線粒體質量控制與腎陽虛證的相關性*

肖雪，譚從娥

陜西中醫(yī)藥大學，陜西 咸陽 712046

腎陽，又稱“元陽”“真陽”“真火”“命門之火”等，為一身陽氣之本。“五臟之陽氣，非此不能發(fā)”，說明腎陽具有推動、溫煦和激發(fā)臟腑形體官竅的功能。線粒體擁有獨立于細胞核的基因組，是糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所，有細胞“動力工廠”之稱。線粒體被稱為細胞的“能量工廠”，在細胞的增殖、分化、存活以及穩(wěn)態(tài)的維持中具有重要的調節(jié)作用［1］。線粒體質量控制的機制是多層次的，通過線粒體蛋白降解、囊泡轉運和自噬3個層次維持線粒體穩(wěn)態(tài)，其中，線粒體生物合成、線粒體動力學和鈣離子發(fā)揮了重要的調節(jié)作用［2］。線粒體質量控制是在細胞中維持正常狀態(tài)的關鍵機制，決定著線粒體的命運［3］。本文對近年來線粒體質量控制系統(tǒng)紊亂與腎陽虛證發(fā)生的相關性研究進展進行綜述。

1 腎陽虛證與能量代謝

腎陽虛證是由于腎陽虛衰、溫煦失職、氣化失權所表現的一類虛寒證候，臨床主要表現為面色 白、腰膝酸軟、形寒肢冷、陽痿遺精、精神萎靡不振、小便清長、女子帶下清稀、宮寒不孕、舌淡苔白和脈虛弱無力等［4］。研究發(fā)現，腎陽虛證存在下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸功能紊亂［5］。盧德趙等［6］研究結果表明，腎陽虛證動物模型均表現為畏寒肢冷、拱背慫毛、小便量多、便溏等，溫補腎陽藥可有效改善以上臨床癥狀，結合腎陽虛證臨床表現及以藥反證實驗結果，提示能量代謝障礙是腎陽虛證的特征之一。唐利華等［7］研究發(fā)現，腎陽虛證動物模型的糖代謝障礙主要表現為二氫硫辛酰胺脫氫酶表達量降低，導致能量代謝水平降低，而溫補腎陽藥可以增加二氫硫辛酰胺脫氫酶活性，改善糖代謝功能，促進三羧酸循環(huán)，使機體的能量代謝水平增強。此外，溫補腎陽藥還能增加腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）合酶和醛脫氫酶含量，通過增加ATP含量從而緩解能量代謝障礙。沈自尹等［8］從腎虛和腎陽虛的比較中發(fā)現腎陽包含被激活的甲狀腺軸，能夠促進能量代謝，其中氧化磷酸化的反應尤為明顯。以上均表明，腎陽虛證會導致能量代謝降低。

2 能量代謝與線粒體

線粒體是細胞內氧化磷酸化的場所，通過氧化磷酸化為細胞活動提供了各種能量，同時ATP又被稱為“能量貨幣”，是人體內最重要的高能磷酸化合物，為細胞的各種活動提供能量。人體中90%的ATP是由線粒體經氧化磷酸化過程產生的，即NADH和FADH2通過線粒體呼吸鏈逐步失去電子，被氧化生成水，電子傳遞過程伴隨著能量的逐步釋放，此釋能過程驅動ADP磷酸化，生成ATP，所以NADH和FADH2的氧化過程與ADP的磷酸化過程相偶聯(lián)，此過程被稱為氧化磷酸化。李佳萍等［9］研究發(fā)現ATP合酶位于線粒體內膜中，是能量代謝的關鍵酶。邱林等［10］實驗結果表明，在氫化可的松誘導腎陽虛證造模成功后，大鼠肝線粒體出現了能量代謝障礙，是由于體內相互作用的復合酶受到了抑制，從而影響線粒體呼吸鏈的功能，導致ATP的生成量減少。由此可見，線粒體中ATP的生成量決定了機體能量代謝水平的高低，細胞的能量儲備狀況和ATP含量有一定聯(lián)系［10］。

3 線粒體質量控制在腎陽虛證中發(fā)生的作用

3.1 線粒體氧化應激與腎陽虛證氧化應激是導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）增多和抗氧化防御系統(tǒng)功能損傷的主要原因，同時也是細胞損傷的主要原因［11］。ROS主要是由呼吸鏈中的復合物Ⅰ和Ⅲ產生的，過多的ROS會導致大分子的氧化，同時也和mtDNA突變、衰老以及細胞凋亡有關。ROS參與各種氧化反應，可造成生物大分子的結構改變和功能喪失，從而導致細胞衰老的發(fā)生。研究發(fā)現，氧化應激是細胞衰老的重要因素之一［12］。蔣杉等［12］研究異鼠李素（isorhamnetin，Iso）通過改善氧化應激延緩D-半乳糖（D-galactose，D-Gal）誘導的臍靜脈內皮細胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVEC）衰老中發(fā)現，Iso可以激活Nrf2通路，降低D-Gal引起的氧化應激，從而延緩細胞衰老的速度。康秉文等［13］研究尿石素對血管內皮細胞衰老的機制中發(fā)現，尿石素能夠通過改善線粒體功能，降低ROS生成量，增加抗氧化酶的活性，從而改善氧化應激狀態(tài)，延緩細胞衰老程度。宋晨萌等［14］研究發(fā)現，衰老大鼠海馬組織氧化應激可以引起細胞凋亡。

近年來，腎虛和細胞衰老相關性的研究主要集中在神經內分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、ROS等方面［15］。趙彩嬌等［16］研究靈龜八法艾炷灸對腎陽虛證家兔免疫功能的影響中發(fā)現，腎陽虛證家兔血清白細胞介素-2（interleukin-2，IL-2）增加，免疫球蛋白A（immunoglobulinA，IgA）、IgM和IgG減少，免疫功能提高，證明靈龜八法艾炷灸對腎陽虛證家兔有一定療效。隋艷華等［17］研究發(fā)現，雙腎草具有抗衰老作用，對腎陽虛動物療效最為明顯，可以增加紅細胞內超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，清除ROS，阻止血清脂質過氧化物形成，使機體免疫功能提高。

3.2 線粒體生物合成與腎陽虛證線粒體生物合成是指提高氧化磷酸化水平和增加ATP的生成量，促進新的細胞器成分合成，從而提高代謝功能的過程［18］。線粒體生物合成是由過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α（peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）、細胞核呼吸因子1／2（nuclearrespiratoryfactor1／2，NRF1／2）、線粒體轉錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）等調控的，共同組成線粒體生物合成的信號通路，其中PGC-1α是最關鍵的調控因子［19］，同時也是能量代謝的關鍵調節(jié)因子［20］。研究發(fā)現，PGC-1α是腺苷酸蛋白活化激酶（AMPactivated proteinkinase，AMPK）調節(jié)線粒體生物合成最主要的下游激酶［21］。AMPK是全身細胞能量穩(wěn)態(tài)的主要調節(jié)因子，可以被磷酸化和激活，從而影響細胞內AMP／ATP比率的提高［22］。Seo等［23］研究發(fā)現，AMPK激活酶和骨骼肌線粒體生物合成有關。Liu等［24］研究發(fā)現，AMPKα1激活酶會促進線粒體生物合成。

在寒冷的環(huán)境下，小鼠骨骼肌中的PGC-1αmRNA表達量會升高，在由寒冷誘導的PGC-1α表達量增加的同時，ATP合成酶也隨之增加［25］。另外，PGC-1α在骨骼肌中具有調節(jié)功能，由缺乏運動誘導的PGC-1α所介導的基因調控可導致骨骼肌氧化能力降低和能量代謝受損［26］。唐漢慶［27］研究了脾陽虛證大鼠能量代謝的功能與機制，發(fā)現脾陽虛證大鼠能量代謝水平降低。脾與腎屬于先天促進后天、后天滋養(yǎng)先天的關系，腎陽為臟腑陽氣的根本，脾陽根于腎陽。總之，腎陽虛證和能量代謝功能的失調有著必然的聯(lián)系。

3.3 線粒體動力學與腎陽虛證線粒體不斷分裂和融合的動態(tài)過程叫作線粒體動力學，此過程是維持線粒體數目穩(wěn)定的基礎。線粒體分裂是由單個線粒體分成多個子細胞器，可以增加線粒體數量，屬于非選擇性過程；線粒體融合是由多個健康的線粒體融合為一個線粒體，從而促進mtDNA和ATP的分布，以此滿足機體對能量的需求，屬于選擇性過程［28］。線粒體融合有助于ATP的產生，主要通過線粒體融合蛋白1（Mitofusins 1，Mfn1）、Mfn2及視神經萎縮蛋白1（optic atrophy protein 1，OPA1）進行調節(jié)。線粒體分裂可以促進細胞分裂和有絲分裂，主要由線粒體動力相關蛋白（dynaminrelatedprotein1，Drp1）、線粒體分裂蛋白1（mitochondrial fission 1 protein，Fis1）、線粒體分裂因子（mitochondrial fission factor，MFF）及線粒體動力蛋白49／51（mitochondria dynamin protein 49／51，Mid49／51）進行調節(jié)［29］。Toyama等［30］研究發(fā)現，AMPK是線粒體動力學的關鍵調節(jié)因子。另有學者研究發(fā)現，MFF上的磷酸化位點Ser155和Ser173與AMPK有關，抑制電子傳遞鏈后，AMPK可導致線粒體分裂的發(fā)生，同時，AMPK被激活后可以增加DRP1線粒體定位［31］。

Liu等［32］研究發(fā)現，肥胖小鼠的行為受損伴隨著線粒體功能紊亂和骨骼肌ATP含量降低，其中，高脂飲食（high fat diet，HFD）誘導的小鼠骨骼肌中Mfn1和Mfn2表達量減少，控制線粒體分裂Fist1和Drp1的蛋白質增加。蘇艷紅等［33］研究發(fā)現，抗阻訓練能夠增加Mfn2、Drp1的蛋白表達，提高復合物Ⅳ的活性，改善線粒體能量代謝障礙。蔡悅青等［34］研究發(fā)現，注射氫化可的松的腎陽虛證大鼠內分泌系統(tǒng)相關激素出現紊亂，其中甲狀腺激素中的促甲狀腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）、三碘甲狀腺原氨酸（triiodothyronine，T3）和四碘甲狀腺原氨酸T4是細胞代謝的關鍵因素，提示TSH、T3和T4分泌的減少會導致能量代謝障礙。

3.4 線粒體自噬與腎陽虛證線粒體自噬是一種機體自我防御機制，當線粒體受到外界環(huán)境刺激后發(fā)生去極化損傷，受到損傷的線粒體會被自噬相關的蛋白識別，然后被自噬體特異性包裹，并與溶酶體融合，從而完成降解過程［35］。研究發(fā)現，AMPK被激活后會通過自噬在內的多條途徑維持細胞內ATP水平［22］。研究表明，AMPK在低氧條件下被激活時，線粒體自噬增加，反之，當AMPK激活被阻斷時，線粒體自噬減少，由此可見，AMPK是線粒體自噬的關鍵調節(jié)因子［36］。

張漸軒等［37］在探討脂肝方對NASH肝細胞自噬、線粒體及其能量代謝的影響時發(fā)現，脂肝方可以改善細胞高脂狀態(tài)，提高AMP／ATP比值，激活AMPK，促進細胞自噬，改善能量代謝障礙。經研究證實，線粒體自噬可以引起能量代謝障礙［38］。王春玲等［39］研究表明，以斂肝熄風止顫方干預帕金森病模型鼠可以激活CaMkkβ和AMPK通路，提高線粒體自噬能力。Na+-K+-ATP酶是人體細胞內能量代謝中最關鍵的酶，可催化ATP水解供能產熱，Na+-K+-ATP酶活性增加，細胞產熱也會隨之增加，反之則會降低［40］。滕培潁等［41］研究發(fā)現模型組大鼠肝、心、腎、小腸組織Na+-K+-ATP酶活性與正常組比較均顯著降低，說明陽虛模型大鼠能量代謝功能降低。

4 以線粒體質量控制為靶點的中藥干預

如上所述，線粒體質量控制失調可能是腎陽虛證的重要發(fā)病機制之一，恢復線粒體質量控制的平衡可能是溫補腎陽中藥干預腎陽虛證的關鍵作用靶點。研究發(fā)現，右歸丸對神經-內分泌-免疫系統(tǒng)具有整體調節(jié)作用，可以通過下丘腦-垂體-腎上腺軸、下丘腦-垂體-甲狀腺軸等多個靶腺軸調控機體的能量代謝水平，改善腎陽虛證患者“畏寒怕冷”等產能不足狀態(tài)［42］。張文釗等［43］以右歸丸進行干預后，發(fā)現大鼠血清中CRF、ACTH、CORT以及腎上腺、下丘腦、垂體中CRHR1的含量均有所增加，由此可以說明腎上腺、下丘腦、垂體指數通過右歸丸的溫補腎陽功效得到了提高。陳李圳等［44］研究右歸丸對腎陽虛證大鼠下丘腦-垂體-甲狀腺軸的影響發(fā)現，在腎陽虛證動態(tài)發(fā)展過程中，下丘腦-垂體-甲狀腺軸激素水平變化明顯，其中TSH、T3、T4為敏感指標。綜上所述，右歸丸對下丘腦-垂體-腎上腺軸和下丘腦-垂體-甲狀腺軸的調控作用是治療腎陽虛證的關鍵機制之一［42］。以線粒體質量控制系統(tǒng)為靶點的中藥物質基礎研究為腎陽虛證的治療提供了新的思路。

5 結語

線粒體是細胞內關鍵的細胞器，除了為細胞提供能量以外，還是細胞內自由基生成及調控細胞凋亡的重要細胞器，且處于細胞死亡調控和ROS生成中心的核心地位，被稱為“細胞信號轉導細胞器”。線粒體質量控制通過線粒體的生物合成、融合、分裂以及自噬來維持線粒體形態(tài)、數量的穩(wěn)定和結構功能的完整［45］。調節(jié)能量穩(wěn)態(tài)時，AMPK與PGC-1α協(xié)同作用于線粒體生物合成［46］。在研究紅芪多糖與糖尿病胃輕癱大鼠胃竇組織時發(fā)現，增加AMPK活性、提高PGC-1α表達能夠改善能量代謝表達，促進線粒體生物合成［47］。AMPK還可以誘導不同組織中線粒體動力學的發(fā)生，其中，MFF為AMPK的底物之一，AMPK可通過MFF的磷酸化被線粒體應激迅速激活［48］。另有研究表明，在哺乳動物細胞中，AMPK是自噬所必需的［49］。綜上所述，線粒體生物合成、線粒體動力學和線粒體自噬三者之間通過AMPK維持線粒體穩(wěn)態(tài)。AMPK被激活后不僅是能量代謝的調節(jié)因子，同時也是線粒體穩(wěn)態(tài)的調節(jié)樞紐［30］。

上述表明，線粒體質量控制系統(tǒng)紊亂在腎陽虛證中發(fā)生的機制之一是能量代謝障礙，其靶點是AMPK。但目前研究仍存在以下幾點問題：①研究還處于細胞和動物實驗階段，應加強更深層次的探索；②臨床報道較少，仍需大量的數據支持；③已知靶點是AMPK，需進一步發(fā)掘更多的靶點；④進一步探討其靶點在不同領域中的協(xié)同作用；⑤對以線粒體質量控制為靶點的中藥干預研究報道較少，可以此類中藥為切入點進行探討。相信隨著研究方法和實驗技術的不斷完善發(fā)展，線粒體質量控制紊亂和腎陽虛證的作用機制會更加明確，能夠為臨床提供理論依據和研究思路。