基于“腸道菌群-線粒體自噬”探討“從脾論治”痛風(fēng)性腎病*

佟穎,范濤,王南玉,高一然,李玉珩

1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江 哈爾濱 150040; 2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150040

尿酸是嘌呤代謝和核苷酸代謝的廢棄產(chǎn)物,其排泄過程有1/3發(fā)生在胃腸道,2/3發(fā)生在腎臟[1]。當(dāng)尿酸生成增加或排泄不足時便會引起高尿酸血癥。高尿酸血癥作為全球第二大代謝性疾病,其與腎臟疾病的發(fā)生密切相關(guān)[2]。長期的高尿酸血癥會誘發(fā)尿酸鹽結(jié)晶在腎小管、腎髓質(zhì)、腎間質(zhì)中沉積,引起腎小管炎癥,最終導(dǎo)致痛風(fēng)性腎病(gouty nephropathy,GN)[3]。正常情況下,尿酸的產(chǎn)生與排泄始終處于一種平衡狀態(tài),在此過程中,脾、腎、腸道菌群,甚至線粒體發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為,尿酸屬“濁”邪范疇,血尿酸在人體內(nèi)大量堆積,化為尿酸濁邪,形成血濁[4]。濁邪的產(chǎn)生與脾胃相關(guān),若脾虛運(yùn)化失常,濕痰瘀互結(jié),形成濁邪,久積于腎,最終形成GN。因此本文將基于“腸道菌群-線粒體自噬”探討“從脾論治”GN的科學(xué)內(nèi)涵,為GN的防治提供理論依據(jù)。

1 脾虛與腸道菌群的關(guān)系

《素問·太陰陽明論》載:“脾與胃以膜相連耳,而能為之行其津液。”脾主運(yùn)化,谷食和水飲入胃,經(jīng)胃腐熟,化為食糜,下傳小腸以作進(jìn)一步消化。但此過程必須有脾氣的推動才能完成?！端貑枴び駲C(jī)真臟論》注:“脾為孤臟,中央土以灌四傍?！睂I養(yǎng)傳輸于他臟,以使諸臟腑發(fā)揮正常生理機(jī)能?！端貑枴づK氣法時論》言:“脾病者,虛則腹?jié)M腸鳴,飧泄食不化?！逼⑽干褰禎?二者相互為用,相反相成。若脾氣虛弱不能升清,濁氣亦不得下降,便可見腹瀉、便溏等腸道癥狀[5]。故脾虛與腸道菌群失衡密切相關(guān)[6]。Yi等[7]研究證明,經(jīng)番瀉葉誘導(dǎo)的脾虛模型大鼠腸道菌群的門、目、科和屬分類水平存在差異菌群,其中氣球菌、變形桿菌、蘇黎世桿菌屬等有害菌屬豐度顯著增加;由健脾益胃功效的大棗提取物治療后,發(fā)現(xiàn)大棗提取物可以通過減少棒狀桿菌、變形桿菌、氣球菌和摩根菌等病原微生物的數(shù)量,調(diào)節(jié)脾虛引起的腸道菌群失衡,進(jìn)而改善和緩解脾虛大鼠的癥狀。有研究也證實(shí),在脾虛綜合征模型小鼠腸道中,乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益細(xì)菌的數(shù)量與小鼠脾虛綜合征癥狀的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān),經(jīng)黨參多糖治療后,菌群分布異常得到明顯改善[8]。故腸道菌群紊亂是中醫(yī)學(xué)“脾虛”的重要生物學(xué)基礎(chǔ)[9]。

2 脾虛與線粒體自噬的關(guān)系

脾主運(yùn)化是飲食物代謝過程的中心環(huán)節(jié),《素問·平人氣象論》云:“人以水谷為本,故人絕水谷則死,脈無胃氣亦死?！?脾胃通過將水谷中的精微運(yùn)至全身,維持后天的生命活動。線粒體被譽(yù)為“能量工廠”,主要執(zhí)行與細(xì)胞代謝有關(guān)的許多功能,它們通過電子傳遞鏈和氧化磷酸化系統(tǒng)為細(xì)胞活動提供能量,在維持人類生命活動中起著關(guān)鍵作用[10]。然而,線粒體容易受損,導(dǎo)致線粒體功能障礙和細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的破壞,這與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān),如心血管疾病、癌癥、代謝障礙性疾病、感染等[11]。因此,維持線粒體數(shù)量和質(zhì)量的穩(wěn)定是治療各種疾病的先決條件[12]。在此過程中,受損的線粒體需要立即分離并選擇性地去除。線粒體自噬可以消除機(jī)體功能失調(diào)的線粒體,維持線粒體環(huán)境的平衡[13]。自噬系統(tǒng)靶向受損的線粒體,并將其遞送到溶酶體進(jìn)行降解[14]。這種分解代謝過程便稱為線粒體自噬,對于維持線粒體和細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[15]。細(xì)胞通過幾種非冗余機(jī)制執(zhí)行線粒體自噬,包括PTEN誘導(dǎo)激酶1 (PTEN-induced putative kinase 1,PINK1)/帕金蛋白(Parkin)途徑依賴的線粒體自噬,以及應(yīng)激誘導(dǎo)的Nip3樣蛋白X (NIP3-like protein X,Nix)、BCL2相互作用蛋白3(BCL2-interacting protein 3 Like,BNIP3L)、含F(xiàn)UN14結(jié)構(gòu)域蛋白1 (FUN14 domain-containing protein 1,FUNDC1)等線粒體外膜(mitochondrial outer membrane,OMM)蛋白直接與微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,MAP1LC3)結(jié)合而啟動的線粒體自噬[16]。然而,線粒體自噬是可以被抑制的。有研究證明,刪除關(guān)鍵的線粒體自噬基因PINK1和Parkin,可以選擇性抑制線粒體自噬[17]。除此之外,線粒體自噬抑制或溶酶體降解受損的藥理學(xué)或遺傳學(xué)表現(xiàn)一直與通過環(huán)鳥苷-腺苷合酶(cyclic GMP-AMP synthase,cGAS)、炎癥小體和Toll樣受體9(Toll-like receptor 9,TLR9)的信號傳導(dǎo)增加相關(guān)[18]。并且,線粒體自噬抑制伴隨著由不可恢復(fù)的線粒體功能障礙驅(qū)動的全面炎癥反應(yīng)[19]。這直接導(dǎo)致受損的線粒體不斷堆積,使線粒體活性氧(mitochondrial reactive oxygen species,mtROS)等代謝產(chǎn)物生成增加。而受損堆積的線粒體成分和代謝產(chǎn)物可以作為損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)[20],影響線粒體穩(wěn)態(tài)。

中醫(yī)學(xué)“脾”與線粒體關(guān)系密切[21]。通過電鏡觀察脾虛證患者胃黏膜細(xì)胞線粒體的變化,發(fā)現(xiàn)脾虛患者胃黏膜壁細(xì)胞線粒體數(shù)目減少,進(jìn)而提出了中醫(yī)脾-線粒體相關(guān)學(xué)說。脾虛常導(dǎo)致線粒體形態(tài)和功能異常[22]。由于線粒體自噬是一種選擇性的清除形式[15],而在脾虛誘導(dǎo)下產(chǎn)生的大量受損線粒體,不足以自我清除時,便極有可能導(dǎo)致線粒體自噬機(jī)制的紊亂。劉璐菘等[23]研究證明,脾虛模型大鼠胃黏膜細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)和功能損傷與PINK1-Parkin通路抑制所導(dǎo)致的線粒體自噬水平低下有關(guān)。這便說明脾虛可以影響線粒體自噬。

3 脾虛與GN的關(guān)系

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為“脾乃后天之本,腎乃先天之本”,兩者不僅在生理上協(xié)調(diào)互濟(jì),而且在病理上互相影響。脾通過其運(yùn)化功能,將水谷轉(zhuǎn)化為精微,傳輸至全身,化為精、氣、血、津液,營養(yǎng)臟腑、經(jīng)絡(luò)、四肢百骸等,使其發(fā)揮正常的生理機(jī)能。《素問·痹論》曰:“飲食自倍,腸胃乃傷。”嗜食肥甘厚味、飲酒無度,易生濕、化痰、助火,致使脾胃氣機(jī)升降受阻,痰濕困于脾,脾失健運(yùn),日久則成瘀[24]。濕痰瘀等互結(jié)成“濁”,濁邪日久入血則成“血濁”,積于脈中,排出障礙,可引起尿酸異常沉積[25]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)也指出,GN與進(jìn)食過多高嘌呤食物、過量飲酒等關(guān)系密切。人體津液代謝過程中,不僅靠脾氣之轉(zhuǎn)輸,而且靠腎氣之推動。津液在腎氣的蒸化推動下,清者經(jīng)脾達(dá)肺,濁者化而為尿,下輸膀胱。脾失健運(yùn),水濕內(nèi)生,可致腎虛,進(jìn)而影響腎的氣化功能。津液不化,引起水液代謝障礙,出現(xiàn)尿少等現(xiàn)象,尿少不足以將濕痰瘀等尿酸濁邪及時排出體外,致使尿酸升高。尿酸久積于腎,傷及腎臟,發(fā)生GN。對于脾腎之關(guān)系,《本草綱目》載:“腎氣虛者,脾氣必弱;脾氣弱者,腎氣必虛。”孫升云教授也指出從脾治腎或脾腎同治是中醫(yī)治療腎臟病的重要內(nèi)容[26]。

4 腸道菌群-線粒體自噬-GN

4.1 腸道菌群失衡影響線粒體自噬腸道菌群與線粒體之間的相關(guān)性可以追溯到α-變形桿菌[27]。線粒體與細(xì)菌具有同源特征,細(xì)菌和線粒體蛋白靶向序列表現(xiàn)出相似性和密切譜系,導(dǎo)致線粒體成為腸道菌群的靶點(diǎn)[28]。脾虛致腸道菌群失調(diào),破壞腸道屏障,使腸道通透性增加,有害物質(zhì)和病原體易位到血液中。作為回應(yīng),身體產(chǎn)生細(xì)胞因子和其他介質(zhì),有效地激活炎癥反應(yīng)[29]。因此,與線粒體相關(guān)的先天免疫激活是腸道菌群的重要靶標(biāo)[30]。已有研究證明,腸道菌群及其代謝物的改變會誘導(dǎo)線粒體中ROS的積累,并導(dǎo)致氧化應(yīng)激和線粒體損傷[31]。線粒體損傷激活了線粒體自我清除機(jī)制,導(dǎo)致線粒體自噬。近期研究發(fā)現(xiàn),利福昔明作為一種不可吸收的抗生素,可以重塑腸道菌群,而腸道菌群在循環(huán)中產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA),能夠充當(dāng)調(diào)節(jié)自噬的信號分子[32]。這在一定程度上證實(shí)了腸道菌群可以影響線粒體自噬。至于腸道菌群紊亂影響線粒體自噬的具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

4.2 線粒體自噬是影響GN的重要因素在GN進(jìn)展過程中,發(fā)現(xiàn)GN患者的NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎癥小體水平明顯高于正常人[33]。而尿酸作為一種內(nèi)源性DAMPs可以激活NLRP3炎性小體[34],這可能是尿酸通過mtROS的產(chǎn)生和線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)變化的機(jī)制來協(xié)調(diào)NLRP3炎癥小體激活[35]。NLRP3的寡聚化激活半胱天冬酶-1(caspase-1),活化的caspase-1切割細(xì)胞內(nèi)白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和IL-18前體,形成成熟的IL-1β和IL-18[36]。它們可以介導(dǎo)炎癥、細(xì)胞凋亡和壞死并引起炎癥級聯(lián)反應(yīng)[37]。最終導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞的損傷,促進(jìn)GN的發(fā)展。值得注意的是,線粒體在整個過程中扮演著重要的角色。線粒體受損的促炎特征是氧化應(yīng)激,氧化的mtDNA和mtROS釋放到細(xì)胞質(zhì)中與NLRP3相互作用[38]。而敲除線粒體轉(zhuǎn)錄因子A (mitochondrial transcription factor A,mtTFA)去除mtDNA會抑制NLRP3活化和IL-1β表達(dá)[39]。作為線粒體質(zhì)量控制機(jī)制的線粒體自噬,能介導(dǎo)先天免疫并防止 NLRP3 的過度刺激和多余炎癥[40]。而當(dāng)線粒體自噬紊亂,會導(dǎo)致受損和功能失調(diào)的細(xì)胞器的積累,這些細(xì)胞器可作為ROS生產(chǎn)者,并對細(xì)胞造成危險[41]。這間接說明了線粒體自噬治療GN的可能分子機(jī)制。除此之外,已經(jīng)證明線粒體損傷誘導(dǎo)的mtDNA泄漏到細(xì)胞質(zhì)時可以與cGAS結(jié)合,催化環(huán)鳥苷酸-磷酸腺苷(cyclic GMP-AMP,cGAMP)的合成,隨后促進(jìn)干擾素刺激基因(stimulator of interferon gene,STING)刺激物的激活,這是導(dǎo)致腎臟炎癥、損傷和纖維化的關(guān)鍵因素[42]。STING作為調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)的重要分子,刺激NLRP3的活化并促進(jìn)成熟炎癥細(xì)胞因子的釋放[43]。更重要的是,STING在腎臟疾病中表現(xiàn)出促炎作用。在一項(xiàng)有關(guān)尿石素A治療高尿酸血癥腎病模型小鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),尿石素A通過抑制STING-NLRP3誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和恢復(fù)PINK1/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬改善高尿酸血癥性腎病[44]。

4.3 腸道菌群與GN的雙向聯(lián)系眾所周知,腸道是尿酸排泄的重要器官,尿酸代謝障礙不僅誘導(dǎo)了GN的發(fā)生,而且極有可能影響到腸道菌群。腸-腎軸理論認(rèn)為腸道菌群的紊亂能夠引起腸道屏障功能受損及全身微炎癥反應(yīng),進(jìn)而加重慢性腎臟病進(jìn)程[45]。腸-腎軸理論很好地解釋了腸道菌群與腎臟疾病之間的雙向聯(lián)系[46]。一方面,腎功能受損可能導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)[47],另一方面,腸道菌群的改變使內(nèi)毒素和細(xì)菌代謝物通過破壞腸黏膜屏障從腸道易位到體循環(huán)中,誘導(dǎo)全身炎癥,從而加速腎損傷[48]。正常情況下,健康的腸道菌群主要由厚壁菌門和擬桿菌門組成[49]。最近一項(xiàng)關(guān)于腸道菌群與GN關(guān)聯(lián)的研究顯示,GN模型大鼠腸道菌群中厚壁菌門豐度降低,變形菌門豐度增加,出現(xiàn)腸道菌群失調(diào)[50]。前期研究也證實(shí),GN模型小鼠腸道菌群中,擬桿菌屬、蘇黎世桿菌屬豐度升高,而乳酸桿菌、杜氏桿菌、毛螺球菌屬豐度降低[51]。這無疑直接證明GN與腸道菌群之間存在密切的聯(lián)系。

5 結(jié)語

盡管目前GN的機(jī)制研究和治療方法一直在不斷改善,但其依然是全球難治愈性疾病。本文綜述了在GN進(jìn)展過程中與中醫(yī)脾臟、腸道菌群、線粒體自噬之間存在的密切聯(lián)系。通過健脾可助尿酸濁邪代謝平衡,調(diào)節(jié)腸道菌群,促進(jìn)線粒體自噬,從而預(yù)防和治療GN。而在整個過程中“腸道菌群—線粒體自噬”發(fā)揮著重要的樞紐作用。線粒體和細(xì)菌的相似性,注定了其與腸道菌群存在必然的聯(lián)系。中藥因其多靶點(diǎn)和全身治療的優(yōu)勢在我國被廣泛使用,能夠同時調(diào)節(jié)腸道菌群和包括線粒體自噬在內(nèi)的多種線粒體生理過程。腸道菌群不僅被證明是調(diào)節(jié)機(jī)體代謝的內(nèi)分泌器官,而且能調(diào)節(jié)天然化合物的生物轉(zhuǎn)化,提高生物利用度。重要的是,脾虛與腸道菌群和線粒體自噬之間的相互作用,建立了一個影響GN發(fā)展的免疫和代謝網(wǎng)絡(luò),這有可能是中藥防治GN的潛在靶點(diǎn)。然而,其之間因果關(guān)系尚未明確,需要進(jìn)一步分析。以中醫(yī)理論為基礎(chǔ),通過宏基因組、代謝組學(xué)等現(xiàn)代研究闡明其關(guān)系,為中醫(yī)治療GN提供新的分子生物學(xué)依據(jù)。