“脾主運化”探討線粒體鐵代謝與骨骼健康的關(guān)系

蘇暢怡 黃文鋒 胡洲映

1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)，廣東 廣州 510006 2.廣州中醫(yī)藥大學(xué)附屬湛江第一中醫(yī)院，廣東 湛江 524000

運化水谷和運化水液均為脾主運化的兩個表現(xiàn)，飲食物經(jīng)胃納腐熟后轉(zhuǎn)至小腸消化吸收都需依賴脾的運化，并經(jīng)脾氣的升清散精和輸送至心肺，通過心主血脈，肺氣的推動和調(diào)節(jié)、宣發(fā)和肅降，輸送至全身組織器官，從而為機(jī)體提供物質(zhì)能量，維持機(jī)體正常代謝。最近研究發(fā)現(xiàn)，線粒體與脾的相關(guān)性認(rèn)為脾主運化的生理功能與線粒體的功能特性相似。線粒體被稱為“產(chǎn)生ATP的場所”“細(xì)胞的動力工廠”，體現(xiàn)了中醫(yī)基礎(chǔ)理論中“脾為氣血生化之源”的功能[1-2]。線粒體鐵代謝失常與很多慢性病有關(guān)，如骨骼肌病、慢性病貧血等。鐵在線粒體與胞質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)輸，線粒體作為血紅素和鐵硫簇合成的場所，可調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的鐵代謝。鐵是一種多功能的輔助因子，當(dāng)線粒體內(nèi)的鐵代謝通路紊亂時，則導(dǎo)致整個細(xì)胞的鐵代謝以及能量代謝障礙，從而導(dǎo)致各種疾病[3]。線粒體除了參與產(chǎn)生ATP，線粒體還參與合成代謝前體和活性氧，維持了鐵代謝，并維持骨骼正常分化以及離子穩(wěn)態(tài)和感覺應(yīng)激源，體現(xiàn)了線粒體的正常功能對于骨骼健康中的破骨細(xì)胞的成功分化至關(guān)重要[4]?！鹅`樞·決氣》云：“中焦受氣取汁，變化而赤，是謂血”體現(xiàn)了脾主運化的合理調(diào)節(jié)與線粒體鐵代謝的關(guān)系。本文從脾主運化的角度闡釋線粒體鐵代謝與骨骼健康之間的關(guān)系，并嘗試探討其脾失健運下線粒體鐵代謝對骨質(zhì)疏松癥的影響及機(jī)制，為中西醫(yī)結(jié)合治療骨質(zhì)疏松癥或肌肉萎縮提供新的研究和治療思路。

1 脾主運化的理論內(nèi)涵

首先中醫(yī)脾與西醫(yī)解剖學(xué)的脾雖同名但是功能不同，且差異很大，中醫(yī)的脾主要在功能上，西醫(yī)的脾主要在結(jié)構(gòu)上，中醫(yī)脾居中焦，位于隔膜之下，為后天之本，氣血生化之源，其生理功能為主運化、主統(tǒng)血，生理特性中可主升清，在體合肌肉、四肢。脾主運化的生理特性，宋代嚴(yán)用和早在《嚴(yán)氏濟(jì)生方》中提出了“脾主運化”一說，有云：“夫人……蓋胃受水谷，脾主運化，生血生氣，以充四體者也?！背醪叫纬闪恕捌⒅鬟\化”理論的內(nèi)涵[5]。而西醫(yī)解剖學(xué)的脾是人體最大的免疫器官，還可富含血供，特殊情況下切除脾臟后生命能量代謝仍正常進(jìn)行，因此兩者雖然名同但實異。根據(jù)文獻(xiàn)[6]中醫(yī)脾藏象功能包含了西醫(yī)學(xué)的消化、神經(jīng)、內(nèi)分泌、造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等功能，是一個多系統(tǒng)、多功能的概念。脾主運化是將飲食物在胃受納腐熟后經(jīng)脾氣散精脾主運化水谷精微，通過其轉(zhuǎn)輸作用化生氣血津液，將津液上輸于心肺，由肺的推動和調(diào)節(jié)、宣發(fā)和肅降，心氣推動血行脈中，共同使津液輸布于全身而灌溉臟腑、形體和諸竅。其次，脾又可將津液向四周臟腑布散至全身，體現(xiàn)了脾有“居中央、灌溉四旁”之功能。在《傷寒論》中有載：“四季脾旺不受邪?！逼⒃谖逍兄袑偻?，為五行中間，土為萬物之本，體現(xiàn)了脾氣健運對萬物及機(jī)體健康狀態(tài)的重要影響[7]。脾的運化功能強(qiáng)健，即“脾氣健運”，合理傳布輸精，為生命動力之源泉，則氣血生化有源，使臟腑筋絡(luò)、四肢百骸及筋肉皮毛等組織，得到足夠的營養(yǎng)，從而發(fā)揮其生理功能。

《內(nèi)經(jīng)》雖無“脾主運化”之說，但有關(guān)脾臟運化功能的論述也不少?！端貑枴そ?jīng)脈別論篇》曰：“飲入于胃，游溢精氣，上輸于脾，脾氣散精，上歸于肺，通調(diào)水道，下輸膀胱，水精四布，五經(jīng)并行?！逼涓爬私蛞簛碓从谒染ⅲ染㈦x不開脾的升清，體現(xiàn)了脾在水液代謝過程的運化作用。而當(dāng)脾失運化，精微物質(zhì)及水液代謝異常，進(jìn)而影響全身臟腑組織。脾虛時，如《素問·太陰陽明論篇》中云：“黃帝說以脾病為四本，無所用?！F(xiàn)在脾病不能為胃進(jìn)行其津液，……筋骨肌肉，都是無息生的，所以不用”，體現(xiàn)了脾虛久治不愈，肌肉骨骼萎縮不用。近現(xiàn)代醫(yī)學(xué)在脾臟研究方面做了大量實驗，如楊維益等[8]研究發(fā)現(xiàn)，脾氣虧虛，伴隨著肌纖維變細(xì)，大鼠骨骼肌線粒體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，粒體的大小不一，線粒體內(nèi)膜破壞。嵴減少或消失，而至骨骼肌蛋白分解增強(qiáng)，機(jī)體能量代謝異常。正常骨骼肌收縮活動所需能量與線粒體呈正相關(guān)。如李樂紅等[9]運用“脾氣虛”大鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，脾氣虛的大鼠比目魚肌超微結(jié)構(gòu)可見肌漿網(wǎng)擴(kuò)張，線粒體數(shù)量減少，大小不一，膜結(jié)構(gòu)破壞，嵴可全部消失。脾氣虛的大鼠線粒體數(shù)量及結(jié)構(gòu)異常，可能與骨骼肌纖維局部缺氧有關(guān)。人體生命活動所需的能量都依賴于脾運輸?shù)木⑽镔|(zhì)，故脾為氣血生化之源，脾運化失司，則氣血無以化生，機(jī)體代謝功能減退。

2 線粒體鐵代謝與脾主運化

脾主運化，其運，為“轉(zhuǎn)輸、運送”，其化，為“消化之意”。《靈樞·決氣》篇中有云：“中焦受氣取汁，變化而赤，是謂血?！逼⒕又薪?，“受氣取汁”為脾對飲食物的消化吸收，體現(xiàn)了脾主運的功能；而“變化為赤”為脾的轉(zhuǎn)輸為精微物質(zhì)的過程，體現(xiàn)了脾主化的作用。線粒體是“細(xì)胞的動力工廠”，為真核細(xì)胞中高度動態(tài)變化的細(xì)胞器，其主要功能通過三羧酸循環(huán)將人體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)氧化ATP，維持人體正常生命的活動；同時利用琥珀酸單酰Co-A與甘氨酸合成血紅素為人體生命活動提供能量物質(zhì)。而線粒體是血紅素合成的唯一部位，亦是鐵硫(Fe-S)簇的主要發(fā)生者，而鐵穩(wěn)態(tài)可維持血液的動態(tài)平衡，所以筆者認(rèn)為脾主運化的合理調(diào)節(jié)是鐵穩(wěn)態(tài)的過程[10]。線粒體是通過三羧酸循環(huán)后氧化磷酸化產(chǎn)生的能量，對于營養(yǎng)和氧氣的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。根據(jù)細(xì)胞類型，線粒體含有高達(dá)20%～50%的總細(xì)胞鐵。線粒體中含鐵蛋白質(zhì)進(jìn)一步支持了鐵在正常線粒體功能中的重要性。線粒體可產(chǎn)生活性氧，在它們參與的一些酶中，線粒體鐵濃度的變化可導(dǎo)致Fe-S穩(wěn)態(tài)的改變，F(xiàn)e-S生物發(fā)生受損，血紅素合成受損，則會導(dǎo)致線粒體功能異常和氧化應(yīng)激過度[11]。鐵不僅需要用于參與電子傳遞和氧化磷酸化的含血紅素和鐵硫簇(ISC)的蛋白質(zhì)，還需要用于各種細(xì)胞質(zhì)和核功能，包括DNA合成。參與血紅素和ISC生成的線粒體途徑已在一定程度上被表征[12]。

對于線粒體與脾主運化的關(guān)系，早在20世紀(jì)80年代，劉友章已經(jīng)提出了脾與線粒體的關(guān)系，用電鏡觀察并報道脾虛病人胃黏膜細(xì)胞線粒體數(shù)目減少，人體能量代謝障礙，于是提出了中醫(yī)脾-線粒體的關(guān)系[13]。而琚星萌等[14]采用皮下注射利血平的方法構(gòu)建脾虛大鼠模型發(fā)現(xiàn)，脾虛大鼠骨骼肌病理形態(tài)顯示肌纖維損傷，肌肉組織排列紊亂。運用四君子湯治療后，大鼠在骨骼肌PGC-1α蛋白表達(dá)升高明顯，同時線粒體SDH的活性明顯身高，則改善線粒體的氧化損傷。胡齊等[15]在大鼠脾虛模型能量代謝障礙上，運用健脾益氣中藥治療大鼠脾虛模型發(fā)現(xiàn)益氣健脾中藥可提高ATPase活性，改善線粒體能量代謝，體現(xiàn)出脾與線粒體鐵代謝的功能相類似。脾為后天之本，全身肌肉筋骨的營養(yǎng)物質(zhì)均需靠脾來運輸和轉(zhuǎn)化。而脾在體合肉，主四肢，加之脾為胃行其津液，故有《靈樞·決氣》云：“谷入氣滿，淖澤注于骨，骨屬屈伸。”《靈樞·癰疽》載：“腸胃受谷，上焦出氣，以溫分肉，而養(yǎng)骨節(jié)。”脾氣健運，即線粒體鐵代謝正常調(diào)節(jié)，水谷精微得以運化和轉(zhuǎn)輸?shù)饺砀魈?，則全身組織肌肉和骨骼得到營養(yǎng)充足，骨骼肌肉得到滋養(yǎng)，正常發(fā)揮其骨骼肌收縮運動的功能[16]。

3 脾-鐵代謝-骨骼健康關(guān)系探討

首先，脾氣健運、鐵穩(wěn)態(tài)時，首先食物中的鐵在小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Fe2+，再由脾“受氣取汁”即主運后，當(dāng)鐵元素進(jìn)入體內(nèi)血液循環(huán)，脾通過運化作用將貯存的鐵離子，轉(zhuǎn)輸至血液與小腸吸收的鐵再經(jīng)脾之升輸精微，布散于心肺腎等臟，經(jīng)心的推動、肺的升降、腎之溫煦，生成“變紅”血液滋養(yǎng)骨髓，防止骨質(zhì)疏松。骨質(zhì)疏松癥是以骨量減少和骨微結(jié)構(gòu)破壞，而以骨痛、易骨折為主癥的全身性骨病。脾為后天之本，主肌肉，后天水谷精微需依賴脾的運化濡養(yǎng)才能進(jìn)行正常生命活動。線粒體不僅在氧化磷酸化中起重要作用，還可調(diào)控呼吸鏈，控制細(xì)胞凋亡，線粒體功能障礙則會導(dǎo)致成骨細(xì)胞分化受損。當(dāng)自由基對生物膜系統(tǒng)產(chǎn)生攻擊時，則在線粒體膜上主要表現(xiàn)為線粒體受損?，F(xiàn)代大量醫(yī)學(xué)[15,17-18]實驗線粒體損傷對骨骼的蛋白表達(dá)和通路等研究證實，中醫(yī)補(bǔ)腎健脾法治療骨質(zhì)疏松已獲得良好的療效。笪巍偉等[19]以小鼠骨質(zhì)疏松模型做研究，運用健脾補(bǔ)腎方治療骨質(zhì)疏松的骨折，發(fā)現(xiàn)健脾補(bǔ)腎方可促進(jìn)骨痂內(nèi)軟骨的形成，該方可能能上調(diào)β-catenin的表達(dá)量和Runx-2等信號通路，從而促進(jìn)成骨與破骨的活性。在脾氣虛的情況下，張亞敏等[20]采用破氣耗氣法依據(jù)脾虛狀態(tài)建立大鼠模型，發(fā)現(xiàn)大鼠骨骼肌細(xì)胞膜破裂變性肌間間隔不明顯，線粒體外膜溶解，線粒體內(nèi)部的棱已經(jīng)消失形成空泡。因此，認(rèn)為脾氣健運是線粒體鐵合理調(diào)節(jié)的過程。鐵與骨骼分化和功能關(guān)系中，無論是鐵超載還是缺鐵，都會影響線粒體鐵穩(wěn)態(tài)關(guān)系，在骨骼肌中，需要鐵來支持線粒體ATP產(chǎn)生所需的高代謝過程，這是收縮和運動的必要條件。轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1介導(dǎo)的鐵攝取促進(jìn)了破骨細(xì)胞的分化以及骨吸收活性，然后向線粒體供應(yīng)鐵來增加線粒體呼吸功能的誘導(dǎo)；其次，細(xì)胞內(nèi)的鐵通過活性氧的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)，進(jìn)一步促進(jìn)了破骨細(xì)胞的分化。鐵代謝異常則會引起鐵穩(wěn)態(tài)失衡，鐵穩(wěn)態(tài)的失調(diào)會促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化，進(jìn)而影響骨骼吸收、生長及修復(fù)，從而削弱骨骼的質(zhì)量和密度，骨吸收增加及骨形成減少，增加了骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率。歐莉等[21]運用黃芪研究廢用性骨質(zhì)疏松合并肌肉萎縮的大鼠模型，發(fā)現(xiàn)黃芪可改善骨質(zhì)疏松的氧化應(yīng)激水平，拮抗肌肉萎縮。缺鐵誘導(dǎo)骨骼肌萎縮，C26荷瘤小鼠[22]進(jìn)行了靜脈注射，通過測量烏頭酶和琥珀酸脫氫酶的活性，結(jié)果表明，荷瘤小鼠的補(bǔ)鐵可以減輕能量應(yīng)激和分解代謝途徑，從而介導(dǎo)肌肉功能和質(zhì)量的增加。另外，肌肉組織作為人體內(nèi)分泌器官，其分泌的肌肉生長抑制素可影響骨骼細(xì)胞的增殖和分化，且肌肉生長抑制素拮抗劑和抑制劑可能在治療上有助于增強(qiáng)肌肉質(zhì)量和骨骼[23]，而肌肉萎縮又可通過補(bǔ)鐵來逆轉(zhuǎn)。因此，鐵是通過維持線粒體功能最終成為骨骼健康的關(guān)鍵元素。

從中醫(yī)角度出發(fā), 線粒體的轉(zhuǎn)鐵蛋白等為人體中的水谷精微，水谷精微物質(zhì)的吸收和輸布需要依賴脾的運化功能，若脾運化失司，鐵穩(wěn)態(tài)失衡，破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的分化和功能受到影響，影響骨骼健康生長。脾主肌肉是脾主運化來完成的，骨骼肌的營養(yǎng)則由脾的運化功能供給，當(dāng)脾運化失司時，機(jī)體的能量物質(zhì)不足以支撐運動和消化系統(tǒng)的肌原性肌力，因此導(dǎo)致骨骼肌輔助結(jié)構(gòu)，其筋膜弛緩引起的臟器下垂以及骨骼肌功能及形態(tài)改變[24]。

線粒體產(chǎn)生ATP為細(xì)胞提供能量、參與氧化磷酸化等正常運行與氣血生化源的“脾臟”功能類似。鐵超載后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，這時需要線粒體的進(jìn)一步氧化供能，線粒體的功能正常需要其數(shù)量與質(zhì)量的穩(wěn)定，同時需要依靠鐵中的鐵硫簇，更是與脾主運化功能密不可分。因此初步認(rèn)為飲食水谷正常吸收和轉(zhuǎn)輸需憑借線粒體轉(zhuǎn)鐵蛋白的正常功能，都需要依靠脾氣運化才能正常進(jìn)行。所以可以認(rèn)為脾運化失司是導(dǎo)致線粒體鐵代謝影響骨骼健康的重要病因病機(jī)[25]。因此，降低細(xì)胞及機(jī)體鐵水平被認(rèn)為是治療骨質(zhì)疏松的潛在靶點[26]。

4 結(jié)語

脾氣健運，即鐵代謝的正常運化至關(guān)重要。脾氣健運，鐵合理代謝，維持骨骼健康，才能減少骨質(zhì)疏松癥和重癥肌無力的發(fā)生，防止發(fā)生再次骨折，將骨質(zhì)疏松的危險因素降至最低等。因此脾運化失司是導(dǎo)致線粒體鐵代謝與骨質(zhì)疏松的病因病機(jī)。線粒體鐵代謝與破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞的關(guān)系較為復(fù)雜，目前其治療靶點尚未研究出。根據(jù)證據(jù)表明，鐵代謝失調(diào)會影響骨吸收與骨形成的微妙平衡，導(dǎo)致骨量低及骨形成減少。因此通過中醫(yī)運脾法多靶點多方位多途徑研究導(dǎo)向線粒體鐵，干預(yù)破骨細(xì)胞能量代謝，減緩骨質(zhì)疏松的發(fā)生有一定的研究前景。