基于“瘀毒”理论与线粒体自噬探讨心肌缺血再灌注损伤病因病机*

王洁,龙霖梓,曲华,2,谭令,李洪峥,3,杨文文,付长庚,2

1.中国中医科学院西苑医院,北京 100091; 2.国家中医心血管病临床医学研究中心,北京 100091;3.北京中医药大学,北京 100105

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)是一种严重的心血管疾病,威胁着人类健康。快速恢复心肌血流的再灌注疗法是目前减少缺血性损伤和限制梗死面积最有效的治疗方法。然而,缺血/再灌注(ischemia reperfusion,I/R)可引起额外的心肌损伤,占最终心肌损伤面积的一半,从而抵消了血运重建的临床获益[1-2]。再灌注损伤主要有4种表现形式:再灌注心律失常、心肌顿抑、微血管阻塞、致死性心肌再灌注损伤[3]。心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia-reperfusion injury,MIRI)的病理生理机制为:代谢改变、钙超负荷、氧自由基的产生、炎症反应、内皮功能障碍、免疫应答、线粒体功能障碍、心肌细胞凋亡以及自噬和血小板聚集[4-5]。最近研究表明,线粒体功能障碍和线粒体质量控制紊乱已成为缺血再灌注损伤的关键机制[6-7]。多项研究表明调控线粒体自噬,可减轻氧化应激和血管内皮损伤,减少心肌细胞的凋亡,进而改善心肌缺血再灌注损伤[8-11]。

国医大师陈可冀院士提出“瘀毒致变”假说,认为“瘀”“毒”是冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称“冠心病”)的病因病机[12-14]。从中医理论角度看,线粒体自噬障碍产生的病理产物和临床结局与脏腑功能失调下“瘀毒”的病机理论有异曲同工之妙。因此,本文探讨线粒体自噬失调与“瘀毒”的关系和病机演变规律,以期从线粒体自噬的视角诠释“瘀毒致变”理论的现代科学内涵,为MIRI的临床治疗提供参考。

1 “瘀毒”是MIRI的关键

1.1 瘀毒理论的提出中医学认为“血瘀”是冠心病的重要证候和核心病机,临床上常采用活血化瘀的药物治疗冠心病,临床疗效有明显提高。然而,随着现代医学的发展,对冠心病的发生发展有了进一步的认识,“血瘀”较难解释冠心病PCI、冠脉搭桥术后出现心肌损伤的情况,甚至有些患者出现了心律失常、死亡。因此,冠心病的病因病机需要更深刻地探讨。国医大师陈可冀团队根据多年的临床和基础研究,总结出“瘀毒致变”是冠心病的核心病因病机,认为其是引发心血管急性事件的关键病机[14]。

1.2 瘀是MIRI之渐中医学尚无“缺血再灌注损伤”这一病名,根据其临床表现,将其归为“胸痹心痛”“真心痛”。中医学认为“瘀”贯穿冠心病发展的始终[12]。“瘀”是指血液质地或循行发生异常改变导致的病理结果。MIRI分为心肌缺血和再灌注引起损伤的两个阶段。心肌缺血期和再灌注期的“瘀”不尽相同。心肌缺血期的瘀主要有二:心气不足,无以推动血液运行,血液流速变慢,血液黏稠度增加;气虚,则不能固摄血液,血液不循常道,溢出脉外,形成斑块,堵塞血管。再灌注阶段,心脏已经适应了长期心脏缺血的状态,“气”与“血”可以相互配合维持心脏正常的活动,血管堵塞骤然解除,大量血液冲击血管到达心肌,超越了心脏所能承受的负荷,大量耗损心气,导致血有余而气不足,营养心肌之血变为病理产物,产生瘀血。

1.3 毒为MIRI之变《金匮要略》云:“毒者,邪气蕴蓄不解之谓。”王永炎院士认为,脏腑功能失调导致体内病理产物的出现,再由于体内气机不利,病理产物无法及时排出,在体内过多积聚,从而导致邪气亢盛、形体败坏,化为毒邪[15]。因此,从瘀到毒是一个量变到质变的过程,在质变未发生之前,毒常以“潜毒”的形式存在[16]。

毒的主要特征为:酷烈性、暴戾性、损害性[17]。MIRI患者临床症状较重,甚至造成死亡,与“毒”的特性相吻合。在MIRI的发生发展过程中,毒可分为内毒和外毒。外毒主要是指,在心肌急性缺血期间,通过PCI、冠脉搭桥等方式恢复血液灌注,引起线粒体自噬失调被机体视为“外毒”。内毒是在机体代谢过程中产生的,当机体的脏腑功能正常,可以依靠脏腑的生理功能将内毒排出体外,当内毒产生过多,或者机体脏腑功能失调,无法排出内毒,积聚于体内,扰乱机体正常运作的秩序,耗伤心气心阳。从现代医学角度来看,线粒体自噬失调引起的氧化应激、血管内皮损伤、炎症反应等病理变化,均可视为“内毒”的范畴[18]。

2 线粒体自噬与MIRI发生的关系

线粒体占心肌细胞体积的30%左右,通过产生ATP维持心脏的功能[19]。线粒体功能失调或受损可导致严重的后果,如ATP生成不足、Ca2+超载、细胞凋亡增加、自噬机制受损、血管内皮损伤,甚至会引起细胞死亡[20-22]。因此,线粒体的质量和数量对于维持心脏细胞功能尤为关键。线粒体自噬是选择性地降解受损线粒体的过程,对线粒体的质量控制发挥了核心作用[6]。线粒体自噬缺陷可导致衰老或受损的线粒体积聚,从而产生大量的活性氧(reactive oxygen species,ROS),进一步诱导更多的线粒体衰老,甚至损伤。而过度的线粒体自噬会导致线粒体过多的丢失,影响心肌细胞的能量供应。因此,线粒体自噬功能失调加剧了线粒体功能障碍,从而引起MIRI的发生。

2.1 线粒体自噬失调促进ROS生成线粒体电子传递链是真核生物ROS的主要来源[23],因此线粒体自噬与ROS的产生密切相关。此外ROS与Ca2+超载、炎症损伤等有密切联系,且可协同作用导致心肌细胞不可逆损伤[24]。因此,ROS暴发是缺血再灌注损伤的关键原因[25-26]。在生理情况下,线粒体自噬可以选择性地清除损伤的线粒体,抑制损伤的线粒体在心肌细胞内蓄积,从而减少ROS的过度生成。然而,当线粒体自噬功能障碍,大量受损的线粒体不能被有效清除,且ROS释放污染健康的线粒体,不仅会导致细胞或组织的直接急性损伤,而且还会激活 NLRP3 募集促炎蛋白酶,促进成熟细胞因子释放,最终引发长期炎症反应[20,27-28]。有研究显示,增加线粒体自噬可抑制线粒体相关危险因子的释放,减轻心肌细胞中性粒细胞浸润,减轻心肌炎症反应。因此,通过激活线粒体自噬减轻炎症反应是中医药减轻缺血再灌注损伤的重要思路。

2.2 线粒体自噬失调促进心肌细胞凋亡过度的线粒体自噬会清除过多的线粒体,可能会急剧减少线粒体的数量和细胞能量的产生,促使氧化应激、ROS产生和心肌细胞凋亡,最终导致心功能障碍[29-32]。有研究证实,在再灌注期间,过度的线粒体自噬可促进心肌细胞凋亡,抑制线粒体自噬可缓解MIRI[33]。然而线粒体自噬不足导致受损线粒体无法及时有效清除,功能缺陷的线粒体数量增加,会产生大量的ROS,超过机体的抗氧化系统,导致线粒体通透性过渡孔(mitochondrial permeablity transition pore,mPTP)打开,引起细胞DNA损伤、线粒体脂质过氧化、Ca2+稳态破坏和线粒体膜去极化,最终导致细胞色素C释放,激活细胞凋亡通路诱导细胞死亡,导致线粒体丧失了“发电”的功能,变为心肌细胞凋亡诱导剂[11,34-35]。在心肌缺血期间,线粒体自噬增加,可清除损伤的线粒体引起的一系列“后遗症”,对MIRI是保护作用。在再灌注期间,线粒体自噬过度增加,可启动心肌细胞凋亡,对MIRI有杀伤作用。因此,适度增加线粒体自噬减少心肌细胞凋亡,是中医药减轻缺血再灌注损伤的有效策略。

2.3 线粒体自噬失调加重血管内皮细胞损伤血管内皮损伤可损害内皮的结构和功能,影响心肌细胞之间的物质交换,打破体内许多重要的平衡,破坏细胞功能[36]。因此,血管内皮损伤是MIRI的关键。

线粒体自噬对维持血管内皮细胞的功能非常重要。线粒体自噬通过抑制氧化反应减轻高葡萄糖诱导的微血管内皮细胞损伤。此外,线粒体自噬可以抑制氧化的低密度脂蛋白诱导的内皮细胞凋亡。线粒体自噬还可以减弱氧化应激诱导的线粒体裂变和内皮细胞凋亡[37]。因此,线粒体自噬失调可导致血管内皮细胞功能障碍,进而导致MIRI。调控线粒体自噬可减轻血管内皮细胞损伤,是中医药改善心肌缺血再灌注损伤的重要方法。

3 线粒体自噬与“瘀毒”理论的相关性

“瘀毒”理论是机体阴阳失和,脏腑功能失调的一种病理表现,还蕴含着病机演变的规律,与疾病的病邪、病性、病势、预后转归密切相关。从中医角度看,在MIRI发生发展过程中,线粒体自噬失调导致残损的线粒体积聚,产生了许多损害心肌的物质,导致心肌细胞能量代谢紊乱。这种病理现象是瘀毒之邪在心肌中病理性蓄积的微观体现。因此,通过联系线粒体自噬与“瘀毒”之间的关系探讨中医治疗MIRI的思路,对MIRI的病因病机研究和临床治疗具有重要的学术价值和临床意义。

3.1 线粒体自噬障碍的产物是“瘀毒”的病理体现生理状态下,线粒体自噬能够特异性清除受损的线粒体,避免受损的线粒体释放细胞毒性物质,引起线粒体继发性死亡。当线粒体自噬失调时,损伤的线粒体释放ROS以及促进细胞凋亡的物质,这些病理产物会促进氧化应激诱导血管内皮细胞凋亡,从而成为MIRI发生的病理基础。在MIRI的发生发展过程中,由于脏腑功能失调,机体代谢异常,体内产生的瘀血无法及时清除降解,日久形成瘀毒滞留心脏的病理状态。由此可见,线粒体自噬障碍产生的病理产物与脏腑功能失调产生“瘀毒”的病理状态相类似。因此,线粒体自噬失调产生的病理产物是“瘀毒”在分子层面的微观体现。线粒体自噬失调涉及氧化应激、炎症反应、细胞凋亡、血管内皮损伤等一系列分子机制[38],其与中医“瘀毒”理论的结合是中医药领域探讨的关键。

3.2 线粒体自噬障碍的病理变化与“瘀毒致变”的病机变化相似研究发现,在缺血再灌注损伤的心肌内存在过多损伤的线粒体,其特点为线粒体通透性转换孔的开放,Ca2+、细胞色素C、凋亡诱导因子、ROS的释放[22]。在心肌缺血再灌注损伤过程中,线粒体自噬障碍,残损的线粒体瘀堵在心肌中,当功能障碍的线粒体累计过多,ROS产生过多,凋亡诱导因子释放,导致心肌进一步损伤[39]。陈可冀院士团队提出了“瘀毒致变”假说,认为“因瘀致毒,瘀毒致变”是心血管疾病由稳定变为不稳定的主要病机[14,40]。因此,从微观层面上看,线粒体自噬障碍产生的病理变化与“瘀毒致变”的动态性演变规律不谋而合。因此,将线粒体自噬障碍与“瘀毒致变”的病机规律联系在一起,对阐释“瘀毒致变”在MIRI中的客观性具有重要指导意义。

3.3 线粒体自噬与解毒活血法的关系线粒体自噬是促进心肌细胞内线粒体更新,维持心肌细胞正常氧供的重要生理机制,既能有效缓解损伤线粒体释放的有害物质对细胞的不利作用,也对维持细胞内线粒体稳态具有重要意义。线粒体自噬可以选择性地清除心肌内残损的线粒体,抑制线粒体内ROS引起的氧化应激以及促凋亡因子的释放,并且清除的线粒体可被重新利用生成新的细胞器,为机体提供能量,以维持机体内线粒体、心肌能量的平衡。以“瘀毒致变”理论为指导的解毒活血法可通过清除体内的瘀滞和有害物质,恢复血脉通畅,达到“祛瘀毒生新”“阴平阳秘”的目的。因此,线粒体自噬的调节机制与解毒活血法所蕴含的“祛瘀毒生新”“阴平阳秘”的理论内涵相契合。运用活血解毒法调控线粒体自噬达到减少ROS释放、抑制心肌细胞凋亡、减轻血管内皮细胞损伤进而改善MIRI,具有坚实的理论基础,可能是中西医整合的切入点。

4 线粒体自噬及相关通路是中医药治疗MIRI的新策略

目前,靶向线粒体自噬的相关通路可以改善缺血再灌注损伤。中药治疗MIRI具有多层次、多靶点的特点,与线粒体自噬失调对机体的多层次、多水平影响一致。“瘀毒”理论是对MIRI复杂病机提纲挈领地总结,治疗中以解毒活血法调控线粒体自噬相关基因及蛋白的表达,减轻炎症反应、氧化应激和血管内皮细胞损伤,从而改善MIRI,最终恢复机体“阴平阳秘”的状态。

现代研究表明,具有活血化瘀解毒的方药能够调控线粒体自噬的相关指标,发挥改善MIRI的作用。具有活血作用的丹参有效成分——丹酚酸B可通过激活Pink1-Parkin通路介导的线粒体自噬,减少细胞内ROS的产生,增加线粒体膜电位调节线粒体自噬相关蛋白表达,抑制NLRP3炎症小体活化,减轻MIRI[41]。实验研究显示,川芎嗪可通过JAK2-STAT3通路抑制线粒体膜电位降低,减轻氧化应激,抑制线粒体自噬,改善MIRI[42]。灯盏花素可以通过调控PI3K/AKT/mTOR信号通路减少自噬相关蛋白LC3-II/LC3-I、Beclin1的表达抑制线粒体自噬,改善MIRI[43]。三七总皂苷可通过PINK1-Parkin通路减少活性氧的产生,抑制线粒体自噬,维持线粒体的形态和结构,改善MIRI[44]。清心解瘀颗粒可降低线粒体活性氧水平,维持线粒体膜电位稳定,增加线粒体自噬相关蛋白,调控线粒体自噬[45]。活血化瘀的代表方——血府逐瘀汤可调控线粒体自噬水平,保护心肌细胞,减轻缺血再灌注损伤[46]。体外研究证实双参宁心胶囊可抑制FUNDC1介导的线粒体自噬,改善细胞能量代谢,减轻MIRI[47]。实验研究发现具有解毒作用的黄连提取物——小檗碱通过激活PINK1/Parkin/P62/LC3B通路促进线粒体自噬,减少异常自噬,缓解MIRI[48]。鉴于线粒体功能障碍主要通过影响ROS导致的氧化应激、心肌细胞凋亡、内皮细胞损伤促进心肌缺血再灌注损伤的发生发展,且许多中药及其复合物具有减轻氧化应激和血管内皮细胞损伤、抑制心肌细胞凋亡的作用。因此,随着中医药在线粒体自噬方面研究的不断深入,寻找和筛选能够调控线粒体自噬的中药和化合物,并揭示其改善MIRI的作用机制将是中医药领域的最新热点,并具有广阔的前景。

5 结语

本文通过线粒体自噬的病理生理过程与瘀毒理论的内在关联性进行深入剖析和总结,为线粒体自噬与“瘀毒”理论在缺血再灌注损伤中的相关性假说提供理论依据,为进一步阐释“瘀毒”在MIRI中的中医理论内涵提供新的思路。因此,针对中医的“瘀毒”与线粒体自噬的相关性,今后应开展更多的基础和临床研究,不断深入剖析,并在中医“瘀毒”理论的指导下,进一步探索改善线粒体自噬的中药,为中医药治疗缺血再灌注损伤提供有效的策略。