重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis, SAP）常常诱发急性肺损伤（acute lung injury, ALI），是导致其病死率升高的主要原因。目前针对重症急性胰腺炎相关急性肺损伤（SAP-ALI）的治疗策略仍是对症和支持性治疗，包括机械通气、预防或治疗性应用抗生素和限制液体复苏、以及针对原发疾病的治疗等，但是即使经过积极的治疗，SAP-ALI的住院死亡率仍高达38%-46%。因此急需开发针对SAP-ALI的有效治疗药物。外泌体是由活细胞释放的细胞外囊泡（约30~150nm），通过将生物学信息（核酸、蛋白质和脂质）从宿主细胞转移到邻近或远处的靶细胞，在细胞间通讯中发挥重要作用。现代研究发现急性胰腺炎后，其腹水和血液循环中的外泌体水平显著升高，血浆外泌体水平的升高可能是胰腺损伤的结果，也可能是SAP-ALI的部分原因。深入探索SAP相关外泌体与ALI的关系，为阐明SAP继发ALI的病理机制，以及据此防治ALI的发生发展、降低SAP早期病死率具有重要意义。
近日，四川大学华西医院中西医结合科唐文富和万美华教授团队联合移植工程与移植免疫重点实验室刘敬平研究员以“Emodin attenuates severe acute pancreatitis-associated acute lung injury by suppressing pancreatic exosome-mediated alveolar macrophage activation”为题在Acta Pharmaceutica Sinica B 杂志(医学一区，IF=14.903)上发表研究论文(2022 Oct;12(10):3986-4003)，阐释了重症急性胰腺炎导致血浆外泌体数量、大小及组成蛋白改变，并且靶向分布肺泡巨噬细胞促使其向促炎型巨噬细胞极化并分泌更多促炎因子，加重急性肺损伤。而大黄素改变SAP胰腺炎外泌体的水平和促炎成分，抑制肺泡巨噬细胞促炎极化并减轻急性肺损伤。四川大学华西医院博士后胡倩为论文第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金（81974552和81774160）和四川省科技厅科学研究基金（2019YFS0389和2022YFS0417）的资助。
首先，该研究的结果显示大黄素改变了SAP大鼠血浆外泌体的分泌水平和蛋白组成。研究者通过胰胆管逆行灌注3.5%牛磺胆酸钠建立SAP大鼠模型，并使用大黄素灌胃治疗。观察血浆和胰腺中外泌体的变化、外泌体的分布和摄取、肺泡巨噬细胞的表型和肺部炎症水平的变化。结果显示：与对照组大鼠相比，SAP大鼠的血浆外泌体含量明显增加、蛋白成分发生改变，并且这些外泌体倾向聚集于肺组织，促进肺泡巨噬细胞向促炎型（M1型）极化并释放较高水平的促炎因子（NO、TNF-α、MIP-2），进而导致肺部炎症损伤。相反，大黄素治疗降低了SAP大鼠的血浆、胰腺外泌体水平。并且大黄素治疗后的血浆外泌体在极化促炎型肺泡巨噬细胞、促进促炎因子释放等方面的能力明显弱于SAP大鼠血浆外泌体，其更倾向于极化更多的抗炎型肺泡巨噬细胞（M2型）。
随后，该研究使用蛋白组学和网络药理学分析和预测大黄素治疗SAP-ALI的潜在途径。结果表明大黄素减轻SAP大鼠的肺损伤可能是通过血浆外泌体影响肺泡巨噬细胞的PPARγ通路从而抑制NF-κB炎症通路的激活（图1）。进一步体外细胞和体内动物实验也证实，大黄素治疗后的血浆外泌体可以上调肺泡巨噬细胞和肺组织中的PPARγ表达，抑制NF-κB的蛋白水平，其对肺泡巨噬细胞和肺组织的PPARγ/NF-κB信号通路的作用可被PPARγ激动剂/拮抗剂（罗格列酮/GW9662）放大或减弱。
总之。研究结果表明，大黄素可以减轻SAP-ALI，其保护作用至少部分是通过减少胰腺炎外泌体的产生以及改变外泌体的蛋白，从而抑制肺泡巨噬细胞的活化和减轻肺部炎症。
图1 大黄素保护SAP-ALI的机制
该研究探索介导细胞间交流的损伤性外泌体在重症急性胰腺炎先发急性肺损伤的作用机制，发现重症急性胰腺炎大鼠血浆外泌体数量和蛋白发生了明显变化，并且胰腺炎相关性外泌体通过极化肺泡巨噬细胞向促炎型转变、释放更多的炎症因子从而参与介导急性肺损伤。这为SAP-ALI的发生机制提供新思路和可能的治疗靶点。
其次，作者所在课题组根据中医温热病理论提出了“SAP的热病观”、以及大承气汤可以通腑泄热、有效缓解SAP-ALI的实际、结合大承气汤其中有效成分大黄素在肺组织分布的浓度最高，尝试探索大黄素在SAP-ALI的作用。发现大黄素可以改善SAP大鼠胰腺和肺组织的病理损伤，其作用一方面是通过抑制了胰腺炎症状态下胰源性外泌体的分泌；另一方面是通过减弱SAP大鼠血浆外泌体极化肺泡巨噬细胞促炎型转变的能力。其保护SAP-ALI的分子机制是通过改变SAP大鼠血浆外泌体的PPARγ信号通路蛋白，间接调节肺泡巨噬细胞NF-κB信号通路。阐明了大黄素治疗SAP的核心靶点，为研究中药单体的治疗作用提供了新的研究思路，也为温病理论指导下的危急重症的治疗提供实验室证据。
总之，该研究完善了SAP先发ALI的病理机制，即SAP大鼠胰源性外泌体通过极化肺泡巨噬细胞，促其释放促炎因子，造成肺部炎症性变化；丰富了中药单体大黄素治疗SAP-ALI的作用靶点，即部分通过抑制胰源性外泌体的分泌和外泌体介导的PPARγ/NF-κB信号通路。
该研究成果是研究团队之前已发表的多项系列性研究成果之一。一方面基于中医“肺与大肠相表里”理论，证实具有通腑泄热的大承气汤可以明显改善SAP大鼠胰腺和肺组织损伤；另一方面发现细胞外囊泡参与介导巨噬细胞表型进而调节器官炎性损伤。已发表的研究成果包括：（1）大承气汤的有效成分在各个组织中的分布各不相同，其中有效成分大黄素是肺组织中最主要的生物活性成分（World J Gastroenterol. 2017 Feb 28;23(8):1367-1374. doi: 10.3748/wjg.v23.i8.1367.IF 5.222）；(2) 细胞外囊泡通过介导组织细胞和巨噬细胞的相关作用参与调节组织炎症和损伤（Acta Pharm Sin B. 2021 Jun;11(6):1493-1512. doi: 10.1016/j.apsb.2020.12.014. IF 14.903）；（3）间充质干细胞衍生的细胞外囊泡通过稳定线粒体DNA减轻线粒体损伤和炎症（ACS Nano. 2021 Jan 26;15(1):1519-1538. doi: 10.1021/acsnano.0c08947.IF 14.789）。
参考文献：
1.Hu Q, Yao J, Wu X, Li J, Li G, Tang W, Liu J, Wan M. Emodin attenuates severe acute pancreatitis-associated acute lung injury by suppressing pancreatic exosome-mediated alveolar macrophage activation. Acta Pharm Sin B. 2022 Oct;12(10):3986-4003. doi: 10.1016/j.apsb.2021.10.008. Epub 2021 Oct 21. PMID: 36213542; PMCID: PMC9532455.
2.Hu Q, Su H, Li J, Lyon C, Tang W, Wan M, Hu TY. Clinical applications of exosome membrane proteins. Precis Clin Med. 2020 Mar;3(1):54-66. doi: 10.1093/pcmedi/pbaa007. Epub 2020 Feb 24. PMID: 32257533; PMCID: PMC7099650.
3.Zhang YM, Ren HY, Zhao XL, Li J, Li JY, Wu FS, Su H, Tang WF. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of Da-Cheng-Qi decoction in the liver of rats with severe acute pancreatitis. World J Gastroenterol. 2017 Feb 28;23(8):1367-1374. doi: 10.3748/wjg.v23.i8.1367. PMID: 28293083; PMCID: PMC5330821.
4.Hu Q, Lyon CJ, Fletcher JK, Tang W, Wan M, Hu TY. Extracellular vesicle activities regulating macrophage- and tissue-mediated injury and repair responses. Acta Pharm Sin B. 2021 Jun;11(6):1493-1512. doi: 10.1016/j.apsb.2020.12.014. Epub 2020 Dec 19. PMID: 34221864; PMCID: PMC8245807.
5.Zhao M, Liu S, Wang C, Wang Y, Wan M, Liu F, Gong M, Yuan Y, Chen Y, Cheng J, Lu Y, Liu J. Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles Attenuate Mitochondrial Damage and Inflammation by Stabilizing Mitochondrial DNA. ACS Nano. 2021 Jan 26;15(1):1519-1538. doi: 10.1021/acsnano.0c08947. Epub 2020 Dec 28. Erratum in: ACS Nano. 2021 Dec 28;15(12):20692. PMID: 33369392.
研究团队简介：
万美华教授课题组：四川大学华西医院主任医师万美华课题组长期从事急性胰腺炎的中西医结合治疗的基础及临床研究，探索中药方剂治疗急慢性胰腺炎的策略及机制，并努力实现转化。近5年以第一/通信（含共同）作者在Medicinal Research Reviews、Theranostics、Acta Pharmaceutica Sinica B、PCM等国际刊物上发表论文15篇，以第一发明人申请发明专利2项。2010年获得美国胰腺协会年会Young Investigator Award，2014年获得欧洲胰腺俱乐部年会Travel Award。
唐文富教授课题组：四川大学华西医院主任医师唐文富课题组主要从事中西医结合治疗重症急性胰腺炎、中药药动学与药效物质基础研究。提出“方剂组织药理学”假说，进行急性胰腺炎严重程度评价、复发机理、细胞死亡模式调控、多器官功能损伤机理与保护研究，开辟了中药PK-PD研究新领域。提出“基于饥饿感的急性胰腺炎再进食策略”，不再强调症状体征变化和淀粉酶脂肪酶水平，引领急性胰腺炎再进食策略的艰难变革；提出“基于五行生克的滴定式液体复苏策略”，保护重症胰腺炎的器官功能。
刘敬平研究员课题组：四川大学华西医院疾病相关分子网络前沿科学中心和器官工程与免疫学重点实验室刘敬平课题组长期从事疾病相关的线粒体损伤与炎症机制、细胞代谢调控、基于胞外囊泡的靶向治疗等的基础与转化研究。以第一/通信/共同作者在国际专业学术期刊发表SCI论文40余篇，包括ACS Nano、PNAS、J Control Release、Theranostics、Acta Biomater、Cell Death Dis、Phytomedicine等杂志。以第一/共同发明人申请获得国外/国内发明专利多项。
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