基于“线粒体-氧化应激”损伤机制从“痰”论治血管性痴呆*

杨 杰,王 平,王 广,李 莉,方 洁,纪 可,谭云霞,刘福贵,刘 玲,△

(1. 湖北中医药大学老年脑健康中医药防护技术与新产品研发教育部工程研究中心,武汉 430065;2. 湖北中医药大学第一临床学院,武汉 430061;3.湖北省中医院,武汉 430061;4.湖北民族大学,湖北恩施 430000;5. 河南中医药大学第一附属医院,郑州 450000)

血管性痴呆(vascular dementia,VaD)是继阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)之后第二常见的痴呆症[1],其患病率高,发病机制不明,尚无特效药。在发达国家中VaD病例数约占总痴呆症病例数的15%～20%,发展中国家占比约为30%[2]。目前国内外专家指出VaD的防治仍以防为主,约90%的卒中和30%的痴呆可以预防[3-4]。临床上常用的多奈哌齐、美金刚以及新研发药物甘露特纳胶囊仅能部分缓解VaD症状,且存在各种不良反应[5-6]。因此,进一步探索VaD的发病机制、优化VaD的治疗模式势在必行。

VaD属于中医学“呆病”范畴,“痰浊蒙窍证”是呆病的常见证型,中医学在辨证论治思想指导下确立“益精填髓”“祛痰开窍”的治法,遣方用药讲究标本兼顾,具有综合治理、经济实惠、多靶点调控等优势。本文基于中西医对VaD的认识,从“痰”和“氧化应激”的角度入手,衷中参西,多维度梳理和探讨中医药从“痰”论治VaD的科学性,从而为临床防治VaD提供新的思路和科学依据。

1 氧化应激是VaD发病的重要机制

VaD多继发于脑血管病,其发病机制错综复杂,尚未明确[7]。线粒体是大脑认知功能活动的能量源泉,脑血管病和各种危险因素导致神经元缺血、缺氧,诱导线粒体生物氧化功能和形态异常,导致大量活性氧(reactive oxygen species,ROS)释放,最终造成神经元氧化应激(oxidative stress,OS)损伤,损害认知功能。临床研究表明,VaD患者血清中氧化产物丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量和炎性因子水平明显升高,而谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-PX)、血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)-1等酶活性明显降低[8-10];基础研究发现,VaD动物模型海马组织中神经元广泛死亡,神经元内线粒体形态异常,ROS增多[11],即VaD中存在OS损伤。线粒体对血液和氧气的高敏感程度决定了氧化应激损伤是VaD发病的重要机制,故“线粒体-氧化应激”损伤机制是探求VaD发病机制的突破口。

1.1 线粒体功能异常导致氧化应激

线粒体是多任务细胞器,在机体内直接或间接参与多种生理、病理功能,包括生物氧化产能、钙离子调节、细胞生长和程序性死亡等[12]。

ROS产生过多导致OS。即使在正常生物氧化过程中,也存在少量电子脱离氧化呼吸链,形成ROS。少量的ROS可调节抗氧化蛋白体系,预防氧化损伤[13],但ROS生成过多,超出生理调节水平便会改变线粒体通透性,使ROS生成更多,进而损伤蛋白质、脂质、核酸等生命物质,过多的ROS还可激活免疫系统诱导炎性反应使损伤范围扩大[14]。

钙振荡失调引起线粒体功能异常诱发OS。在各种细胞外信号的刺激下,胞浆中钙离子浓度增减可形成波动变化(即“钙振荡”),从而诱导不同的生物学效应[15]。在VaD发病时,缺血、缺氧诱导大量谷氨酸等神经递质释放,持续激活N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR),引起神经元内钙离子浓度增加,神经元过度兴奋,最终导致突触结构破坏,认知受损[16]。位于线粒体上的外膜阴离子通道蛋白(voltage dependent anion channel protein,VDAC)是线粒体钙离子转运的关键蛋白[17-18],研究证实,缺血、缺氧和再灌注可激活线粒体相关内质网膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane, MAM)上募集的三磷酸肌醇受体(inositol 1,4,5-triphosphate receptor,IP3R)/G蛋白偶联受体75蛋白(G Protein-Coupled Receptors 75)/VDAC通路蛋白,介导钙离子大量进入线粒体内,致膜电位异常,OS发生,神经元损害[19]。

1.2 线粒体形态异常导致氧化应激

分裂和融合是线粒体动力学的主要表现。分裂旨在增加线粒体数量,增加产能;融合在于稳定线粒体形态,优化线粒体功能。形态研究表明,VaD动物模型大脑神经元内可见线粒体膨胀、破裂,呈空泡状,因此线粒体形态异常是OS发生的直接原因。

线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, MPTP)持续开放导致OS。MPTP位于线粒体内膜,是控制物质交换的重要蛋白通道,其通透性低,通过电压改变和蛋白修饰可使其通透性增高。研究表明MPTP长时间完全开放使ROS和大量基质代谢产物溢出,进而导致线粒体形态破坏、OS发生[20]。在VaD神经元模型中存在相同变化,电镜下可见神经元内线粒体肿胀、破裂、膜电位紊乱,进而影响线粒体功能,导致细胞质中检测出ROS、MDA等OS产物[21],由此可见MPTP持续开放可能是VaD神经元OS损伤的重要环节。嗜环蛋白(cyclophilin protein,Cyp)D是MPTP的组成蛋白之一, CypD与其他蛋白相互作用可调控MPTP的通透性,环孢素(cyclosporine,Cs)A可将CypD从MPTP中置换出来从而有效降低MPTP的通透性,减轻OS损伤[22],但此结果目前仍然存在争议,有学者认为CypD并不是MPTP通透性的必要条件蛋白,因此针对MPTP通透性的特异性靶点还需要进一步探索[17, 23]。

线粒体分裂、融合失衡导致OS。动力相关蛋白(dynamin-related protein,Drp)1和线粒体分裂加工蛋白(Mitochondrial fission process protein, MTFP)1是线粒体分裂的关键蛋白。线粒体增殖时Drp1活化并转位至线粒体内膜上协同MTFP1介导线粒体分裂,随后线粒体融合蛋白(Mitofusion 1, Mfn)1、Mfn2和视神经萎缩症蛋白(Optic atrophy, Opa)1介导线粒体融合,维持正常的线粒体形态和功能。研究表明大量ROS可持续激活Drp1,导致线粒体持续分裂,结构异常,OS发生,而Drp1抑制剂可逆转此过程[24-25]。该结论在VaD神经元模型中得到验证,持续激活的Drp1可能是导致线粒体形态异常,神经元OS损伤的原因[26-27]。据此有学者研究证实哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路与VaD神经元内线粒体形态异常有关,雌激素受体可能通过调节Rictor元件进而调节mTORC2信号通路,控制线粒体分裂与融合的动力学平衡,改善OS,防止神经元损伤[28]。

2 中医从“痰”认识VaD

VaD属于中医学“呆病”范畴,无论病理虚实,痰浊蒙窍、神机失用是“呆病”的重要病机。中医学对痰浊致呆的认识渊源已久,《杂病源流犀烛·痰饮源流》云“人身非痰不能滋润也。而其为物,则流动不测,故其为害,上至巅顶,下至涌泉,随气升降,周身内外皆到,五脏六腑俱有”[29]。痰之所动,随气机流注全身,脏腑失调,气机紊乱,上至巅顶,蒙蔽清窍,神机失用,发为呆病。

2.1 “痰”是VaD发病的关键

痰为浊阴邪气,具有有形和无形之分,有形者多为肺、脾、肾三脏津液输布和代谢异常,津液汇聚而成;无形者多为人体脏腑气机功能失调所致。《素问·玉机真藏论篇》有云“脾脉者土也,孤藏以灌四傍者也”[30]。脾气散精与机体水液代谢密切相关,故痰之所生,首当责脾,当饮食、情志、外感等引起脾胃功能失常,运化水湿失司,上不能输于肺,下不能输于肾,水液聚集成痰;赵献可在《医贯》痰论篇中提到“痰属水,出于肾;非水泛为痰,则水沸为痰”[31]。肾主水,掌管人体水液代谢,当禀赋不足、衰老、久病及肾,导致命门火衰,水液气化失司,水泛为痰,亦或肾精不足,虚火炼液,水沸为痰。因此,无论标本虚实,脏腑功能失调均能引起“痰浊”酿生,痰浊中阻,精气不散,清阳不升,浊阴不降,脑窍失养,蒙蔽神窍,神机失用发为呆病。

痰浊致病广泛、变化多端,夹诸邪犯脑,发为呆病。有形之痰是机体水液代谢的病理产物,有形实邪在体内必当阻碍气机正常运行,气为血之帅,气不行则血不行,经脉气血运行不畅导致血聚为瘀血,故痰浊致病常伴瘀血,清代医家王清任在《医林改错》中提到“气滞血凝,而致脏与脑气不接”[32],与痰浊阻遏清阳的认识相似,二者均引起气血、精微无法上注头目,脑窍失养,神机失用, 故痰浊夹瘀血是VaD发病的主要病理因素。 除此之外,痰浊邪气久居机体,郁而化火,痰火互结,上冲犯脑,扰及神明致耗气伤精、瘀血形成,脑窍不通,发为呆病。王学权在《重庆堂随笔》中提到“盖脑为髓海,又名元神之府,水足髓充,则元神精湛而强记不忘矣,若火炎髓竭,元神渐昏,未老健忘,将成劳损也”[33]。由此可见痰浊常夹杂其他邪气上犯脑窍致呆病发生,其中痰浊病理因素尤为关键。

2.2 “痰”贯穿VaD发病始终

VaD相关危险因素多,包括高血压、高脂血症、糖尿病等能引起脑血管病变的疾病,据统计学和文献分析可知中医学的“痰证”与此类危险因素和疾病均密切相关[34-35],且有研究表明,高血压和糖尿病能在不导致脑卒中的情况下直接损害认知功能[36-37],由此可见,在呆病初期即有痰浊病邪的参与,正如《临证指南医案》中指出“风阳上扰,痰火阻窍,神识不清”[38];国内多位学者探讨VaD证候时多次提到“痰”“氧化衰老”“炎症”等关键词,其中“痰浊”证素占比大[39-41],“痰浊蒙窍”是VaD 常见的证型之一,正如朱丹溪在《丹溪心法·健忘》中云“健忘精神短少者多,亦有痰也”[42];还有学者根据症状学变化特点统计卒中后非痴呆患者5年后的认知功能变化,结果表明“痰浊”与卒中后认知障碍进展高度相关[43],正如《石室秘录》曰“痰势最盛,呆气最深”[44]。据上述中西医结合研究可知,痰浊在VaD发病的不同阶段均存在,痰邪的深浅与呆病的严重程度相关,痰浊贯穿VaD发病始终。

2.3 痰浊、炎症、OS三者密切相关

结合前述,OS是VaD发病的关键环节,缺血、缺氧引起神经元OS损伤,大量释放的 ROS和死亡的神经元均可刺激神经免疫系统,导致大量炎症因子产生。炎症因子和再灌注损伤使OS和神经炎症反应加重,导致神经元坏死的范围扩大,OS和神经炎症之间形成正反馈效应。由此可见,OS和神经炎症对VaD认知功能损害具有协同作用,二者互为因果。

“痰浊”为浊阴邪气,是人体脏腑功能紊乱、气血津液输布和代谢异常等病理状态下的产物。炎性因子、ROS、MDA等是机体代谢紊乱、OS损伤的病理产物。现代医学研究表明两种病理产物之间存在紧密联系。临床调查研究表明痰湿体质的人常处于慢性低度炎症的状态,炎症相关基因的表达存在异常;“痰证”与血浆中高敏C-反应蛋白(high sensitivity C reactive protein,HS-CRP)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白介素(interleukin,IL)-6等炎性指标含量升高有关[45- 46];基础研究表“痰浊”的病理本质可能是线粒体能量代谢异常的产物,其与MDA、ROS的高表达存在显著关联,在痰湿证的动物模型体内超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性明显降低[47]。诸多证据表明,“炎症因子”“OS反应产物”可能是中医学“痰浊”的具体表现形式。“痰浊”“OS”“炎症”三者之间的强关联性为构建VaD “痰浊-OS-神经炎症”的中西医结合病理理论奠定了基础。

2.4 “痰”影响线粒体形态和功能导致OS

线粒体的生物氧化功能是机体的能量源泉,其将摄入的营养物质转化为“能量货币”——ATP维持正常的生命活动;脾胃为后天之本,为气血化生之源,其所运化的水谷之精微在脾的转输作用下敷布全身,滋养全身器官,维持生命活动。在功能上,脾胃与线粒体相似。线粒体功能和形态异常,导致OS损伤发生,炎症因子、ROS等产物出现;脾胃运化失司,津液输布和代谢异常,痰浊病理产物产生。在病理上,痰浊与OS反应产物关联性强。基础研究表明脾虚痰盛的患者线粒体数量明显减少,运化功能失常,线粒体生物氧化功能减弱,水谷精微生成不足;气血津液代谢异常,痰浊内生,线粒体膜电位平衡破坏,线粒体膨胀、碎裂,线粒体嵴消失。研究表明脾虚痰浊模型大鼠下丘脑组织中能量代谢相关通路蛋白(如cAMP、PKA等)表达减弱,ROS、MDA的含量明显升高[48],且 “痰浊证”动物模型中参与线粒体氧化磷酸化复合体蛋白表达明显下降,课题组前期研究也有类似发现,在VaD模型大鼠海马组织中可见痰浊病理因素(ROS和MDA)的身影,而采用治痰法能明显减轻神经元OS损伤,改善认知功能[49]。由此可见痰作为关键病理因素可影响线粒体的形态和功能导致OS损伤发生。

3 “治痰法”调节OS损伤,保护神经元

陈士铎在《石室秘录》中提到 “治呆无奇法,治痰即治呆”[44],故以“治痰法”为用药原则,采用“化痰、祛痰、涤痰、消痰”等治法能改善VaD认知功能损害。从临床角度而言,“痰”虽为实邪,当以攻除,但“痰浊”亦可由正虚所致,且VaD兼见其他杂病(如高血压、糖尿病等),故“治痰法”的指导原则并非只注重攻除痰邪,“治”乃治理,祛除“痰浊”的同时还要注重固护正气,辨脏腑功能盛衰虚实做到痰去不生,呆病得治。

临床研究表明以“治痰法”不仅能调节机体免疫功能,减轻机体炎症反应,降低炎性因子水平,进而改善缺血、缺氧引起的OS损伤,减少ROS、MDA的产生,还能促进神经元保护性因子的分泌,修复神经元的损伤,最终改善认知功能[50-54]。 “治痰法”不仅能清除病理产物“痰浊”(炎症因子、OS产物),也能保护神经元,体现中医药治疗VaD的多靶点共同调节的特点。基础研究表明“治痰法”在表观层面能减轻认知障碍动物模型神经元内OS和神经炎症,进而降低脑组织中ROS和炎症因子水平,增加神经元保护性蛋白的表达,从而增加树突棘密度和数量,最终达到修复神经元损伤、改善认知功能的目的[49, 55-58];微观研究表明 “治痰法”能修复VaD模型大鼠神经元内线粒体的形态和功能从而保护神经元髓鞘和突触结构,改善认知功能[59]。

线粒体一直是众多疾病机制研究的热点话题。以线粒体-OS损伤机制为切入点,建立“痰浊-OS-神经炎症”的病理理论对VaD的防治研究具有指导意义。本文从痰的生成、OS损伤机制、VaD的发病以及治痰法的有效性入手,综合论述中西医对VaD发病的认识,通过线粒体-OS损伤机制和痰浊病理因素将中西医认识有机结合,为中医药防治VaD提供了新的防治思路。