从大肠“实而不满”分析铁死亡对溃疡性结肠炎的意义*

程祎睿,刘紫薇,王艺灿,周金业,张浩锋,才艳茹,杜姚,贾雪梅,杨倩,3,4

1.河北中医药大学,河北 石家庄 050200; 2.河北中医药大学第一附属医院/河北省中医院,河北 石家庄 050011; 3.河北省浊毒证重点实验室,河北 石家庄 050011; 4.河北省中西医结合胃肠病研究重点实验室,河北 石家庄 050011

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种长期的非特异性大肠炎症性疾病,其特点是结肠黏膜的持续性、弥漫性炎症,其病因目前仍不明确,病变部位主要累及黏膜和黏膜下层,为炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)范畴,属中医“休息痢”“久痢”和“泄泻”等范畴[1]。

2012年,Dixon等[2]提出铁死亡这一概念,指出铁死亡是一种在形态学、生化和遗传学上不同于自噬、凋亡等形式的细胞死亡方式。铁死亡与活性氧的积累关系密切,发生在线粒体、内质网和溶酶体中,其发生的标志是脂质过氧化物的积累[3]。Fe2+参与芬顿反应,产物是脂质过氧化物[4]。脂质过氧化物通过破坏细胞膜导致细胞死亡。铁代谢、脂质代谢和谷胱甘肽(glutathione,GSH)/谷胱甘肽过氧化酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)的耗竭等是铁死亡发生的作用机制[5]。铁死亡主要表现为线粒体体积减小,双层膜密度增加,线粒体嵴减少或消失,但细胞膜保持完整,细胞核大小正常,染色质无浓集。

“六腑实而不满”出自《素问·五脏别论》,原文如下:“所谓五藏者,藏精气而不泻也,故满而不能实。六腑者,传化物而不藏,故实而不能满也。所以然者,水谷入口,则胃实而肠虚;食下,则肠实而胃虚。故曰实而不满,满而不实也。”这段话阐述了脏和腑各自的生理功能和特点,即:脏主藏精气,精气是维持和推动人体生命活动的物质,故不宜泻;腑主传化,人体摄入水谷,经过运化、吸收,水谷中的精微被提取,留下的物质称为糟粕。糟粕久积对人体能有弊,故糟粕不能久积,宜及时排出。脏和腑需要相互配合才能维持人体的正常生命活动。有腑的传化,脏才得以及时吸收精气;有脏提供精气,腑才能发挥传化的功能。然而,“实”和“满”是相对的概念,不能理解为绝对的实和绝对的满。腑需要适当的“实”,比如肠道属于腑,肠道中暂时存有糟粕,肠道规律地蠕动,使糟粕排出成为粪便,此属肠道的正常功能。但如果腑太“实”,比如肠梗阻时,糟粕壅滞肠道,形成便秘症状,会使肠道积粪、积气,会对人体造成严重影响。脏需要适当的“满”,比如脾属脏,《素问·经脉别论》云:“饮入于胃,游溢精气,上输于脾,脾气散精,上归于肺;通调水道,下输膀胱;水精四布,五经并行。”精气上输于脾,脾才能主运化、升清、统摄血液。但如果脏太“满”,比如人的营养过剩,脾运化不及,会导致脾虚,形成肥胖、纳差等不良影响。六腑实而不满,不是指六腑不吸收精气,只是在强调六腑的本职是传化而非藏精气。

1 从“六腑实而不满”阐述铁与溃疡性结肠炎的相关性

1.1 铁可以作为精微物质人从食物中摄取铁,铁是一种微量元素,每日有大约25 μg的铁被骨髓红细胞吸收,以维持每日制造2 000亿个新的红细胞的生理需求[6]。铁元素主要被骨髓中的红细胞吸收,进入线粒体后用于合成血红素,血红素随后结合到血红蛋白中,成为氧的运输工具[7]。这对应了《素问·经脉别论》中血的生成:“食气入胃,浊气归心,淫精于脉。”可见,铁元素可以作为一种精微物质被人体吸收后发挥作用。

1.2 铁在铁死亡中的作用铁死亡依赖铁的参与,这表现在两个方面:第一,磷脂过氧化是铁死亡的关键步骤,而涉及磷脂过氧化的脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)和细胞色素P450氧化还原酶(cytochrome P450 oxidoreductase,POR)需要被铁催化,并且铁对于涉及细胞活性氧产生的代谢酶也是必需的;第二,非酶促、铁依赖性芬顿链式反应对于铁死亡可能是必需的,当GPX4被抑制时,磷脂过氧化物(phospholipid hydroperoxides,PLOOH)可以持续更长时间,启动芬顿反应以快速扩增PLOOH,这是亚铁中毒的标志。PLOOH可与Fe2+和Fe3+反应,分别产生自由基PLO·和PLOO·,这些自由基与多不饱和脂肪酸的磷脂(polyunsaturated fatty acid-PLs,PUFA-PLs)反应,进一步促进PLOOH的产生[8]。

1.3 铁受精密调控由于铁在细胞的存活和死亡中起到核心作用,细胞铁稳态处于精细控制之下,主要是通过铁调节蛋白IRP 1和IRP 2控制的转录后网络来调节细胞内铁的储存/释放和输入/输出[9]。许多细胞通过改变细胞的不稳定铁水平以改变细胞对铁死亡的敏感性。转铁蛋白及其受体共同作用,通过将铁输入细胞来促进铁死亡[10]。相反,增强细胞铁的输出可提高细胞对铁死亡的抵抗力[11]。铁蛋白及其自噬降解也可调节Fe2+中毒[12]。此外,血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)通过降解血红素从而释放血红素铁也与铁死亡有关[13]。

1.4 铁死亡介导的肠黏膜屏障损伤与溃疡性结肠炎的关系研究表明,过量的铁加重了肠道炎症[14]。人群的高膳食铁摄入量促进了UC的发展[15]。UC患者黏膜活性氧的增加与疾病活动度呈正比,且已知铁螯合剂可减少活性氧生成,并改善IBD的结肠症状[16]。综上所述,这些发现表明IBD与铁死亡之间可能存在关系,其中肠道中过量的铁离子通过芬顿反应产生活性氧,从而引发氧化应激。脂质过氧化作用程序性地出现,并诱导铁死亡。由此,肠上皮细胞被破坏,肠黏膜屏障的损伤导致IBD[17]。临床UC患者和小鼠实验性结肠炎均与铁死亡有关,铁死亡相关基因显著下调和上调[18]。在葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎中,给予铁蛋白沉着抑制剂,包括Fer-1、Lip-1和DFO,可降低疾病活动性评分并抑制结肠缩短[19]。在IBD中,GPX4在调节铁死亡过程中也有重要作用,这与铁死亡机制一致。仙茅苷(CUR)是一种具有抗氧化和抗炎特性的植物成分,可通过促进GPX4防止UC中的铁死亡[20]。CUR增加了IEC-6大鼠肠上皮细胞系中的硒敏感性,并提高了GPX4表达水平,而GPX4沉默抑制了CUR对铁缺乏IEC-6细胞中的细胞死亡和氧化应激指标的保护作用[20]。研究表明,在小肠上皮细胞缺乏GPX4等位基因的小鼠中,富含多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)的饮食可引发肠道炎症,其组织学特征类似于炎症性肠病[21]。PUFA摄取、GPX4活性和肠道炎症之间的联系进一步为炎症性肠病的发病机制提供了证据。

综上所述,UC病位在大肠,大肠属于腑,大肠的功能是传化糟粕。大肠不宜“满”,可以理解为大肠不宜储存过量的铁,否则,过量的铁会导致铁死亡,进而诱发溃疡性结肠炎。

2 从“六腑实而不满”阐述脂质与溃疡性结肠炎的相关性

2.1 脂质可以作为精微物质人体内的脂质主要由脂肪和类脂组成,机体内的多个组织都含有脂肪,它能够储存能量、提供能量、产生热量以及保护机体。脂肪的成分之一是三酰甘油,是人体主要的能量来源;而类脂是细胞膜结构的基本原料。胆固醇属于类脂,常与不饱和脂肪酸结合成胆固醇酯,在体内转化成其他有活性的类固醇化合物,如胆汁酸、维生素等。因此,脂质对人体有显著意义,可以理解为一种精微物质。

2.2 脂质过氧化在铁死亡中的作用铁死亡是由铁依赖性磷脂(PL)过氧化作用驱动的死亡过程[22]。从概念上讲,铁死亡可以被认为是细胞代谢的副产品:氧和铁是代谢的基本驱动因素,导致作为不可避免的副产物的活性物质(活性氧)产生;如果不能有效地中和一类特定的活性氧,即磷脂过氧化物(PLOOH),并因此积累而破坏质膜完整性,则细胞将会发生铁死亡。在细胞中,PL过氧化的底物是在sn2位置上,是含有多不饱和脂肪酰基(PUFA)链的PL;在生物活性铁存在下,PUFA-PLs可通过酶促和非酶促脂质过氧化反应转化为PLOOH。

2.3 脂质受精密调控由于所有哺乳动物细胞均含有一定水平的PUFA-PL和生物活性铁,因此,需要建立特定的监测或保护机制,以防止不必要的铁死亡。典型的监视机制是由GPX4介导的,GPX4是已知催化磷脂氢过氧化物还原成磷脂醇的唯一哺乳动物酶[23];也有GPX4非依赖性机制可以减轻铁死亡。如铁死亡抑制蛋白1(ferroptosis-suppressor-protein 1,FSP1)、GTP依赖的环水解酶1(GTP cyclohydrolase 1,GCH1)和二氢乳清酸脱氢酶(dihydroorotate dehydrogenase,DHODH)产生具有自由基捕获活性的代谢物,可终止芬顿自由基链式反应,防止脂质过氧化反应的放大[24-25]。

综上所述,笔者认为,溃疡性结肠炎病位在大肠,大肠属于腑,大肠的功能是传化糟粕。大肠不宜“满”,可以理解为大肠不宜储存过量的脂质,否则,过量的脂质过氧化物会导致铁死亡,进而诱发溃疡性结肠炎。

3 不“满”状态下的阴阳相互制约

铁元素的死亡调控机制呈现了阴阳之间相互制衡的状态。阴阳是自然界中互相依存、对立统一的属性。这一概念在中医理论中被运用于认识人体生理功能和诊治疾病。只有保持人体内部的阴阳平衡——“阴平阳秘”,才能确保身体健康和正常的生命活动,而阴阳失衡则是导致机体疾病和铁死亡的重要病机之一。当身体受到严重损伤时,阴阳平衡被破坏,超出了机体本身的调节能力,从而引发疾病。

3.1 胱氨酸/谷氨酸反向转运蛋白系统(cystine/glutamate antiporter system X-,system Xc-)-GSH-GPX4调节轴system Xc-是氨基酸反向转运体,介导胱氨酸转入和谷氨酸转出[26]。细胞内的胱氨酸进行转化形成半胱氨酸(cysteine,Cys),然后参与合成GSH。GSH是用于还原GPX4的化合物,是GPX4发挥抗氧化作用必需的辅助因子。实验表明,抑制GSH合成可以诱发铁死亡[27]。GPX4是GPX家族中的一员,在GSH的辅助下,GPX4可以将有毒性的脂质过氧化物(L-OOH) 转换为无毒性的类脂醇,从而阻止来源于L-OOH的铁依赖性高反应性脂质烷氧基的生成[28]。维持细胞内脂质稳态的关键在于GPX4的活性。当GPX4失活或沉默GPX4表达相关基因时,脂质活性氧的积累会增加,最终导致铁死亡的发生。system Xc--GSH-GPX4轴可以看作是阴的一面,以其抑制脂质过氧化,阴阳才能平衡,脂质不至“过满”。

3.2 FSP1-CoQ调节轴作为一种非特异性的DNA结合蛋白,FSP1是辅酶Q10(coenzyme Q10,CoQ10)的氧化还原酶,其N末端经过肉豆蔻酰化脂质修饰。这种修饰可以帮助FSP1靶向到质膜上,从而介导还原型辅酶1(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)依赖的CoQ还原过程,抑制CoQ10的活性[29-31]。这种作用方式与GSH-GPX4途径相似,最终通过抑制双微体同源基因2(murine double minute 2,MDM2)、MDM4蛋白(murine double minute 4,MDMX)的作用,抑制磷脂过氧化和铁死亡[32-33]。FSP1-CoQ调节轴可以看作是阴的一面,可以抑制脂质过氧化,阴阳相互制约,铁和脂质才不会“过满”,铁死亡才不至于发生。

3.3 铁死亡调节轴是阴阳对立制约的具体体现由上述可知,铁死亡肠道微环境的阴阳属性与脂质过氧化的积累和氨基酸调节轴密切相关。根据阴阳属性分类,其中具有促进生长、增殖作用的促进脂质过氧化积累的物质,属于“阳”,其过表达则使机体向阳性状态发展,加重UC炎症;铁死亡调节轴与之相反,具有抑制脂质过氧化物质及毒性物质积累的作用,属于“阴”,其增多则走向阴性结局,缓解铁死亡造成的UC炎症。

在由铁和脂质的“过满”引发的铁死亡中,脂质过氧化物的堆积特点是偏重蓄积和侵袭,属于阳,可加重或促进肠道上皮细胞的损伤。随着病情进一步加重,可通过“炎癌转化”发生结肠癌变等其他病变,即中医整体属性。铁死亡调节轴属于阴,主要作用在于预防和减轻炎症,同时参与机体的免疫防御。保持机体阴阳平衡是阴阳两种功能相互制约的结果,这样机体才能得到有序调控,以保障各项生命活动。保持阴阳的动态平衡,达到阴平阳秘,是预防和治疗UC的有效措施,可以避免肠道精气过度积聚。

4 过“满”生浊毒

当铁和脂质过氧化物超载,精气“过满”,发生铁死亡,诱发溃疡性结肠炎,酿生浊毒,表现为腹痛、腹泻、黏液脓血便等症状。

4.1 毒《素问·阴阳应象大论》云:“清阳出上窍,浊阴出下窍;清阳发腠理,浊阴走五脏;清阳实四肢,浊阴归六腑。”徐伟超等[34]认为,《黄帝内经》对“浊”的认识,包括“生理浊”和“病理浊”。“生理浊”包括水谷精微的浓浊部分和排泄的污浊之物;“病理浊”包括湿重之邪、便浊、精浊、湿温之邪、瘀血等。广义上毒是指对机体产生毒害作用的各种致病物质。

4.2 浊毒与溃疡性结肠炎韩捷认为,饮食不节,情志不畅,过度劳累,外感六淫等因素可诱UC的发病,病机概括为湿热内蕴、脾虚湿热和脾肾亏虚[35]。李博林等[36]认为,UC无论是在发作期还是缓解期,都存在肠黏膜慢性持续性炎症,甚至可能会导致溃疡形成。而浊毒则是炎症持续存在和溃疡形成的关键因素和启动因子。因此,浊毒是溃疡性结肠炎的病因病机,贯穿疾病的全过程。刘启泉等[37]认为,浊毒致病具有三易、四性的特征,三易是指易耗气伤血、入血入络,易阻碍气机、胶滞难解,易积成形、败坏脏腑;四性则指迁延性、难治性、顽固性、内损性。国医大师李佃贵则提出将溃疡性结肠炎的临床分型分为4种证型:脾虚气滞证、浊毒内蕴证、浊毒伤阴证、浊毒阻络证[38]。

4.3 浊毒参与溃疡性结肠炎中铁死亡的发生,体现大肠“实而不能满”

4.3.1 由“生理浊”到“浊毒”对应铁和脂质的累积浊毒总体包括天之浊毒、地之浊毒、人之浊毒3种[39],既可由表侵入,亦可由内而生。饮食不节(洁)影响脾胃运化功能,脾失运化,胃失受纳,脾不升清,胃不降浊,故而积湿为浊,浊邪内蕴,壅居经络,气机不畅,郁久化热,热蕴成毒生成浊毒[40]。人体从食物中摄入并运化的铁和脂质可以看作水谷精微的浓浊部分,即“生理浊”。铁和脂质过载时,“生理浊”达到一个过“满”的状态,即可转变为“病理浊”,发生Fe2+参与的芬顿反应和脂质过氧化物等毒物的堆积,进而从浊酿生毒,体现了浊毒转化的过程。

4.3.2 浊毒的致病特点与铁死亡趋于一致从“生理浊”到“病理浊”再到“毒”体现了浊毒的进展性和双面性。一方面,“生理浊”属于正常的体内物质和代谢产物,参与人体的新陈代谢;另一方面,当精微物质“过满”,则呈现“太过”的状态,转化为“病理浊”和“毒”,导致疾病的发生。铁死亡同样具有双面性,在某些疾病中发生铁死亡(如肿瘤),可清除病理状态细胞(癌细胞),相当于“生理浊”,有助于机体恢复/维持正常生理状态;在某些疾病中发生铁死亡(如溃疡性结肠炎),则相当于“病理浊”和“毒”,会诱导或加重疾病的进程[41]。

4.3.3 浊毒的疾病谱与铁死亡的疾病谱相似浊毒蕴结体内,致病广泛,涉及中医脏腑、经络等多个系统的多种疾病,是神经系统、消化系统等疾病的常见病机[42]。铁死亡的调控机制极为复杂,涉及多种途径,目前尚未明确,认为与肿瘤、心脑血管疾病、神经退行性疾病、呼吸系统疾病密切相关[43],似浊毒之邪的致病特点。

4.3.4 铁代谢、脂质代谢与浊毒铁元素的吸收过程主要发生在小肠内,而铁蛋白的存储则离不开肝脏、脾脏等内脏器官[44]。铁代谢紊乱是铁死亡发生的重要环节,从中医学角度来看,铁代谢离不开“脾胃之运化”,而浊毒证病变之中心多在脾胃。此外,浊邪易困脾土,阻遏气机,而脾胃是人体气机升降之枢纽。脾主运化水谷精微,脾胃功能失调,运化无力,日久水谷堆积而成膏脂。因此,尽管“浊毒”“铁死亡”所属医学体系不同,但在诸多方面有着相关性,体现了大肠的“实而不能满”。

4.3.5 湿热蕴久成浊毒此外,浊毒与湿热密切相关。浊毒既是一种病理产物,又是一种致病因素,湿之甚成浊,热之甚成毒,湿热蕴结日久化生浊毒[45]。研究表明,肠道湿热病机与铁死亡密切相关[44],而浊毒可由湿热蕴久而成,因此从侧面反映了浊毒和铁死亡有着广泛联系。

浊毒学说是一门新兴的中医学理论。铁死亡是21世纪新发现的独特的细胞死亡方式,将浊毒学说和铁死亡联系,体现了以天人合一、辨证论治的中医整体思维方式探究当代细胞微生态及人类自身饮食和生活方式的改变对人体健康的影响,具有深刻的内涵和广泛的外延。浊毒参与UC中铁死亡的发生,从全新的角度体现了大肠“实而不能满”的生理特点,从侧面和微观角度印证了2 000多年前《黄帝内经》的理论,丰富了《黄帝内经》的理论内涵。

5 结语

UC是一种难以治愈的疾病,其病程漫长,治疗难度大,容易反复发作,且存在癌变的风险,因此被世界卫生组织列为难治性疾病之一。

目前,铁死亡在消化系统疾病中的作用已受到学者的广泛关注,但其调控 UC的相关病理机制研究较少。铁死亡过程复杂,涉及多种转录因子、信号通路等[46],铁死亡如何造成细胞损伤的具体机制尚未阐明;同时,中医药基于调控铁死亡干预UC的研究较少。大肠属腑,有着“实而不能满”的特点,本文从大肠“实而不满”的特点入手,将经典与当代前沿铁死亡相结合,阐述了大肠为何应实而不应满,大肠精气“不满”的原因和“过满”的后果,以期从铁死亡的角度进一步丰富基础理论和浊毒理论的科学内涵,为临床提供新的指导思想。