2.1 细胞凋亡调控途径
细胞凋亡是由基因控制的细胞自主的有序的死亡, 包含了复杂的调控机制. 细胞内外的许多信号刺激可以诱导细胞发生凋亡, 如相应配体结合死亡受体如Fas、TNFR等、紫外线照射和电离辐射、抗癌药物、生长因子缺乏、异常表达某些特定的癌基因和抑癌基因等. 尽管这些信号以及随后的反应途径多种多样, 但现已公认, 细胞凋亡后期的共同途径是Caspases的激活. 细胞凋亡受到严格调控, 在正常细胞Caspase处于非活化的酶原状态, 凋亡程序一旦启动, Caspase被活化随后发生凋亡蛋白酶的层叠级联反应, 发生不可逆的凋亡. 凋亡的调节包括一系列复杂的级联反应, 目前研究得最多的Caspase依赖的通路主要有两条[
6
]. 其中一条称为"死亡受体通路", 死亡信号通过细胞外肿瘤坏死因子(TNF)超家族的死亡配体如TNF-α, FasL/CD95L, TWEAK和TRAIL引发, 并与细胞表面的死亡受体(分别是TNFR, Fas/CD95, DR3和DR4/DR5)结合传递到细胞内部, 细胞内的Caspase-2, -8, -10被募集并激活, 活化的Caspase-8释放到细胞质中启动Caspase的级联反应, 激活下游的效应Caspases如Caspase-3, -6和-7, 导致细胞凋亡. 另一条称为"线粒体通路", 是由细胞内应激信号(如λ-辐射、化疗药物、病毒、细胞因子移除等)激活, 在Bcl-2家族成员控制之下, 诱导细胞色素C等促凋亡因子从线粒体释放到胞质, 导致Caspase-9的激活, 活化的Caspase-9激活Caspase-3, -6和-7等成员, 导致凋亡发生. 此外, 还有内质网介导的凋亡通路, 内质网中过多蛋白的积累或钙平衡的破坏, 可以引起内质网压力和细胞凋亡, 可能由Caspase-12和-7的参与导致. 虽然特定的凋亡刺激可以激活三种凋亡通路中的一种, 但是在某些情况下三种通路之间是相互联系的. 细胞凋亡是单一性与多样性的矛盾统一体. 其单一性表现为几乎所有凋亡细胞的形态与生化改变都是一致的. 但同时, 在不同环境、不同细胞或不同刺激的情况下, 细胞从凋亡程序的启动到凋亡发生之间的过程又是不同的, 因而细胞凋亡也具有多样性. 因为这种多样性的存在, 需要我们细致研究在具体的环境中, 特定细胞发生凋亡的调控途径和影响因素, 寻求科学方法解决实际问题.
2.2 AP胰腺腺泡细胞凋亡的机制
近10年来, AP细胞凋亡的相关研究引起了人们极大的兴趣, 尽管取得了一些重要进展, 腺泡细胞凋亡精细的调控机制尚未完整阐明.
2.2.1 Fas/FasL与死亡受体凋亡通路:
免疫组化证实, Fas和FasL存在于正常胰腺的腺泡细胞、导管细胞及一些胰岛细胞, 他们的免疫活性都很弱, 其中Fas定位于细胞膜上, 而FasL定位于细胞质内, 且正常胰腺腺泡细胞和导管细胞未发现明显凋亡. 研究发现[
7
-
8
], Fas/FasL系统介导了AP腺泡细胞凋亡, Fas基因缺失时可明显加重雨蛙素诱导的鼠AP病情, 提示死亡受体凋亡通路在AP中扮演着重要的角色. Li
et al
[
9
]在胰胆管逆行性注射牛黄胆酸钠诱导大鼠AP的研究中, 应用RT-PCR和免疫组化方法进一步阐明在正常的胰腺腺泡细胞中即存在着Fas、FasL mRNA及蛋白的表达, 且呈现共区域化特点, 凋亡细胞极少. 在炎症程度较轻的胰腺组织, Fas和FasL mRNA的表达水平显著升高, 腺泡细胞凋亡指数亦明显升高, 随着胰腺炎症程度的加重, Fas和FasL mRNA的表达逐渐下降, 腺泡细胞凋亡指数亦逐渐下降. 另有研究表明随着AP病情的加重, 血清中可溶性Fas明显升高, 而可溶性FasL明显降低, 两者水平呈负相关, Fas和TNF-α则呈正相关, 细胞发生凋亡时Fas, FasL mRNA和Caspase-3表达增加[
10
]. 用CCK刺激鼠的胰腺腺泡可见胰腺水肿, Caspase-8重新分布且被激活[
11
].
2.2.2 Bcl-2家族与线粒体凋亡通路:
在正常胰腺组织中, 免疫组化法未发现Bcl-2和mcl-1表达, 但有Bax的表达. Gomez
et al
[
12
]在用雨蛙素诱导大鼠AP模型的研究中, 发现胰腺腺泡细胞凋亡在注射雨蛙素48 h后最多, Northern印迹法检测Bax mRNA表达显著升高且在12 h达高峰, Western blot与免疫组化检测Bax蛋白主要表达在腺泡细胞胞质且在48 h表达最多. 提示Bax促进AP时腺泡细胞凋亡. Gukovskaya
et al
[
13
]新近的研究探讨了线粒体凋亡途径在腺泡细胞凋亡中所起的作用, 结果显示CCK诱导的大鼠胰腺腺泡细胞凋亡调控途径包括Caspase激活, 细胞色素C释放和线粒体去极化. 线粒体功能障碍由上游Caspases(可能是Caspase-8)所介导. CCK导致的线粒体功能改变既通过线粒体膜通透性转运孔(mitochondrial permeability transition pore, MPTP)依赖性机制(释放细胞色素C)也通过非MPTP依赖性机制(线粒体去极化). 除作用于凋亡外, Caspases也调节腺泡细胞内其他病理过程而在胰腺炎中扮演着关键角色, 特别是Caspases负性调节坏死和腺泡细胞内胰蛋白酶的激活. 从而认为Caspases介导的凋亡及对抗坏死和胰蛋白酶激活的保护性机制, 可以解释实验性胰腺炎的严重程度同胰腺腺泡细胞凋亡呈现负相关关系的原因.
2.2.3 钙离子与内质网凋亡通路:
内质网是细胞内储存钙离子的主要细胞器, 维持细胞内钙离子的平衡. 在某些因素的作用下, 内质网腔未折叠蛋白增多和钙库耗竭均可引起内质网应激反应和Caspase-12活化, 从而启动Caspase级联反应诱导细胞凋亡. 有研究表明, 腺泡细胞内钙离子升高是胰腺炎发展的一个危险因素, 细胞内游离钙离子的增加可促使雨蛙素刺激的胰腺细胞凋亡, 同时也促进了凋亡基因Bax, p53的表达[
14
-
15
].
2.2.4 其他参与胰腺腺泡细胞凋亡的调控因子:
Masamune
et al
[
16
]发现溶血磷脂酰胆碱可诱导胰腺腺泡细胞株AR42J细胞表达野生型p53 mRNA, 引发细胞凋亡. 在10-25 mmol/L范围内呈剂量依赖关系, 当剂量≥50 mmol/L时则引起细胞裂解, 细胞株的凋亡不能被蛋白激酶C和Caspase抑制剂所抑制. 在细胞凋亡过程中, 转录因子也起着重要的作用. NF-κB是一类能与多种细胞因子基因启动部位的κB位点结合并增强基因转录的蛋白质. 胰腺炎时, 细胞因子的大量释放与NF-κB的活化和表达增强显著相关, 且在活性被抑制后可缓解胰腺炎的严重程度. NF-κB可通过调节凋亡相关基因而抑制凋亡[
17
]. Frossard
et al
[
18
]用雨蛙素诱导Cx32(胰腺外分泌部表达的主要缝隙连接蛋白)基因缺失小鼠AP, 发现Cx32基因缺失小鼠病情加重, 腺泡细胞凋亡减少, Caspase-3活性降低, 而Bax和Bcl-2的表达没有明显变化. 另有研究表明外源性过氧化氢可以导致细胞核丢失DNA修复蛋白Ku70和Ku80, 诱导腺泡AR42J细胞凋亡[
19
].