急性胰腺炎(AP)是胰腺自我消化并波及周围组织的炎症性疾病,可引起剧烈腹痛和器官功能障碍,其中伴有全身炎症反应综合征(SIRS)和器官功能衰竭的重症急性胰腺炎(SAP)患者死亡率可高达20%。国际数据显示,继胆结石(60%)和酒精(30%)之后,高三酰甘油血症(HTG)是引起AP的第三大常见原因,占病例总数的4%~10%。在我国,HTG已超过酒精成为引发AP的第二大病因,这种由HTG引发的AP被称为高三酰甘油血症性急性胰腺炎(HTG-AP)。当AP患者血清三酰甘油(TG)浓度>11.3 mmol/L或血清TG>5.6 mmol/L但伴有乳糜血且无其他明确病因时,即可诊断为HTG-AP。国内一项纳入5146例成人AP患者的研究显示,2011~2017年HTG-AP的发生率从21.3%上升至26.0%。相较于其他病因导致的AP,HTG-AP既有相似的地方,也有其独特之处。本文围绕笔者团队关于HTG-AP相关致病基因研究成果,阐述HTG-AP的疾病特征以及相关发病机制的最新进展,并就可能的基因治疗靶点进行讨论,为临床治疗提供新思路。
一、HTG-AP的疾病特征
HTG达到多高的水平会诱发AP,目前没有公认的阈值。随着血清TG水平的增高,疾病发展的风险逐渐增加,当血清TG≥11.3 mmol/L时,AP的风险约为5%,达到22.6 mmol/L时,AP的风险增加到10%~20%。在人群特征上,HTG-AP患者中男性约占2/3,平均发病年龄在40岁左右,常合并糖尿病、高血压、脂肪肝等代谢疾病,且复发率高。笔者团队一项关于HTG-AP复发相关情况的多中心前瞻性队列研究显示,161例随访患者中37例患者复发HTG-AP,复发率为23%,其中年龄<40岁和糖尿病史被认为是复发的潜在危险因素。此外,发生器官功能衰竭和进展为SAP的风险也随着TG水平的升高而增加。笔者团队研究发现,相较于非HTG-AP组,HTG-AP组患者随着血清TG升高,其肾功能衰竭、呼吸衰竭、休克、SIRS等并发症发生率也随之升高,提示HTG是导致AP加重的重要因素,证实HTG是AP并发症的独立危险因素。
基于目前缺乏构建稳定、可控、高HTG水平的动物模型的现状,笔者团队首次尝试采用泊洛沙姆(poloxamer 407,P407)腹腔注射诱导小鼠稳定的HTG动物模型,在连续腹腔注射P407(0.5 g/kg)28 d后,80%以上小鼠血清TG水平高于67.74 mmol/L(6000 mg/dl);P407联合常规剂量雨蛙素(50 µg/kg)注射时,HTG-AP组小鼠胰腺和肺组织损伤较非HTG-AP组更严重,且AP的严重程度与HTG持续时间和程度呈正相关;P407联合极低剂量雨蛙素(5 µg/kg)注射也可引起HTG小鼠胰腺损伤,而仅极低剂量雨蛙素注射并未引起小鼠胰腺组织明显病理损伤。提示HTG增加了小鼠AP的易感性。此外,笔者团队研究显示HTG还会显著延缓AP的修复进程。通过P407腹腔注射和构建GPIHBP1 KO基因小鼠两种手段建立HTG-AP模型,非HTG-AP组小鼠AP造模7 d后胰腺病理组织已基本恢复至正常形态,而HTG-AP组小鼠7 d后仍可见胰腺坏死,且HTG-AP组小鼠参与AP修复的纤维炎症反应和腺泡细胞增殖显著延迟;采用降脂药非诺贝特治疗,小鼠胰腺坏死改善,腺泡细胞增殖较前增加。提示降脂治疗可逆转HTG-AP对胰腺的损伤。
二、发病机制
1. 基因多态性:TG不溶于水,在体内与极低密度脂蛋白(VLDL)和乳糜微粒结合形成脂蛋白在血液循环中运输。VLDL和乳糜微粒中的TG均由脂蛋白脂肪酶(LPL)复合物水解为甘油和脂肪酸。LPL是去除循环中TG的关键酶,其在脂肪、骨骼肌和心肌等多种组织中生成,并由脂肪酶成熟因子1(LMF1)促进成熟,通过糖基磷脂酰肌醇锚定的高密度脂蛋白结合蛋白1(GPIHBP1)运输到毛细血管内皮的管腔侧,与糖胺聚糖(GAGs)结合,水解VLDL和乳糜微粒中的TG。LPL的活性受各种载脂蛋白(Apo)和血管生成素样蛋白(ANGPTLs)调节。其中,ANGPTL3、ANGPTL4、ANGPTL8和ApoC3可抑制LPL活性,而ApoA5、ApoC2和ApoE可激活LPL。
研究显示,HTG⁃AP患者TG代谢相关基因高突变率提示遗传因素在HTG⁃AP发病中的重要作用。TG水平>11.2 mmol/L几乎均是由乳糜微粒升高所致,在改良Fredrickson的HTG分型中只有家族性乳糜微粒血症(Ⅰ型)和原发性混合性HTG(Ⅴ型)以乳糜微粒升高为特征,临床表现为并发AP的风险显著增加。而导致严重HTG和乳糜微粒血症综合征的因素包括:(1)由LPL复合物变异引起的基因主导的家族性乳糜微粒血症综合征(FCS);(2)环境与基因等多因素共同导致的乳糜微粒血症综合征( MFCS)。FCS为LPL相关的单基因突变HTG,类似于常染色体隐性遗传病,发病率非常罕见,患病率为1/(20000~300000),其特征是5个典型FCS基因LPL、 ApoC2、ApoA5、LMF1、GPIHBP1中的一个纯合或复合杂合变异,导致LPL无功能或低功能,通常由编码LPL基因的双等位基因突变引起,较少发生于ApoC2、ApoA5、LMF1或GPIHBP1基因的双等位基因突变。Surendran等研究证实,并发胰腺炎的HTG患者亚组中LPL突变率和中位TG水平高于无胰腺炎病史的HTG亚组。Paquette等一项关于FCS的队列研究发现,25例患者中60%并发胰腺炎,48%并发复发性胰腺炎,表明FCS与AP高风险发病相关。此外FCS患者终生复发胰腺炎的风险同样增加,当血清TG>11.2 mmol/L时风险增加,>22.4 mmol/L时风险最大。
在FCS中双等位的LPL突变异常导致LPL完全或近乎完全的功能丧失。国内曾报道3例妊娠期高三酰甘油血症性急性胰腺炎(HTG-APIP),患者出现双等位LPL突变,血浆LPL活性水平从12.5%~25.0%不等。笔者所在研究中心也发现1例罕见的双等位LPL变异却只丧失部分LPL功能且临床症状相较FCS表型更轻。对该患者基因测序分析发现其C.809g>A(p.Arg270His)和C.331g>C(p.Val111Leu)发生错义变异,其中p.Val111Leu变异通过细胞转染实验和LPL活性实验证实仍保留32.3%的LPL活性而不影响LPL的合成、分泌和稳定性,表明LPL变异后其残留功能依然能影响疾病的严重程度,提示基因型和FCS临床表型之间还有待进一步研究。
在FCS中,GPIHBP1纯合突变的患者会发生严重的HTG和复发性AP。腺病毒(AAV)是多种疾病基因治疗的理想载体,迄今为止S447X是发现的唯一有利于LPL的突变体,可促进LPL的分泌,增加LPL与脂蛋白和细胞表面受体的相互作用,AAV1-LPL-S447X也被用于治疗LPL基因缺陷的严重HTG和复发性AP患者。笔者团队采用GPIHBP1 KO基因小鼠和大鼠分别构建HTG-AP模型,静脉注射AAV5-LPL-S447X基因后,动物血清TG水平均显著降低,肝素治疗后血浆LPL蛋白水平和活性显著升高,同时GPIHBP1 KO大鼠的自发性HTG-AP的易感性和疾病严重程度降低或减轻。提示利用AAV靶向表达LPL可能是治疗由GPIHBP1缺乏引起的HTG-AP的新方法。
多因素共同参与的MFCS较FCS更为常见,且受原发性和继发性因素的共同作用。其中原发性因素主要包括显著相关的5种典型TG代谢基因(LPL、ApoC2、ApoA5、LMF1、GPIHBP1)中的一个杂合变异,以及某些与TG升高相关的单核苷酸突变(SNPs)累积,后者可间接影响HTG脂蛋白的代谢。目前对于SNPs具体如何影响TG水平尚不明确,但SNPs增加了HTG的易感性,这在严重HTG患者中已得到证实。继发性因素主要包括肥胖、代谢综合征、饮酒、糖尿病、妊娠(特别是妊娠晚期)等。
笔者所在研究中心对15例HTG⁃APIP患者进行基因筛查,结果显示其中10例患者均发生ApoA5 p.G185C基因突变,其中ApoA5 c.553G>T突变(rs2075291)中T等位基因频率在HTG⁃APIP人群中显著高发。1例LPL p.S124P突变患者呈典型复发性HTG-APIP,对其进行全外显子测序,显示124位点的丝氨酸突变为脯氨酸,氨基酸结构域改变,使得患者在剖宫产前的LPL浓度仅为正常人浓度的2.93%,活性仅为正常女性活性的11.59%,证明S124P为有害突变。
2. 游离脂肪酸(FFA)作用:HTG患者体内过多的TG被脂解后形成FFA,高浓度的FFA会自发聚合并形成具有表面活性剂性质的胶束结构,攻击血小板、血管内皮和腺泡细胞,导致缺血和胰腺损伤。此外,高浓度的FFA会诱导炎症反应,促进炎症细胞因子的释放,最终导致腺泡细胞坏死。
Patel等研究发现,胰腺脂肪酶对内脏脂肪细胞TG的脂解可促进轻症AP进展为重症AP。与C57BL/6小鼠比较,肥胖小鼠的FFA、炎症因子水平明显升高,且伴有多器官功能衰竭,并于造模后2~3 d全部死亡;但给予脂肪酶抑制剂奥利司他治疗后,FFA水平、脂肪坏死程度、器官功能衰竭发生率和死亡率均降低。de Oliveira等研究也证实胰腺TG脂肪酶敲除小鼠内脏脂肪组织脂解较低,炎症反应较轻,器官功能衰竭较轻,小鼠生存率显著提高。提示胰腺脂肪酶通过分解肥胖小鼠内脏脂肪产生的FFA可加重AP病情。体外研究中Transwell体系共培养腺泡细胞和脂肪细胞时,培养基中FFA浓度明显增高,并伴有大量腺泡细胞坏死,也提示了FFA对胰腺细胞的毒性作用。
但是需要指出的是,不同类型的脂肪酸对腺泡细胞的损伤程度有所不同。Khatua等用不饱和脂肪酸(UFAs)和饱和脂肪酸分别喂养小鼠并构建胰腺炎模型,相较于饱和脂肪酸,UFAs喂养的小鼠胰腺坏死面积更大,相关炎症因子表达增加更高。体外实验也表明,原代腺泡细胞与UFAs共孵育后,腺泡细胞中相关炎症因子和趋化因子的转录表达增加。
3. 微循环障碍:血清TG水平增高会增加血液黏度,影响组织微循环,导致脑或心血管系统缺血,同时刺激血管内皮细胞活化,伴随着脂质沉积和氧化应激,诱导内皮依赖性血管舒张反应缺陷,促进中性粒细胞与内皮细胞结合,导致微循环血流紊乱。
AP时当TG水平达到10~20 mmol/L,血液中形成乳糜微粒,即大直径的脂蛋白颗粒增加,这导致血清严重脂化,血液黏滞度增大,组织微循环减少,可引起胰腺缺血,局部栓塞及血栓形成的风险增加。胰腺缺血还可致细胞酸中毒,组织蛋白酶B激活胰蛋白酶原的可能性增加,使胰蛋白酶原活化形成胰蛋白酶,导致胰腺自身消化并发生损伤,进而引发或加重炎症反应。此外FFA还可通过胰岛素信号和一氧化氮生成受损、氧化应激、炎症和肾素-血管紧张素系统的激活以及内皮细胞凋亡等机制,直接导致血管内皮细胞功能障碍。
4. 钙超载与线粒体损伤:腺泡细胞生理性钙信号主要表现为局限于细胞顶部的振荡型钙信号,而病理性钙信号主要表现为全细胞持续性、非钙振荡、钙峰⁃钙平台型钙信号,又被称为腺泡细胞“钙超载”。病理性的细胞内Ca2+增加是AP最重要的启动过程之一,普遍认为细胞内Ca2+增加会引起细胞内酶原激活、细胞空泡化、内质网过度应激、线粒体膜通透性转换孔增加、ATP合成下降、坏死通路激活等一系列AP相关的病理生理学改变。钙超载尽管是多种病因导致AP病理生理机制的共同通路,但HTG会进一步加重腺泡细胞持续性病理性钙信号相关的细胞损伤。
高浓度UFAs会诱导腺泡细胞内细胞质Ca2+浓度持续升高,胰蛋白酶活化和细胞损伤,蛋白激酶C表达增加。Transwell系统共培养脂肪细胞和胰腺腺泡时,腺泡细胞坏死,ATP水平下降,细胞色素C渗漏,提示发生Ca2+非依赖性线粒体损伤,且随着UFAs和培养基中脂肪抵抗素浓度的升高而大幅增加。同时大量的UFAs抑制腺泡细胞线粒体复合物Ⅰ和Ⅴ,降低ATP水平,从而诱导胰腺腺泡细胞线粒体毒性。因此UFAs通过细胞内钙释放和抑制线粒体复合物Ⅰ和Ⅴ诱导腺泡细胞坏死。
5. 氧化应激:大量研究表明,HTG-AP时胰腺超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化物生成减少,而还原型辅酶Ⅱ氧化酶、白细胞趋化因子、丙二醛、一氧化氮和过氧化氢酶等氧化应激指标升高,抗氧化剂与氧化剂比值失衡,引发炎症反应,进一步加重胰腺损伤。钙超载与氧化应激相互作用形成恶性循环,进一步加重HTG-AP患者的病情。此外,FFA主要通过蛋白激酶C激活还原型辅酶Ⅱ氧化酶导致活性氧的产生。活性氧具有细胞毒性并导致胰腺坏死,同时可激活多种信号通路如NF-κB、p38 MAPK、JNK等,这些信号通路的激活会进一步加剧细胞的炎症反应和氧化应激,导致腺泡细胞损伤。
三、小结与展望
综上所述,HTG-AP是由于TG水解后产生的FFA所导致的病理学改变,通过FFA毒性作用、氧化应激、Ca2+超载、微循环障碍等途径引起或加重胰腺的炎症反应。然而,由于这些途径也是AP发病的关键环节,目前有关HTG-AP发病的特异性机制尚未阐明,使得临床治疗HTG-AP的主要手段仍集中在降脂及缓解症状等一般治疗,缺乏有针对性的治疗手段。因此对于基因多态性的深入研究以及针对基因调控的特异性治疗有望为HTG-AP的干预提供新的方向和思路。
引用本文:张思宇, 皋林. 高三酰甘油血症性急性胰腺炎的发病机制. 中华胰腺病杂志. 2025,25(1):1-5.
转自:中华胰腺病杂志
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