中藥對心肌細(xì)胞線粒體功能障礙的調(diào)節(jié)作用*

楊冬梨，李玉紅，張文將，李鑫，段麗芳

1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 咸陽 712046；2.天津中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，天津 301617

據(jù)全球大數(shù)據(jù)分析顯示，心血管疾病已成為發(fā)達(dá)國家居民死亡的主要原因，嚴(yán)重威脅著人們的健康[1]。隨著我國人口老齡化的加重和心血管危險(xiǎn)因素的不斷增加，心血管疾病已成為我國居民過早發(fā)病和死亡的主要原因，占全國人口死亡原因的40%[2-3]。預(yù)計(jì)未來20年內(nèi)，急性心肌梗死和中風(fēng)患者人數(shù)將增加至2 100萬以上[4]。

線粒體是高度動(dòng)態(tài)的雙膜細(xì)胞器，是真核細(xì)胞主要的能量來源，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、鈣穩(wěn)態(tài)、氧化還原、細(xì)胞凋亡等方面亦發(fā)揮著重要作用[5]。心臟是人體主要的供能器官，其能量來源高度依賴于線粒體的能量生成[6]。研究人員已在包括心血管疾病在內(nèi)的多種疾病中發(fā)現(xiàn)了線粒體功能障礙的存在，認(rèn)為線粒體結(jié)構(gòu)和功能的缺陷與心血管疾病密切相關(guān)，如擴(kuò)張型/肥厚型心肌病、缺血性/酒精性心肌病、心力衰竭、動(dòng)脈粥樣硬化、心肌炎等心血管疾病均伴有不同程度的心肌細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)和功能障礙[6-7]。

中醫(yī)藥在我國已有2 500多年的歷史，中藥在心血管疾病的治療中亦發(fā)揮了非常重要的作用，但目前中藥通過線粒體途徑治療心血管疾病的機(jī)制尚未明確。本研究綜述了中藥對心肌細(xì)胞線粒體功能障礙的調(diào)節(jié)作用，以期為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)和潛在的治療思路。

1 中藥對心肌細(xì)胞線粒體超微結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用

正常心肌細(xì)胞胞漿中富含圓形或卵圓形的線粒體，這些線粒體排列密集、整齊，充滿整個(gè)管腔，線粒體腫脹或空泡變性非常少見[8]。早期研究發(fā)現(xiàn)，缺血60 min后，缺血大鼠心肌細(xì)胞線粒體出現(xiàn)了明顯腫脹和斷裂，而活血化瘀藥物三七有效成分三亞油酸甘油酯預(yù)處理組，缺血大鼠心肌細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)完整性良好[9]。此后，多項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)中藥對心肌細(xì)胞線粒體超微結(jié)構(gòu)有保護(hù)作用，如具有益氣溫陽作用的淫羊藿甙能顯著改善充血性心力衰竭大鼠心肌組織線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷[10]；具有益氣養(yǎng)陰、活血通絡(luò)功效的參松養(yǎng)心膠囊能劑量依賴性地發(fā)揮保護(hù)肥厚心肌細(xì)胞線粒體密度的作用[11]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia/reperfusion injury，MIRI)可導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)紊亂，如出現(xiàn)腫脹、斷裂、排列紊亂或空泡，而具有抗腫瘤、抗血栓作用的二氫楊梅素可明顯減輕MIRI心肌細(xì)胞的線粒體結(jié)構(gòu)紊亂[12]。Gao等[13]也觀察到心力衰竭模型大鼠出現(xiàn)了線粒體排列分散、腫脹變大、嵴疏松、基質(zhì)顆粒模糊等異常表現(xiàn)，而益氣養(yǎng)血的芪參顆?？娠@著改善心衰大鼠的線粒體結(jié)構(gòu)異常。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為“氣為血之帥，血為氣之母”，氣虛則無力推動(dòng)血液運(yùn)行而使血行瘀滯。研究表明，益氣類藥物能夠通過改善線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷發(fā)揮治療心血管疾病的作用，而活血類藥物基于“氣滯血瘀”理論亦表現(xiàn)出了良好的治療效果。

2 中藥對心肌細(xì)胞線粒體動(dòng)力學(xué)平衡紊亂的調(diào)節(jié)作用

線粒體功能與其形態(tài)緊密相關(guān)，而線粒體形態(tài)和功能的變化又與人類的健康密切相關(guān)[14-15]。有研究表明，線粒體形態(tài)和功能的正常維持依賴于線粒體融合和分裂的動(dòng)態(tài)平衡[16]。線粒體分裂可導(dǎo)致細(xì)胞色素C的釋放和caspases的激活，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[17]。動(dòng)力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1，Drp1)是哺乳動(dòng)物中線粒體分裂的主要執(zhí)行者，其中線粒體外膜上Drp1Ser616的磷酸化可以引發(fā)線粒體分裂；Drp1Ser637的磷酸化，可使Drp1遠(yuǎn)離線粒體，從而抑制線粒體的分裂[18]。研究發(fā)現(xiàn)，生脈散提取物可抑制Drp1Ser616的磷酸化，促進(jìn)Drp1Ser637的磷酸化，從而抑制缺血損傷心肌細(xì)胞的線粒體分裂[19]；芪藶強(qiáng)心膠囊可通過促進(jìn)過氧化氫誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞Drp1Ser637磷酸化而抑制線粒體分裂[20]。線粒體內(nèi)、外膜的融合是獨(dú)立進(jìn)行的，分別由視神經(jīng)萎縮蛋白1(optic atrophy protein-1，OPA1)和融合蛋白1/2(mitofusin-1/2，Mfn1/2)介導(dǎo)完成。Zhang等[21]發(fā)現(xiàn)，益氣復(fù)脈注射液能增強(qiáng)Mfn2的表達(dá)，抑制Drp1Ser616的磷酸化，從而改善線粒體動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，延緩心力衰竭的發(fā)生發(fā)展。此外，有研究報(bào)道，參麥注射液預(yù)處理后缺氧/復(fù)氧損傷心肌細(xì)胞Mfn1、Mfn2和OPA1的表達(dá)顯著增加，Drp1和線粒體裂變1蛋白的表達(dá)顯著降低，表明參麥注射液通過調(diào)節(jié)線粒體融合和分裂對缺氧/復(fù)氧損傷心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用[22]。最近的研究亦發(fā)現(xiàn)，山楂提取物牡荊素能夠通過增加Mfn2表達(dá)，減少線粒體Drp1的募集，改善H9c2心肌細(xì)胞缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的線粒體功能障礙[23]?？梢?，生脈散、參麥注射液、芪藶強(qiáng)心膠囊等益氣類藥物能夠通過改善心肌細(xì)胞線粒體動(dòng)力學(xué)紊亂，維持線粒體動(dòng)力學(xué)平衡，發(fā)揮治療心血管疾病的作用。

3 中藥對心肌細(xì)胞線粒體能量代謝障礙的調(diào)節(jié)作用

線粒體是細(xì)胞有氧呼吸和能量代謝的主要場所，供應(yīng)細(xì)胞生命活動(dòng)95%的能量[24]。心臟高度依賴線粒體氧化磷酸化產(chǎn)生的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)供能。ATP酶和ATP合酶是調(diào)節(jié)能量代謝的重要酶。ATP合酶可在線粒體呼吸鏈中利用腺苷二磷酸和磷酸催化，合成ATP[25]。有研究報(bào)道，燈盞花素能提高心肌細(xì)胞線粒體內(nèi)Na+-K+-ATPase、Mg2+-ATPase、Ca2+-ATPase的活性[26]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，ATP 5D(ATP合酶亞單位之一)紊亂可能與心肌細(xì)胞缺血再灌注期間ATP的消耗有關(guān)，而芪參益氣滴丸預(yù)處理可預(yù)防這種紊亂[27]。氧化磷酸化復(fù)合物是呼吸鏈中電子轉(zhuǎn)移和氧化磷酸化偶聯(lián)的重要位點(diǎn)。Tian等[28]發(fā)現(xiàn)生脈散通過增強(qiáng)氧化磷酸化復(fù)合物Ⅰ和復(fù)合物Ⅳ的活性對糖尿病心肌病有改善作用。有研究表明，粉防己堿可通過增加ATP的形成和降低煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD)+/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH)比值，促進(jìn)缺氧/復(fù)氧心肌細(xì)胞的能量代謝[29]。此外，黃芪甲苷IV能夠通過增加ATP的產(chǎn)生、提高線粒體基礎(chǔ)呼吸速率及最大呼吸速率調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的能量代謝[30]。參麥方對缺氧時(shí)線粒體最大呼吸、ATP偶聯(lián)呼吸和線粒體儲(chǔ)備呼吸量具有促進(jìn)作用[31]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，參麥注射液能顯著提高缺氧狀態(tài)下線粒體呼吸參數(shù)，如基礎(chǔ)呼吸、ATP偶聯(lián)呼吸、最大呼吸、泄漏呼吸、儲(chǔ)備呼吸和無線粒體呼吸，表明參麥注射液能夠改善缺氧/復(fù)氧損傷心肌細(xì)胞的線粒體呼吸功能障礙[22]。中醫(yī)認(rèn)為，氣運(yùn)行不息，推動(dòng)和調(diào)控著人體內(nèi)的新陳代謝，維系著人體的生命進(jìn)程，這與能量之于人體的重要性不謀而合。以上研究表明，芪參益氣滴丸、參麥注射液、黃芪等益氣類藥物能夠通過改善線粒體呼吸功能、增加ATP的合成等作用調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞線粒體的能量代謝障礙。

4 中藥對心肌細(xì)胞線粒體氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)作用

線粒體是活性氧產(chǎn)生的主要場所[32]。在線粒體氧化磷酸化過程中，隨著ATP的產(chǎn)生，線粒體所消耗氧氣的1%～2%會(huì)被線粒體電子傳遞鏈所泄漏的電子轉(zhuǎn)化為活性氧[33]。在正常生理?xiàng)l件下，活性氧不斷被強(qiáng)大的自由基清除系統(tǒng)清除，以維持動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)這種平衡被破壞，活性氧積累，線粒體的功能域?qū)⒈┞队诟邼舛鹊幕钚匝踔?，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激發(fā)生[34]。當(dāng)活性氧大量滲漏時(shí)，線粒體內(nèi)膜陰離子通道被激活，促使線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)開放，削弱線粒體膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度，導(dǎo)致線粒體膜電位降低，進(jìn)而釋放大量細(xì)胞色素C，最終觸發(fā)細(xì)胞凋亡[35]。而中藥一方面可以直接降低活性氧的過量生成，如益氣復(fù)脈注射液可顯著降低煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的亞單位NADPH氧化酶2、p67phox和NADPH氧化酶4亞型表達(dá)，從而減少線粒體活性氧的生成[21]。另一方面，中藥能夠通過調(diào)節(jié)氧化酶和抗氧化酶的平衡，抑制活性氧的過量生成和積累，如木犀草素能顯著降低糖尿病大鼠心臟線粒體活性氧水平，提高線粒體超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性[36]；芪參益氣滴丸可通過減少心肌細(xì)胞線粒體活性氧生成和提高血清SOD水平減輕缺血再灌注損傷SD大鼠的氧化應(yīng)激水平[27]。

5 中藥對心肌細(xì)胞線粒體鈣超載的調(diào)節(jié)作用

線粒體可通過膜上協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體將鈣離子攝入基質(zhì)，然后以磷酸鈣的形式儲(chǔ)存在一些較大的致密顆粒中，而積累的鈣離子又可以通過鈉-鈣交換系統(tǒng)和膜轉(zhuǎn)運(yùn)孔道再次釋放到胞質(zhì)中，這對于維持線粒體鈣緩沖能力和線粒體膜電位非常重要[37]。鈣離子是心臟的第二信使，它將心臟周期性的肌肉收縮和舒張與線粒體的能量產(chǎn)生相聯(lián)系[38-39]。在心血管疾病中，心肌細(xì)胞中鈣離子節(jié)律性的釋放和再攝取以及鈣離子穩(wěn)態(tài)的破壞導(dǎo)致心肌興奮-收縮偶聯(lián)障礙，心肌收縮力受損，即線粒體鈣超載引起線粒體結(jié)構(gòu)和功能的改變[40]。體外研究發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷IV可通過適度增加氧消耗和線粒體鈣離子攝取能力，從而增強(qiáng)線粒體功能[30]。Lin等[27]發(fā)現(xiàn)，芪參益氣滴丸可通過改善多種線粒體功能紊亂發(fā)揮抗MIRI的作用。此外，有研究報(bào)道，木犀草素可通過抑制心肌細(xì)胞鈣循環(huán)、線粒體鈣離子和鈣調(diào)素的重要蛋白和酶在心臟冷藏過程中的積累，從而改善大鼠心肌細(xì)胞的鈣離子超載，發(fā)揮心臟保護(hù)作用[41]。鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)與ATP的消耗密切相關(guān)，鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)和分布障礙在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。研究證實(shí)，益氣類藥物對心肌細(xì)胞線粒體鈣超載的調(diào)節(jié)作用較為突出。

6 中藥對心肌細(xì)胞線粒體依賴性凋亡的調(diào)節(jié)作用

細(xì)胞凋亡包括外源性途徑和內(nèi)源性途徑。在內(nèi)源性途徑中，細(xì)胞色素C從線粒體膜間釋放，與凋亡蛋白酶激活因子1(apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1)和前半胱氨酸蛋白酶-9(cysteine protease-9，caspase-9)結(jié)合形成凋亡體，caspase-3和其他caspase被激活，最終導(dǎo)致DNA斷裂[42]。在活性氧積累或鈣離子超載的情況下，相對分子質(zhì)量<1.5 kDa的分子通過線粒體膜導(dǎo)致線粒體外膜損傷、mPTP開放、細(xì)胞色素C釋放、線粒體膜電位去極化，這些變化最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[43-44]。此外，B細(xì)胞淋巴瘤2(B cell lymphoma 2，Bcl-2)蛋白家族成員亦參與線粒體依賴性細(xì)胞凋亡過程，它們可以直接與線粒體相互作用或通過Bax(Bcl-2-associated X proten)和Bak(Bcl-2 homologous antago-nist/killer)控制線粒體外膜的通透性[45-46]。多項(xiàng)研究表明，中藥對心肌細(xì)胞線粒體依賴性凋亡具有良好的調(diào)節(jié)作用，如益心舒膠囊通過抑制線粒體腫脹、細(xì)胞色素C釋放和caspase-9活性及調(diào)節(jié)Bcl-2、Bax水平，從而抑制線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑[47]。益氣復(fù)脈注射液[21]、生脈散[28]、速效救心丸[48]等均能升高心肌細(xì)胞的線粒體膜電位。黃芪多糖對糖尿病心肌病細(xì)胞凋亡具有劑量依賴性抑制作用[49]。芪藶強(qiáng)心膠囊能夠抑制心肌細(xì)胞mPTP開放和線粒體膜電位下降，上調(diào) Bcl-2 的表達(dá)，下調(diào)Bax、細(xì)胞色素C、Apaf-1、caspase-9、caspase-3的表達(dá)，從而改善氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞線粒體依賴性凋亡[20]?？梢姡F(xiàn)有研究以益氣類藥物居多，且此類藥物可較好地抑制心肌細(xì)胞線粒體依賴性凋亡。

7 小結(jié)與展望

綜上所述，中藥可以通過減輕線粒體超微結(jié)構(gòu)紊亂、改善線粒體動(dòng)力學(xué)平衡紊亂、促進(jìn)線粒體能量生成、抑制氧化應(yīng)激狀態(tài)下線粒體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和積累、減輕線粒體鈣超載、抑制線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡等多種途徑調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞線粒體功能障礙。中醫(yī)認(rèn)為，氣是構(gòu)成人體和維持人體生命活動(dòng)的基本物質(zhì)之一，氣運(yùn)行不息，推動(dòng)和調(diào)控著人體內(nèi)的新陳代謝，維系著人體的生命進(jìn)程。故《難經(jīng)·八難》言：“氣者，人之根本也。”《類經(jīng)·攝生類》載：“人之有生，全賴此氣?！薄端貑枴ご谭ㄕ?遺篇)》言：“正氣存內(nèi)，邪不可干。”《素問·評熱病論》言：“邪之所湊，其氣必虛?！睔饧饶茏o(hù)衛(wèi)肌表，防御外邪入侵，同時(shí)也能祛除侵入人體內(nèi)的病邪，氣的防御功能決定著疾病的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。氣既能統(tǒng)攝固護(hù)人體內(nèi)血、津液、精等液態(tài)物質(zhì)，又是生命信息的載體，是臟腑形體官竅之間相互聯(lián)系的中介。張茂林等[50]認(rèn)為，線粒體是中醫(yī)學(xué)概念中的“氣”，亦有醫(yī)家將其翻譯為“生命力或能量”[51]。許多醫(yī)家認(rèn)為，線粒體是人體氣的重要組成部分。心血管疾病屬于中醫(yī)“心悸”“怔忡”“胸痹”等的范疇?！秱s病論》載：“傷寒，脈結(jié)代，心動(dòng)悸，炙甘草湯主之?！薄夺t(yī)學(xué)正傳》言：“怔忡者，心中惕惕然動(dòng)搖而不得安靜?！睆堉倬霸凇督饏T要略》中提出：“夫脈當(dāng)取太過不及，陽微陰弦，即胸痹而痛，所以然者，責(zé)其極虛也。今陽虛知在上焦，所以胸痹、心痛者，以其陰弦故也?！贝罅孔C型研究結(jié)果顯示，心力衰竭、冠心病、心肌炎等心血管疾病患者多伴有心氣虛癥狀[52-54]，心血管疾病診療相關(guān)指南中，也多將心氣虛證作為主要證型[55]。大量研究已證實(shí)，益氣類中藥在調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞線粒體功能障礙方面具有良好的優(yōu)勢。

因此，基于線粒體在細(xì)胞中的重要地位，探究中藥尤其是益氣類中藥通過調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞線粒體功能障礙治療心血管疾病的新方向具有重要意義。目前，研究仍存在一些問題，如心血管疾病線粒體功能障礙機(jī)制尚未明確；多數(shù)研究只關(guān)注線粒體功能障礙的一兩個(gè)方面，缺乏基于線粒體整體功能障礙的研究；此外，復(fù)方制劑在心血管疾病臨床應(yīng)用十分廣泛，但目前的研究多局限于單體和成藥的分析研究。因此，深入研究血府逐瘀湯等臨床常用方劑改善心血管疾病線粒體功能障礙的機(jī)制，對于明確經(jīng)方的治療機(jī)制、闡釋中醫(yī)理論的科學(xué)內(nèi)涵具有重要意義。