從大腸“實而不滿”分析鐵死亡對潰瘍性結腸炎的意義*

程祎睿,劉紫薇,王藝燦,周金業,張浩鋒,才艷茹,杜姚,賈雪梅,楊倩,3,4

1.河北中醫藥大學,河北 石家莊 050200; 2.河北中醫藥大學第一附屬醫院/河北省中醫院,河北 石家莊 050011; 3.河北省濁毒證重點實驗室,河北 石家莊 050011; 4.河北省中西醫結合胃腸病研究重點實驗室,河北 石家莊 050011

潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis,UC)是一種長期的非特異性大腸炎癥性疾病,其特點是結腸黏膜的持續性、彌漫性炎癥,其病因目前仍不明確,病變部位主要累及黏膜和黏膜下層,為炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)范疇,屬中醫“休息痢”“久痢”和“泄瀉”等范疇[1]。

2012年,Dixon等[2]提出鐵死亡這一概念,指出鐵死亡是一種在形態學、生化和遺傳學上不同于自噬、凋亡等形式的細胞死亡方式。鐵死亡與活性氧的積累關系密切,發生在線粒體、內質網和溶酶體中,其發生的標志是脂質過氧化物的積累[3]。Fe2+參與芬頓反應,產物是脂質過氧化物[4]。脂質過氧化物通過破壞細胞膜導致細胞死亡。鐵代謝、脂質代謝和谷胱甘肽(glutathione,GSH)/谷胱甘肽過氧化酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)的耗竭等是鐵死亡發生的作用機制[5]。鐵死亡主要表現為線粒體體積減小,雙層膜密度增加,線粒體嵴減少或消失,但細胞膜保持完整,細胞核大小正常,染色質無濃集。

“六腑實而不滿”出自《素問·五臟別論》,原文如下:“所謂五藏者,藏精氣而不瀉也,故滿而不能實。六腑者,傳化物而不藏,故實而不能滿也。所以然者,水谷入口,則胃實而腸虛;食下,則腸實而胃虛。故曰實而不滿,滿而不實也?！边@段話闡述了臟和腑各自的生理功能和特點,即:臟主藏精氣,精氣是維持和推動人體生命活動的物質,故不宜瀉;腑主傳化,人體攝入水谷,經過運化、吸收,水谷中的精微被提取,留下的物質稱為糟粕。糟粕久積對人體能有弊,故糟粕不能久積,宜及時排出。臟和腑需要相互配合才能維持人體的正常生命活動。有腑的傳化,臟才得以及時吸收精氣;有臟提供精氣,腑才能發揮傳化的功能。然而,“實”和“滿”是相對的概念,不能理解為絕對的實和絕對的滿。腑需要適當的“實”,比如腸道屬于腑,腸道中暫時存有糟粕,腸道規律地蠕動,使糟粕排出成為糞便,此屬腸道的正常功能。但如果腑太“實”,比如腸梗阻時,糟粕壅滯腸道,形成便秘癥狀,會使腸道積糞、積氣,會對人體造成嚴重影響。臟需要適當的“滿”,比如脾屬臟,《素問·經脈別論》云:“飲入于胃,游溢精氣,上輸于脾,脾氣散精,上歸于肺;通調水道,下輸膀胱;水精四布,五經并行。”精氣上輸于脾,脾才能主運化、升清、統攝血液。但如果臟太“滿”,比如人的營養過剩,脾運化不及,會導致脾虛,形成肥胖、納差等不良影響。六腑實而不滿,不是指六腑不吸收精氣,只是在強調六腑的本職是傳化而非藏精氣。

1 從“六腑實而不滿”闡述鐵與潰瘍性結腸炎的相關性

1.1 鐵可以作為精微物質人從食物中攝取鐵,鐵是一種微量元素,每日有大約25 μg的鐵被骨髓紅細胞吸收,以維持每日制造2 000億個新的紅細胞的生理需求[6]。鐵元素主要被骨髓中的紅細胞吸收,進入線粒體后用于合成血紅素,血紅素隨后結合到血紅蛋白中,成為氧的運輸工具[7]。這對應了《素問·經脈別論》中血的生成:“食氣入胃,濁氣歸心,淫精于脈?！笨梢?鐵元素可以作為一種精微物質被人體吸收后發揮作用。

1.2 鐵在鐵死亡中的作用鐵死亡依賴鐵的參與,這表現在兩個方面:第一,磷脂過氧化是鐵死亡的關鍵步驟,而涉及磷脂過氧化的脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)和細胞色素P450氧化還原酶(cytochrome P450 oxidoreductase,POR)需要被鐵催化,并且鐵對于涉及細胞活性氧產生的代謝酶也是必需的;第二,非酶促、鐵依賴性芬頓鏈式反應對于鐵死亡可能是必需的,當GPX4被抑制時,磷脂過氧化物(phospholipid hydroperoxides,PLOOH)可以持續更長時間,啟動芬頓反應以快速擴增PLOOH,這是亞鐵中毒的標志。PLOOH可與Fe2+和Fe3+反應,分別產生自由基PLO·和PLOO·,這些自由基與多不飽和脂肪酸的磷脂(polyunsaturated fatty acid-PLs,PUFA-PLs)反應,進一步促進PLOOH的產生[8]。

1.3 鐵受精密調控由于鐵在細胞的存活和死亡中起到核心作用,細胞鐵穩態處于精細控制之下,主要是通過鐵調節蛋白IRP 1和IRP 2控制的轉錄后網絡來調節細胞內鐵的儲存/釋放和輸入/輸出[9]。許多細胞通過改變細胞的不穩定鐵水平以改變細胞對鐵死亡的敏感性。轉鐵蛋白及其受體共同作用,通過將鐵輸入細胞來促進鐵死亡[10]。相反,增強細胞鐵的輸出可提高細胞對鐵死亡的抵抗力[11]。鐵蛋白及其自噬降解也可調節Fe2+中毒[12]。此外,血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)通過降解血紅素從而釋放血紅素鐵也與鐵死亡有關[13]。

1.4 鐵死亡介導的腸黏膜屏障損傷與潰瘍性結腸炎的關系研究表明,過量的鐵加重了腸道炎癥[14]。人群的高膳食鐵攝入量促進了UC的發展[15]。UC患者黏膜活性氧的增加與疾病活動度呈正比,且已知鐵螯合劑可減少活性氧生成,并改善IBD的結腸癥狀[16]。綜上所述,這些發現表明IBD與鐵死亡之間可能存在關系,其中腸道中過量的鐵離子通過芬頓反應產生活性氧,從而引發氧化應激。脂質過氧化作用程序性地出現,并誘導鐵死亡。由此,腸上皮細胞被破壞,腸黏膜屏障的損傷導致IBD[17]。臨床UC患者和小鼠實驗性結腸炎均與鐵死亡有關,鐵死亡相關基因顯著下調和上調[18]。在葡聚糖硫酸鈉誘導的小鼠結腸炎中,給予鐵蛋白沉著抑制劑,包括Fer-1、Lip-1和DFO,可降低疾病活動性評分并抑制結腸縮短[19]。在IBD中,GPX4在調節鐵死亡過程中也有重要作用,這與鐵死亡機制一致。仙茅苷(CUR)是一種具有抗氧化和抗炎特性的植物成分,可通過促進GPX4防止UC中的鐵死亡[20]。CUR增加了IEC-6大鼠腸上皮細胞系中的硒敏感性,并提高了GPX4表達水平,而GPX4沉默抑制了CUR對鐵缺乏IEC-6細胞中的細胞死亡和氧化應激指標的保護作用[20]。研究表明,在小腸上皮細胞缺乏GPX4等位基因的小鼠中,富含多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)的飲食可引發腸道炎癥,其組織學特征類似于炎癥性腸病[21]。PUFA攝取、GPX4活性和腸道炎癥之間的聯系進一步為炎癥性腸病的發病機制提供了證據。

綜上所述,UC病位在大腸,大腸屬于腑,大腸的功能是傳化糟粕。大腸不宜“滿”,可以理解為大腸不宜儲存過量的鐵,否則,過量的鐵會導致鐵死亡,進而誘發潰瘍性結腸炎。

2 從“六腑實而不滿”闡述脂質與潰瘍性結腸炎的相關性

2.1 脂質可以作為精微物質人體內的脂質主要由脂肪和類脂組成,機體內的多個組織都含有脂肪,它能夠儲存能量、提供能量、產生熱量以及保護機體。脂肪的成分之一是三酰甘油,是人體主要的能量來源;而類脂是細胞膜結構的基本原料。膽固醇屬于類脂,常與不飽和脂肪酸結合成膽固醇酯,在體內轉化成其他有活性的類固醇化合物,如膽汁酸、維生素等。因此,脂質對人體有顯著意義,可以理解為一種精微物質。

2.2 脂質過氧化在鐵死亡中的作用鐵死亡是由鐵依賴性磷脂(PL)過氧化作用驅動的死亡過程[22]。從概念上講,鐵死亡可以被認為是細胞代謝的副產品:氧和鐵是代謝的基本驅動因素,導致作為不可避免的副產物的活性物質(活性氧)產生;如果不能有效地中和一類特定的活性氧,即磷脂過氧化物(PLOOH),并因此積累而破壞質膜完整性,則細胞將會發生鐵死亡。在細胞中,PL過氧化的底物是在sn2位置上,是含有多不飽和脂肪酰基(PUFA)鏈的PL;在生物活性鐵存在下,PUFA-PLs可通過酶促和非酶促脂質過氧化反應轉化為PLOOH。

2.3 脂質受精密調控由于所有哺乳動物細胞均含有一定水平的PUFA-PL和生物活性鐵,因此,需要建立特定的監測或保護機制,以防止不必要的鐵死亡。典型的監視機制是由GPX4介導的,GPX4是已知催化磷脂氫過氧化物還原成磷脂醇的唯一哺乳動物酶[23];也有GPX4非依賴性機制可以減輕鐵死亡。如鐵死亡抑制蛋白1(ferroptosis-suppressor-protein 1,FSP1)、GTP依賴的環水解酶1(GTP cyclohydrolase 1,GCH1)和二氫乳清酸脫氫酶(dihydroorotate dehydrogenase,DHODH)產生具有自由基捕獲活性的代謝物,可終止芬頓自由基鏈式反應,防止脂質過氧化反應的放大[24-25]。

綜上所述,筆者認為,潰瘍性結腸炎病位在大腸,大腸屬于腑,大腸的功能是傳化糟粕。大腸不宜“滿”,可以理解為大腸不宜儲存過量的脂質,否則,過量的脂質過氧化物會導致鐵死亡,進而誘發潰瘍性結腸炎。

3 不“滿”狀態下的陰陽相互制約

鐵元素的死亡調控機制呈現了陰陽之間相互制衡的狀態。陰陽是自然界中互相依存、對立統一的屬性。這一概念在中醫理論中被運用于認識人體生理功能和診治疾病。只有保持人體內部的陰陽平衡——“陰平陽秘”,才能確保身體健康和正常的生命活動,而陰陽失衡則是導致機體疾病和鐵死亡的重要病機之一。當身體受到嚴重損傷時,陰陽平衡被破壞,超出了機體本身的調節能力,從而引發疾病。

3.1 胱氨酸/谷氨酸反向轉運蛋白系統(cystine/glutamate antiporter system X-,system Xc-)-GSH-GPX4調節軸system Xc-是氨基酸反向轉運體,介導胱氨酸轉入和谷氨酸轉出[26]。細胞內的胱氨酸進行轉化形成半胱氨酸(cysteine,Cys),然后參與合成GSH。GSH是用于還原GPX4的化合物,是GPX4發揮抗氧化作用必需的輔助因子。實驗表明,抑制GSH合成可以誘發鐵死亡[27]。GPX4是GPX家族中的一員,在GSH的輔助下,GPX4可以將有毒性的脂質過氧化物(L-OOH) 轉換為無毒性的類脂醇,從而阻止來源于L-OOH的鐵依賴性高反應性脂質烷氧基的生成[28]。維持細胞內脂質穩態的關鍵在于GPX4的活性。當GPX4失活或沉默GPX4表達相關基因時,脂質活性氧的積累會增加,最終導致鐵死亡的發生。system Xc--GSH-GPX4軸可以看作是陰的一面,以其抑制脂質過氧化,陰陽才能平衡,脂質不至“過滿”。

3.2 FSP1-CoQ調節軸作為一種非特異性的DNA結合蛋白,FSP1是輔酶Q10(coenzyme Q10,CoQ10)的氧化還原酶,其N末端經過肉豆蔻酰化脂質修飾。這種修飾可以幫助FSP1靶向到質膜上,從而介導還原型輔酶1(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)依賴的CoQ還原過程,抑制CoQ10的活性[29-31]。這種作用方式與GSH-GPX4途徑相似,最終通過抑制雙微體同源基因2(murine double minute 2,MDM2)、MDM4蛋白(murine double minute 4,MDMX)的作用,抑制磷脂過氧化和鐵死亡[32-33]。FSP1-CoQ調節軸可以看作是陰的一面,可以抑制脂質過氧化,陰陽相互制約,鐵和脂質才不會“過滿”,鐵死亡才不至于發生。

3.3 鐵死亡調節軸是陰陽對立制約的具體體現由上述可知,鐵死亡腸道微環境的陰陽屬性與脂質過氧化的積累和氨基酸調節軸密切相關。根據陰陽屬性分類,其中具有促進生長、增殖作用的促進脂質過氧化積累的物質,屬于“陽”,其過表達則使機體向陽性狀態發展,加重UC炎癥;鐵死亡調節軸與之相反,具有抑制脂質過氧化物質及毒性物質積累的作用,屬于“陰”,其增多則走向陰性結局,緩解鐵死亡造成的UC炎癥。

在由鐵和脂質的“過滿”引發的鐵死亡中,脂質過氧化物的堆積特點是偏重蓄積和侵襲,屬于陽,可加重或促進腸道上皮細胞的損傷。隨著病情進一步加重,可通過“炎癌轉化”發生結腸癌變等其他病變,即中醫整體屬性。鐵死亡調節軸屬于陰,主要作用在于預防和減輕炎癥,同時參與機體的免疫防御。保持機體陰陽平衡是陰陽兩種功能相互制約的結果,這樣機體才能得到有序調控,以保障各項生命活動。保持陰陽的動態平衡,達到陰平陽秘,是預防和治療UC的有效措施,可以避免腸道精氣過度積聚。

4 過“滿”生濁毒

當鐵和脂質過氧化物超載,精氣“過滿”,發生鐵死亡,誘發潰瘍性結腸炎,釀生濁毒,表現為腹痛、腹瀉、黏液膿血便等癥狀。

4.1 毒《素問·陰陽應象大論》云:“清陽出上竅,濁陰出下竅;清陽發腠理,濁陰走五臟;清陽實四肢,濁陰歸六腑?！毙靷コ萚34]認為,《黃帝內經》對“濁”的認識,包括“生理濁”和“病理濁”。“生理濁”包括水谷精微的濃濁部分和排泄的污濁之物;“病理濁”包括濕重之邪、便濁、精濁、濕溫之邪、瘀血等。廣義上毒是指對機體產生毒害作用的各種致病物質。

4.2 濁毒與潰瘍性結腸炎韓捷認為,飲食不節,情志不暢,過度勞累,外感六淫等因素可誘UC的發病,病機概括為濕熱內蘊、脾虛濕熱和脾腎虧虛[35]。李博林等[36]認為,UC無論是在發作期還是緩解期,都存在腸黏膜慢性持續性炎癥,甚至可能會導致潰瘍形成。而濁毒則是炎癥持續存在和潰瘍形成的關鍵因素和啟動因子。因此,濁毒是潰瘍性結腸炎的病因病機,貫穿疾病的全過程。劉啟泉等[37]認為,濁毒致病具有三易、四性的特征,三易是指易耗氣傷血、入血入絡,易阻礙氣機、膠滯難解,易積成形、敗壞臟腑;四性則指遷延性、難治性、頑固性、內損性。國醫大師李佃貴則提出將潰瘍性結腸炎的臨床分型分為4種證型:脾虛氣滯證、濁毒內蘊證、濁毒傷陰證、濁毒阻絡證[38]。

4.3 濁毒參與潰瘍性結腸炎中鐵死亡的發生,體現大腸“實而不能滿”

4.3.1 由“生理濁”到“濁毒”對應鐵和脂質的累積濁毒總體包括天之濁毒、地之濁毒、人之濁毒3種[39],既可由表侵入,亦可由內而生。飲食不節(潔)影響脾胃運化功能,脾失運化,胃失受納,脾不升清,胃不降濁,故而積濕為濁,濁邪內蘊,壅居經絡,氣機不暢,郁久化熱,熱蘊成毒生成濁毒[40]。人體從食物中攝入并運化的鐵和脂質可以看作水谷精微的濃濁部分,即“生理濁”。鐵和脂質過載時,“生理濁”達到一個過“滿”的狀態,即可轉變為“病理濁”,發生Fe2+參與的芬頓反應和脂質過氧化物等毒物的堆積,進而從濁釀生毒,體現了濁毒轉化的過程。

4.3.2 濁毒的致病特點與鐵死亡趨于一致從“生理濁”到“病理濁”再到“毒”體現了濁毒的進展性和雙面性。一方面,“生理濁”屬于正常的體內物質和代謝產物,參與人體的新陳代謝;另一方面,當精微物質“過滿”,則呈現“太過”的狀態,轉化為“病理濁”和“毒”,導致疾病的發生。鐵死亡同樣具有雙面性,在某些疾病中發生鐵死亡(如腫瘤),可清除病理狀態細胞(癌細胞),相當于“生理濁”,有助于機體恢復/維持正常生理狀態;在某些疾病中發生鐵死亡(如潰瘍性結腸炎),則相當于“病理濁”和“毒”,會誘導或加重疾病的進程[41]。

4.3.3 濁毒的疾病譜與鐵死亡的疾病譜相似濁毒蘊結體內,致病廣泛,涉及中醫臟腑、經絡等多個系統的多種疾病,是神經系統、消化系統等疾病的常見病機[42]。鐵死亡的調控機制極為復雜,涉及多種途徑,目前尚未明確,認為與腫瘤、心腦血管疾病、神經退行性疾病、呼吸系統疾病密切相關[43],似濁毒之邪的致病特點。

4.3.4 鐵代謝、脂質代謝與濁毒鐵元素的吸收過程主要發生在小腸內,而鐵蛋白的存儲則離不開肝臟、脾臟等內臟器官[44]。鐵代謝紊亂是鐵死亡發生的重要環節,從中醫學角度來看,鐵代謝離不開“脾胃之運化”,而濁毒證病變之中心多在脾胃。此外,濁邪易困脾土,阻遏氣機,而脾胃是人體氣機升降之樞紐。脾主運化水谷精微,脾胃功能失調,運化無力,日久水谷堆積而成膏脂。因此,盡管“濁毒”“鐵死亡”所屬醫學體系不同,但在諸多方面有著相關性,體現了大腸的“實而不能滿”。

4.3.5 濕熱蘊久成濁毒此外,濁毒與濕熱密切相關。濁毒既是一種病理產物,又是一種致病因素,濕之甚成濁,熱之甚成毒,濕熱蘊結日久化生濁毒[45]。研究表明,腸道濕熱病機與鐵死亡密切相關[44],而濁毒可由濕熱蘊久而成,因此從側面反映了濁毒和鐵死亡有著廣泛聯系。

濁毒學說是一門新興的中醫學理論。鐵死亡是21世紀新發現的獨特的細胞死亡方式,將濁毒學說和鐵死亡聯系,體現了以天人合一、辨證論治的中醫整體思維方式探究當代細胞微生態及人類自身飲食和生活方式的改變對人體健康的影響,具有深刻的內涵和廣泛的外延。濁毒參與UC中鐵死亡的發生,從全新的角度體現了大腸“實而不能滿”的生理特點,從側面和微觀角度印證了2 000多年前《黃帝內經》的理論,豐富了《黃帝內經》的理論內涵。

5 結語

UC是一種難以治愈的疾病,其病程漫長,治療難度大,容易反復發作,且存在癌變的風險,因此被世界衛生組織列為難治性疾病之一。

目前,鐵死亡在消化系統疾病中的作用已受到學者的廣泛關注,但其調控 UC的相關病理機制研究較少。鐵死亡過程復雜,涉及多種轉錄因子、信號通路等[46],鐵死亡如何造成細胞損傷的具體機制尚未闡明;同時,中醫藥基于調控鐵死亡干預UC的研究較少。大腸屬腑,有著“實而不能滿”的特點,本文從大腸“實而不滿”的特點入手,將經典與當代前沿鐵死亡相結合,闡述了大腸為何應實而不應滿,大腸精氣“不滿”的原因和“過滿”的后果,以期從鐵死亡的角度進一步豐富基礎理論和濁毒理論的科學內涵,為臨床提供新的指導思想。