具有一定的调节作用，能促使去分化的腺泡细胞及兼性干细胞增殖更新。此外，他们对实验小鼠采用基因敲除方法及抑制剂阻断Hedgehog信号后，再用蛙皮素诱导胰腺炎时，其腺泡细胞可正常地发生去分化及增殖，但去分化腺泡细胞不能再分化为腺泡细胞，甚至可导致胰腺肿瘤的发生。

Wnt信号通路包括Wnt配体、Wnt家族分泌蛋白、Frizzled家族跨膜受体蛋白及β-catenin等，该通路在胚胎的早期发育、器官形成、组织再生等方面发挥重要的作用。在胰腺的生长发育中，Wnt/β-catenin信号通路参与胰腺腺泡细胞的发育与增殖[41, 43, 44]。Keefe等[45]研究发现，敲除β-catenin基因阻断Wnt信号经典通路对蛙皮素诱导的AP、CP腺泡细胞损伤、腺泡细胞去分化、ADM的形成及腺泡细胞的再分化均无影响，但其影响残存的腺泡细胞增殖。此外，还有文献报道Wnt信号通路可以调节胰岛β细胞的增殖[46]。

5 总结及展望

了解胰腺炎胰腺内、外分泌细胞的损伤修复，胰腺干细胞的再生以及影响胰腺损伤修复及再生的信号通路，对治疗急、慢性胰腺炎后内、外分泌不足具有指导性作用。此外，上述作用对DM胰岛β细胞缺乏的治疗也具有积极意义。通过干预胰腺损伤修复及再生信号通路，能有效地控制AP后腺泡细胞的恢复及DM，缓解慢性胰腺炎内、外分泌不足；研究胰腺损伤时内、外分泌细胞的去分化、转化、再分化及胰腺内兼性干细胞的再生，为人类攻克DM带来希望。

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本文作者简介：

石乔(1987-)，男，汉族，博士研究生，主要从事胰腺炎及胰腺再生医学的研究

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Research Progress of the Repairing and Regeneration of the Injured Pancreatic Acinar and β Cells

SHI Qiao, WANG Wei-Xing#

Department of General Surgery, Renmin Hospital of Wuhan University,Wuhan 430060,China；#

Pancreatitis can cause the injuries of acinar and β cells. After pancreatitis, the repairing of the function of exocrine and endocrine is a problem that should be solved urgently. It's important to understand the repairing of pancreatic injury, pancreatic stem cells, regeneration, and the signal pathways (Notch, Hedgehog, Wnt) that regulate them for pancreatic diseases. This review aimed to summarize the new progress of the injuries of acinar and β cells, regeneration, and regulating the dedifferentiation, redifferentiation and transformation of exocrine and endocrine cells.

Pancreatitis; Islet β cell; Acinar cell; Regeneration