基于“線粒體-氧化應激”損傷機制從“痰”論治血管性癡呆*

楊 杰,王 平,王 廣,李 莉,方 潔,紀 可,譚云霞,劉福貴,劉 玲,△

(1. 湖北中醫藥大學老年腦健康中醫藥防護技術與新產品研發教育部工程研究中心,武漢 430065;2. 湖北中醫藥大學第一臨床學院,武漢 430061;3.湖北省中醫院,武漢 430061;4.湖北民族大學,湖北恩施 430000;5. 河南中醫藥大學第一附屬醫院,鄭州 450000)

血管性癡呆(vascular dementia,VaD)是繼阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)之后第二常見的癡呆癥[1],其患病率高,發病機制不明,尚無特效藥。在發達國家中VaD病例數約占總癡呆癥病例數的15%～20%,發展中國家占比約為30%[2]。目前國內外專家指出VaD的防治仍以防為主,約90%的卒中和30%的癡呆可以預防[3-4]。臨床上常用的多奈哌齊、美金剛以及新研發藥物甘露特納膠囊僅能部分緩解VaD癥狀,且存在各種不良反應[5-6]。因此,進一步探索VaD的發病機制、優化VaD的治療模式勢在必行。

VaD屬于中醫學“呆病”范疇,“痰濁蒙竅證”是呆病的常見證型,中醫學在辨證論治思想指導下確立“益精填髓”“祛痰開竅”的治法,遣方用藥講究標本兼顧,具有綜合治理、經濟實惠、多靶點調控等優勢。本文基于中西醫對VaD的認識,從“痰”和“氧化應激”的角度入手,衷中參西,多維度梳理和探討中醫藥從“痰”論治VaD的科學性,從而為臨床防治VaD提供新的思路和科學依據。

1 氧化應激是VaD發病的重要機制

VaD多繼發于腦血管病,其發病機制錯綜復雜,尚未明確[7]。線粒體是大腦認知功能活動的能量源泉,腦血管病和各種危險因素導致神經元缺血、缺氧,誘導線粒體生物氧化功能和形態異常,導致大量活性氧(reactive oxygen species,ROS)釋放,最終造成神經元氧化應激(oxidative stress,OS)損傷,損害認知功能。臨床研究表明,VaD患者血清中氧化產物丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量和炎性因子水平明顯升高,而谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-PX)、血紅素加氧酶(heme oxygenase,HO)-1等酶活性明顯降低[8-10];基礎研究發現,VaD動物模型海馬組織中神經元廣泛死亡,神經元內線粒體形態異常,ROS增多[11],即VaD中存在OS損傷。線粒體對血液和氧氣的高敏感程度決定了氧化應激損傷是VaD發病的重要機制,故“線粒體-氧化應激”損傷機制是探求VaD發病機制的突破口。

1.1 線粒體功能異常導致氧化應激

線粒體是多任務細胞器,在機體內直接或間接參與多種生理、病理功能,包括生物氧化產能、鈣離子調節、細胞生長和程序性死亡等[12]。

ROS產生過多導致OS。即使在正常生物氧化過程中,也存在少量電子脫離氧化呼吸鏈,形成ROS。少量的ROS可調節抗氧化蛋白體系,預防氧化損傷[13],但ROS生成過多,超出生理調節水平便會改變線粒體通透性,使ROS生成更多,進而損傷蛋白質、脂質、核酸等生命物質,過多的ROS還可激活免疫系統誘導炎性反應使損傷范圍擴大[14]。

鈣振蕩失調引起線粒體功能異常誘發OS。在各種細胞外信號的刺激下,胞漿中鈣離子濃度增減可形成波動變化(即“鈣振蕩”),從而誘導不同的生物學效應[15]。在VaD發病時,缺血、缺氧誘導大量谷氨酸等神經遞質釋放,持續激活N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR),引起神經元內鈣離子濃度增加,神經元過度興奮,最終導致突觸結構破壞,認知受損[16]。位于線粒體上的外膜陰離子通道蛋白(voltage dependent anion channel protein,VDAC)是線粒體鈣離子轉運的關鍵蛋白[17-18],研究證實,缺血、缺氧和再灌注可激活線粒體相關內質網膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane, MAM)上募集的三磷酸肌醇受體(inositol 1,4,5-triphosphate receptor,IP3R)/G蛋白偶聯受體75蛋白(G Protein-Coupled Receptors 75)/VDAC通路蛋白,介導鈣離子大量進入線粒體內,致膜電位異常,OS發生,神經元損害[19]。

1.2 線粒體形態異常導致氧化應激

分裂和融合是線粒體動力學的主要表現。分裂旨在增加線粒體數量,增加產能;融合在于穩定線粒體形態,優化線粒體功能。形態研究表明,VaD動物模型大腦神經元內可見線粒體膨脹、破裂,呈空泡狀,因此線粒體形態異常是OS發生的直接原因。

線粒體通透性轉換孔(mitochondrial permeability transition pore, MPTP)持續開放導致OS。MPTP位于線粒體內膜,是控制物質交換的重要蛋白通道,其通透性低,通過電壓改變和蛋白修飾可使其通透性增高。研究表明MPTP長時間完全開放使ROS和大量基質代謝產物溢出,進而導致線粒體形態破壞、OS發生[20]。在VaD神經元模型中存在相同變化,電鏡下可見神經元內線粒體腫脹、破裂、膜電位紊亂,進而影響線粒體功能,導致細胞質中檢測出ROS、MDA等OS產物[21],由此可見MPTP持續開放可能是VaD神經元OS損傷的重要環節。嗜環蛋白(cyclophilin protein,Cyp)D是MPTP的組成蛋白之一, CypD與其他蛋白相互作用可調控MPTP的通透性,環孢素(cyclosporine,Cs)A可將CypD從MPTP中置換出來從而有效降低MPTP的通透性,減輕OS損傷[22],但此結果目前仍然存在爭議,有學者認為CypD并不是MPTP通透性的必要條件蛋白,因此針對MPTP通透性的特異性靶點還需要進一步探索[17, 23]。

線粒體分裂、融合失衡導致OS。動力相關蛋白(dynamin-related protein,Drp)1和線粒體分裂加工蛋白(Mitochondrial fission process protein, MTFP)1是線粒體分裂的關鍵蛋白。線粒體增殖時Drp1活化并轉位至線粒體內膜上協同MTFP1介導線粒體分裂,隨后線粒體融合蛋白(Mitofusion 1, Mfn)1、Mfn2和視神經萎縮癥蛋白(Optic atrophy, Opa)1介導線粒體融合,維持正常的線粒體形態和功能。研究表明大量ROS可持續激活Drp1,導致線粒體持續分裂,結構異常,OS發生,而Drp1抑制劑可逆轉此過程[24-25]。該結論在VaD神經元模型中得到驗證,持續激活的Drp1可能是導致線粒體形態異常,神經元OS損傷的原因[26-27]。據此有學者研究證實哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路與VaD神經元內線粒體形態異常有關,雌激素受體可能通過調節Rictor元件進而調節mTORC2信號通路,控制線粒體分裂與融合的動力學平衡,改善OS,防止神經元損傷[28]。

2 中醫從“痰”認識VaD

VaD屬于中醫學“呆病”范疇,無論病理虛實,痰濁蒙竅、神機失用是“呆病”的重要病機。中醫學對痰濁致呆的認識淵源已久,《雜病源流犀燭·痰飲源流》云“人身非痰不能滋潤也。而其為物,則流動不測,故其為害,上至巔頂,下至涌泉,隨氣升降,周身內外皆到,五臟六腑俱有”[29]。痰之所動,隨氣機流注全身,臟腑失調,氣機紊亂,上至巔頂,蒙蔽清竅,神機失用,發為呆病。

2.1 “痰”是VaD發病的關鍵

痰為濁陰邪氣,具有有形和無形之分,有形者多為肺、脾、腎三臟津液輸布和代謝異常,津液匯聚而成;無形者多為人體臟腑氣機功能失調所致?！端貑枴び駲C真藏論篇》有云“脾脈者土也,孤藏以灌四傍者也”[30]。脾氣散精與機體水液代謝密切相關,故痰之所生,首當責脾,當飲食、情志、外感等引起脾胃功能失常,運化水濕失司,上不能輸于肺,下不能輸于腎,水液聚集成痰;趙獻可在《醫貫》痰論篇中提到“痰屬水,出于腎;非水泛為痰,則水沸為痰”[31]。腎主水,掌管人體水液代謝,當稟賦不足、衰老、久病及腎,導致命門火衰,水液氣化失司,水泛為痰,亦或腎精不足,虛火煉液,水沸為痰。因此,無論標本虛實,臟腑功能失調均能引起“痰濁”釀生,痰濁中阻,精氣不散,清陽不升,濁陰不降,腦竅失養,蒙蔽神竅,神機失用發為呆病。

痰濁致病廣泛、變化多端,夾諸邪犯腦,發為呆病。有形之痰是機體水液代謝的病理產物,有形實邪在體內必當阻礙氣機正常運行,氣為血之帥,氣不行則血不行,經脈氣血運行不暢導致血聚為瘀血,故痰濁致病常伴瘀血,清代醫家王清任在《醫林改錯》中提到“氣滯血凝,而致臟與腦氣不接”[32],與痰濁阻遏清陽的認識相似,二者均引起氣血、精微無法上注頭目,腦竅失養,神機失用, 故痰濁夾瘀血是VaD發病的主要病理因素。 除此之外,痰濁邪氣久居機體,郁而化火,痰火互結,上沖犯腦,擾及神明致耗氣傷精、瘀血形成,腦竅不通,發為呆病。王學權在《重慶堂隨筆》中提到“蓋腦為髓海,又名元神之府,水足髓充,則元神精湛而強記不忘矣,若火炎髓竭,元神漸昏,未老健忘,將成勞損也”[33]。由此可見痰濁常夾雜其他邪氣上犯腦竅致呆病發生,其中痰濁病理因素尤為關鍵。

2.2 “痰”貫穿VaD發病始終

VaD相關危險因素多,包括高血壓、高脂血癥、糖尿病等能引起腦血管病變的疾病,據統計學和文獻分析可知中醫學的“痰證”與此類危險因素和疾病均密切相關[34-35],且有研究表明,高血壓和糖尿病能在不導致腦卒中的情況下直接損害認知功能[36-37],由此可見,在呆病初期即有痰濁病邪的參與,正如《臨證指南醫案》中指出“風陽上擾,痰火阻竅,神識不清”[38];國內多位學者探討VaD證候時多次提到“痰”“氧化衰老”“炎癥”等關鍵詞,其中“痰濁”證素占比大[39-41],“痰濁蒙竅”是VaD 常見的證型之一,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];還有學者根據癥狀學變化特點統計卒中后非癡呆患者5年后的認知功能變化,結果表明“痰濁”與卒中后認知障礙進展高度相關[43],正如《石室秘錄》曰“痰勢最盛,呆氣最深”[44]。據上述中西醫結合研究可知,痰濁在VaD發病的不同階段均存在,痰邪的深淺與呆病的嚴重程度相關,痰濁貫穿VaD發病始終。

2.3 痰濁、炎癥、OS三者密切相關

結合前述,OS是VaD發病的關鍵環節,缺血、缺氧引起神經元OS損傷,大量釋放的 ROS和死亡的神經元均可刺激神經免疫系統,導致大量炎癥因子產生。炎癥因子和再灌注損傷使OS和神經炎癥反應加重,導致神經元壞死的范圍擴大,OS和神經炎癥之間形成正反饋效應。由此可見,OS和神經炎癥對VaD認知功能損害具有協同作用,二者互為因果。

“痰濁”為濁陰邪氣,是人體臟腑功能紊亂、氣血津液輸布和代謝異常等病理狀態下的產物。炎性因子、ROS、MDA等是機體代謝紊亂、OS損傷的病理產物?，F代醫學研究表明兩種病理產物之間存在緊密聯系。臨床調查研究表明痰濕體質的人常處于慢性低度炎癥的狀態,炎癥相關基因的表達存在異常;“痰證”與血漿中高敏C-反應蛋白(high sensitivity C reactive protein,HS-CRP)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白介素(interleukin,IL)-6等炎性指標含量升高有關[45- 46];基礎研究表“痰濁”的病理本質可能是線粒體能量代謝異常的產物,其與MDA、ROS的高表達存在顯著關聯,在痰濕證的動物模型體內超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性明顯降低[47]。諸多證據表明,“炎癥因子”“OS反應產物”可能是中醫學“痰濁”的具體表現形式?！疤禎帷薄癘S”“炎癥”三者之間的強關聯性為構建VaD “痰濁-OS-神經炎癥”的中西醫結合病理理論奠定了基礎。

2.4 “痰”影響線粒體形態和功能導致OS

線粒體的生物氧化功能是機體的能量源泉,其將攝入的營養物質轉化為“能量貨幣”——ATP維持正常的生命活動;脾胃為后天之本,為氣血化生之源,其所運化的水谷之精微在脾的轉輸作用下敷布全身,滋養全身器官,維持生命活動。在功能上,脾胃與線粒體相似。線粒體功能和形態異常,導致OS損傷發生,炎癥因子、ROS等產物出現;脾胃運化失司,津液輸布和代謝異常,痰濁病理產物產生。在病理上,痰濁與OS反應產物關聯性強?；A研究表明脾虛痰盛的患者線粒體數量明顯減少,運化功能失常,線粒體生物氧化功能減弱,水谷精微生成不足;氣血津液代謝異常,痰濁內生,線粒體膜電位平衡破壞,線粒體膨脹、碎裂,線粒體嵴消失。研究表明脾虛痰濁模型大鼠下丘腦組織中能量代謝相關通路蛋白(如cAMP、PKA等)表達減弱,ROS、MDA的含量明顯升高[48],且 “痰濁證”動物模型中參與線粒體氧化磷酸化復合體蛋白表達明顯下降,課題組前期研究也有類似發現,在VaD模型大鼠海馬組織中可見痰濁病理因素(ROS和MDA)的身影,而采用治痰法能明顯減輕神經元OS損傷,改善認知功能[49]。由此可見痰作為關鍵病理因素可影響線粒體的形態和功能導致OS損傷發生。

3 “治痰法”調節OS損傷,保護神經元

陳士鐸在《石室秘錄》中提到 “治呆無奇法,治痰即治呆”[44],故以“治痰法”為用藥原則,采用“化痰、祛痰、滌痰、消痰”等治法能改善VaD認知功能損害。從臨床角度而言,“痰”雖為實邪,當以攻除,但“痰濁”亦可由正虛所致,且VaD兼見其他雜病(如高血壓、糖尿病等),故“治痰法”的指導原則并非只注重攻除痰邪,“治”乃治理,祛除“痰濁”的同時還要注重固護正氣,辨臟腑功能盛衰虛實做到痰去不生,呆病得治。

臨床研究表明以“治痰法”不僅能調節機體免疫功能,減輕機體炎癥反應,降低炎性因子水平,進而改善缺血、缺氧引起的OS損傷,減少ROS、MDA的產生,還能促進神經元保護性因子的分泌,修復神經元的損傷,最終改善認知功能[50-54]。 “治痰法”不僅能清除病理產物“痰濁”(炎癥因子、OS產物),也能保護神經元,體現中醫藥治療VaD的多靶點共同調節的特點?；A研究表明“治痰法”在表觀層面能減輕認知障礙動物模型神經元內OS和神經炎癥,進而降低腦組織中ROS和炎癥因子水平,增加神經元保護性蛋白的表達,從而增加樹突棘密度和數量,最終達到修復神經元損傷、改善認知功能的目的[49, 55-58];微觀研究表明 “治痰法”能修復VaD模型大鼠神經元內線粒體的形態和功能從而保護神經元髓鞘和突觸結構,改善認知功能[59]。

線粒體一直是眾多疾病機制研究的熱點話題。以線粒體-OS損傷機制為切入點,建立“痰濁-OS-神經炎癥”的病理理論對VaD的防治研究具有指導意義。本文從痰的生成、OS損傷機制、VaD的發病以及治痰法的有效性入手,綜合論述中西醫對VaD發病的認識,通過線粒體-OS損傷機制和痰濁病理因素將中西醫認識有機結合,為中醫藥防治VaD提供了新的防治思路。