中藥對線粒體自噬影響的研究進展

周 俊 胡 犇 戢力維 楊 林

1.四川大學華西醫院藥劑科，四川成都 610041；2.四川大學華西醫院線粒體與代謝實驗室，四川成都 610041

線粒體是主要負責能量轉換的細胞器，可提供確保細胞功能與完整性所需的絕大多數ATP。線粒體與多種疾病有關，其受損可導致細胞凋亡，引發機體損傷。線粒體可通過自噬選擇性清除受損線粒體，控制線粒體質量，保證線粒體功能，在細胞的正常生長中具有重要的意義。線粒體自噬具有雙重性，準確有效地干預該水平對改善疾病情況有著重要臨床意義。近年來，中藥在線粒體代謝方面的研究發展迅速，越來越多的研究顯示[1]，中藥可以影響線粒體自噬，達到預防和治療疾病的作用。線粒體自噬及其相關通路作為潛在有力干預靶點，可能啟發中藥在分子層面發揮作用的新機制。本文將分別闡述線粒體自噬的主要通路以及中藥對線粒體自噬影響在各個疾病中的研究進展，希望能對后續相關工作提供思路。

1 線粒體自噬的通路

當細胞內線粒體受損后，自噬體可靶向受損線粒體并將其包裹、吞噬和降解，以維持細胞內環境穩定。這種消除受損線粒體的機制稱為線粒體自噬。生理狀態下的線粒體自噬可維持細胞內環境的穩定，對機體起保活作用。線粒體過度自噬會導致在清除受損線粒體的同時清除正常線粒體，使細胞內環境穩態失衡，對機體造成損傷。此外，線粒體自噬功能受損后，受損線粒體將無法通過自噬進行消除，會在細胞中不斷地積累，引起細胞變性或者死亡，進一步導致諸多疾病的發生。因此，需根據不同的情況適當抑制或者增強線粒體自噬，避免對機體造成損傷。目前哺乳動物線粒體自噬的經典通路主要有[2]：PINK1/Parkin、BNIP3/NIX 和FUNDC1。

1.1 PINK1/Parkin

目前認為，PINK1/Parkin 途徑介導的線粒體自噬是清除損傷線粒體的主要途徑。PINK1 即PTEN 誘導的激酶1 是一種線粒體Ser/Thr 激酶。Parkin 是由PARK2 基因編碼的E3 泛素連接酶，通過PINK1 磷酸化絲氨酸65 位點上的Parkin 泛素樣結構域而激活。Parkin 被激活后泛素化線粒體融合蛋白，誘導線粒體自 噬。Parkin 和PINK1 共用一條通路，Parkin 在PINK1 的下游發揮作用。功能正常的線粒體具有完整的膜電位，PINK1 將被運輸到線粒體內并被PARL 蛋白酶切割，通過N 端規則途徑被降解，不引起線粒體的自噬。當線粒體損傷時，線粒體膜電位消失，未被切割的PINK1 將會聚集在線粒體外膜（outer mitochondrial membrane，OMM）上，PINK1 將招募細胞質中的Parkin 到受損線粒體，啟動線粒體自噬，清除受損線粒體。同時聚集在OMM 上的PINK1 也從細胞質中招募PARK2，并磷酸化PARK2 和泛素，激活的PARK2 介導的線粒體底物泛素化，從而招募自噬鏈接蛋白，泛素化底物與微管相關蛋白1 輕鏈3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）通過鏈接蛋白在自噬體上結合，最終導致線粒體被自噬體吞噬并降解[3]。

1.2 BNIP3/NIX

BNIP3 和NIX（又稱BNIP3L）是OMM 上的兩種不同功能的蛋白質。BNIP3 和NIX 均含有LIR 和BH3 結構域，通過調節細胞選擇性自噬和細胞凋亡在細胞應激反應中發揮作用。NIX 與atg8 家族蛋白直接結合后招募自噬體到線粒體上，介導線粒體自噬參與紅細胞的成熟過程。BNIP3 和NIX 存在于OMM 上，是一種BH3-only 的促凋亡蛋白。除可以介導細胞凋亡，還可以通過LIR 與LC3 結合，介導線粒體自噬。在低氧和缺氧情況下，低氧誘導因子激活BNIP3 和NIX表達，BNIP3/NIX 高表達使Beclin1 和Bcl2 相互作用被破壞，釋放的Beclin1 可以觸發ATG5 依賴性自噬的發生[4]。

1.3 FUNDC1

含FUN14 域蛋白1（FUN 14 domain containing protain 1，FUNDC1）由155 個氨基酸構成，是哺乳動物細胞在低氧條件下介導線粒體自噬的新型線粒體膜蛋白。FUNDC1 存在于線粒體上，包含插入OMM 的C端結構域與存在于細胞質的N 端結構域。N 端含有的LIR 結構域具有YxxL 序列，此序列與LC3 相互作用，可以選擇性地介導線粒體自噬。Src17 和Tyr18 為FUNDC1 的兩個相鄰位點，在正常情況下，活化的肉瘤基因激酶使LIR 結構域中的Tyr18 磷酸化抑制FUNDC1 介導的線粒體自噬；在低氧情況下，肉瘤基因激酶失活，Tyr18 未被磷酸化，同時Unc-51樣激酶1磷酸化FUNDC1 上的Src17，促進FUNDC1 與LC3 相互作用，介導線粒體自噬[5]。

2 中藥對線粒體自噬影響在疾病治療中的應用

現代醫學認為[6]，經肺吸入的氧氣與消化系統吸收的小分子物質一起參與的氧代謝是產生ATP 的主要方式，中醫藥理論中肺吸入的清氣和脾胃運化的水谷精微對應現代醫學中的氧氣和小分子物質。因此推斷：線粒體可產生能量正是氣化功能的體現，線粒體的損傷對應了中醫藥理論中的氣虛[7]。而線粒體自噬的過程與中醫的益氣活血法相符，是以清除受損的線粒體、維持細胞的穩態為目的[8]。在此理論基礎上，利用益氣類中藥對線粒體自噬過程進行干涉，是預防、治療相關疾病的一種可能。

2.1 中藥對線粒體自噬影響在心血管系統疾病中的應用

中藥調控線粒體自噬在心血管系統的研究主要集中在心肌缺血再灌注損傷、心力衰竭、動脈粥樣硬化方面等。

心肌缺血再灌注會導致進一步的局部組織損傷，稱為心肌再灌注損傷。出自《金匱要略》的栝樓薤白半夏湯，用于治療“胸痹心痛”，李想等[9]通過建立心肌梗死缺血再灌注模型，從PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬觀察“栝樓薤白半夏湯”對缺血再灌注心臟的作用，該方可通過抑制PINK1/Parkin 信號通路，減輕線粒體的過度自噬，保護心肌。研究顯示，五味子乙素[10]可通過升高環氧化酶I 和COXIV 的mRNA 水平，誘導心肌組織缺氧誘導因子-1α 和Beclin1 的表達，激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）/雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR)/ULK1 信號通路，促進線粒體自噬保護心肌。此外，通過抑制線粒體自噬對心肌細胞起到保護作用的中藥如下：黃芪甲苷及人參皂苷Rg1 抑制PINK1/Parkin介導的線粒體自噬；丹參酮ⅡA 可以抑制心肌線粒體自噬；丹酚酸B 抑制NIX 介導的線粒體自噬。雙參寧心膠囊[11]可以抑制FUNDC1 介導的線粒體自噬，雙參寧心膠囊中的人參皂苷Rg1、延胡索乙素、丹酚酸B可能是調控FUNDC1 介導的線粒體自噬的物質基礎。我們可以通過對線粒體自噬和線粒體損傷觀察，闡明中藥對心肌缺血再灌注損傷的保護作用，為預防和減少心肌梗死奠定新的理論和實驗基礎。

瀉肺利水合劑的功效為“益氣活血，瀉肺利水”，用瀉肺利水合劑[12]干預慢性心力衰竭大鼠，發現其能夠降低LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ和COX Ⅳ表達、降低心肌組織中線粒體自噬數量、增加p62 蛋白的表達，通過抑制慢性心力衰竭引起的線粒體自噬，降低大鼠心肌氧化應激，最終起到改善心臟功能的作用。其他，如：溫陽益氣方藥[13]能夠降低LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ、p-AMPK/AMPK、PINK1 及Parkin 蛋白表達，可能是通過抑制AMPK 介導的線粒體自噬改善梗死后心力衰竭大鼠的心肌功能。益氣溫陽活血利水方[14]通過減少ROS 水平、增加ATP 含量、抑制線粒體自噬，可能是其治療心力衰竭的重要機制之一。人參皂苷、紫荊黃酮、木犀草素、黃芪甲苷等中藥有效成分可以通過調控自噬相關蛋白的表達和線粒體自噬水平來保護心肌細胞，起到延緩慢性心力衰竭及相關心血管疾病的發生發展。

化瘀祛痰法在動脈粥樣硬化防治中的作用明顯，因此針對活血化瘀的中藥可能對動脈粥樣硬化相關細胞的自噬有一定的調控。人參三七川芎[15]提取物延緩血管內皮細胞衰老是呈劑量依賴性的，可能是通過激活AMPK/mTOR 信號通路，而發揮激活線粒體自噬和拮抗細胞衰老作用。從痰濁理論探討線粒體與動脈粥樣硬化相關性進行分析，從而挖掘中醫藥防治動脈粥樣硬化可能具有非常大的研究潛力和應用價值。

中醫認為，脾失健運，易內生痰濕，痰濕引起氣滯，氣滯造成血瘀，進一步發展則導致痰瘀壅遏脈道，引起真心痛、胸痹等，類似于冠心病的臨床表現。通過觀察健脾祛痰化瘀方藥[16]對脾氣虛大鼠心肌細胞線粒體自噬相關蛋白表達的影響，發現該方藥可以上調大鼠心肌p-ULK1/ULK1、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值，改善線粒體損傷，并產生了大量線粒體自噬體，通過激活AMPK，促進ULK1 磷酸化，從而提高大鼠心肌線粒體自噬水平，以維持大鼠心肌細胞內環境的穩定。為臨床上從脾論治療心血管系統的疾病，提供相關的實驗依據。

2.2 中藥對線粒體自噬影響在內分泌系統疾病中的應用

中藥對線粒體自噬影響在內分泌系統疾病中的應用主要集中在糖尿病及并發癥方面，如糖尿病心肌病、糖尿病視網膜病變、糖尿病腎病等。

2020 年，呂旻課題組[17]提出了糖尿病心肌病與“氣虛血瘀線粒體功能障礙關聯”假說。以活血降糖飲干預糖尿病心肌病動物模型，活血降糖飲可以通過上調Parkin、Beclin1、Pink1、Mfn2、Mfn1 蛋白表達，提高線粒體自噬水平，保護心肌細胞，且治療效果與臨床上常用藥物格列苯脲較為接近。在此基礎上，該課題組提出了益氣養陰活血類中藥可以改善線粒體功能障礙的觀點。

糖尿病眼病會極大地影響糖尿病患者的生活質量，利用《楊氏家藏方》記載的補青顆粒[18]對高糖誘導的人晶狀體上皮細胞（human lens epithelium，HLE）進行體外干預。不同濃度的補青顆粒能均夠提高Bnip3和Nix 蛋白表達，升高LC3-Ⅱ/Ⅰ比值，通過調控Bnip3/Nix 信號通路，上調線粒體自噬活性，可有效抑制高糖誘導的HLE 增殖。其中，2 g/ml 補晴天顆粒的抑制效果最為顯著。該研究為中醫藥防治糖尿病眼病提供了理論基礎和技術依據。

近端腎小管上皮細胞線粒體損傷是糖尿病腎病發生的重要環節。黃芪甲苷[19]可抑制高糖誘導的腎小管上皮細胞的凋亡，降低高糖誘導的線粒體自噬相關蛋白PINK1、Parkin 的表達水平及LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值，減輕由PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬。益氣解毒方可能是通過抑制線粒體過度自噬，降低NIX、LC3-Ⅱ、P62 蛋白表達，而對糖尿病腎病有較好的治療效果。

2.3 中藥對線粒體自噬影響在神經系統疾病中的應用

線粒體功能異常也可造成神經系統相關疾病，帕金森病和阿爾茨海默病是目前明確和線粒體自噬功能紊亂有關的主要神經退行性疾病。

周晟[20]團隊提出肝豆湯可抑制高銅誘導的HT-22細胞線粒體氧化應激，抑制LC3 A/B、BNIP3L、PINK1、Parkin、自噬相關蛋白的表達，抑制線粒體自噬的發生，達到阻斷高銅誘導的神經元損傷，起到保護神經的作用。黃連解毒湯[21]可以通過抑制PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬，減少帕金森引起的細胞死亡，對臨床帕金森的治療有積極意義。早期應用低劑量番茄紅素[22]可能通過抗氧化作用預防永久結扎頸動脈大鼠學習記憶力損傷。在低氧狀態下NIX 參與的線粒體自噬增強，低劑量番茄紅素預防給藥后，可抑制NIX參與的線粒體自噬，對永久結扎頸動脈大鼠有腦保護作用。番茄紅素3 個藥物劑量組中，以低劑量番茄紅素預防效果最佳。以上都是通過抑制自噬對機體起保護作用。也有研究發現，中藥方劑[23]（葛根、黃芩、白芷、當歸、升麻等）可以促進線粒體自噬起到神經保護作用，在預防帕金森病方面有較好的應用前景。

2.4 中藥對線粒體自噬影響在消化系統疾病中的應用

中藥對線粒體自噬影響在消化系統疾病中的應用主要集中在脂肪肝、胃癌、脾虛證等方面。下文分別闡述。

自噬在非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）初期的保護效應可能是中醫“已病防變”思想在中藥微觀效應的體現。人參皂苷Rb2[24]可通過激活sirt1 和AMPK 來恢復自噬，使肝脂質的積累減輕，起到改善NAFLD 的作用。此外，佛手柑多酚飲食喂養NAFLD 大鼠，可促進肝臟中LC3、Beclin 1蛋白的表達。脂肝方（黨參、山楂、白術等）也可一定程度地調節線粒體自噬，減輕肝組織線粒體能量代謝負擔。

目前，我國的胃癌發病率和病死率較高，范燕燕等[25]發現白花蛇舌草和半枝蓮等清熱解毒類中藥，有一定抗腫瘤的藥理作用。白花蛇舌草、半枝蓮聯用能夠增強線粒體自噬水平，可能通過降低線粒體膜電位，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶9（Caspase-9）、Caspase-8，再激活凋亡效應器Caspase-3，激活線粒體凋亡信號通路，促進腫瘤細胞凋亡，而顯著抑制胃癌SGC-7901 細胞增殖。除此之外，中藥也在其他乳腺癌、膀胱癌、肺癌等治療過程中也起到一定的治療效果。

中醫學認為“脾氣虛則四肢不用”，可用四君子湯[26]給予治療。脾氣虛證模型大鼠股四頭肌線粒體自噬增強，四君子湯給藥后，通過抑制線粒體自噬過度，恢復Bcl-2/Bax 平衡，降低ROS 積累，恢復線粒體膜電位并提高線粒體產能，減少Cyt-c 釋放，抑制細胞凋亡，而起到治療脾虛型大鼠肌無力作用。

2.5 中藥對線粒體自噬影響在泌尿系統疾病中的應用

中藥對線粒體自噬影響在泌尿系統疾病的應用主要集中在腎相關疾病方面。研究發現誘發腎結石的一個主要因素是納米細菌感染，納米細菌可造成腎小管上皮細胞損傷，給予蘿卜硫素[27]后，能夠降低促凋亡蛋白Bax 的表達，增加抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達，下調PINK1、Parkin 蛋白表達及LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值，并抑制納米細菌誘導的腎小管上皮細胞HK-2 的凋亡，緩解由PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬。

2.6 中藥對線粒體自噬影響在血液系統疾病中的應用

血液系統疾病常見的再生障礙性貧血（簡稱“再障”）、白血病、骨髓瘤等，中藥對線粒體自噬影響在再障和骨髓瘤方面有應用。

當歸補血湯，是補氣生血的名方，在中醫臨床中用于治療再障。當歸補血湯[28]能夠減少線粒體自噬泡，調節線粒體自噬，防止自噬過度，減少細胞凋亡，提高再障小鼠外周血白細胞、人絨毛膜促性腺激素、血小板及骨髓單個核細胞數量，恢復骨髓造血功能，改善再障小鼠的骨髓造血微環境。

現發現，“溫陽化瘀”與線粒體自噬在理論上有相似之處，且對多發性骨髓瘤及周圍神經病有一定療效，丹參有活血化瘀功效，丹參中的丹參酮可以同時誘導腫瘤細胞線粒體功能障礙與線粒體自噬，阻斷骨肉瘤細胞的貼壁不依賴性生長，發揮抗骨肉瘤細胞的作用[29]。其他，如三七皂苷、姜黃素，可以通過激活腫瘤細胞線粒體自噬通路，發揮抗腫瘤作用。

2.7 中藥對線粒體自噬影響在呼吸系統疾病的應用

中藥對線粒體自噬影響在呼吸系統疾病的應用主要集中在慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）方面。COPD 的進程可打破線粒體動態平衡，從而引起骨骼肌功能障礙。中醫界普遍認為，COPD 的主要病機是“脾虛濕盛”，可用有益氣健脾功效的參苓白術散給予治療。用香煙煙霧（CSE）處理L6 大鼠成肌細胞模擬COPD 骨骼肌損傷狀態，給予參苓白術散[30]治療后，能夠增加Parkin、LC3B 蛋白的表達，抑制p62 蛋白表達，提示可能是通過激活PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬通路，增強COPD 骨骼肌受損線粒體自噬，維持正常線粒體功能，減少細胞的氧化損傷，從而提高骨骼肌肌力與耐力。此研究為中藥治療COPD 造成的骨骼肌損傷提供了實驗依據。

3 展望

目前，中藥對線粒體自噬方面的研究尚處于初級階段，但正在蓬勃發展，研究前景非常廣闊，未來可能具有成為研究熱點的潛質。目前，中藥以線粒體自噬及相關信號通路為切入點探討在各項疾病中的作用機制的相關研究相對較少，且存在以下問題：①線粒體自噬是把雙刃劍，且在疾病的不同階段發揮的作用尚不明晰，如何最大限度的利用線粒體自噬發揮中藥的優勢是難點也是重點；②中藥對線粒體自噬的調控是否具有雙向調節的作用；③中藥對線粒體自噬的調控機制，包括用量、配伍、藥效物質基礎等方面有待研究。隨著研究的不斷深入，線粒體自噬調控系統在各疾病中作用機制勢必更加清晰，為疾病治療貢獻新的理論和新的靶點，也將成為科研工作者新的研究目標及挑戰。這更加啟發著中藥人員以線粒體為靶向探尋更高效的治療措施，希望通過對自噬機制的深入研究過程中推動中醫藥理論的現代化研究進程。