李國棟 李改杰 李麗 焦揚(yáng)

整體觀念和辨證論治是中醫(yī)的精髓,而隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展,辨病與辨證相結(jié)合則成為中醫(yī)診療的一大特色,它是中醫(yī)學(xué)辨證思維與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)唯物論的結(jié)合以及中醫(yī)學(xué)整體觀念與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)微觀局部的結(jié)合的體現(xiàn)。利用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的理論及技術(shù)手段闡釋中醫(yī)理論的科學(xué)內(nèi)涵,探究中醫(yī)證型的生物學(xué)基礎(chǔ),將中醫(yī)辨證與西醫(yī)辨病有機(jī)結(jié)合,有利于中醫(yī)理論的進(jìn)一步傳承與推廣。本文將從線粒體功能障礙的角度探討中醫(yī)氣虛的生物學(xué)基礎(chǔ),量化中醫(yī)證型標(biāo)準(zhǔn),為證的診斷客觀化、規(guī)范化和病證分型治療提供有力依據(jù)。

1 生理功能相似性:線粒體與中醫(yī)“氣”的相似性

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為,線粒體是活細(xì)胞有氧呼吸的場(chǎng)所,通過一系列氧化及磷酸化反應(yīng)把人體消化吸收的食物和呼吸攝入的氧氣結(jié)合從而產(chǎn)生能量,它能夠?yàn)闄C(jī)體提供90%以上的能量。而中醫(yī)上認(rèn)為,營氣源于脾胃,生于水谷,由脾胃運(yùn)化所得水谷之精而化生,宗氣是由肺吸入的清氣與脾胃化生的水谷之氣結(jié)合而成。宗氣的主要功能是推動(dòng)肺的呼吸和心血的運(yùn)行,并與能量的供應(yīng)、寒溫的調(diào)節(jié)、機(jī)體的運(yùn)動(dòng)均有重大關(guān)系[1]。筆者認(rèn)為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)線粒體功能與中醫(yī)“氣”有著極高的相似性,具體表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

1.1 線粒體功能與氣的推動(dòng)作用相似

線粒體呼吸鏈的功能以及參與氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP),為機(jī)體生命活動(dòng)提供能量,這與中醫(yī)學(xué)所說氣的推動(dòng)作用相似。ATP是機(jī)體絕大多數(shù)生理活動(dòng)的直接能源,而線粒體則是細(xì)胞的“電力站”,為有機(jī)體生成90%的ATP。同樣,在中醫(yī)上,人體臟腑經(jīng)絡(luò)的生理功能、機(jī)體的生長發(fā)育、全身血液的循環(huán)、津液的輸布,都依靠氣的激發(fā)和推動(dòng)作用。

1.2 線粒體功能與氣的氣化功能相似

線粒體是生物氧化的場(chǎng)所,參與氨基酸、脂類、核苷酸的合成,這與中醫(yī)學(xué)所說氣的氣化功能相類似。線粒體是糖類、脂肪以及氨基酸最終氧化并釋放能量的場(chǎng)所,三羧酸循環(huán)和呼吸鏈的氧化磷酸化是上述生物過程的共同途徑[2],參與物質(zhì)轉(zhuǎn)化及能量合成等一系列生物過程。而中醫(yī)學(xué)上,氣化就是通過氣的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生各種變化,也就是體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化的過程,表現(xiàn)在精、血、津液各自的代謝及相互轉(zhuǎn)化。

1.3 線粒體功能與氣的防御作用相似

線粒體參與固有免疫反應(yīng),能夠調(diào)節(jié)抗病毒、細(xì)菌免疫性,這與中醫(yī)學(xué)所說氣的防御作用相似。研究表明,線粒體相關(guān)病毒傳感器可以誘導(dǎo)干擾素-γ的分泌而介導(dǎo)抗病毒反應(yīng)的發(fā)生,并能調(diào)控固有免疫反應(yīng)[3]。此外,線粒體活性氧參與炎癥因子的分泌,通過多種信號(hào)途徑調(diào)控機(jī)體的固有免疫反應(yīng)。而中醫(yī)學(xué)上,氣能夠固護(hù)肌表、抵御外邪、祛邪外出。

1.4 線粒體功能與氣的溫煦作用相似

線粒體參與體溫調(diào)節(jié),維持體溫恒定,這與中醫(yī)學(xué)所說氣的溫煦作用類似。線粒體產(chǎn)生ATP,除供給生命活動(dòng)之需以外,其余以熱能形式釋放,維持體溫。在中醫(yī)上,氣的溫煦作用指的就是氣具有產(chǎn)生熱量、祛除寒冷,令人體溫暖的功能。

由此來說,從生理功能上看,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)線粒體與中醫(yī)學(xué)所說“氣”均參與精微物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化并供能,可以祛邪防御,維持機(jī)體體溫恒定,共同推動(dòng)并促進(jìn)機(jī)體的生長發(fā)育,兩者高度契合。

2 病理機(jī)制相關(guān)性:氣虛證出現(xiàn)不同程度線粒體功能障礙

線粒體功能障礙是指由于線粒體膜受破壞、呼吸鏈?zhǔn)芤种?、酶活性降低、線粒體DNA損傷等引起能量代謝障礙,進(jìn)而導(dǎo)致一系列相互作用的損傷過程[4]。線粒體功能障礙的具體機(jī)制可能與線粒體生物合成減少、氧化應(yīng)激、老化等環(huán)境因素以及線粒體DNA突變的遺傳因素有關(guān)[5]。其表現(xiàn)形式也是多樣的,如能量代謝異常、氧化應(yīng)激亢進(jìn)、自噬功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、凋亡的激活和線粒體DNA突變等[6],進(jìn)而影響多種疾病的發(fā)生與發(fā)展。

2.1 心氣虛與線粒體功能障礙

心力衰竭時(shí)氧自由基產(chǎn)生是典型的線粒體功能障礙的表現(xiàn)形式,心氣虛是心衰初期的根本病機(jī)所在。氧自由基是在缺血缺氧的心氣虛的狀態(tài)下產(chǎn)生的“邪”。心氣虛則正氣虧損,邪氣內(nèi)生,氧自由基生成。反之,氧自由基大量生成又可助長邪氣,使心氣虛更加嚴(yán)重,這與氧化應(yīng)激反應(yīng)損傷線粒體后,ATP生成持續(xù)減少,能量代謝紊亂的惡性循環(huán)不謀而合[7]。當(dāng)心臟前阻力增加,心肌能量被消耗,心肌能量代謝底物合成減少,加劇氧化應(yīng)激損傷,與心肌缺血再灌注引起的心氣虛血瘀的病機(jī)類似[8]。

2.2 肺氣虛與線粒體功能障礙

研究表明,線粒體相關(guān)蛋白Drp1、Mfn1蛋白表達(dá)和ATP含量變化極有可能是導(dǎo)致慢性阻塞性肺疾病大鼠出現(xiàn)氣虛證癥狀的內(nèi)部機(jī)制因素[9]。用纖維支氣管鏡、掃描電鏡觀察了肺氣虛證患者支氣管粘膜超微結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)肺氣虛證患者的氣管底層的結(jié)締組織中可見較多數(shù)量的白細(xì)胞,胞質(zhì)中線粒體數(shù)目減少并且有損傷[10]。慢性阻塞性肺疾病肺氣虛證患者外周血有核細(xì)胞線粒體膜電位、細(xì)胞內(nèi)活性氧有明顯的變化,表明肺氣虛與線粒體功能障礙有一定相關(guān)性[11]。

2.3 脾氣虛與線粒體功能障礙

用透射電鏡觀察脾氣虛大鼠肝細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),其肝細(xì)胞及空腸細(xì)胞線粒體腫脹、基質(zhì)變淺、空泡變淡、嵴斷裂及排列紊亂等隨病程延長而逐漸加重[12]。除線粒體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化之外,有研究表明脾氣虛證大鼠回腸組織中谷胱甘肽過氧化物酶活性及丙二醛含量發(fā)生變化,通過影響線粒體膜脂代謝、抗氧化能力、抗自由基及線粒體膜酶活性等方面共同調(diào)控,這可能是脾氣虛證病理機(jī)制之一[13]。

2.4 其他臟腑氣虛與線粒體功能障礙

“氣虛濁留”是糖尿病腎病重要的病機(jī),氣虛和濁留貫穿疾病始終,而現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中腎臟內(nèi)線粒體能量代謝障礙所致的腎小管重吸收功能降低和腎小球?yàn)V過屏障受損卻恰似中醫(yī)(腎)氣虛不固的病機(jī)[14]。線粒體自噬過度[15]、線粒體能量代謝[16]及線粒體氧化應(yīng)激[17]等是腦梗死或腦缺血再灌注損傷過程中重要的發(fā)病機(jī)制,而線粒體自噬過度,就相當(dāng)于中醫(yī)學(xué)的榮氣氣化無力,氣、血、精、津等精微物質(zhì)耗損過度而無以化生,腦髓無所充養(yǎng),此即腦梗死氣虛之病機(jī)所在[18]。

從病理機(jī)制來看,不同臟腑氣虛證可出現(xiàn)不同類型及不同程度的線粒體功能障礙,氣虛證患者或動(dòng)物模型均有線粒體結(jié)構(gòu)直接損傷、能量代謝失常、自噬功能障礙等不同類型的表現(xiàn),而這些不同的表現(xiàn)形式統(tǒng)稱為線粒體功能障礙,兩者在致病的病理機(jī)制方面是相關(guān)聯(lián)的。

3 異病同治可行性:從氣虛論治可促進(jìn)不同疾病線粒體功能修復(fù)

線粒體功能障礙是導(dǎo)致多種疾病的重要病理環(huán)節(jié),在中醫(yī)上從氣虛論治均能夠收到良好效果。慢性心力衰竭時(shí)心肌線粒體形態(tài)和呼吸功能損傷,ATP含量減少,能量供應(yīng)不足,而芪參益氣方可以顯著改善線粒體結(jié)構(gòu)和呼吸功能,增加ATP的產(chǎn)生[19]。四君子湯是治療脾胃氣虛的經(jīng)典名方,研究表明四君子湯加減治療可以提高餐后不適綜合征患者外周血線粒體拷貝數(shù)含量[20],還可以通過提高細(xì)胞內(nèi)線粒體琥珀酸脫氫酶和細(xì)胞膜Na+-K+-ATP酶活性、消除自由基而達(dá)到保護(hù)胃腸細(xì)胞作用,從而改善功能性消化不良的各種癥狀。脾氣虛能夠使心肌細(xì)胞線粒體發(fā)生突變、缺失,進(jìn)而導(dǎo)致呼吸鏈酶復(fù)合物活性下降,而益氣健脾中藥則能調(diào)節(jié)心肌組織線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物Ⅱ和復(fù)合物Ⅳ活性[21]。脾氣虛大鼠存在線粒體腫脹變圓,大量線粒體空泡化的現(xiàn)象,而通過電針“足三里”穴可以糾正脾氣虛模型大鼠骨骼肌線粒體分裂融合的失衡狀態(tài),進(jìn)而改善線粒體結(jié)構(gòu)和功能的破壞,提高能量代謝水平[22]。此外,補(bǔ)腎益元中藥能夠保護(hù)運(yùn)動(dòng)性疲勞大鼠的睪丸間質(zhì)細(xì)胞及細(xì)胞內(nèi)線粒體結(jié)構(gòu),而這種對(duì)睪丸組織結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用可能是延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞腎氣虛的機(jī)理[23]。

慢性心力衰竭、功能性消化不良、餐后不適綜合征、運(yùn)動(dòng)性疲勞等不同系統(tǒng)疾病出現(xiàn)線粒體功能障礙,根據(jù)癥狀從中醫(yī)角度可以辨證為氣虛證,從氣虛論治后療效確切,線粒體功能也得到恢復(fù),這是中醫(yī)學(xué)異病同治思想的高度體現(xiàn)。

4 綜合分析可靠性:多組學(xué)檢測(cè)及生物信息學(xué)分析揭示氣虛的生物學(xué)基礎(chǔ)

生物信息學(xué)能夠解析中藥及復(fù)方的多成分、多途徑、多靶點(diǎn),預(yù)測(cè)中藥及復(fù)方的物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機(jī)制。代謝組學(xué)是通過對(duì)代謝產(chǎn)物進(jìn)行定量和定性分析,探尋生物標(biāo)記物并解釋作用機(jī)制。蛋白質(zhì)組學(xué)從分子生物學(xué)角度研究機(jī)體在蛋白質(zhì)水平上的定量、動(dòng)態(tài)及整體性。通過生物信息學(xué)、代謝組學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)探究中醫(yī)氣虛證的生物學(xué)基礎(chǔ),可以實(shí)現(xiàn)中醫(yī)證候的量化及標(biāo)準(zhǔn)化,其核心思想與多靶點(diǎn)的研究方法同中醫(yī)證候的“整體觀”“動(dòng)態(tài)觀”特征具有高度的一致性。

4.1 線粒體膜蛋白酶系

利用生物信息學(xué)分析益氣健脾經(jīng)典名方四君子湯的生物學(xué)基礎(chǔ),發(fā)現(xiàn)其有效成分對(duì)應(yīng)的分子靶標(biāo)所富集的信號(hào)通路主要屬于亞油酸和脂質(zhì)分解調(diào)節(jié)通路[24],通過代謝組學(xué)分析表明心肌梗死恢復(fù)期氣虛血瘀證患者亞油酸、花生四烯酸等脂肪酸物質(zhì)下調(diào)[25],而亞油酸作為人體必需脂肪酸在線粒體外膜參與磷脂的合成,并以磷脂的形式存在于線粒體和細(xì)胞膜中。通過蛋白質(zhì)組學(xué)探尋氣虛大鼠的生物學(xué)基礎(chǔ),研究發(fā)現(xiàn)氣虛證大鼠細(xì)胞色素C、ATP合成酶顯著降低,通過人參干預(yù)后其水平顯著上調(diào)[26]。細(xì)胞色素C作為線粒體內(nèi)膜固有蛋白,是線粒體啟動(dòng)凋亡程序的關(guān)鍵物質(zhì),還可以通過干擾呼吸鏈電子傳遞的運(yùn)輸、促進(jìn)活性氧自由基的產(chǎn)生、阻斷能量合成等方式間接參與細(xì)胞凋亡過程[27];ATP合成酶是線粒體內(nèi)膜上的蛋白酶,ATP生成的催化劑,在線粒體氧化磷酸化過程中有重要作用,當(dāng)機(jī)體在缺氧及疲勞等狀態(tài)下,ATP合成酶受到損傷,活力下降,與氣虛證倦怠乏力的表現(xiàn)相吻合。由此推測(cè),氣虛證時(shí)線粒體膜蛋白酶系表達(dá)降低,而補(bǔ)氣藥可以作用于線粒體膜蛋白酶促進(jìn)線粒體功能的發(fā)揮,以調(diào)節(jié)物質(zhì)和能量代謝。

4.2 線粒體呼吸鏈復(fù)合物

線粒體是供能場(chǎng)所,主要通過氧化磷酸化與細(xì)胞呼吸的耦合產(chǎn)生ATP,而此過程是由線粒體呼吸鏈來完成的。線粒體呼吸鏈包含五種酶復(fù)合物,即煙酰胺腺嘌呤二核苷酸輔酶Q還原酶(復(fù)合物Ⅰ)、琥珀酸輔酶Q還原酶(復(fù)合物Ⅱ)、泛醌細(xì)胞色素C還原酶(復(fù)合物Ⅲ)、細(xì)胞色素C氧化酶(復(fù)合物Ⅳ)和F1F0-ATP合成酶(復(fù)合物Ⅴ)。線粒體呼吸鏈復(fù)合物活性的改變,造成電子傳遞和ATP合成障礙。研究表明,芪參益氣滴丸及其主要補(bǔ)氣成分黃芪甲苷可以抑制線粒體復(fù)合物V的亞基ATP5D低表達(dá),改善因呼吸鏈復(fù)合物功能下降所致的能量代謝異常[8]。另有研究發(fā)現(xiàn),與治療組比較,氣虛組大鼠的線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物Ⅱ和復(fù)合物Ⅳ活性降低,說明大鼠在脾氣虛狀態(tài)下呼吸鏈酶復(fù)合物活性下降,線粒體功能出現(xiàn)異常,同時(shí)表明益氣健脾中藥能夠逆轉(zhuǎn)脾虛大鼠的線粒體功能損傷[21]。脾氣虛組大鼠脾臟組織的線粒體呼吸鏈四種復(fù)合物(復(fù)合物Ⅰ～Ⅳ)活性顯著低于正常對(duì)照組,提示脾氣虛證中脾臟線粒體ATP合成障礙可能是由于氧化磷酸化中的呼吸鏈復(fù)合物活性改變而造成的[28]。

4.3 三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物

通過對(duì)氣虛質(zhì)用藥組前后代謝組學(xué)分析,差異代謝物主要包括蛋氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等多種氨基酸組分,而這些組分可通過不同途徑變成α-酮戊二酸和草酰乙酸,參與三羧酸循環(huán)[29]。脾氣虛體質(zhì)患者與健康人的代謝組學(xué)分析表明,左旋肉堿和十六烷二酸單左旋肉堿酯在兩種人群中存在差異,這兩種物質(zhì)首先在細(xì)胞質(zhì)中活化成脂酰輔酶A,入線粒體內(nèi)進(jìn)行β-氧化,脂肪酸氧化分解為乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解,為機(jī)體供能[30]。利用代謝組學(xué)探索氣虛證大鼠生物學(xué)基礎(chǔ),研究發(fā)現(xiàn)吲哚乙酸是氣虛大鼠血漿差異代謝物,而吲哚乙酸是色氨酸代謝產(chǎn)物,主要通過犬尿酸原代謝途徑產(chǎn)生乙酰輔酶A,進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行徹底氧化供能,氣虛大鼠乙酰輔酶A含量顯著減少,供能減少,導(dǎo)致能量代謝紊亂[31]。利用肺組織蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)肺氣虛證大鼠和正常大鼠作為對(duì)照進(jìn)行差異分析,與氣虛大鼠比較,正常大鼠肺組織蘋果酸脫氫酶高表達(dá)[32],與陳銀芳等[26]研究一致,而蘋果酸脫氫酶在線粒體內(nèi)主要催化蘋果酸氧化,是三羧酸循環(huán)中的重要酶之一,對(duì)體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的徹底氧化或相互轉(zhuǎn)變均起重要作用,是徹底氧化產(chǎn)能的重要酶類。

利用生物信息學(xué)分析、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等現(xiàn)代技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)中醫(yī)氣虛證的客觀化分析,為解析氣虛證的生物學(xué)基礎(chǔ)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。通過綜合分析,不同的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氣虛證的差異代謝物及差異蛋白為線粒體膜蛋白酶系、線粒體呼吸鏈復(fù)合物及三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物,但是這些差異物質(zhì)或者蛋白相關(guān)的通路集中體現(xiàn)在物質(zhì)和能量合成、轉(zhuǎn)化、代謝方面及三羧酸循環(huán),而這些差異物質(zhì)或蛋白恰與線粒體功能密切相關(guān),并且補(bǔ)氣中藥/復(fù)方能通過調(diào)節(jié)這些物質(zhì)和(或)能量代謝蛋白/產(chǎn)物發(fā)揮作用,由此說明,氣虛證的生物學(xué)基礎(chǔ)可能是線粒體相關(guān)物質(zhì)和/或能量代謝產(chǎn)物/蛋白及其相關(guān)調(diào)控通路。

5 總結(jié)與展望

線粒體功能障礙是線粒體自身出現(xiàn)問題引發(fā)的能量代謝障礙,繼而又可引發(fā)一系列病理損傷過程,涉及病理類型較廣、疾病種類較多,如心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌腎病系統(tǒng)、肌肉組織等疾病過程,涉及中醫(yī)學(xué)心、腎、肺、肝膽、脾胃、氣血津液以及肢體經(jīng)絡(luò)的相關(guān)病證。通過理論研究發(fā)現(xiàn),在生理上,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)線粒體的功能與中醫(yī)氣的功能有極高的吻合度;在病理機(jī)制上,線粒體功能障礙的臨床表現(xiàn)涉及中醫(yī)病證雖多,探究其核心證候,皆與氣虛證表現(xiàn)類似,與氣虛證關(guān)系密切;在治療方面,從氣虛論治可以促進(jìn)線粒體功能修復(fù),改善線粒體功能障礙引發(fā)的一系列各個(gè)系統(tǒng)的問題,是中醫(yī)學(xué)異病同治理論的良好體現(xiàn)。由此看來,無論在生理、病理、臨床治療方面,線粒體與中醫(yī)氣關(guān)系密切,通過取象比類,用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)線粒體功能障礙類比中醫(yī)學(xué)氣虛,是病證結(jié)合診療模式的充分體現(xiàn)。通過生物信息學(xué)分析、代謝組學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)分析的現(xiàn)代技術(shù)手段綜合分析,發(fā)現(xiàn)氣虛證的生物學(xué)基礎(chǔ)可能是線粒體相關(guān)物質(zhì)和/或能量代謝產(chǎn)物/蛋白及其相關(guān)調(diào)控通路。

但是,目前的研究同樣存在一些不足之處:(1)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究居多,臨床試驗(yàn)偏少:氣虛證動(dòng)物模型雖能在一定程度模擬人類氣虛證表現(xiàn),但兩者尚不能完全擬合;(2)臨床試驗(yàn)樣本量較小:樣本量較小的臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題及得出的結(jié)論能否值得推廣及應(yīng)用尚需要大規(guī)模的乃至真實(shí)世界研究進(jìn)一步驗(yàn)證;(3)研究片段化:大多研究從一個(gè)角度發(fā)現(xiàn)問題,比如單從代謝組學(xué)或單從蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行研究分析,缺乏整體研究策略。

因此,今后可首先通過生物信息學(xué)數(shù)據(jù)挖掘探尋某一補(bǔ)氣中藥/復(fù)方的成分基礎(chǔ)及作用靶標(biāo),再利用氣虛證動(dòng)物模型對(duì)作用靶標(biāo)進(jìn)行篩選驗(yàn)證,最后開展此中藥/復(fù)方的大規(guī)模多中心臨床試驗(yàn),通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)多種現(xiàn)代技術(shù)手段加以分析,增加研究可信度,為氣虛證生物學(xué)基礎(chǔ)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支撐,從而為中醫(yī)證候的標(biāo)準(zhǔn)化和定量化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),豐富發(fā)展中醫(yī)理論,這將更有利于中醫(yī)理論的傳承與推廣。