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研究背景
胰腺纤维化(pancreatic fibrosis)是各种原因所致慢性胰腺炎的共同特征,同时也是与其伴随的组织病理学特点,表现为大量成纤维细胞增生和富含连接组织的细胞外基质(extra-cellular matrix,ECM)在胰腺内沉积,导致胰腺实质纤维化、胰腺功能性组织丧失、腺泡细胞萎缩、胰管狭窄或扩张、胰管结石以及炎症细胞浸润等后果。然而,胰腺纤维化的发病机制及其调控治疗迄今为止还未明确。

胰腺纤维化发生的病理基础是过多分泌的ECM沉积,ECM主要包括4种成分:胶原(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等表型)、蛋白聚糖、糖蛋白以及弹性蛋白等。ECM是胰腺组织的重要组成部分,正常情况下,主要由胰腺间质中的星形细胞(pancreatic stellate cells,PSCs)分泌合成,而由基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)和及其抑制剂(tissue inhibitors of matrix metalloproteinases,TIMPs)负责其纤维化成分降解以及组织重构,ECM的完整结构和正常功能对于维持胰腺正常组织结构十分重要。在病理因素刺激下,如发生急慢性胰腺炎、胰腺肿瘤和自身免疫性胰腺炎时,胰腺间质中ECM大量生成,有助于炎症的局限和疾病恢复,并在胰腺发生不可逆纤维化之前刺激因素得以解除,则纤维组分降解,胰腺结构逐渐回复正常。但当ECM增生明显且刺激持续时,ECM合成远远超过它的降解,胰腺的纤维化就会出现并逐渐加重,最终导致慢性胰腺炎的形成。随着对慢性胰腺炎/胰腺纤维化发病机制研究的深入,发现胰腺间质中的PSCs的激活与胰腺纤维化密切相关,并对其调控因素及机制已有所认识,如下图所示。

PSCs分布在胰腺腺泡周围,大约占所有胰腺细胞的4%,与肝星状细胞(HSCs)有相似的特性:(1)在细胞静息期,细胞呈梭形或星形;(2)在细胞质中有大量富含维生素A的脂滴;(3)结蛋白和细胞骨架蛋白染色(GFAP)均呈阳性;(4)体外培养48h后,细胞进入激活状态,α平滑肌肌动蛋白抗原(α-smooth muscle actin,α-SMA)染色呈阳性。PSCs在胰腺纤维化中的作用目前已越来越得到广泛的认识。在正常组织中,PSCs非常的少,免疫组化显示只是偶尔阳性,且处于静止状态,无α-SMA表达,特殊染色可见内含维生素A脂滴。但在胰腺病理状态下,多种因素刺激PSCs激活并开始在小叶间和腺泡间增生,活化增生的 PSCs维生素A脂滴逐渐减少,同时开始表达α-SMA,逐渐分泌胶原、纤维蛋白等ECM。同时还发现血小板衍生生长因子(PDGF)与转化生长因子β(TGF-β)可以促进PSCs的增生和胶原的合成。研究已证实,PSCs的激活导致胶原、纤维连接蛋白以及致密小体的生成,对比静态时PSCs,胶原的生成量是原先的数十倍,因此PSCs的激活与胰腺纤维化发生密切相关,并与许多病理影响因素关联,如乙醇及其代谢产物、氧化应激反应、胰腺组织压力、高血糖和细菌感染及维生素A缺乏等。将分离的PSCs在高压容器中培养,结果发现PSCs在单纯的压力作用下,会出现和压力平行的α-SMA的表达,Ⅰ型胶原mRNA的高表达以及Ⅰ型胶原的高合成,同时TGF-β也明显升高,提示胰腺组织压力对纤维化有极大促进作用,这也和胰腺肿瘤导致的纤维化存在一定的相似性。
研究模型
我们已经掌握了通过酶消化-密度梯度离心法进行静止态的正常胰腺星状细胞的分离。细胞经8-96小时贴壁,在培养早期形态呈现典型的静止态星状细胞特征:细胞体积较少,增殖较慢,外形呈多边形或圆形,内含丰富脂滴,在荧光显微镜320nm激发波长下可观察到短暂性的蓝绿色自发荧光,如下图所示。

随着体外培养时间的延长,胰星状细胞由最初的静止态转为活化态,细胞体积逐渐增大,增殖加快,形状由圆形或多边形变成星形,伸出伪足,胞内脂滴消失,如下图所示。

研究案例
目的:探讨细胞因子PDGF信号通路及中间信号分子ERK1在大鼠PSC活化和ECM产生中体内和体外的生物学效应
结论:以ERK为靶点阻断PSC活化,可为胰纤维化的治疗从分子水平上提供新的思路
路线:
  • 采用蛙皮缩胆囊肽反复诱致大鼠胰腺炎,采用HE染色和VG胶原染色观察不同时期胰腺病理组织学变化和结蹄组织增生情况。采用IHC检测胰纤维化大鼠胰腺中ERK1蛋白的表达及分布情况。
  • 酶消化法体外分离培养PSC;PSC与不同剂量PDGF-BB共同培养,采用WB检测PSC中磷酸化ERK1蛋白水平和qPCR检测Col I的表达。
  • 体外培养的PSC与PDGF-BB和不同剂量的PD98059(ERK特异性抑制剂)共培养,采用WB检测各组PSC中磷酸化ERK1蛋白水平和qPCR检测Col I的表达。
核心文献
  • Chronic pancreatitis[J]. Lancet, 2011, 377(9712): 1184-1197. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21397320/
  • Extracellular signal regulated kinases are key mediators of mitogenic signals in rat pancreatic stellate cells[J]. Gut, 2002,51(4): 579-584. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12235084
  • Vitamin A inhibits pancreatic stellate cell activation: implications for treatment of pancreatic fibrosis. Gut,2006,55(1):79-89. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmid/16043492/
  • Pancreatic stellate cells respond to inflammatory cytokines: potential role in chronic pancreatitis [J]. Gut, 2002,50(4): 535-541. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmid/11889076/
  • Cell migration: a novel aspect of pancreatic stellate cell biology[J]. Gut, 2003,52(5): 677-682. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmid/12692052/

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