从起居无节探讨益气健脾法调节骨骼肌生物钟基因以改善胰岛素抵抗的机制*

2021-03-27李韦韦

光明中医 2021年16期

李韦韦钟文

生物体内周而复始的节律叫做生物钟，影响许多生理过程的昼夜节律，如激素水平[1]、体温[2]、心率和血压[3]、睡眠觉醒周期、胃肠道甚至记忆形成等。2017年杰弗理霍尔(Jeffrey c hall)、迈克尔罗斯巴希(Michael rosbash)、迈克尔杨(Michael w young)获得诺贝尔生理学或医学奖，原因是“发现了控制昼夜节律的分子机制”。然而，生物钟的功能并不局限于这一点，现代研究表明，昼夜节律也与能量代谢[4]密切有关。

现代社会人们生活节奏紧张、生活节律紊乱(如夜班工作、跨时区出差、饮食不规律、睡眠时间和质量下降等)。流行病学研究发现，生活节律紊乱可致代谢异常、增加发生2型糖尿病的风险[5，6]，即使短时间夜班工作也会引起骨骼肌胰岛素敏感性降低[7]。近二十年糖尿病患者人数激增，可部分归因于现代工业社会人们生活方式发生的巨大变化。

早在1971年，Konopka等[8]就在果蝇基因突变实验中发现了生物钟基因组件，此后相继有研究和报道了如芳香烃受体核转位蛋白样1基因(BMAL1)、时钟基因(CLOCK)、隐色素基因1(Cry1)、隐色素基因2(Cry2)、周期基因1(Per1)、周期基因2(Per2)、周期基因3(Per3)等，其中有CLOCK和BMAL1等核心生物钟基因。[9]生物钟基因的mRNA和蛋白表达均呈现出24 h的振荡周期[10]，这种振荡周期是生物钟产生的前提。许多生活不良的方式，如熬夜、饮食过度等会破坏生物钟基因振荡的表达方式，从而改变了生物钟，引起代谢性疾病包括糖尿病。已有研究显示[11]，睡眠节律不调对胰岛素的抵抗有影响。如睡眠不足，可引起下丘脑-垂体-肾上腺轴功能增加，产生体应激：交感神经兴奋，糖皮质激素升高，生长激素减少，血糖调节不全，从而导致胰岛素抗体。胰岛素抵抗作用意味着靶器官对胰岛素的敏感度下降，同时还增加了糖尿病患者的风险。日本学者对2860名工人进行了8年的随访研究[12]，每班上课时间越长，夜班暴露的时间就越多，糖代谢过程对糖的影响就越大。已有的研究显示，长期轮班引起的生物节律变化是胰岛素抗力的危险因素[13]，而Yasushi等[14]则明确指出，轮班是糖化血红蛋白≥6.0%的一种独立危险因素。Deng等[15]的研究表明，与正常睡眠时间相比，空腹血糖升高的风险有6%左右。

中医“天人相应”观念，强调人与天地自然运行规律相符合的重要性。一旦人与天地规律不相应则百病生。现代研究也表明，生活节律紊乱可能缩短预期寿命，而保持健康的昼夜节律与幸福指数和延长寿命相关[16]。“起居无节”是消渴病的重要病因之一,既往对此病因认识不足。本文探索昼夜节律紊乱对于人体糖代谢稳态的影响；借鉴生物钟理论诠释消渴病因“起居无节”，为消渴病因学说提出重要的补充。

肌肉生物钟的基因表达与糖尿病有关：肌肉内的葡萄糖储存形式为肌糖原。而肌糖合成和分解的平衡则依赖于生物钟正常。Harfmann等[17]敲除了小鼠骨骼肌的BMAL1基因，发现骨骼肌纤维的类型发生了变化，线粒体呼吸功能减弱，肌节结构异常，同时还伴有葡萄糖代谢的异常，葡萄糖耐量下降和胰岛素的敏感度减弱，这是其主要表现之一。 Dyar等[18]通过实验进一步确认，对大鼠骨骼肌内的BMAL1基因特异性敲除，骨骼肌葡萄糖转运蛋白4(GLTT-4)基因表达下调，丙酮酸脱氢酶(PDH)活性减弱，导致葡萄糖代谢异常。此外，Young等[19]对小鼠心肌中的BMAL1基因特异性敲除，发现小鼠的心肌中葡萄糖也受抑制。上述几项研究结果表明，当一种肌肉内含有BMAL1基因的细胞表达异常时，葡萄糖细胞代谢就可能会发生变化，表现是因为一种葡萄糖细胞耐受性明显下降和其对胰岛素的抵抗，这不仅表明一个BMAL1基因在一种肌肉内正常基因表达中对多种葡萄糖细胞代谢异常起着重要作用，而且该基因可能也是导致糖尿病发病的一个重要基因机制。[20]

1 国内外研究现状及发展动态分析

据估计，15%～20%的工作者经历了轮班和跨时区旅行[21]；超过80%的美国人夜间暴露在人工光线下[22]；美国5000～7000万人患有慢性睡眠觉醒症[23]；中欧70%的调查者有假后工作时差问题[24]；此外，不规则饮食和日照的减少，也是当今社会普遍存在的生活方式变化[25，26]。昼夜节律与能量代谢有密切的关系，许多与能量代谢有关的生理过程都受到生物钟的控制，表现为昼夜波动，而生物钟自身也会受到进食、活动，甚至是代谢状态的影响。昼夜节律对人体的代谢发生起着重要作用，昼夜节律失调与肥胖、胰岛素抵抗、代谢综合征和糖尿病发生有关。一项研究发现，短期昼夜节律紊乱导致骨骼肌胰岛素敏感性明显降低,主要影响骨骼肌无氧葡萄糖清除减弱[27]。

胰岛素抵抗可引起2型糖尿病和其他多种代谢性疾病，而2型糖尿病在过去20年中已经广泛在全球流行，据统计2030年的患者将增加到4.39亿[28]。糖尿病的高发并不排除与当今社会生活方式发生的巨大变化有关，但又不只是饮食、活动的变化，人们的时间节律紊乱也可能是一个原因。

2 骨骼肌生物钟基因是研究靶点

骨骼肌是胰岛素发挥作用的一种靶器官，也是胰岛素作用的一种重要外周组织，占成年人去脂体质量的40%～50%，而80%的胰岛素介导餐后葡萄糖转运与骨骼肌有关。因此，骨骼肌是胰岛素抵抗的重要部位之一。骨骼肌[29]中也有节律振荡器，从而参与了许多生理过程，其中核心生物钟基因为CLOCK和BMAL1。研究显示，系统或局部干扰实验动物核心生物钟基因被证明与糖代谢损伤和线粒体功能紊乱有关。进一步研究表明[30]，啮齿类动物模型中的特异性敲除肝或骨骼肌BMAL1，或者实施昼夜节律紊乱的方案，可能会引起胰岛素抵抗。相反，在胰岛素抵抗的C2C12肌管和大鼠骨骼肌中CLOCK和BMAL1转录水平下降。

骨骼肌分子生物钟基因通过哪种机制引起胰岛素抵抗?有研究表明，CLOCK和BMAL1通过SIRT1调节了肌肉的胰岛素敏感度，而SIRT1则是胰岛素敏感性的关键调节因子；SIRT1以昼夜节律方式表达，通过PER2的脱乙酰作用来调节生物钟的基因表达[34]。CLOCK/BMAL1-SIRT1形成了一个反馈回路，将生物钟与骨骼肌的代谢结合起来。研究还发现，大鼠骨骼肌BMAL1和SIRT1蛋白在持续黑暗的情况下有胰岛素抵抗，而激活SIRT1可以有效逆转由昼夜节律紊乱引起的肌肉胰岛素抵抗[35]。因此，CLOCK/BMAL1-SIRT1可以作为胰岛素的抵抗靶标进行干预。

3 “起居无节”是消渴病的重要病因

《素问·上古天真论》云：“上古之人，其知道者，法于阴阳，和于术数，食饮有节，起居有常，不妄作劳，故能形与神俱，而尽终其天年，度百岁乃去”，提出“起居有常”的养生法则。若“起居无节”则可致脾胃受损。《灵枢·五变》云：“五脏皆柔弱者，善病消瘅”，《素问·奇病论》云：“此肥美之所发也，此人必数食甘美而多，肥也，肥者令人内热，甘者令人中满，故其气上溢，转为消渴”。先天禀赋不足、饮食失节是引起消渴的重要内在因素。《素问·上古天真论》云：“今时之人不然也……以妄为常……以欲竭其精，以耗散其真，不知持满，不时御神，务快其心，逆于生乐，起居无节，故半百而衰也”。以妄为常不仅仅是饮食、房劳等没有节制，还应该包括起居无节、昼夜颠倒。生活规律紊乱，经常熬夜、轮班等，与天地昼夜时间变化不相应，耗伤阴津发为消渴。

《素问·痿论》曰：“脾主身之肌肉”，脾为后天之本，气血生化之源。肌肉 (主要指四肢骨骼肌肉) 依赖于脾布散的水谷精微的荣养，而健硕有力；若脾气亏虚，则水谷精微不能布散濡养肌肉，故常见消渴者肌肉瘦削、倦怠乏力。因此，糖尿病骨骼肌损害的治疗强调健运脾胃以充养四末，益气健脾有助于包括葡萄糖在内的精微物质的转运和利用。

4 昼夜节律失调导致气阴两虚证

中医基础理论阴阳学说就是从时间属性出发的，太阳的升降所引起的昼夜变化，就是阴阳的本源表现，昼为阳，夜为阴;寤(醒)为阳，寐(眠)为阴。昼夜节律失调就是阴阳失调，《素问·生气通天论》言: “阳气者，一日而主外，平旦人气生，日中而阳气隆，日西而阳气已虚，气门乃闭。”[11]说明人体的阳气具有日周期变化特点，所以古人养生主张“日出而作，日落而息”，注重对自身阳气的调护。夜间阳气本应收敛入藏，而现代人白天工作，夜晚不睡觉，熬夜则寤(醒)为阳，夜间本是阳气衰微之时，而熬夜就是在阳气衰弱时不能潜入阴，阳气浮于外，强行消耗阳气，而阴气不能平静收敛，阴阳互根，阳损则阴耗，故而导致阴阳两虚。

太阴，亦称至阴，太阴在脏为脾主运化，《伤寒论》中论述了太阴欲解时辰在亥至丑，指亥、子、丑3个时辰，也就是21时到次日3时之间的6个小时，正是夜间休息之时。脾本至阴之脏，在夜间本应合时而眠，阴气主收藏，夜寐为阴，熬夜使得阴阳失衡，且熬夜需补充能量进食，而长期在脾胃该休息的时候进食，属于饮食失节，与嗜食肥甘厚味一样损伤脾胃之气，致脾胃运化失职，积热内蕴，化燥伤津，消谷耗液，发为消渴，故而昼夜失调能导致气阴两虚之证。

5 益气健脾之参芪复方是改善“起居无节”导致的骨骼肌胰岛素抵抗的可行方案

参芪复方是谢春光教授经多年实践并行之有效的经验方，具有益气健脾之功，经前期临床及实验研究，已经证明参芪复方具有减轻胰岛素抵抗的作用，参芪复方以益气健脾为主要治则。

本方采用人参、黄芪为君，大补元气，助脾散精，促进水谷精微及津液布散，并能推动血液运行。人参既能补益肺脾肾之气，又能生津止渴。本方以黄芪为君，一则扶正祛邪，起居无节的人往往气虚，正气不足，则疲惫不堪；二则气对津液的作用，气能生津，气化作用是津液生成的动力，气能行津，也能摄津，减少流失，起居无节的人耗伤气阴，气阴不足则不能化生津液，见口干；三则补益脾气，助脾散精，“治脾即是治胰”；四则大补元气，元气足则阴火消，则精微能升举，阴火自消除。人参与黄芪配伍，相辅相成，共同补益元气，升阳举陷。山药、山萸肉、生地黄、天花粉共为臣药。山药具有补脾益胃、生津益肺、补肾涩精之功。生地黄甘寒质润能养阴生津止渴，苦寒泄热，入肾经而滋阴降火，养阴津而泄伏热。天花粉，能清热泻火，生津止渴。生地黄、山药、山萸肉联用滋阴填精，补益先天肾精以养后天脾土；丹参、熟大黄合用活血化瘀、推陈致新，生长肌肉。

前期研究发现，经高脂喂养的糖尿病小鼠腓肠肌横切面肌细胞数目明显减少，大小不均匀，体积缩小，细胞间隙明显增大，肌细胞萎缩明显，呈片状萎缩，可见局灶性肌细胞水肿，纵切面肌纤维断裂明显，经参芪复方干预后上诉病理改变均得到改善。参芪复方可通过减少血清炎性因子，升高血清 IGF-1 水平，进而促进骨骼肌蛋白质合成，防止骨骼肌萎缩，减轻骨骼肌细胞水肿和萎缩，减少肌纤维断裂，减少骨骼肌组织局部炎性因子浸润，从而发挥保护骨骼肌纤维的功能，改善糖尿病骨骼肌病变[33]。参芪复方[34]对肌量的保持有帮助，基因芯片对参芪复方组模型的差异表达基因进行了筛选，Pathway富集分析发现了差异表达基因与mTOR信号通路的关系。