基于“正邪理论”探讨自噬在动脉粥样硬化发展中的作用

何义鑫,伍建光

(1. 江西中医药大学临床医学院,江西 南昌 330006;2. 江西中医药大学附属医院,江西 南昌 330006)

动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是导致心脑血管病的病理基础。目前推算心血管病现患病人数3.30亿,病死率仍居首位,且呈现年轻化的趋势[1-2]。自噬是真核生物中一种细胞自我保护的分解代谢机制,越来越多证据表明自噬与AS有着密切关系,如脂噬(脂滴的选择性降解,属于选择性自噬的一种)受损影响三酰甘油、胆固醇等的降解,自噬还可通过抑制炎症和凋亡而起到保护作用,而过高水平的自噬会加速动脉粥样硬化斑块的破裂[3-4]。中医中的“正邪理论”是阐释疾病发生、发展及转归的重要基础理论,与细胞自噬机制有高度的相似性,或许以此为启示为AS的防治提供新的思路。

1 正邪理论略谈

正邪理论源于我国古代朴素唯物论,《侣山堂类辨》云:“有正气,必有邪淫,此天地自然之理也。”从古至今人们都认为正与邪是处于一种相互转化而又对立的层面,犹如太极中的阴阳鱼,对于现代哲学来看这是矛盾的两个方面。《类经》云“气得其和则为正气而生物,犯其变则为邪气而伤物”,《素问·五运行大论》云“五气更主,各有所先,当其位则正”,寓意“正气”是作为“当位”“中和”而言,那么“邪气”便是作为“失位”“偏位”可伤人而言了。如血运行脉中,在其位则可营养周身,如果“不在其位”,溢于脉外,离经之血则为瘀血,变成了邪气。《素问·评热病论》云“邪之所凑,其气必虚”,人体之本为“正气”,虚邪贼风为“邪气”,人体疾病的发生、发展及归化过程实际上就是“正邪交争”的过程。

2 自噬的认识

“自噬”一词源于希腊语“自食”,是一种利用溶酶体作用对自身进行调整修复的过程[5],实际上就是“自我消化、废物再利用”的代谢过程。在哺乳动物体内,根据物质进入溶酶体的途径不同,自噬可分为三类,分别为巨自噬、微自噬、分子伴侣介导自噬。本文讲述以巨自噬(以下均称为自噬)为主,其主要是一种内质网衍生的膜包被(双膜囊泡)一些降解材料如细胞器、蛋白质、过量的糖原等,形成了其特殊标志物自噬体[6],然后运输到溶酶体内降解的过程[7]。自噬在一定的压力条件下可诱导,包括缺氧、营养缺乏或外界刺激等[8],这便是自噬的过程,大致可分为自噬诱导、延伸、自噬体形成、自噬溶酶体形成及内容物降解5个阶段,其中研究发现ATG是自噬的核心基因[9],以上每一步都由特定的ATGs蛋白介导。阶段的具体表达如下:压力条件诱导共同作用于Unc-51样激酶1(ULK1)复合物[由ULK1、ATG13和FAK家族激酶相互作用蛋白(FIP200)形成],之后通过磷酸化Ⅲ类磷脂酰肌醇三磷酸激酶(PI3K)复合物使吞噬泡成核,吞噬泡的延伸是由ATG12-ATG5-ATG16L复合物、Ⅲ类PI3K复合物、微管相关蛋白轻链3(LC3)-Ⅱ[在这个阶段,ATG12-ATG5-ATG16L复合物促进ATG4裂解的LC3/GABARAP(LC3-Ⅰ)与磷脂酰乙醇胺(PE)的偶联形成LC3-Ⅱ,其整合到吞噬泡膜中]和γ-氨基丁酸受体相关蛋白(GABARAP)的ATG8家族蛋白以及ATG9辅助的。最终,扩张的膜包囊降解材料形成一个自噬体,LC3-Ⅱ从这个结构的外膜上分裂。自噬体的外膜与溶酶体的膜融合形成自噬溶酶体,其内容物随后被降解并输出到细胞质中供细胞再利用[8,10-11]。但究其本质,其实是一种细胞的保护机制,且是双向的,过度亦会造成伤害,如破坏细胞结构甚至诱导细胞死亡等,这种机制与人类各种包括心血管、肺、肝、神经、代谢等方面的疾病相关[12],尤其在心血管疾病发展过程中扮演着重要角色[13]。

自噬由相同靶标并且参与着细胞生长代谢途径的雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和AMP激活的蛋白激酶(AMPK)信号通路共同协调[14]。正常情况下,AMPK是受抑制的,而mTOR途径对上游的Ⅰ类PI3K、MAPK等作出反应[5],并且通过mTOR复合物I(mTORCI)作用于ATG13,ATG13被磷酸化,诱导ULK1复合物分解,从而抑制自噬。在细胞应激状态下,mTOR磷酸化受到抑制,使ULK1复合物保持完整并能够启动自噬体形成,启动自噬[15-16];AMPK则通过去磷酸化抑制mTORCI以及磷酸化激活ULK1复合物而启动自噬[17]。再有与吞噬泡形成及自噬体启动重要的途径,细胞应激后Beclin-1的合成和形成VPS34复合物,启动吞噬泡的形成,从而诱导自噬。现研究较多在于PI3K/Akt/mTOR通路与自噬的关系[18]。所以从中也可以知道自噬其实是双向的,一定条件下的自噬是保护机体的作用,不足则会在人体细胞应激情况下不能提供足够的能量,而在过度的情况下导致细胞的死亡[19]。

3 自噬在AS发展中的相关性

AS是一种慢性疾病,脂质代谢异常和炎症的发生都被认为与AS的发病机制有关,动脉的狭窄是由血管平滑肌细胞(VSMC)增殖、脂质的累积、钙化以及动脉腔内斑块积聚引起的炎症所涉及的一系列反应[20],自噬在动脉粥样硬化斑块发展过程中主要表现在各种细胞类型中,如内皮细胞、血管平滑细胞和巨噬细胞[21]。

内皮自噬在血管内皮和AS的生理病理发展过程中扮演重要角色,其通过介导如屏障完整性、血管扩张、白细胞黏附、血小板聚集和血管生成等关键步骤以维持血管稳态。此外,在AS形成过程中,其在活性氧(ROS)的产生、促进NOS的生成、脂质代谢、减少细胞凋亡以及抑制炎症反应等方面也具有重要作用[22]。例如研究显示,miR-214-3p通过直接靶向ATG5的3’UTR调控内皮细胞中含氧低密度脂蛋白(ox-LDL)引发的自噬,参与AS内皮细胞自噬的调节[23];miR-100可以通过抑制mTORC1途径在内皮细胞中起到抗炎作用,而上述也谈及mTORC1本身会抑制自噬的启动[24]。VSMC是动脉管壁上最丰富的一种类型,对血流动力学起到关键的调节作用。在AS发展过程中,有关的脂质种类、细胞因子、生长因子等都可以促进VSMC的自噬。例如,肿瘤坏死因子(TNF)-α是由VSMC和炎性细胞分泌,其可以增加自噬体囊泡的形成以及AS病变中自噬标志物LC3-Ⅱ和Beclin-1的表达[25]。自噬是VSMC表型转换的关键因素,血管损伤后,在血小板源性生长因子(PDGF)等生长因子刺激下,VSMC将其表型从基线收缩状态修改为增殖合成状态。尽管自噬是AS发展过程中的一种保护机制,但是过度自噬却可诱导VSMC的死亡,胶原蛋白合成减少,导致斑块出现不稳定[26]。总的来说VSMC自噬在一定程度上对血管起保护作用的。免疫系统对AS发病机制也有着重要影响,动脉中的巨噬细胞在炎症反应、血管的修复和再生过程中都起着重要作用[27]。在AS斑块形成期间,循环单核细胞进入血管壁的内皮下并转化为巨噬细胞,随后在吞噬oxLDL或其他修饰脂蛋白后变成泡沫细胞,而泡沫细胞就是AS的重要标志,在泡沫细胞形成过程中,自噬上调不仅可以降低细胞内脂滴的积累,还可以通过清除功能失调的线粒体和降低细胞内ROS水平抑制细胞凋亡[28];但是巨噬细胞也可以通过分泌白细胞介素(IL)-1、IL-6和TNF-α等炎症因子加剧炎症反应,诱导VSMC死亡,进而加剧斑块的不稳定性[29]。巨噬细胞自噬还能调节胆固醇的外流、转移、炎症介质的产生,从而参与并影响AS的整个过程,相关研究也证实了AS斑块的巨噬细胞丰富区域检测到自噬相关蛋白ATG16L1的表达;巨噬细胞自噬障碍可以导致AS的恶化[22,30-31]。

4 正邪理论与AS的相关性

中医对于AS的病名基本归于“脉痹”“胸痹”“中风”“血浊”“脉积”等范畴。AS的病因病机在现在看来仍然非常复杂,大多数医家均认为AS基本病机为正虚邪实,属本虚标实之证,本于气血阴阳之不足,标于内外之邪实,整个病程虚实夹杂、互为转化[32]。“正”即“正气”,从人体自身而言,包含着精气血津液的协调运行,“邪”即“邪气”,包括外感六淫、疫疠及内生痰、饮、瘀、毒等。“正邪交争”存在于疾病从发生、发展到归化的整个过程,《灵枢·百病始生》“不得虚,邪不能独伤人”,正气的不足和邪气的强盛都是不可或缺的因素,前者是致病内在原因,后者则是发病的条件。“无正则邪不显”,正邪的交争过程也是自噬维持机体平衡的过程。

正气的作用包括:自我调节,抗邪防病,自我修复。自噬在正常细胞中主要扮演着促进细胞内循环和代谢调节的角色,而在各种生理或病理的刺激(包括饥饿、缺氧、炎症等)下,自噬可以将这些因刺激受损的细胞成分分解代谢,产生ATP以维持当前应激下的自身能量供应,并且能够对自身衰老细胞器进行“清除”,诱导多余细胞的程序性死亡等[33],以维持体内的动态平衡。自噬机制似乎与正气的自我调节、防病、修复功能以及外邪入体刺激人体作用机制高度吻合。内外之邪侵犯人体之时,正气充足而内守,此时人体内细胞接受外界刺激自噬上调,分解代谢自身已损伤细胞器为自身供能,自噬还可通过受体途径如p62、NDP52等蛋白泛素化连接病原体以协助自噬小体将其捕获清除,其还可以促进巨噬细胞从促炎型向抑炎型的转化、未成熟的自然杀伤细胞(iNKs)向成熟NK细胞转化以及B细胞分化[34],在免疫应答中扮演重要角色,正气充足则邪气无所藏匿,体外之邪无所侵犯,体内所产痰浊、瘀血、毒邪等邪气随气血津液协调运行而清除。

AS多见于肥胖及老年患者,与饮食、情志、不良生活方式都有着密切关系,受上述诸多因素影响,患者日久易表现为气血津液不足,正气亏虚,温煦与推动功能异常,五脏失于濡养。《素问·玉机真藏论篇》云:“心受气于脾”,心主血脉,如后天不足,水谷之精不能奉心化赤,气血津液化生无源,则脉道不充,心气不足则血脉推动无力,合则血行瘀滞,“血不利则为水”。肺、脾、肾功能失调则水液停聚而生痰浊,进一步加重气血津液代谢异常。正气愈虚,此时体内细胞自噬不足,免疫功能低下,亦易感邪气,内外合邪为患,邪气入脉络耗伤正气,正邪失调,其无法降解自身已损及衰老细胞器,痰浊、瘀血、湿毒等病理产物积聚体内无法清除。邪是导致各种脉管病的重要因素,如张建平教授认为毒、瘀之邪可引起血小板的增多、血液凝结及血栓形成,从而促进AS的进展[35]。邪气亢盛则易侵犯、阻滞、凝结于脉道,脉道实为气血运行之管道而承气血之濡养,《黄帝内经·灵枢·经脉》中所言:“经脉者,所以能决生死,处百病,调虚实,不可不通”,气血失调则脉道不利而造成血管脆性下降、内皮细胞紊乱、炎症等的发生[36]。内皮细胞、血管平滑肌细胞为满足自身修复及供能,进而造成自噬过度激活,大量降解自身细胞器,能量供给异常,加快了氧化应激、炎症反应及血栓形成的进展。非正常状态下细胞自噬与中医正邪理论在动脉粥样硬化发展中的关系见图1。

5 治 法

中医治法宜循“扶正祛邪”为要,祛邪不伤正,扶正不留邪。缓则治其本,如年老体衰劳倦之人,“扶正”当以补益精气血津液为主,如人参具有补益气血津液的作用,其提取物人参皂苷化合物K具有抗炎及诱导自噬的作用[37],上调自噬,延缓动脉斑块的形成;人参皂苷Rb1可以通过AMPK通路激活巨噬细胞自噬,促进AS脂质斑块的代谢,有益斑块的稳定[38]。黄芪拥有“补气诸药之最”的美誉,李园园等[39]发现黄芪中的代表性活性单体成分黄芪甲苷可上调内皮细胞中自噬相关蛋白LC-3及Beclin-1,诱导内皮细胞自噬,起到内皮保护作用及抗炎作用。温阳扶正之药包括补骨脂及附子等,其中补骨脂提取物甲基补骨脂黄酮能够通过抑制mTOR磷酸化,增加LC-3和Beclin-1蛋白表达,诱导血管平滑肌细胞自噬,抑制细胞的钙化以及凋亡,延缓AS的发展;附子中包含的附子多糖能够升高ox-LDL诱导下血管平滑肌细胞的LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值,自噬上调,抑制ox-LDL而减少泡沫细胞形成,并且抑制细胞钙化[40]。张磊等[41]研究发现,有补益精血功效的制首乌所含大黄素可以通过抑制PI3K/Akt及其下游mTOR信号通路的活性,刺激自噬上调,增加糖脂代谢,实现抗AS作用。“祛邪”当活血化瘀、利水化浊、清热解毒为主,一旦AS发展为冠心病心肌梗死、心绞痛等急性冠脉综合征时,当先考虑“急则治其标”,以活血通络为主。Zhang等[42]研究也指出从活血化瘀药物丹参中提取的丹参酮ⅡA能够通过调节自噬相关蛋白LC-3、p62和Beclin-1,同时通过上调AMPK和下调mTOR来介导内皮细胞自噬的上调,改善血管功能。还有实验结果显示,从瘀血热毒角度论治的犀角地黄汤,能够明显抑制自噬基因Atg-5、Beclin-1的mRNA表达[43];化痰祛瘀解毒通脉汤中的主要成分丹参酸A、小檗碱可以激活AMPK-mTOR、抑制Akt-mTOR通路增加细胞自噬,能够减少炎症因子的分泌[44];清热化痰之黄连温胆汤可通过下调PI3K/Akt/mTOR信号通路,诱导巨噬细胞自噬,降低血清中胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白等,稳定AS易损斑块[45]。扶正祛邪兼顾的益气活血药组人参三七川芎中提取物人参三七川芎醇,可促进内皮细胞内的自噬相关蛋白Beclin-1、LC3Ⅱ的增多,从而上调自噬,延缓内皮衰老。陈婉莹等[46]发现,通过电针或艾灸对内关穴进行预处理,可下调细胞中ULK1和Beclin-1的表达,抑制细胞过度自噬和凋亡,改善心肌缺血再灌注损伤。

综上,在AS早期或者是缓解期,以扶正为主,多以补益精气血津液为法,辅以活血化瘀、清热化痰解毒,防止外邪“热、毒”致病引起斑块的突然破裂[47]。《素问遗篇·刺法论》云“正气存内,邪不可干”,自噬上调,则可清除衰老或已损细胞器,清除体内痰浊瘀血之邪气,达到推陈出新的效果;急性发作、斑块破裂期,此时自噬过度激活,诱导巨噬细胞分泌炎症因子、胆固醇外流,当以祛邪为主,以活血祛瘀化浊为法,辅以温阳益气,清除病理产物,气血津液充足则血脉通利。

6 总 结

随着研究不断进展,自噬在AS发展过程中越来越受到重视。笔者以“正邪理论”与自噬机制高度相似为基础,简略探讨了在“正邪理论”启示下的自噬在AS发展中的作用,AS的发展中是以细胞自噬不足或太过,内外有形实邪积聚无法清除为结果,治疗可以扶正祛邪为法。该理论的简述或许可以为今后中西医结合防治动脉粥样硬化提供新的思路。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。