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中醫(yī)藥對胰腺纖維化相關(guān)信號通路的研究進展

2018-02-14 21:48方菁葉蔚
新中醫(yī) 2018年4期
關(guān)鍵詞:激酶磷酸化胰腺炎

方菁,葉蔚

1.浙江中醫(yī)藥大學第三臨床醫(yī)學院,浙江 杭州 310053;2.杭州市中醫(yī)院消化科,浙江 杭州 310007

慢性胰腺炎(Chronic Pancreatitis,CP)是各種病因引起胰腺組織和功能不可逆改變的慢性炎癥性疾病,臨床主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的上腹部疼痛和胰腺內(nèi)外分泌功能不全。胰腺纖維化是CP的典型病理特征,也是胰腺癌的重要危險因素之一。胰腺星狀細胞(PSC)是胰腺纖維化過程中的核心細胞,胰腺細胞外基質(zhì)(ECM)合成和降解失調(diào)是胰腺纖維化過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在慢性胰腺損傷過程中,多種促炎細胞因子、趨化因子等激活PSCs,活化的PSCs不斷增殖,合成大量的ECM,使ECM合成大于降解,引起ECM過度沉積,最終導(dǎo)致胰腺纖維化。該過程涉及多種信號通路,主要包括轉(zhuǎn)化生長因子β/Smad蛋白途徑(TGF-β/Smad)、絲裂原活化蛋白途徑(MAPK)、核因子-κB途徑(NF-κB)、Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子途徑(JAK/STAT)、Hedgehog信號通路(Hh)等。CP嚴重影響患者的生存質(zhì)量,中醫(yī)藥治療本病表現(xiàn)出療效佳、復(fù)發(fā)率低、毒副作用小等優(yōu)勢,是臨床治療的良好切入點,值得深入探究?,F(xiàn)就近年來國內(nèi)外涉及胰腺纖維化的關(guān)鍵信號通路及中醫(yī)藥治療胰腺纖維化的相關(guān)實驗研究作一概述,為尋找有效的干預(yù)途徑以防治胰腺纖維化提供新思路。

1 TGF-β/Smad信號通路

1.1 TGF-β/Smad信號通路簡介 TGF-β是調(diào)節(jié)多種生理過程的基礎(chǔ)信號蛋白,在細胞增殖、分化、凋亡和ECM合成中起重要作用,其受體包括Ⅰ型受體(TβRⅠ)、Ⅱ型受體(TβRⅡ)和Ⅲ型受體(TβRⅢ)三種。TGF-β通過結(jié)合特異性受體介導(dǎo)其下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo),并引發(fā)幾種Smad蛋白的激活,以作為從受體到細胞核的主要信號轉(zhuǎn)錄物。Smads蛋白在將TβR衍生信號從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo)入細胞核的過程中起關(guān)鍵作用,根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能可以分為三類:受體型Smads(RSmads,包括 Smad2、Smad3)、協(xié)同型 Smads(Co-Smads,即 Smad4)和抑制型 Smads(I-Smads,包括Smad6、Smad7)。TGF-β1 首先與 TβRⅡ結(jié)合,TβRⅡ發(fā)生自身磷酸化,隨即TGF-β1構(gòu)象發(fā)生改變,并與TβRⅠ結(jié)合形成TβRⅡ-TGF-β-TβRⅠ三聚體復(fù)合物,并使TβRⅠ磷酸化,將信號傳導(dǎo)給下游的Smad2/3蛋白,Smad2/3被磷酸化后與Smad4蛋白結(jié)合形成異源寡聚合物,進入核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。而Smad7通過MH2結(jié)構(gòu)域與Smad4競爭結(jié)合R-Smads,以發(fā)揮其負調(diào)控作用[1]。

1.2 TGF-β/Smad信號通路與胰腺纖維化的相關(guān)性研究 TGF-β1作為最有效和廣泛存在的促纖維化因子,以自分泌和旁分泌的形式在PSCs的激活和ECM的沉積中起著重要作用。在TGF-β1處理后的大鼠PSCs中,可見Smad3表達升高、Smad7表達下降,提示TGF-β1可以促進Smad3的表達,抑制Smad7的表達[2]。Smad7是拮抗TGF-β信號傳導(dǎo)的抑制性蛋白,He J等[3]采用Smad7轉(zhuǎn)基因小鼠以雨蛙素腹腔注射方式建立CP模型,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小鼠的胰腺組織中Smad7蛋白表達相比于野生型小鼠顯著上調(diào),胰腺纖維化程度明顯減輕,證實了Smad7的大量表達能夠抑制胰腺纖維化的形成。反之,Smad7的缺失導(dǎo)致慢性胰腺炎更嚴重的損傷,Li X等[4]通過在Smad7外顯子-I缺失的小鼠中重復(fù)給予雨蛙素誘導(dǎo)慢性胰腺炎,發(fā)現(xiàn)Smad7突變體小鼠的CP誘導(dǎo)反應(yīng)更嚴重,炎癥細胞、間充質(zhì)細胞和肌成纖維細胞數(shù)量明顯增多,胰腺中ECM的沉積更明顯。因此,Smad7被認為是胰腺抗纖維化治療有希望的靶點。

1.3 中醫(yī)藥對TGF-β/Smad信號通路的相關(guān)性研究近年來,許多專家學者對中醫(yī)藥影響TGF-β/Smad信號通路以作用于胰腺纖維化做了大量的實驗研究,并取得了一定的成果。Xu M等[5]通過從SD雄性大鼠中提取PSCs,分離、鑒定、體外培養(yǎng)及傳代后將PSCs分為對照組、丹酚酸B(丹參的主要提取物)組和不同濃度的濱蒿內(nèi)酯(茵陳的主要提取物)組;結(jié)果顯示相較于對照組,實驗組TGF-β和P-Smad2/3的表達水平明顯下調(diào),Smad7的表達水平升高,提示濱蒿內(nèi)酯和丹酚酸B通過調(diào)節(jié)TGF-β/Smad途徑抑制PSCs的激活,減輕纖維化。氧化苦參堿是中藥苦參的提取物,陳凱等[6]研究發(fā)現(xiàn),氧化苦參堿可以降低TGF-β1刺激的LTC-14細胞中Smad2、3、4蛋白的表達,升高Smad7蛋白表達。許小凡等[7]通過動物實驗發(fā)現(xiàn),大柴胡湯治療組血清淀粉酶和透明質(zhì)酸含量較模型組明顯降低,TβRⅠ、Smad2/3及TIMP-1表達水平下降,Smad7和MMP-1表達升高,顯示大柴胡湯通過抑制TGF-β/Smad信號通路的活化,調(diào)節(jié)MMP-1/TIMP-1的平衡,進而阻止和逆轉(zhuǎn)胰腺纖維化進程。

2 MAPK信號通路

2.1 MAPK信號通路簡介 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通道是真核細胞信號傳遞的重要途徑之一。MAPK被激活后可以磷酸化各種底物蛋白,包括位于細胞核或細胞漿內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子和酶,通過三級激酶級聯(lián)反應(yīng)的方式將細胞外信號逐級放大傳至細胞核內(nèi),直接或間接地調(diào)控基因表達,影響細胞的分化、增殖、遷移和凋亡。目前研究較詳盡的有ERK1/2、JNK、p38 MAPK三條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。ERK1/2的經(jīng)典信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為Ras-Raf-MEK-ERK,細胞外因子對ERK1/2的活化始于對Ras的激活,被激活的Ras進一步活化Raf,進而磷酸化激活MEK1/2,MEK1/2高度選擇性活化ERK1/2,作用于下游的轉(zhuǎn)錄因子,從而發(fā)揮生物學效應(yīng)。JNK信號通路級聯(lián)反應(yīng)大致為:細胞因子、生長因子、環(huán)境應(yīng)激→生發(fā)中心激酶→MEKK1→MKK4/7→JNK→細胞增殖、分化、凋亡等[8]。p38 MAPK亦通過典型的三級激酶級聯(lián)反應(yīng)磷酸化激活,進入細胞核后激活多種轉(zhuǎn)錄因子,進而調(diào)節(jié)各種細胞因子的表達及細胞凋亡。

2.2 MAPK信號通路與胰腺纖維化的相關(guān)性研究MAPK途徑是調(diào)控CP慢性炎癥和纖維化進展的另一主要途徑。已有臨床研究顯示,CP患者外周血單個核細胞中的P-p38 MAPK顯著高于正常組,提示p38 MAPK的磷酸化程度與CP關(guān)系密切[9]。王東盛等[10]采用胰管內(nèi)注射2%三硝基苯磺酸復(fù)制大鼠胰腺纖維化模型,通過免疫組化技術(shù)檢測到α-SMA、P-ERK1和P-ERK2在模型組的表達均強于對照組,且α-SMA與磷酸化的ERK1/2定量分析成正相關(guān),提示ERK1/2信號傳導(dǎo)通路在胰腺纖維化中起重要的調(diào)控作用。已有研究發(fā)現(xiàn),p38 MAPK抑制劑[11]和MEK抑制劑[12]均可以減輕雨蛙肽誘導(dǎo)的胰腺炎癥損傷和纖維化,證實了MAPK信號通路在胰腺纖維化過程中起重要調(diào)控作用。

2.3 中醫(yī)藥對MAPK信號通路的相關(guān)性研究 和解利濕方制劑是源自《傷寒論》的柴胡桂枝湯與茵陳蒿湯的合方。張?zhí)炝岬萚13]通過酒精飲食結(jié)合脂多糖的方式建立大鼠酒精性慢性胰腺炎(ACP)的模型,探討和解利濕方對ACP大鼠胰腺纖維化病變及相關(guān)通路蛋白的影響;發(fā)現(xiàn)和解利濕方能明顯改善ACP大鼠胰腺纖維化程度,在降低TGF-β1、Smad2/3蛋白表達水平的同時,也能降低ERK1蛋白的表達并且抑制ERK1/2的活化。有實驗研究大柴胡湯對DBTC聯(lián)合乙醇誘導(dǎo)的小鼠CP的治療機制時發(fā)現(xiàn),大柴胡湯可以明顯降低胰腺組織中P-ERK、P-JNK蛋白表達水平[14]。以上研究提示和解利濕方和大柴胡湯均可能通過抑制MAPK信號通路發(fā)揮其在CP中的抗纖維化作用。

3 NF-κB信號通路

3.1 NF-κB信號通路簡介 NF-κB是一種誘導(dǎo)型轉(zhuǎn)錄因子家族,其在免疫系統(tǒng)中起著多種進化上保守的作用。NF-κB家族由5個相關(guān)的亞蛋白組成,包括p50(NF-κB1)、 p52(NF-κB2)、 p65(RelA)、 RelB 和c-Rel(Rel),并以能夠結(jié)合DNA的同源或異質(zhì)二聚體的形式存在于細胞質(zhì)中。κB蛋白抑制劑(IκB)家族,是NF-κB的調(diào)節(jié)因子。IκB蛋白由IκB激酶(IKKs)磷酸化激活,IKKs包括IKKα、IKKβ和IKKγ(NEMO)。除了磷酸化作用外,IKKα和IKKβ還可以通過NF-κB蛋白的磷酸化調(diào)節(jié)NF-κB應(yīng)答,并且通過異源信號通路介導(dǎo)串擾[15]。NF-κB的經(jīng)典信號通路為:NF-κB二聚體由p65或c-Rel和p50構(gòu)成,在正常情況下,NF-κB二聚體主要存在于細胞質(zhì),與抑制蛋白IκBα結(jié)合形成復(fù)合物,處于靜息狀態(tài)。當受到細胞外信號刺激時,IKKβ被激活,磷酸化與p65/p50二聚體結(jié)合的IκBα,通過蛋白酶體信號降解 IκBα,并隨之釋放 NF-κB,NF-κB被激活后進入細胞核發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄作用。

3.2 NF-κB信號通路與胰腺纖維化的相關(guān)性研究已有研究發(fā)現(xiàn),高脂肪飲食誘導(dǎo)的胰腺纖維化大鼠胰腺組織中NF-κB/p65 mRNA和由NF-κB直接調(diào)節(jié)的ICAM-1和TNF-αmRNA的表達均較對照組明顯上調(diào)[16]。Huang H等[17]通過使用p65亞基和活性IKK2亞基的轉(zhuǎn)基因小鼠以模擬NF-κB的組成型激活,結(jié)果發(fā)現(xiàn)p65的轉(zhuǎn)基因表達增加了NF-κB活性和雨蛙素誘導(dǎo)的急慢性胰腺炎的嚴重程度;活動性IKK2的特異性表達誘導(dǎo)胰腺炎,持續(xù)3月的IKK2表達導(dǎo)致所有小鼠出現(xiàn)炎性細胞浸潤、腺泡細胞萎縮和纖維化的組織學征象。以上實驗結(jié)果表明:NF-κB途徑的激活直接增加了CP的嚴重程度,并導(dǎo)致纖維化的增加。但也有相反的結(jié)論,如Li N等[18]在胰腺特異性IKKα缺失的小鼠中發(fā)現(xiàn)胰腺腺泡細胞的損傷、炎癥和纖維化,導(dǎo)致自發(fā)性和進展性胰腺炎,其機制可能與IKKα通過與ATG16L2的相互作用來削弱自噬蛋白降解以維持胰腺腺泡細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面的作用有關(guān)。NF-κB看似矛盾的作用是由于其在誘導(dǎo)炎癥的發(fā)生和維持組織完整性方面發(fā)揮關(guān)鍵而不同的功能。越來越多的學者認識到,NF-κB信號通路在炎癥和和胰腺纖維化中發(fā)展過程中起重要作用,因此NF-κB信號傳導(dǎo)是改善胰腺組織炎癥和纖維化的治療靶標。

3.3 中醫(yī)藥對NF-κB信號通路的相關(guān)性研究 有研究發(fā)現(xiàn),柴胡疏肝散能夠降低CP大鼠胰腺中NF-κB表達和TNF-α mRNA水平,且呈一定劑量依賴性[19]。陳軼等[20]發(fā)現(xiàn)胰泰復(fù)方(人參、白術(shù)、柴胡、紅花、甘草)可明顯抑制由L-精氨酸誘導(dǎo)的CP胰腺組織中NF-κB及IL-6的陽性表達,對胰腺纖維化具有明顯的治療作用。大黃酸、大黃素、姜黃素和白藜蘆醇是常用中藥的有效成分,都屬于酚類化合物。Lin Z等[21]通過培養(yǎng)大鼠胰腺星狀細胞系LTC-14,檢測到TGF-β刺激后用上述酚類化合物處理的LTC-14細胞中纖維化絲Acta2、Ⅰ型膠原、FN和α-SMA表達水平被顯著抑制,NF-κB的核表達也明顯降低;表明大黃酸、大黃素、姜黃素和白藜蘆醇的抗胰腺纖維化作用機制主要與抑制NF-κB信號通路的活化有關(guān),上述提及的四種酚類化合物可作為治療或緩解胰腺纖維化或PSC相關(guān)疾病的潛在抗纖維化劑。榮亞梅等[22]研究發(fā)現(xiàn),氧化苦參堿在脂多糖誘導(dǎo)的胰腺纖維化中通過減少NF-κB mRNA和蛋白的表達,抑制NF-κB向核內(nèi)易位來發(fā)揮抗纖維化的作用。

4 JAK/STAT信號通路

4.1 JAK/STAT信號通路簡介 JAK/STAT信號通路主要由酪氨酸激酶相關(guān)受體(RTK)、酪氨酸激酶JAK和轉(zhuǎn)錄因子STAT三個成分組成。酪氨酸激酶相關(guān)受體主要分為Ⅰ型受體家族和Ⅱ型受體家族,受體本身不具有激酶活性,但胞內(nèi)段具有酪氨酸激酶JAK的結(jié)合位點。JAKs激酶是一類非受體酪氨酸激酶,主要由JAK1、JAK2、JAK3和TYK2組成,它們在結(jié)構(gòu)上有7個JAK同源結(jié)構(gòu)域。STATs是一類能與靶基因調(diào)控區(qū)DNA結(jié)合的的胞質(zhì)蛋白,是JAKs的下游底物。JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程為:PDGF、TNF-α、IL和IFN等細胞因子與細胞膜上相應(yīng)的酪氨酸激酶受體結(jié)合,引起RTK二聚化,使相關(guān)JAK自身磷酸化而被活化;激活的JAK能夠使結(jié)合的受體酪氨酸殘基磷酸化,促進胞質(zhì)中含有SH2結(jié)構(gòu)域的STAT蛋白募集和磷酸化,隨后激活的STAT從受體上解離下來,并以二聚體的形式進入細胞核,識別特定的啟動子區(qū)域并與之結(jié)合,調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[23]。

4.2 JAK/STAT信號通路與胰腺纖維化的相關(guān)性研究JAK/STAT信號通路與胰腺纖維化的發(fā)病機制密切相關(guān),在纖維化過程中PSCs的增殖可由STAT3介導(dǎo)。導(dǎo)入外源性結(jié)締組織生長因子(CTGF)不僅可以促進PSC的增殖及ECM的合成,還能提高STAT3磷酸化水平及 TGF-β、MMP9和 TIMP2的轉(zhuǎn)錄水平[24]。Komar HM等[25]使用原代永生化 PSCs來檢測JAK/STAT通路的抑制在體外的影響,發(fā)現(xiàn)用JAK1/2抑制劑魯索替尼(ruxolitinib)處理過的PSCs中STAT3磷酸化減少,α-SMA表達亦減少;同時使用具有良好表征的雨蛙素誘導(dǎo)的CP小鼠模型用于評估JAK1/2抑制劑在體內(nèi)的治療功效,發(fā)現(xiàn)魯索替尼可以減輕CP小鼠炎癥和纖維化的嚴重程度。這些結(jié)果表明JAK/STAT途徑在PSC增殖和激活中起著重要作用,JAK/STAT信號通路的靶向治療可能成為CP有希望的治療策略。

4.3 中醫(yī)藥對JAK/STAT信號通路的相關(guān)性研究有實驗表明,大柴胡湯灌胃治療對使用L-精氨酸腹腔注射誘導(dǎo)的小鼠CP模型具有良好的治療效果;與模型組比較,大柴胡湯治療組血清中的IL-6、胰腺組織中IL-6的基因表達及STAT3蛋白的磷酸化水平均明顯降低,提示大柴胡湯可通過調(diào)控IL-6/STAT3信號通路減輕胰腺炎癥及纖維化水平[26]。目前中醫(yī)藥通過JAK/STAT信號通路對肝纖維化和腎纖維化的抑制有一定的研究,但對胰腺纖維化中JAK/STAT信號通路的研究較少,因此需要進一步深入研究。

5 Hh信號通路

5.1 Hh信號簡介 Hh信號蛋白分子包括三種配體(Shh、Ihh和 Dhh)、兩種跨膜受體蛋白(Ptch1和Ptch2)、一種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子Smo和三種轉(zhuǎn)錄因子(Gli1,Gli2和Gli3)。正常情況下,Hh配體蛋白缺失,跨膜受體Ptch1和Smo結(jié)合組成跨膜受體蛋白復(fù)合物,Smo的活性被抑制,阻止下游信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)。Hh配體蛋白的激活是信號級聯(lián)反應(yīng)中的起始事件。有活性的Hh蛋白與Ptch1結(jié)合,Ptch1對Smo的抑制作用解除,Smo易位到細胞質(zhì)中并發(fā)生自體磷酸化,隨之Gli被激活從Smo中釋放并轉(zhuǎn)移到細胞核中,誘導(dǎo)靶基因的轉(zhuǎn)錄[27]。

5.2 Hh信號與胰腺纖維化的相關(guān)性研究 最近研究表明,Hh信號傳導(dǎo)的激活參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和ECM的過度沉積,在多種類型組織的纖維化過程中發(fā)揮重要作用。靜息狀態(tài)的Hh信號是胰腺適當分化和發(fā)育的關(guān)鍵通路。然而,在纖維化胰腺疾病中信號通常被重新激活。有研究發(fā)現(xiàn),旁分泌的Hh信號激活了胰腺組織中肌成纖維細胞并導(dǎo)致其增殖,并誘導(dǎo)產(chǎn)生MMP[28]。另有實驗結(jié)果顯示,SHh、Gli1在胰腺組織中的表達與胰腺纖維化程度呈正相關(guān),表明SHh/Gli1信號傳導(dǎo)通路是胰腺纖維化發(fā)病機制中不可缺少的調(diào)節(jié)因子[29]。

5.3 中醫(yī)藥對Hh信號通路的相關(guān)性研究 已有體內(nèi)體外實驗研究證實了大黃酸具有抗纖維化作用。如Tsang SW等[29]發(fā)現(xiàn)大黃酸可以抑制雨蛙素誘導(dǎo)的CP小鼠模型中胰腺α-SMA、FN1、COL I-α1和Shh的表達,從而改善CP胰腺纖維化的嚴重程度,提示其機制可能與抑制Shh/GLi1信號傳導(dǎo)通路有關(guān)。

6 小結(jié)與展望

胰腺纖維化的形成涉及多種信號通路,各個信號通路之間存在交互作用,同一中藥可以作用于多種信號通路,中醫(yī)藥對胰腺纖維化的作用機制研究最多的是TGF-β/Smad信號通路。目前胰腺纖維化的實驗研究已取得了一定進展,但對中醫(yī)藥作用機制的研究往往限于特定的一條信號通路,或者是某一信號通路的一個或幾個目的基因,對完整信號通路的上下游調(diào)節(jié)因子的研究較少,尚未全面系統(tǒng)地研究其作用機制。因此,從多角度、多方面不斷加深對胰腺纖維化的認識,運用中醫(yī)藥干預(yù)胰腺纖維化信號通路,可為靶向治療慢性胰腺炎提供新的治療思路。

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