重症急性胰腺炎发病机制的研究现状1

综述

重症急性胰腺炎发病机制的研究现状

摘要：重症急性胰腺炎(severe acute pancreatitis, SAP)作为临床常见重症之一，以其病情凶险, 预后不良，治疗棘手等特点一直是临床研究的热点与难点，其发病机制除胰腺自身消化学说，尚有白细胞过度激活—炎性因子级联瀑布效应、胰腺微循环障碍学说、胰腺腺泡内钙超载学说、氧化应激学说、肠道细菌移位与“二次打击”学说、细胞凋亡学说等纵多理论丰富了人们对SAP 发病机制的认识。本文就SAP 发病机制的研究现状做一综述。

关键词：重症急性胰腺炎 发病机制

重症急性胰腺炎(severe acute pancreatitis, SAP)是一种由胰腺局部炎症所致的急性胰腺炎(acute pancreatitis, AP)累及全身多脏器损伤而引起全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response symdrome SIRS)，继而造成多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS) 甚至多器官功能衰竭(multiple organ failure, MOF) 的疾病，其病情凶险, 预后不良，治疗棘手，目前病死率仍高达22.7%[1] ，有关其发病发展机制及治疗方法的探索一直是研究的热点。本文就近年来有关SAP 发病机制方面研究的主要进展进行综述。

1 胰腺自身消化

胰管梗阻与胆汁反流、十二指肠液反流以及乙醇对胰腺腺泡和oddi 括约肌的作用、高脂血症、高钙血症、创伤等都是AP 的始动因素。正常情况下，胰腺细胞中的大部分消化酶均以无活性的酶原形式存在，经细胞分泌运输到胰管内然后被运送到小肠内被激活。而胰腺实质与胰管之间、胰管与十二指肠之间以及胰管中的胰液分泌压与胆道中的胆汁分泌压之间均存在正常的压力梯度，不会发生胆汁反流。肝胰壶腹和胰管括约肌则防止十二指肠液反流。在胰腺腺泡和胰管内尚含有胰蛋白酶抑制物质，灭活少量的有生物活性或提前激活的酶。SAP 时，胰酶的正常隔离机制被破坏，胰蛋白酶原被异位激活，活化的胰蛋白酶再激活了其他胰酶，包括胰脂酶、淀粉酶、糜蛋白酶、磷脂酶A 2(PLA2) 、弹力蛋白酶、羧基肽酶、核酸酶等，从而引起了胰腺的“自身消化”[2]，但直接损伤胰腺腺泡的并非胰蛋白酶而是弹性蛋白酶、糜蛋白酶、磷脂酶等其它酶类[3]。有国外学者[4-6]研究显示：在AP 的早期阶段，胰蛋白酶原的活化并非在胰腺间质或胰管腔内而是在腺泡的亚细胞器即含有溶酶体水解酶、主要是组织蛋白酶B 的胞浆空泡中，活化后的胰蛋白酶再被释放入胞浆中而发挥作用。

2 胰腺微循环障碍学说

胰腺小叶是胰腺微循环形态学的基本单位，其血供进入小叶后呈树枝状分支，相邻小叶内动脉

之间及其分支之间无吻合支存在，属终末动脉，所以胰腺组织对缺血高度敏感，易因高脂血症、动脉粥样硬化、胰动脉血栓、结节性多动脉炎、系统性红斑狼疮和恶性高血压等疾病引起痉挛、栓塞、血栓形成或间质水肿而出现所支配区组织供血不足。有研究者[7]观察到在AP 发病的早期阶段胰腺小叶内动脉就出现括约肌痉挛、平滑肌肌浆中多发空泡，甚至发现小叶内动脉括约肌的损伤要早于胰腺组织的微循环损伤，提出胰腺小叶内动脉括约肌的损伤可能是胰腺灌注衰竭和局部微循环障碍的始动因素，进一步表明胰腺组织对缺血应激的代偿反应非常差，而缺血后再灌注[8-11]则使胰腺功能毛细血管密度减少，间质水肿，细胞内水肿，细胞膜通透性增加，离子通道电荷改变，因此胰腺炎性改变加重。另外，大量的血管活性物质如缓激肽(BK)、血小板活化因子(PAF)、内皮素(ET)、一氧化氮(NO)等均在胰腺微循环障碍中起重要作用，它们[12-13]可通过影响微血管管径、通透性和白细胞滚动、粘附与游走、血浆白蛋白渗入间质而加剧内脏微循环障碍，使胰腺和肠道因持续缺血而最终导致坏死，并可累及全身多处组织器官诱发MODS 甚至多器官功能衰竭(multiple organ failure, MOF ) [14] 。尚有研究显示肾素-血管紧张素系统(renninangiotensin system,RAS) 在急性胰腺炎中可能发生重要作用[15-16]。

3 白细胞过度激活—炎性因子级联瀑布效应

在胰酶的正常隔离机制被破坏，大量胰酶被异位激活发生自身消化后，胰腺坏死产物迅速诱导氧自由基释放，活化核因子-kappa B(NF-kB),继之产生大量促炎因子如TNF-α，IL-1β，IL-6，IL-8等[17-18]，进而激活胰腺内及血管、肺、肝、肾的单核-巨噬细胞系统，使粒细胞与内皮细胞粘附，吞噬细胞的功能激活，释放活性自由基，以及蛋白酶和水解酶，还能引起前列腺环素类物质、白三烯、血小板活化因子(PAF)、NO 、血栓素等炎性介质的大量释放，即“瀑布样效应”，这些炎症介质可以使胰腺及其它组织器官血管通透性增高和微循环障碍，导致胰腺在自身消化的基础上进一步发生炎症、坏死；肠道则因功能障碍使肠内正常寄居细菌易位并产生大量内毒素，最终导致重症患者发生全身炎症反应综合症(systemic inflammatory response symdrome，SIRS) 和多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS) 。

其中TNF-α是SAP 最早升高的炎性介质[19]并起核心作用，作为始发因子不但诱导自身基因的表达，尚促进一系列其它细胞因子如IL-1β，IL-6，IL-8，PAF 等的产生，引起连锁和放大反应即所谓瀑布样效应，致使脏器结构和功能损害，产生低血压，弥散性血管内凝血(DIC),ARDS等病理生理学改变。NF-kB 则是一个广泛存在于细胞中具有多向性转录调节作用的蛋白因子，它能与多种细胞因子、粘附分子基因启动子部位的kB 位点结合，增强这些基因的转录和表达，导致TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、ICAM-1、P-selectin 等基因的过度表达，通过抑制NF-kB 的活性可以有效抑制下游因子TNF-α、IL-1、ICAM-1 mRNA的表达并减轻远隔脏器的炎症损伤程度[20]。

Masamune A等人[20]用急性坏死性胰腺炎的腹水注入正常大鼠腹腔后，引起肺粒细胞NF-kB 的激活，

提示重症急性胰腺炎对远隔脏器的损伤是通过NF-kB 的激活及随后产生的细胞因子起作用的。其他研究者[21-23]研究亦发现应用NF-kB 拮抗剂或敲除NF-kB 基因后大鼠胰腺炎病变程度明显减轻，许多细胞因子的产生亦得到控制，提示NF-kB 有诱导产生TNF-α等细胞因子的作用，在胰腺炎病变发展过程中起着重要调控作用。但也有研究者[24]认为NF-kB 在腺泡细胞损伤前就已被激活，进一步诱导与自身防御有关的基因转录，防止腺泡细胞的进一步损害，应用NF-kB 活化抑制剂会加重胰腺组织的损伤。

4 胰腺腺泡内钙超载学说

钙离子是机体最重要的阳离子之一，它参与细胞整合、血液凝固、心脏搏动、磷脂酶、蛋白酶激活、神经细胞的兴奋性、神经递质的释放、肌肉收缩、腺体分泌、细胞运动等一切生命活动过程，维系着细胞的生理功能，其作用方式类似于激素的第二信使。微循环障碍时组织缺血缺氧至酸中毒，细胞外高[H+]启动H +-Na +交换和Na +- Ca 2+交换导致细胞内钙超载而损伤细胞。同时ET 及缺血时释放的内源性儿茶酚胺释放均可磷脂酶C(phospholipase C, PLC)，进而催化细胞膜表面的磷脂酰肌醇二磷酸(phosphtidy linositol bisphosphate, PIP2)生成三磷酸肌醇(inositol trisphosphate , IP3)和甘油二脂(diacylglycerol ,DG)。IP3可使肌浆网释放C a 2+至细胞质，DG 激活蛋白酶C(protein kinase C,PKC) 刺激H +-Na +交换和Na +- Ca 2+交换引起细胞内钙超载[25]。细胞内过量钙离子可通过以下机制发生作用：a) 胰腺腺泡细胞内Ca 2+超载可以导致胰蛋白酶原的过度活化，引起胰腺自身消化性损伤。b) 钙离子浓度升高可导致细胞内氧自由基增多，氧自由基导致胰腺腺泡膜、线粒体膜损害。c) 钙离子浓度升高是细胞因子生成释放的重要因素，而细胞因子是胰腺炎发生的重要条件。d) 胰腺腺泡细胞内钙离子浓度升高可引起磷脂酶A 2过度活化，磷脂酶A 2活化是胰腺炎发生的关键因素。临床研究也发现，一些原因引起的高钙血症可伴发AP ，而AP 时胰腺组织的钙超载常伴有低钙血症，后者与AP 的严重程度一致。Rattner 等[26]通过动态观察胰腺组织中C a 2+含量的变化，发现AP 早期胰腺组织中就有C a 2+的异常积聚，并随AP 的发展而加重。他认为这是由于在各种致病因素的作用下，细胞膜的完整性遭到损害，细胞外C a 2+可在电化学梯度下经异常开放的C a 2+通道大量流入细胞，造成细胞内C a 2+超负荷。以后的一系列实验也证实，用不同方法诱导的AP 早期均有胰腺腺泡的钙超载，随后有胰腺的出血、坏死和腺泡超微结构的损害。当应用钙离子通道拮抗剂[27-28]时观察发现胰腺腺泡细胞内的[Ca 2+]明显降低，同时胰腺组织的水肿、出血、坏死程度和胰腺腺泡细胞超微结构的损害都得到明显改善，炎症细胞浸润明显减少，说明胰腺腺泡细胞内钙超载在对AP 的发生发展中起重要作用。

5 氧化应激学说

氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时, 体内高活性分子如活性氧自由基(reactive

oxygen species,ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species,RNS)以及其他氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物烷自由基等产生过多, 氧化程度超出氧化物的清除, 氧化系统和抗氧化系统失衡, 从而导致组织损伤。1985年Sanfey 等[29]通过实验研究率先提出自由基在AP 中的作用。周新泽等[30]用硫代巴比妥酸法测定脂质过氧化反应的终末产物丙二醛(MDA)含量时发现血浆MDA 含量与胰腺病变程度呈平行关系；同时在电镜下则可观察到腺泡细胞线粒体肿胀至破裂，粗面内质网扩张成池，溶酶体肿胀而部分与酶原颗粒融合。此外氧自由基尚可激活磷酯酶A 2，引起花生四烯酸物质的释放，加剧胰腺血循环障碍及腺泡细胞溶酶体膜的破裂至胰酶释放[31]，这与Steer 等人[4-6]提出的胰酶的活化主要在胰泡细胞内进行，而不仅仅局限于腺泡细胞外的理论相一致。可见不仅胰腺自身消化可诱导氧自由基释放，而氧自由基对腺泡细胞器的损伤亦与腺泡“自身消化”直接有关。

6 肠道细菌移位与“二次打击”学说

正常情况下肠道内的常驻细菌由于受到肠粘膜屏障的阻隔而难以移位到肠外组织。SAP 时由于胰酶、血管活性物质大量释放以及细胞炎性因子级联放大效应、细胞内钙超载、氧化应激、缺血再灌注等一系列因素的损伤，肠粘膜的结构和功能会受到损害，表现为电镜下发现肠粘膜微绒毛部分上皮脱落、减少；绒毛高度、宽度显著减低，面积减少；细胞紧密连接破坏[32-33]；凋亡细胞增加；肠道粘膜通透性(intestinal permeability，IP) 出现病理性升高。另外，SAP 时禁食和完全胃肠外营养支持则使肠腔因缺乏食物刺激而加重胃肠道的运动抑制；生长抑素、H 2受体阻滞剂等药物的应用，更加重了消化道的运动抑制，使肠道内细菌过度生长。肠道内细菌可因[34]细菌过度生长、粘膜屏障破坏及免疫应答受损而经血循环、淋巴系统、直接进入腹腔、逆行感染等途径发生易位。邹忠东等人[35]研究发现通过肠系膜淋巴管结扎(MLDL)可以降低SAP 大鼠肠道细菌和内毒素转移，减轻胰腺、肺脏、肝脏组织炎症损伤；或预先给予实验大鼠以肠道菌清除剂或行结肠切除、隔离可以明显减轻胰腺组织的局部病损以及远隔器官的继发损害，显著提高治愈率及存活率[36]。而从SAP 感染的胰腺及胰周或其它脏器培养出来的细菌大多为肠内常驻菌 [37-38]。易位感染的细菌除本身刺激巨噬细胞产生至炎因子外，革兰阴性细菌死亡或被吞噬后尚可释放脂多糖

(lipopolysaccharide, LPS) 即内毒素进一步刺激机体免疫系统产生大量炎性因子，从而引起血循环中第二次细胞因子高峰，为感染性炎症细胞因子高峰，这与胰腺自身消化引起的化学性炎症细胞因子高峰不同，但共同作用的结果就是引发多脏器损伤，最终导致MODS 。

7 细胞凋亡学说

细胞凋亡是由基因控制的程序化生理调节过程，通过凋亡方式清除炎症灶内滞留细胞是限制组织进一步损伤和促进机体炎症吸收的重要机制之一。目前较多实验均支持这样一种假说：急性胰

腺炎的严重程度与胰腺腺泡细胞坏死、凋亡的严重程度及两者的平衡程度密切相关，凋亡与胰腺炎的严重程度呈负相关[39]。Kaiser 等[40用亚胺环己酮(CHX)阻断细胞内蛋白的合成来间接抑制凋亡，动物的胰腺水肿及淀粉酶升高程度明显加剧，且出现胰腺及脂肪坏死，病情明显加重，而预先诱发细胞凋亡则能减少胰腺腺泡细胞的损伤，减少SAP 的发生[41]。

综上所述，SAP 是一种由多种因素参与的复杂的病理生理过程，各种因素之间既相互独立又相互渗透，共同促进疾病的发生发展，但SAP 的发展变化并不因为始发因素的去除而终止。因此，治疗时既要从源头上去除其始发因素如：胆源性、胆汁性、胰管内高压或酒精性等，也要考虑疾病过程中的促进因素如NF-kB 、TNF-α、自由基、肠道细菌易位等。目前基于SAP 上述发病机制的认识，人们衍化出越来越多的治疗方案如：应用细胞因子抗体及拮抗剂，NF-kB 拮抗剂，抗细胞因子基因治疗，抗缺血再灌注损伤，抗氧化剂和氧自由基清除以及肠道粘膜屏障保护、预防肠道细菌易位等。但只有全面考虑各因素间的相互影响相互促进并继续深入研究SAP 病程进展过程中的启动因子和恶化因子形成针对个体的“个体化综合治疗方案”，才能进一步降低SAP 的病死率[42]。

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