线粒体质量控制与肾阳虚证的相关性*

肖雪，谭从娥

陕西中医药大学，陕西 咸阳 712046

肾阳，又称“元阳”“真阳”“真火”“命门之火”等，为一身阳气之本。“五脏之阳气，非此不能发”，说明肾阳具有推动、温煦和激发脏腑形体官窍的功能。线粒体拥有独立于细胞核的基因组，是糖类、脂肪和氨基酸最终氧化释放能量的场所，有细胞“动力工厂”之称。线粒体被称为细胞的“能量工厂”，在细胞的增殖、分化、存活以及稳态的维持中具有重要的调节作用［1］。线粒体质量控制的机制是多层次的，通过线粒体蛋白降解、囊泡转运和自噬3个层次维持线粒体稳态，其中，线粒体生物合成、线粒体动力学和钙离子发挥了重要的调节作用［2］。线粒体质量控制是在细胞中维持正常状态的关键机制，决定着线粒体的命运［3］。本文对近年来线粒体质量控制系统紊乱与肾阳虚证发生的相关性研究进展进行综述。

1 肾阳虚证与能量代谢

肾阳虚证是由于肾阳虚衰、温煦失职、气化失权所表现的一类虚寒证候，临床主要表现为面色 白、腰膝酸软、形寒肢冷、阳痿遗精、精神萎靡不振、小便清长、女子带下清稀、宫寒不孕、舌淡苔白和脉虚弱无力等［4］。研究发现，肾阳虚证存在下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴功能紊乱［5］。卢德赵等［6］研究结果表明，肾阳虚证动物模型均表现为畏寒肢冷、拱背怂毛、小便量多、便溏等，温补肾阳药可有效改善以上临床症状，结合肾阳虚证临床表现及以药反证实验结果，提示能量代谢障碍是肾阳虚证的特征之一。唐利华等［7］研究发现，肾阳虚证动物模型的糖代谢障碍主要表现为二氢硫辛酰胺脱氢酶表达量降低，导致能量代谢水平降低，而温补肾阳药可以增加二氢硫辛酰胺脱氢酶活性，改善糖代谢功能，促进三羧酸循环，使机体的能量代谢水平增强。此外，温补肾阳药还能增加腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）合酶和醛脱氢酶含量，通过增加ATP含量从而缓解能量代谢障碍。沈自尹等［8］从肾虚和肾阳虚的比较中发现肾阳包含被激活的甲状腺轴，能够促进能量代谢，其中氧化磷酸化的反应尤为明显。以上均表明，肾阳虚证会导致能量代谢降低。

2 能量代谢与线粒体

线粒体是细胞内氧化磷酸化的场所，通过氧化磷酸化为细胞活动提供了各种能量，同时ATP又被称为“能量货币”，是人体内最重要的高能磷酸化合物，为细胞的各种活动提供能量。人体中90%的ATP是由线粒体经氧化磷酸化过程产生的，即NADH和FADH2通过线粒体呼吸链逐步失去电子，被氧化生成水，电子传递过程伴随着能量的逐步释放，此释能过程驱动ADP磷酸化，生成ATP，所以NADH和FADH2的氧化过程与ADP的磷酸化过程相偶联，此过程被称为氧化磷酸化。李佳萍等［9］研究发现ATP合酶位于线粒体内膜中，是能量代谢的关键酶。邱林等［10］实验结果表明，在氢化可的松诱导肾阳虚证造模成功后，大鼠肝线粒体出现了能量代谢障碍，是由于体内相互作用的复合酶受到了抑制，从而影响线粒体呼吸链的功能，导致ATP的生成量减少。由此可见，线粒体中ATP的生成量决定了机体能量代谢水平的高低，细胞的能量储备状况和ATP含量有一定联系［10］。

3 线粒体质量控制在肾阳虚证中发生的作用

3.1 线粒体氧化应激与肾阳虚证氧化应激是导致活性氧（reactive oxygen species，ROS）增多和抗氧化防御系统功能损伤的主要原因，同时也是细胞损伤的主要原因［11］。ROS主要是由呼吸链中的复合物Ⅰ和Ⅲ产生的，过多的ROS会导致大分子的氧化，同时也和mtDNA突变、衰老以及细胞凋亡有关。ROS参与各种氧化反应，可造成生物大分子的结构改变和功能丧失，从而导致细胞衰老的发生。研究发现，氧化应激是细胞衰老的重要因素之一［12］。蒋杉等［12］研究异鼠李素（isorhamnetin，Iso）通过改善氧化应激延缓D-半乳糖（D-galactose，D-Gal）诱导的脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVEC）衰老中发现，Iso可以激活Nrf2通路，降低D-Gal引起的氧化应激，从而延缓细胞衰老的速度。康秉文等［13］研究尿石素对血管内皮细胞衰老的机制中发现，尿石素能够通过改善线粒体功能，降低ROS生成量，增加抗氧化酶的活性，从而改善氧化应激状态，延缓细胞衰老程度。宋晨萌等［14］研究发现，衰老大鼠海马组织氧化应激可以引起细胞凋亡。

近年来，肾虚和细胞衰老相关性的研究主要集中在神经内分泌系统、免疫系统、ROS等方面［15］。赵彩娇等［16］研究灵龟八法艾炷灸对肾阳虚证家兔免疫功能的影响中发现，肾阳虚证家兔血清白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）增加，免疫球蛋白A（immunoglobulinA，IgA）、IgM和IgG减少，免疫功能提高，证明灵龟八法艾炷灸对肾阳虚证家兔有一定疗效。隋艳华等［17］研究发现，双肾草具有抗衰老作用，对肾阳虚动物疗效最为明显，可以增加红细胞内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，清除ROS，阻止血清脂质过氧化物形成，使机体免疫功能提高。

3.2 线粒体生物合成与肾阳虚证线粒体生物合成是指提高氧化磷酸化水平和增加ATP的生成量，促进新的细胞器成分合成，从而提高代谢功能的过程［18］。线粒体生物合成是由过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α（peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）、细胞核呼吸因子1／2（nuclearrespiratoryfactor1／2，NRF1／2）、线粒体转录因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）等调控的，共同组成线粒体生物合成的信号通路，其中PGC-1α是最关键的调控因子［19］，同时也是能量代谢的关键调节因子［20］。研究发现，PGC-1α是腺苷酸蛋白活化激酶（AMPactivated proteinkinase，AMPK）调节线粒体生物合成最主要的下游激酶［21］。AMPK是全身细胞能量稳态的主要调节因子，可以被磷酸化和激活，从而影响细胞内AMP／ATP比率的提高［22］。Seo等［23］研究发现，AMPK激活酶和骨骼肌线粒体生物合成有关。Liu等［24］研究发现，AMPKα1激活酶会促进线粒体生物合成。

在寒冷的环境下，小鼠骨骼肌中的PGC-1αmRNA表达量会升高，在由寒冷诱导的PGC-1α表达量增加的同时，ATP合成酶也随之增加［25］。另外，PGC-1α在骨骼肌中具有调节功能，由缺乏运动诱导的PGC-1α所介导的基因调控可导致骨骼肌氧化能力降低和能量代谢受损［26］。唐汉庆［27］研究了脾阳虚证大鼠能量代谢的功能与机制，发现脾阳虚证大鼠能量代谢水平降低。脾与肾属于先天促进后天、后天滋养先天的关系，肾阳为脏腑阳气的根本，脾阳根于肾阳。总之，肾阳虚证和能量代谢功能的失调有着必然的联系。

3.3 线粒体动力学与肾阳虚证线粒体不断分裂和融合的动态过程叫作线粒体动力学，此过程是维持线粒体数目稳定的基础。线粒体分裂是由单个线粒体分成多个子细胞器，可以增加线粒体数量，属于非选择性过程；线粒体融合是由多个健康的线粒体融合为一个线粒体，从而促进mtDNA和ATP的分布，以此满足机体对能量的需求，属于选择性过程［28］。线粒体融合有助于ATP的产生，主要通过线粒体融合蛋白1（Mitofusins 1，Mfn1）、Mfn2及视神经萎缩蛋白1（optic atrophy protein 1，OPA1）进行调节。线粒体分裂可以促进细胞分裂和有丝分裂，主要由线粒体动力相关蛋白（dynaminrelatedprotein1，Drp1）、线粒体分裂蛋白1（mitochondrial fission 1 protein，Fis1）、线粒体分裂因子（mitochondrial fission factor，MFF）及线粒体动力蛋白49／51（mitochondria dynamin protein 49／51，Mid49／51）进行调节［29］。Toyama等［30］研究发现，AMPK是线粒体动力学的关键调节因子。另有学者研究发现，MFF上的磷酸化位点Ser155和Ser173与AMPK有关，抑制电子传递链后，AMPK可导致线粒体分裂的发生，同时，AMPK被激活后可以增加DRP1线粒体定位［31］。

Liu等［32］研究发现，肥胖小鼠的行为受损伴随着线粒体功能紊乱和骨骼肌ATP含量降低，其中，高脂饮食（high fat diet，HFD）诱导的小鼠骨骼肌中Mfn1和Mfn2表达量减少，控制线粒体分裂Fist1和Drp1的蛋白质增加。苏艳红等［33］研究发现，抗阻训练能够增加Mfn2、Drp1的蛋白表达，提高复合物Ⅳ的活性，改善线粒体能量代谢障碍。蔡悦青等［34］研究发现，注射氢化可的松的肾阳虚证大鼠内分泌系统相关激素出现紊乱，其中甲状腺激素中的促甲状腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）、三碘甲状腺原氨酸（triiodothyronine，T3）和四碘甲状腺原氨酸T4是细胞代谢的关键因素，提示TSH、T3和T4分泌的减少会导致能量代谢障碍。

3.4 线粒体自噬与肾阳虚证线粒体自噬是一种机体自我防御机制，当线粒体受到外界环境刺激后发生去极化损伤，受到损伤的线粒体会被自噬相关的蛋白识别，然后被自噬体特异性包裹，并与溶酶体融合，从而完成降解过程［35］。研究发现，AMPK被激活后会通过自噬在内的多条途径维持细胞内ATP水平［22］。研究表明，AMPK在低氧条件下被激活时，线粒体自噬增加，反之，当AMPK激活被阻断时，线粒体自噬减少，由此可见，AMPK是线粒体自噬的关键调节因子［36］。

张渐轩等［37］在探讨脂肝方对NASH肝细胞自噬、线粒体及其能量代谢的影响时发现，脂肝方可以改善细胞高脂状态，提高AMP／ATP比值，激活AMPK，促进细胞自噬，改善能量代谢障碍。经研究证实，线粒体自噬可以引起能量代谢障碍［38］。王春玲等［39］研究表明，以敛肝熄风止颤方干预帕金森病模型鼠可以激活CaMkkβ和AMPK通路，提高线粒体自噬能力。Na+-K+-ATP酶是人体细胞内能量代谢中最关键的酶，可催化ATP水解供能产热，Na+-K+-ATP酶活性增加，细胞产热也会随之增加，反之则会降低［40］。滕培颍等［41］研究发现模型组大鼠肝、心、肾、小肠组织Na+-K+-ATP酶活性与正常组比较均显著降低，说明阳虚模型大鼠能量代谢功能降低。

4 以线粒体质量控制为靶点的中药干预

如上所述，线粒体质量控制失调可能是肾阳虚证的重要发病机制之一，恢复线粒体质量控制的平衡可能是温补肾阳中药干预肾阳虚证的关键作用靶点。研究发现，右归丸对神经-内分泌-免疫系统具有整体调节作用，可以通过下丘脑-垂体-肾上腺轴、下丘脑-垂体-甲状腺轴等多个靶腺轴调控机体的能量代谢水平，改善肾阳虚证患者“畏寒怕冷”等产能不足状态［42］。张文钊等［43］以右归丸进行干预后，发现大鼠血清中CRF、ACTH、CORT以及肾上腺、下丘脑、垂体中CRHR1的含量均有所增加，由此可以说明肾上腺、下丘脑、垂体指数通过右归丸的温补肾阳功效得到了提高。陈李圳等［44］研究右归丸对肾阳虚证大鼠下丘脑-垂体-甲状腺轴的影响发现，在肾阳虚证动态发展过程中，下丘脑-垂体-甲状腺轴激素水平变化明显，其中TSH、T3、T4为敏感指标。综上所述，右归丸对下丘脑-垂体-肾上腺轴和下丘脑-垂体-甲状腺轴的调控作用是治疗肾阳虚证的关键机制之一［42］。以线粒体质量控制系统为靶点的中药物质基础研究为肾阳虚证的治疗提供了新的思路。

5 结语

线粒体是细胞内关键的细胞器，除了为细胞提供能量以外，还是细胞内自由基生成及调控细胞凋亡的重要细胞器，且处于细胞死亡调控和ROS生成中心的核心地位，被称为“细胞信号转导细胞器”。线粒体质量控制通过线粒体的生物合成、融合、分裂以及自噬来维持线粒体形态、数量的稳定和结构功能的完整［45］。调节能量稳态时，AMPK与PGC-1α协同作用于线粒体生物合成［46］。在研究红芪多糖与糖尿病胃轻瘫大鼠胃窦组织时发现，增加AMPK活性、提高PGC-1α表达能够改善能量代谢表达，促进线粒体生物合成［47］。AMPK还可以诱导不同组织中线粒体动力学的发生，其中，MFF为AMPK的底物之一，AMPK可通过MFF的磷酸化被线粒体应激迅速激活［48］。另有研究表明，在哺乳动物细胞中，AMPK是自噬所必需的［49］。综上所述，线粒体生物合成、线粒体动力学和线粒体自噬三者之间通过AMPK维持线粒体稳态。AMPK被激活后不仅是能量代谢的调节因子，同时也是线粒体稳态的调节枢纽［30］。

上述表明，线粒体质量控制系统紊乱在肾阳虚证中发生的机制之一是能量代谢障碍，其靶点是AMPK。但目前研究仍存在以下几点问题：①研究还处于细胞和动物实验阶段，应加强更深层次的探索；②临床报道较少，仍需大量的数据支持；③已知靶点是AMPK，需进一步发掘更多的靶点；④进一步探讨其靶点在不同领域中的协同作用；⑤对以线粒体质量控制为靶点的中药干预研究报道较少，可以此类中药为切入点进行探讨。相信随着研究方法和实验技术的不断完善发展，线粒体质量控制紊乱和肾阳虚证的作用机制会更加明确，能够为临床提供理论依据和研究思路。