急性胰腺炎中腺泡细胞ELP3上调对稳态、炎症、再生及癌症发生非必需性的研究

《Scientific Reports》：Upregulation of ELP3 in acinar cells during acute pancreatitis is dispensable for homeostasis, inflammation, regeneration, and cancer initiation

本期推荐一项关于胰腺疾病机制的重要研究。为探究tRNA修饰酶ELP3在胰腺炎及胰腺癌发生中的作用，研究人员通过构建胰腺上皮细胞特异性Elp3基因敲除小鼠模型，结合雨蛙素诱导的急慢性胰腺炎及KRASG12D驱动的胰腺癌模型，系统评估了ELP3的功能。意外发现，尽管急性胰腺炎中ELP3表达显著上调，但其在胰腺上皮细胞中的特异性缺失对胰腺稳态、炎症发展、组织再生及胰腺上皮内瘤变（PanIN）形成均无显著影响。该研究发表于《Scientific Reports》，揭示了ELP3在胰腺中的功能具有显著的细胞类型特异性，为精准理解其病理作用提供了新视角。

　　

胰腺是人体重要的消化和内分泌器官，但其脆弱的特性使其容易发生炎症——即胰腺炎。急性胰腺炎是一种常见的胃肠道疾病，通常由胆结石、酗酒或高甘油三酯血症等西方生活方式因素引发。虽然多数患者能够康复，但严重时可导致全身性炎症反应甚至死亡。更值得关注的是，反复发作的急性胰腺炎可能进展为慢性胰腺炎，进而增加患胰腺导管腺癌（PDAC）的风险，而PDAC是全球死亡率排名第三的恶性肿瘤。

当胰腺发生炎症时，会伴随一系列复杂的形态学和分子改变，包括免疫细胞浸润、纤维化以及腺泡-导管化生（ADM）。ADM是腺泡细胞转分化为导管样细胞的过程，这被认为是一种减少消化酶产生、避免进一步组织损伤的保护机制。然而，在持续炎症的情况下，ADM可能无法正常消退，从而成为PDAC发生的起点。

在这项复杂病理过程的背后，科学家们一直在寻找关键的分子调控因子。ELP3作为Elongator复合物的催化亚基，能够通过修饰tRNA摆动尿苷优化密码子翻译效率，在炎症、细胞命运调控和肿瘤发生中发挥重要作用。此前研究表明，ELP3在结肠癌、乳腺癌和黑色素瘤等多种癌症中具有重要功能，并能调控免疫细胞分化。然而，这个关键分子在胰腺生理和病理条件中的作用却完全未知。

基于ELP3在炎症和癌症中的重要作用，研究人员假设它可能在急性胰腺炎和PDAC早期事件中扮演关键角色。为了验证这一假设，研究团队开展了一系列严谨的实验。他们首先使用雨蛙素重复注射诱导小鼠急性胰腺炎模型，并通过组织学分析确认模型成功再现了急性胰腺炎的典型特征：腺泡结构破坏、免疫细胞浸润和纤维化。

通过RNAscope原位杂交技术，研究人员发现了一个有趣的现象：在正常胰腺中，Elp3 mRNA主要表达在内分泌细胞中；而在急性胰腺炎情况下，Elp3不仅在内分泌细胞中表达增加，在非内分泌上皮细胞（包括即将发生ADM的腺泡细胞）中也显著上调。RT-qPCR分析进一步证实，不仅Elp3，其相关基因Elp1、Ctu1和Ctu2的表达也同步升高。单细胞RNA测序数据表明，这种上调现象广泛存在于上皮细胞、腺泡/ADM细胞、巨噬细胞和胰腺星状细胞中。

为了探究ELP3的功能，研究人员构建了胰腺上皮细胞特异性Elp3敲除小鼠（Elp3^ΔPEC）。令人意外的是，尽管ELP3表达上调，但其在上皮细胞中的缺失对胰腺稳态没有明显影响。正常条件下，Elp3^ΔPEC小鼠的胰腺在大小、形态和组织学方面与野生型小鼠无差异。

在急性胰腺炎模型中，Elp3^ΔPEC和野生型小鼠表现出相似的组织病理学特征。免疫荧光显示两组小鼠的巨噬细胞浸润、成纤维细胞活化和上皮密度均无显著差异。更深入的转录组分析进一步支持了这一结论：RNA测序数据显示，急性胰腺炎与对照条件下差异表达基因的数量和类型在两种基因型小鼠中高度相似，直接比较Elp3^ΔPEC和野生型小鼠也仅发现极少数转录本差异。基因本体（GO）分析表明，炎症相关通路在两组小鼠中同样富集，且没有发现ELP3缺失的特异性信号。

研究团队进一步探索了ELP3在胰腺再生过程中的作用。在急性胰腺炎恢复期（注射雨蛙素后3天和5天），组织学分析显示Elp3^ΔPEC和野生型小鼠都表现出正常的组织修复过程，腺泡结构逐渐恢复，免疫细胞浸润减少，两组间无显著差异。这表明上皮细胞ELP3不仅对急性胰腺炎的发生非必需，对组织再生同样不重要。

在慢性胰腺炎模型中，研究人员采用了更长期的雨蛙素注射方案。同样地，Elp3^ΔPEC和野生型小鼠在组织学水平和免疫细胞浸润方面没有明显区别，说明在上皮细胞中ELP3对慢性胰腺炎的发展也是可有可无的。

考虑到ELP3在其他癌症中的重要作用，研究团队进一步探讨了其在胰腺癌起始阶段的潜在功能。他们构建了腺泡细胞特异性Elp3敲除同时表达致癌KRAS^G12D的小鼠模型（Kras^G12D-ac; Elp3^Δac）。在这一加速胰腺癌发生的模型中，组织学分析显示，无论ELP3是否存在，小鼠都形成了相似数量和级别的胰腺上皮内瘤变（PanIN）病变。免疫荧光分析也证实，肿瘤微环境中的巨噬细胞、成纤维细胞和上皮细胞分布在两组间无差异。

本研究采用的关键技术方法包括：基因工程小鼠模型构建（胰腺上皮细胞特异性Elp3敲除和腺泡细胞特异性KRAS^G12D诱导表达）、雨蛙素诱导的急慢性胰腺炎和胰腺癌模型、组织学染色（H&E、天狼星红/固绿）、免疫荧光标记、mRNA原位杂交（RNAscope、BaseScope）、RT-qPCR、bulk RNA测序和单细胞RNA测序数据分析。所有动物实验均遵循欧盟2010/63/EU指令，并获得伦理委员会批准。

急性胰腺炎与ELP3表达上调在化生细胞中相关

研究发现急性胰腺炎伴随ELP3表达显著上调，这种上调主要发生在胰腺上皮细胞，包括经历ADM的腺泡细胞。在正常胰腺中，ELP3主要表达于胰岛内分泌细胞，而在炎症状态下，其表达扩展到外分泌细胞群体。相关tRNA修饰酶Elp1、Ctu1和Ctu2也同步上调，表明整个U34-tRNA修饰通路在急性胰腺炎中被激活。

上皮特异性Elp3失活对急性胰腺炎非必需

通过构建胰腺上皮细胞特异性Elp3敲除小鼠（Elp3^ΔPEC），研究发现ELP3缺失对胰腺稳态无影响。在急性胰腺炎条件下，突变小鼠与野生型小鼠在组织学、免疫细胞浸润和纤维化程度方面无差异。转录组分析进一步证实，ELP3缺失不改变急性胰腺炎的全局基因表达谱，炎症相关通路激活模式在两组间高度相似。

上皮特异性Elp3失活对急性胰腺炎后再生非必需

在胰腺再生过程中，Elp3^ΔPEC小鼠表现出与野生型相当的恢复能力。注射雨蛙素后5天，两组小鼠的腺泡结构均基本恢复正常，免疫细胞浸润减少，纤维化消退，表明ELP3在上皮细胞中对组织修复非必需。

上皮特异性Elp3失活对慢性胰腺炎非必需

在慢性胰腺炎模型中，Elp3^ΔPEC和野生型小鼠表现出相似的组织病理特征，包括持续的炎症细胞浸润和纤维化程度，证明ELP3在慢性炎症条件下同样不重要。

腺泡特异性Elp3失活对胰腺癌起始非必需

在KRAS^G12D驱动的胰腺癌起始模型中，腺泡细胞特异性ELP3缺失不影响PanIN病变的形成和发展。组织学分析显示，Kras^G12D-ac; Elp3^Δac和Kras^G12D-ac; Elp3^WT小鼠形成相似数量和级别的癌前病变，肿瘤微环境组成也无显著差异。

本研究系统评估了ELP3在胰腺疾病中的作用，得出了与预期相反的结论。尽管急性胰腺炎中ELP3表达显著上调，但通过细胞特异性基因敲除模型证明，其在胰腺上皮和腺泡细胞中的功能对胰腺稳态、炎症发生、组织再生乃至癌症起始都是非必需的。

这一"阴性结果"具有重要的科学意义。首先，它强调了ELP3功能的高度情境依赖性。在结肠、乳腺等组织中，ELP3对癌症发生至关重要，而在胰腺中却表现出完全不同的功能特性。这种差异可能源于组织特异性的翻译需求或关键底物的不同。例如，胰腺腺泡细胞作为高度特化的分泌细胞，具有极强的蛋白质合成能力，可能通过其他机制补偿ELP3缺失带来的影响。

其次，研究提示胰腺疾病中ELP3的功能可能主要存在于非上皮细胞 compartment。研究发现巨噬细胞和胰腺星状细胞中同样存在ELP3上调，而这些细胞在炎症和肿瘤微环境调控中发挥关键作用。未来研究需要探索免疫细胞或间质细胞中ELP3的功能，这可能为理解胰腺疾病机制提供新视角。

方法论上，本研究展示了细胞特异性、可诱导基因敲除模型在解析复杂生物学过程中的价值。通过精确靶向特定细胞类型，研究人员成功区分了上皮细胞与非上皮细胞中ELP3的可能功能，为类似研究提供了范例。

尽管ELP3在胰腺上皮细胞中被证明非必需，但这并不排除其在肿瘤进展晚期或其他癌症特征（如治疗抵抗）中发挥作用。事实上，在黑色素瘤和乳腺癌中，ELP3主要影响肿瘤的侵袭转移和治疗抵抗，而非肿瘤起始。因此，ELP3在胰腺癌更晚期阶段的作用仍值得进一步探索。

总之，这项研究深化了我们对tRNA修饰酶在组织稳态和疾病中功能特异性的理解，为未来针对特定细胞类型研究胰腺疾病机制指明了方向，同时也提醒科学界，重要调控因子的功能高度依赖于细胞和组织环境，需要在具体情境中审慎评估。