郝懌隆，汪引芳，黃亦童，劉宗軍，張 鵬※

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬普陀醫(yī)院 a.中心實(shí)驗(yàn)室,b.心血管內(nèi)科，上海 200333)

線(xiàn)粒體是生物能量來(lái)源和生物合成的細(xì)胞器，對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ATP生成及Ca2+水平和分布等生物學(xué)過(guò)程發(fā)揮重要作用，線(xiàn)粒體也是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵細(xì)胞器之一。線(xiàn)粒體依賴(lài)電子傳遞鏈發(fā)揮作用，電子傳遞鏈不僅可產(chǎn)生ATP，也是活性氧類(lèi)(reactive oxygen species，ROS)的主要來(lái)源[1]。電子傳遞鏈異常引起ATP生成不足或ROS產(chǎn)生過(guò)多，誘發(fā)DNA和蛋白質(zhì)損傷，參與疾病的發(fā)生與發(fā)展。此外，線(xiàn)粒體可通過(guò)自身裂變/融合從線(xiàn)粒體網(wǎng)絡(luò)中去除受損的線(xiàn)粒，進(jìn)而通過(guò)自噬將受損的線(xiàn)粒體清除。線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)與功能異常是引起心血管疾病、神經(jīng)功能異常、腫瘤、糖尿病、遺傳疾病、發(fā)育異常、免疫功能失調(diào)等臨床常見(jiàn)重大疾病發(fā)生和發(fā)展的重要原因，可見(jiàn)對(duì)線(xiàn)粒體功能的有效干預(yù)是治療疾病的重要策略之一。傳統(tǒng)中醫(yī)藥對(duì)很多疾病具有良好的療效，在臨床治療中起重要作用，許多中藥可影響線(xiàn)粒體功能(如干預(yù)線(xiàn)粒體途徑的凋亡、調(diào)控線(xiàn)粒體呼吸、調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體下游信號(hào)通路等)，從而干預(yù)細(xì)胞生物學(xué)事件?，F(xiàn)就中藥對(duì)線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)和功能調(diào)控的分子機(jī)制以及對(duì)線(xiàn)粒體功能影響機(jī)制的研究進(jìn)展予以綜述。

1 中藥對(duì)線(xiàn)粒體能量生成的影響

機(jī)體細(xì)胞的大部分能量由線(xiàn)粒體供給。線(xiàn)粒體電子傳遞鏈傳遞電子的過(guò)程(線(xiàn)粒體氧化磷酸化)偶聯(lián)ATP的生成，線(xiàn)粒體生物能量學(xué)的缺陷造成ATP生成不足，嚴(yán)重影響細(xì)胞和器官功能。研究發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷、肉蓯蓉、人參、紅參和生脈散提取物等可不同程度地促進(jìn)三羧酸循環(huán)，改善線(xiàn)粒體生物能量合成[2-3]。黃芪甲苷能夠抑制線(xiàn)粒體Ca2+單向轉(zhuǎn)運(yùn)體活性，降低線(xiàn)粒體Ca2+水平，刺激細(xì)胞代謝酶合成ATP[2]。人參可通過(guò)增強(qiáng)Na+-K+-ATPase活性，促進(jìn)細(xì)胞ATP生成[3]。中藥通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)供能物質(zhì)的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)細(xì)胞的衰老和分裂進(jìn)程，干預(yù)能量需求相關(guān)的基因表達(dá)與信號(hào)通路，進(jìn)而影響器官功能和疾病進(jìn)程。

2 中藥對(duì)線(xiàn)粒體鈣穩(wěn)態(tài)的影響

線(xiàn)粒體參與Ca2+信號(hào)形成，并作為細(xì)胞內(nèi)局部Ca2+緩沖器，能夠快速攝取大量鈣，防止細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+水平過(guò)度升高，抑制鈣超載。線(xiàn)粒體中生理水平的Ca2+決定了線(xiàn)粒體脫氫酶與電子傳遞復(fù)合物之間的偶聯(lián)能力，進(jìn)而調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體能量生成。中藥可以直接或間接調(diào)控線(xiàn)粒體Ca2+單向轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白或線(xiàn)粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶之間的相互作用，干預(yù)細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，如雙黃連通過(guò)激活線(xiàn)粒體Ca2+單向轉(zhuǎn)運(yùn)體增強(qiáng)線(xiàn)粒體Ca2+攝取[4]，降低肥大細(xì)胞胞質(zhì)Ca2+水平，抑制肥大細(xì)胞脫顆粒，發(fā)揮抗過(guò)敏治療作用；二氫青蒿素[5]、水飛薊賓[6]等中藥則抑制線(xiàn)粒體Ca2+單向轉(zhuǎn)運(yùn)體活性；白藜蘆醇和白皮杉醇抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶活性，導(dǎo)致線(xiàn)粒體內(nèi)鈣超載，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[7]；黃芪甲苷、雙黃連、甜菊苷、梔子苷和羅望子種皮提取物可以促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶活性，抑制線(xiàn)粒體鈣超載[2,4]。生理水平的鈣可激活鈣敏感的線(xiàn)粒體脫氫酶和電子傳遞復(fù)合物，維持細(xì)胞功能；但是過(guò)量的鈣可導(dǎo)致線(xiàn)粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)開(kāi)放，進(jìn)而觸發(fā)細(xì)胞功能障礙。由于線(xiàn)粒體是Ca2+信號(hào)和細(xì)胞內(nèi)局部Ca2+水平的緩沖器，特定的Ca2+通道或離子泵可能成為有價(jià)值的藥物靶標(biāo)，故以上中藥可以通過(guò)調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體鈣穩(wěn)態(tài)，干預(yù)多種細(xì)胞的病理進(jìn)程。

3 中藥對(duì)線(xiàn)粒體ROS產(chǎn)生的影響

線(xiàn)粒體呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中的電子泄漏，可能導(dǎo)致ROS的產(chǎn)生，線(xiàn)粒體ROS可在細(xì)胞生物學(xué)中發(fā)揮重要作用。許多中藥能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞ROS的產(chǎn)生，如紫草素可通過(guò)激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/核因子E2相關(guān)因子2信號(hào)，抑制線(xiàn)粒體生成ROS，減少氧化型低密度脂蛋白膽固醇誘導(dǎo)的單核細(xì)胞炎癥反應(yīng)。槲皮素、茶多酚、甘松揮發(fā)油、巴戟甲素、二氫楊梅素、葛根芩連湯、菟絲子草、石菖蒲等通過(guò)核因子E2相關(guān)因子2-核仁蛋白識(shí)別元件信號(hào)增加細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶表達(dá)，抑制線(xiàn)粒體來(lái)源的ROS，還可清除細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的ROS，減少ROS引起的細(xì)胞損傷；羅望子種皮提取物、黑升麻三萜糖苷、貫葉金絲桃、槲皮素、桑葚果實(shí)花青素、六味地黃可增加細(xì)胞超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性[8]。六味地黃、澤蘭葉黃素等還可通過(guò)抑制煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶活性減少線(xiàn)粒體ROS的產(chǎn)生[9]。部分中藥(如黃芪多糖、槲皮素)可通過(guò)絡(luò)合產(chǎn)生自由基必需的金屬離子發(fā)揮抗氧化作用[10]。此外，去亞甲基小檗堿可穿透線(xiàn)粒體膜直接靶向線(xiàn)粒體，進(jìn)而抑制細(xì)胞色素P450、缺氧誘導(dǎo)因子和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，改善線(xiàn)粒體功能，減少ROS的產(chǎn)生。正常情況下，線(xiàn)粒體ROS可以作為信號(hào)分子調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，如通過(guò)誘導(dǎo)缺氧誘導(dǎo)因子和核因子E2相關(guān)因子2參與細(xì)胞抗氧化的過(guò)程。高水平ROS引起mPTP的氧化損傷，導(dǎo)致線(xiàn)粒體膜電位消失，使線(xiàn)粒體和細(xì)胞均發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)損傷，啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)源性凋亡?？梢?jiàn)，中藥對(duì)ROS生成的調(diào)節(jié)干預(yù)氧化應(yīng)激造成的細(xì)胞損傷。

4 中藥對(duì)mPTP的影響

mPTP是一種非特異性通道，由ATP合成酶二聚體組成，并由線(xiàn)粒體基質(zhì)鈣含量和ROS通過(guò)親環(huán)素進(jìn)行門(mén)控調(diào)節(jié)。mPTP異常與線(xiàn)粒體功能障礙密切相關(guān)，其受許多中藥的調(diào)節(jié)。mPTP的開(kāi)放一直被認(rèn)為是導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的病理性事件，但有研究表明，短暫的mPTP開(kāi)放可能是防止線(xiàn)粒體鈣超載的生理學(xué)“復(fù)位”機(jī)制，已在原代心肌線(xiàn)粒體中觀(guān)察到mPTP的罕見(jiàn)、短暫開(kāi)口[11]。急性和慢性心臟病中，mPTP開(kāi)放的傾向性增加。有研究表明，人參皂苷Rg5可抑制mPTP的開(kāi)放，降低mPTP對(duì)外界刺激的敏感性，從而增加心肌細(xì)胞對(duì)缺氧/復(fù)氧損傷的抵抗性[12]。槲皮素可以抑制醛固酮增多癥大鼠心臟中Ca2+觸發(fā)的mPTP通道開(kāi)放，或與線(xiàn)粒體中的分子靶標(biāo)相互作用，進(jìn)而抑制mPTP開(kāi)放，干預(yù)心肌細(xì)胞功能紊亂[13]。辣椒素則通過(guò)上調(diào)沉默信息調(diào)節(jié)因子1和Bcl-2的表達(dá)，抑制mPTP開(kāi)放，抑制缺氧/復(fù)氧引起的線(xiàn)粒體功能障礙，防止心肌損傷[14]。此外，五子衍宗丸可抑制mPTP異常開(kāi)放，提高大鼠睪丸和附睪器官系數(shù)，提高精子濃度和活力[15]。但也有少部分中藥可增加mPTP開(kāi)放(如雷公藤內(nèi)酯等)。因此，有針對(duì)性的多中藥聯(lián)用，抑制雷公藤內(nèi)酯增加mPTP開(kāi)放的效應(yīng)，可消除該藥物的心臟不良反應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)抗腫瘤治療[16]。

5 中藥對(duì)線(xiàn)粒體途徑細(xì)胞凋亡的影響

線(xiàn)粒體凋亡的觸發(fā)事件是線(xiàn)粒體外膜的透化，導(dǎo)致細(xì)胞色素C、第2種線(xiàn)粒體衍生的胱天蛋白酶激活劑、絲氨酸蛋白酶HTRA2、細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子和核酸內(nèi)切酶G等釋放入細(xì)胞質(zhì)，啟動(dòng)活化胱天蛋白酶，從而引起細(xì)胞凋亡。線(xiàn)粒體途徑的凋亡影響細(xì)胞和組織功能，參與疾病進(jìn)程。中藥可以通過(guò)調(diào)節(jié)ATP生成、ROS的含量、鈣穩(wěn)態(tài)、mPTP的功能干預(yù)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，如和厚樸酚、藤黃酸、山竹子素、歐當(dāng)歸內(nèi)酯A、龍葵水提物、紫草素、槐定堿、冬凌草提取物、丹參新酮、粉防己堿、巨大戟二萜醇、桃花心木屬艽、滿(mǎn)天星類(lèi)黃酮糖苷和雷公藤內(nèi)酯醇可增加細(xì)胞內(nèi)ROS含量或調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+，進(jìn)而觸發(fā)線(xiàn)粒體途徑的細(xì)胞凋亡[17-18]。部分中藥能通過(guò)ROS級(jí)聯(lián)信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡(如紫草素、粉防己堿可增加c-Jun氨基端激酶磷酸化)，從而促進(jìn)細(xì)胞Fas相關(guān)性死亡結(jié)構(gòu)域樣白細(xì)胞介素-1β轉(zhuǎn)換酶抑制蛋白泛素化降解，并穩(wěn)定Bcl-2蛋白，發(fā)揮抗凋亡作用；冬凌草提取物、丹參的甲醇提取物、桃花心木屬艽、藤黃酸等可上調(diào)p53，南蛇藤可抑制蛋白激酶B的活性，從而觸發(fā)氧化應(yīng)激與凋亡[19-20]。此外，一些中藥還能恢復(fù)被破壞的線(xiàn)粒體功能，抑制細(xì)胞凋亡，如金盞花苷E、橙皮苷、二氫槲皮素可以恢復(fù)線(xiàn)粒體膜電位、逆轉(zhuǎn)細(xì)胞色素C釋放[21-22]。異甘草苷、黃芩素抑制線(xiàn)粒體鈣超載誘發(fā)的凋亡；益心舒、二氫槲皮素和異甘草苷也能通過(guò)Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑抑制ROS誘導(dǎo)的凋亡[22-23]。懷牛膝多肽的活性成分可以調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因表達(dá)，從而發(fā)揮抑制神經(jīng)元凋亡的作用。加減地黃飲子通過(guò)抑制胱天蛋白酶12分子，保護(hù)多巴胺神經(jīng)元[24]。

研究表明，線(xiàn)粒體基質(zhì)中Ca2+水平的增加是強(qiáng)效的誘導(dǎo)劑，可引起線(xiàn)粒體內(nèi)膜中mPTP的持續(xù)開(kāi)放，觸發(fā)細(xì)胞凋亡事件[25]。線(xiàn)粒體內(nèi)過(guò)量Ca2+可與心磷脂大量結(jié)合，導(dǎo)致呼吸鏈復(fù)合體Ⅱ的解體和氧化應(yīng)激，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。從土貝母中提取的小檗堿可以增加線(xiàn)粒體基質(zhì)內(nèi)Ca2+水平，刺激mPTP開(kāi)放，同時(shí)刺激胱天蛋白酶活性，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[26]。白楊素可以抑制線(xiàn)粒體電壓依賴(lài)性陰離子通道1與己糖激酶2蛋白的結(jié)合，改變Ca2+水平誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[27]。由此可見(jiàn)，恰當(dāng)運(yùn)用以上中藥，可通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗腫瘤和調(diào)節(jié)免疫作用，也可通過(guò)抑制凋亡發(fā)揮抗心肌細(xì)胞損傷等作用。

6 中藥對(duì)線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)和數(shù)量的影響

6.1中藥對(duì)線(xiàn)粒體融合裂變的影響 線(xiàn)粒體是高度動(dòng)態(tài)的細(xì)胞器，沿細(xì)胞骨架遷移，并通過(guò)不斷融合分裂形成分支或管狀網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。這種融合分裂也調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體的形狀、大小、數(shù)量和生物能量合成等，有利于線(xiàn)粒體與其他細(xì)胞器(如內(nèi)質(zhì)網(wǎng))之間的主動(dòng)信號(hào)溝通，以應(yīng)對(duì)氧化損傷等。目前認(rèn)為，線(xiàn)粒體的融合分裂主要受控于GTP酶線(xiàn)粒體融合蛋白、視神經(jīng)萎縮蛋白1和動(dòng)力相關(guān)蛋白1等?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)，一些中藥(如槲皮素、益氣復(fù)脈、黃芩苷、白藜蘆醇、淫羊藿苷、黃芪多糖、科羅索酸和參麥飲等)具有調(diào)節(jié)分裂蛋白動(dòng)力相關(guān)蛋白1功能，可降低動(dòng)力相關(guān)蛋白1表達(dá)，抑制ROS或腺苷酸依賴(lài)的蛋白激酶激發(fā)的線(xiàn)粒體過(guò)度分裂[28-29]。部分中藥通過(guò)抑制動(dòng)力相關(guān)蛋白1募集線(xiàn)粒體的過(guò)程減少線(xiàn)粒體裂變，抑制異丙基腎上腺素誘導(dǎo)的心肌缺血性損傷，如人參皂苷Rg5[12]。人參皂苷Rg3可通過(guò)恢復(fù)丙型肝炎病毒誘導(dǎo)的動(dòng)力相關(guān)蛋白1介導(dǎo)的線(xiàn)粒體裂變，發(fā)揮其抗丙型肝炎病毒的作用[30]。藤黃屬植物的生物活性多環(huán)聚丙烯?；ㄇ嗨乜梢源龠M(jìn)人乳腺癌細(xì)胞中動(dòng)力相關(guān)蛋白1的功能，誘導(dǎo)線(xiàn)粒體長(zhǎng)度縮短。槲皮素、黃芩苷、淫羊藿苷和黃芪多糖能夠增加線(xiàn)粒體融合蛋白M的表達(dá)，調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)[28,31]。黃芪多糖可以逆轉(zhuǎn)過(guò)氧化氫叔丁基引起的線(xiàn)粒體融合蛋白1和線(xiàn)粒體融合蛋白2表達(dá)的下降，并抑制過(guò)度運(yùn)動(dòng)后疲勞引起的線(xiàn)粒體融合蛋白1、線(xiàn)粒體融合蛋白2和線(xiàn)粒體分裂蛋白1表達(dá)的異常，抗細(xì)胞損傷。

6.2中藥對(duì)線(xiàn)粒體自噬的影響 細(xì)胞可以通過(guò)自噬將自身的蛋白或細(xì)胞器運(yùn)送到溶酶體，降解其所包裹的內(nèi)容物，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器的更新。隨著細(xì)胞分裂和代謝進(jìn)程，或受到病理進(jìn)程的影響，細(xì)胞也經(jīng)常需要進(jìn)行線(xiàn)粒體自噬，以清除多余、老化、損傷的線(xiàn)粒體，并將其遞送至溶酶體降解后循環(huán)利用，這些異常的線(xiàn)粒體可能積累并成為細(xì)胞毒性ROS的主要來(lái)源，此時(shí)線(xiàn)粒體分裂是線(xiàn)粒體自噬的關(guān)鍵誘導(dǎo)步驟之一[32]。研究發(fā)現(xiàn)，蘿卜子素可以觸發(fā)線(xiàn)粒體自噬，抑制淋巴瘤細(xì)胞增殖[33]。粉防己堿可能通過(guò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激促進(jìn)線(xiàn)粒體自噬[34]。槲皮素衍生物可通過(guò)作用于人熱激蛋白90的ATP酶激活因子1，誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞中未成熟的線(xiàn)粒體自噬[35]。中藥還可以通過(guò)控制細(xì)胞自噬發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用，梓醇增加葡萄糖饑餓的心肌細(xì)胞線(xiàn)粒體自噬，發(fā)揮心臟保護(hù)作用[36]。紅景天通過(guò)增強(qiáng)線(xiàn)粒體活性，激活心肌中的自噬和線(xiàn)粒體生物合成，改善小鼠骨骼肌和心肌的應(yīng)激損傷[37]。三七總皂苷增強(qiáng)缺氧誘導(dǎo)因子-1α/Bcl-2蛋白相互作用蛋白3/Beclin-1信號(hào)通路，誘導(dǎo)線(xiàn)粒體自噬，減輕順鉑的腎毒性[38]。五苓散通過(guò)減少易位蛋白介導(dǎo)的線(xiàn)粒體自噬改善習(xí)得性無(wú)助模型小鼠的抑郁樣行為[39]。黃芪苷Ⅳ顯著降低糖尿病db/db小鼠中的線(xiàn)粒體動(dòng)力相關(guān)蛋白1和線(xiàn)粒體分裂蛋白1表達(dá)，進(jìn)而抑制PTEN誘導(dǎo)的推定的激酶1/Parkin介導(dǎo)的線(xiàn)粒體自噬，延緩糖尿病的病理生理進(jìn)程[40]。

7 小 結(jié)

腫瘤的發(fā)生和發(fā)展、心臟損傷、免疫紊亂、神經(jīng)退行性病變以及衰老等多種病理生理過(guò)程都伴隨著線(xiàn)粒體功能的異常，致病因素與線(xiàn)粒體功能異?；橐蚬?，影響臨床疾病的進(jìn)程。綜上所述，中藥可直接或間接調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體功能，發(fā)揮藥理作用。但大多數(shù)小分子的被動(dòng)擴(kuò)散幾乎不可滲透線(xiàn)粒體的雙層膜結(jié)構(gòu)，故線(xiàn)粒體雙層膜結(jié)構(gòu)是藥物遞送的屏障，中藥的作用大多限于通過(guò)線(xiàn)粒體外信號(hào)調(diào)控線(xiàn)粒體功能，為了確保中藥在復(fù)雜生物系統(tǒng)發(fā)揮預(yù)期作用，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)天然的線(xiàn)粒體靶向藥或采用納米等技術(shù)輔助中藥靶向線(xiàn)粒體，是未來(lái)中藥研究迫切需要解決的問(wèn)題之一。線(xiàn)粒體的分布和轉(zhuǎn)運(yùn)是許多細(xì)胞功能的核心，包括細(xì)胞分化[41]。目前，中藥對(duì)線(xiàn)粒體功能影響研究比較多的是線(xiàn)粒體途徑的ROS產(chǎn)生、線(xiàn)粒體途徑的細(xì)胞凋亡以及mPTP，而線(xiàn)粒體動(dòng)力學(xué)方面的研究較少，有待進(jìn)一步研究。此外，線(xiàn)粒體與其他細(xì)胞器存在相互作用，亞細(xì)胞器之間的協(xié)調(diào)可影響脂質(zhì)合成和運(yùn)輸，線(xiàn)粒體的形態(tài)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等眾多生物學(xué)過(guò)程，但具體機(jī)制還需要深入研究。