基于“瘀毒”理論與線粒體自噬探討心肌缺血再灌注損傷病因病機*

王潔,龍霖梓,曲華,2,譚令,李洪崢,3,楊文文,付長庚,2

1.中國中醫(yī)科學院西苑醫(yī)院,北京 100091; 2.國家中醫(yī)心血管病臨床醫(yī)學研究中心,北京 100091;3.北京中醫(yī)藥大學,北京 100105

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)是一種嚴重的心血管疾病,威脅著人類健康?？焖倩謴托募⊙鞯脑俟嘧煼ㄊ悄壳皽p少缺血性損傷和限制梗死面積最有效的治療方法。然而,缺血/再灌注(ischemia reperfusion,I/R)可引起額外的心肌損傷,占最終心肌損傷面積的一半,從而抵消了血運重建的臨床獲益[1-2]。再灌注損傷主要有4種表現(xiàn)形式:再灌注心律失常、心肌頓抑、微血管阻塞、致死性心肌再灌注損傷[3]。心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia-reperfusion injury,MIRI)的病理生理機制為:代謝改變、鈣超負荷、氧自由基的產(chǎn)生、炎癥反應、內皮功能障礙、免疫應答、線粒體功能障礙、心肌細胞凋亡以及自噬和血小板聚集[4-5]。最近研究表明,線粒體功能障礙和線粒體質量控制紊亂已成為缺血再灌注損傷的關鍵機制[6-7]。多項研究表明調控線粒體自噬,可減輕氧化應激和血管內皮損傷,減少心肌細胞的凋亡,進而改善心肌缺血再灌注損傷[8-11]。

國醫(yī)大師陳可冀院士提出“瘀毒致變”假說,認為“瘀”“毒”是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(簡稱“冠心病”)的病因病機[12-14]。從中醫(yī)理論角度看,線粒體自噬障礙產(chǎn)生的病理產(chǎn)物和臨床結局與臟腑功能失調下“瘀毒”的病機理論有異曲同工之妙。因此,本文探討線粒體自噬失調與“瘀毒”的關系和病機演變規(guī)律,以期從線粒體自噬的視角詮釋“瘀毒致變”理論的現(xiàn)代科學內涵,為MIRI的臨床治療提供參考。

1 “瘀毒”是MIRI的關鍵

1.1 瘀毒理論的提出中醫(yī)學認為“血瘀”是冠心病的重要證候和核心病機,臨床上常采用活血化瘀的藥物治療冠心病,臨床療效有明顯提高。然而,隨著現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展,對冠心病的發(fā)生發(fā)展有了進一步的認識,“血瘀”較難解釋冠心病PCI、冠脈搭橋術后出現(xiàn)心肌損傷的情況,甚至有些患者出現(xiàn)了心律失常、死亡。因此,冠心病的病因病機需要更深刻地探討。國醫(yī)大師陳可冀團隊根據(jù)多年的臨床和基礎研究,總結出“瘀毒致變”是冠心病的核心病因病機,認為其是引發(fā)心血管急性事件的關鍵病機[14]。

1.2 瘀是MIRI之漸中醫(yī)學尚無“缺血再灌注損傷”這一病名,根據(jù)其臨床表現(xiàn),將其歸為“胸痹心痛”“真心痛”。中醫(yī)學認為“瘀”貫穿冠心病發(fā)展的始終[12]?！梆觥笔侵秆嘿|地或循行發(fā)生異常改變導致的病理結果。MIRI分為心肌缺血和再灌注引起損傷的兩個階段。心肌缺血期和再灌注期的“瘀”不盡相同。心肌缺血期的瘀主要有二:心氣不足,無以推動血液運行,血液流速變慢,血液黏稠度增加;氣虛,則不能固攝血液,血液不循常道,溢出脈外,形成斑塊,堵塞血管。再灌注階段,心臟已經(jīng)適應了長期心臟缺血的狀態(tài),“氣”與“血”可以相互配合維持心臟正常的活動,血管堵塞驟然解除,大量血液沖擊血管到達心肌,超越了心臟所能承受的負荷,大量耗損心氣,導致血有余而氣不足,營養(yǎng)心肌之血變?yōu)椴±懋a(chǎn)物,產(chǎn)生瘀血。

1.3 毒為MIRI之變《金匱要略》云:“毒者,邪氣蘊蓄不解之謂。”王永炎院士認為,臟腑功能失調導致體內病理產(chǎn)物的出現(xiàn),再由于體內氣機不利,病理產(chǎn)物無法及時排出,在體內過多積聚,從而導致邪氣亢盛、形體敗壞,化為毒邪[15]。因此,從瘀到毒是一個量變到質變的過程,在質變未發(fā)生之前,毒常以“潛毒”的形式存在[16]。

毒的主要特征為:酷烈性、暴戾性、損害性[17]。MIRI患者臨床癥狀較重,甚至造成死亡,與“毒”的特性相吻合。在MIRI的發(fā)生發(fā)展過程中,毒可分為內毒和外毒。外毒主要是指,在心肌急性缺血期間,通過PCI、冠脈搭橋等方式恢復血液灌注,引起線粒體自噬失調被機體視為“外毒”。內毒是在機體代謝過程中產(chǎn)生的,當機體的臟腑功能正常,可以依靠臟腑的生理功能將內毒排出體外,當內毒產(chǎn)生過多,或者機體臟腑功能失調,無法排出內毒,積聚于體內,擾亂機體正常運作的秩序,耗傷心氣心陽。從現(xiàn)代醫(yī)學角度來看,線粒體自噬失調引起的氧化應激、血管內皮損傷、炎癥反應等病理變化,均可視為“內毒”的范疇[18]。

2 線粒體自噬與MIRI發(fā)生的關系

線粒體占心肌細胞體積的30%左右,通過產(chǎn)生ATP維持心臟的功能[19]。線粒體功能失調或受損可導致嚴重的后果,如ATP生成不足、Ca2+超載、細胞凋亡增加、自噬機制受損、血管內皮損傷,甚至會引起細胞死亡[20-22]。因此,線粒體的質量和數(shù)量對于維持心臟細胞功能尤為關鍵。線粒體自噬是選擇性地降解受損線粒體的過程,對線粒體的質量控制發(fā)揮了核心作用[6]。線粒體自噬缺陷可導致衰老或受損的線粒體積聚,從而產(chǎn)生大量的活性氧(reactive oxygen species,ROS),進一步誘導更多的線粒體衰老,甚至損傷。而過度的線粒體自噬會導致線粒體過多的丟失,影響心肌細胞的能量供應。因此,線粒體自噬功能失調加劇了線粒體功能障礙,從而引起MIRI的發(fā)生。

2.1 線粒體自噬失調促進ROS生成線粒體電子傳遞鏈是真核生物ROS的主要來源[23],因此線粒體自噬與ROS的產(chǎn)生密切相關。此外ROS與Ca2+超載、炎癥損傷等有密切聯(lián)系,且可協(xié)同作用導致心肌細胞不可逆損傷[24]。因此,ROS暴發(fā)是缺血再灌注損傷的關鍵原因[25-26]。在生理情況下,線粒體自噬可以選擇性地清除損傷的線粒體,抑制損傷的線粒體在心肌細胞內蓄積,從而減少ROS的過度生成。然而,當線粒體自噬功能障礙,大量受損的線粒體不能被有效清除,且ROS釋放污染健康的線粒體,不僅會導致細胞或組織的直接急性損傷,而且還會激活 NLRP3 募集促炎蛋白酶,促進成熟細胞因子釋放,最終引發(fā)長期炎癥反應[20,27-28]。有研究顯示,增加線粒體自噬可抑制線粒體相關危險因子的釋放,減輕心肌細胞中性粒細胞浸潤,減輕心肌炎癥反應。因此,通過激活線粒體自噬減輕炎癥反應是中醫(yī)藥減輕缺血再灌注損傷的重要思路。

2.2 線粒體自噬失調促進心肌細胞凋亡過度的線粒體自噬會清除過多的線粒體,可能會急劇減少線粒體的數(shù)量和細胞能量的產(chǎn)生,促使氧化應激、ROS產(chǎn)生和心肌細胞凋亡,最終導致心功能障礙[29-32]。有研究證實,在再灌注期間,過度的線粒體自噬可促進心肌細胞凋亡,抑制線粒體自噬可緩解MIRI[33]。然而線粒體自噬不足導致受損線粒體無法及時有效清除,功能缺陷的線粒體數(shù)量增加,會產(chǎn)生大量的ROS,超過機體的抗氧化系統(tǒng),導致線粒體通透性過渡孔(mitochondrial permeablity transition pore,mPTP)打開,引起細胞DNA損傷、線粒體脂質過氧化、Ca2+穩(wěn)態(tài)破壞和線粒體膜去極化,最終導致細胞色素C釋放,激活細胞凋亡通路誘導細胞死亡,導致線粒體喪失了“發(fā)電”的功能,變?yōu)樾募〖毎蛲稣T導劑[11,34-35]。在心肌缺血期間,線粒體自噬增加,可清除損傷的線粒體引起的一系列“后遺癥”,對MIRI是保護作用。在再灌注期間,線粒體自噬過度增加,可啟動心肌細胞凋亡,對MIRI有殺傷作用。因此,適度增加線粒體自噬減少心肌細胞凋亡,是中醫(yī)藥減輕缺血再灌注損傷的有效策略。

2.3 線粒體自噬失調加重血管內皮細胞損傷血管內皮損傷可損害內皮的結構和功能,影響心肌細胞之間的物質交換,打破體內許多重要的平衡,破壞細胞功能[36]。因此,血管內皮損傷是MIRI的關鍵。

線粒體自噬對維持血管內皮細胞的功能非常重要。線粒體自噬通過抑制氧化反應減輕高葡萄糖誘導的微血管內皮細胞損傷。此外,線粒體自噬可以抑制氧化的低密度脂蛋白誘導的內皮細胞凋亡。線粒體自噬還可以減弱氧化應激誘導的線粒體裂變和內皮細胞凋亡[37]。因此,線粒體自噬失調可導致血管內皮細胞功能障礙,進而導致MIRI。調控線粒體自噬可減輕血管內皮細胞損傷,是中醫(yī)藥改善心肌缺血再灌注損傷的重要方法。

3 線粒體自噬與“瘀毒”理論的相關性

“瘀毒”理論是機體陰陽失和,臟腑功能失調的一種病理表現(xiàn),還蘊含著病機演變的規(guī)律,與疾病的病邪、病性、病勢、預后轉歸密切相關。從中醫(yī)角度看,在MIRI發(fā)生發(fā)展過程中,線粒體自噬失調導致殘損的線粒體積聚,產(chǎn)生了許多損害心肌的物質,導致心肌細胞能量代謝紊亂。這種病理現(xiàn)象是瘀毒之邪在心肌中病理性蓄積的微觀體現(xiàn)。因此,通過聯(lián)系線粒體自噬與“瘀毒”之間的關系探討中醫(yī)治療MIRI的思路,對MIRI的病因病機研究和臨床治療具有重要的學術價值和臨床意義。

3.1 線粒體自噬障礙的產(chǎn)物是“瘀毒”的病理體現(xiàn)生理狀態(tài)下,線粒體自噬能夠特異性清除受損的線粒體,避免受損的線粒體釋放細胞毒性物質,引起線粒體繼發(fā)性死亡。當線粒體自噬失調時,損傷的線粒體釋放ROS以及促進細胞凋亡的物質,這些病理產(chǎn)物會促進氧化應激誘導血管內皮細胞凋亡,從而成為MIRI發(fā)生的病理基礎。在MIRI的發(fā)生發(fā)展過程中,由于臟腑功能失調,機體代謝異常,體內產(chǎn)生的瘀血無法及時清除降解,日久形成瘀毒滯留心臟的病理狀態(tài)。由此可見,線粒體自噬障礙產(chǎn)生的病理產(chǎn)物與臟腑功能失調產(chǎn)生“瘀毒”的病理狀態(tài)相類似。因此,線粒體自噬失調產(chǎn)生的病理產(chǎn)物是“瘀毒”在分子層面的微觀體現(xiàn)。線粒體自噬失調涉及氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡、血管內皮損傷等一系列分子機制[38],其與中醫(yī)“瘀毒”理論的結合是中醫(yī)藥領域探討的關鍵。

3.2 線粒體自噬障礙的病理變化與“瘀毒致變”的病機變化相似研究發(fā)現(xiàn),在缺血再灌注損傷的心肌內存在過多損傷的線粒體,其特點為線粒體通透性轉換孔的開放,Ca2+、細胞色素C、凋亡誘導因子、ROS的釋放[22]。在心肌缺血再灌注損傷過程中,線粒體自噬障礙,殘損的線粒體瘀堵在心肌中,當功能障礙的線粒體累計過多,ROS產(chǎn)生過多,凋亡誘導因子釋放,導致心肌進一步損傷[39]。陳可冀院士團隊提出了“瘀毒致變”假說,認為“因瘀致毒,瘀毒致變”是心血管疾病由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定的主要病機[14,40]。因此,從微觀層面上看,線粒體自噬障礙產(chǎn)生的病理變化與“瘀毒致變”的動態(tài)性演變規(guī)律不謀而合。因此,將線粒體自噬障礙與“瘀毒致變”的病機規(guī)律聯(lián)系在一起,對闡釋“瘀毒致變”在MIRI中的客觀性具有重要指導意義。

3.3 線粒體自噬與解毒活血法的關系線粒體自噬是促進心肌細胞內線粒體更新,維持心肌細胞正常氧供的重要生理機制,既能有效緩解損傷線粒體釋放的有害物質對細胞的不利作用,也對維持細胞內線粒體穩(wěn)態(tài)具有重要意義。線粒體自噬可以選擇性地清除心肌內殘損的線粒體,抑制線粒體內ROS引起的氧化應激以及促凋亡因子的釋放,并且清除的線粒體可被重新利用生成新的細胞器,為機體提供能量,以維持機體內線粒體、心肌能量的平衡。以“瘀毒致變”理論為指導的解毒活血法可通過清除體內的瘀滯和有害物質,恢復血脈通暢,達到“祛瘀毒生新”“陰平陽秘”的目的。因此,線粒體自噬的調節(jié)機制與解毒活血法所蘊含的“祛瘀毒生新”“陰平陽秘”的理論內涵相契合。運用活血解毒法調控線粒體自噬達到減少ROS釋放、抑制心肌細胞凋亡、減輕血管內皮細胞損傷進而改善MIRI,具有堅實的理論基礎,可能是中西醫(yī)整合的切入點。

4 線粒體自噬及相關通路是中醫(yī)藥治療MIRI的新策略

目前,靶向線粒體自噬的相關通路可以改善缺血再灌注損傷。中藥治療MIRI具有多層次、多靶點的特點,與線粒體自噬失調對機體的多層次、多水平影響一致?！梆龆尽崩碚撌菍IRI復雜病機提綱挈領地總結,治療中以解毒活血法調控線粒體自噬相關基因及蛋白的表達,減輕炎癥反應、氧化應激和血管內皮細胞損傷,從而改善MIRI,最終恢復機體“陰平陽秘”的狀態(tài)。

現(xiàn)代研究表明,具有活血化瘀解毒的方藥能夠調控線粒體自噬的相關指標,發(fā)揮改善MIRI的作用。具有活血作用的丹參有效成分——丹酚酸B可通過激活Pink1-Parkin通路介導的線粒體自噬,減少細胞內ROS的產(chǎn)生,增加線粒體膜電位調節(jié)線粒體自噬相關蛋白表達,抑制NLRP3炎癥小體活化,減輕MIRI[41]。實驗研究顯示,川芎嗪可通過JAK2-STAT3通路抑制線粒體膜電位降低,減輕氧化應激,抑制線粒體自噬,改善MIRI[42]。燈盞花素可以通過調控PI3K/AKT/mTOR信號通路減少自噬相關蛋白LC3-II/LC3-I、Beclin1的表達抑制線粒體自噬,改善MIRI[43]。三七總皂苷可通過PINK1-Parkin通路減少活性氧的產(chǎn)生,抑制線粒體自噬,維持線粒體的形態(tài)和結構,改善MIRI[44]。清心解瘀顆?？山档途€粒體活性氧水平,維持線粒體膜電位穩(wěn)定,增加線粒體自噬相關蛋白,調控線粒體自噬[45]?；钛龅拇矸健痧鰷烧{控線粒體自噬水平,保護心肌細胞,減輕缺血再灌注損傷[46]。體外研究證實雙參寧心膠囊可抑制FUNDC1介導的線粒體自噬,改善細胞能量代謝,減輕MIRI[47]。實驗研究發(fā)現(xiàn)具有解毒作用的黃連提取物——小檗堿通過激活PINK1/Parkin/P62/LC3B通路促進線粒體自噬,減少異常自噬,緩解MIRI[48]。鑒于線粒體功能障礙主要通過影響ROS導致的氧化應激、心肌細胞凋亡、內皮細胞損傷促進心肌缺血再灌注損傷的發(fā)生發(fā)展,且許多中藥及其復合物具有減輕氧化應激和血管內皮細胞損傷、抑制心肌細胞凋亡的作用。因此,隨著中醫(yī)藥在線粒體自噬方面研究的不斷深入,尋找和篩選能夠調控線粒體自噬的中藥和化合物,并揭示其改善MIRI的作用機制將是中醫(yī)藥領域的最新熱點,并具有廣闊的前景。

5 結語

本文通過線粒體自噬的病理生理過程與瘀毒理論的內在關聯(lián)性進行深入剖析和總結,為線粒體自噬與“瘀毒”理論在缺血再灌注損傷中的相關性假說提供理論依據(jù),為進一步闡釋“瘀毒”在MIRI中的中醫(yī)理論內涵提供新的思路。因此,針對中醫(yī)的“瘀毒”與線粒體自噬的相關性,今后應開展更多的基礎和臨床研究,不斷深入剖析,并在中醫(yī)“瘀毒”理論的指導下,進一步探索改善線粒體自噬的中藥,為中醫(yī)藥治療缺血再灌注損傷提供有效的策略。