补中益气汤对于肝再生线粒体能量代谢的研究概况＊

张云舒，周 琪，孟凡跃，刘 炜，柳勤龙，石永泉

（1.大连医科大学中西医结合学院 大连 116000；2.大连医科大学附属第一医院 大连 116000；3.大连医科大学附属第二医院 大连 116027；4.山东大学附属济南市中心医院 济南 250000）

肝硬化、肝癌等肝脏疾病的发生率日益渐增[1-3]，尽管肝切除术或肝脏移植术等现代化治疗肝脏疾病手段的发展日新月异[4]，但其癌症的发病率仍居全球第六、死亡率居全球第四[5]。肝大部分切除术常阻断肝门减少术中出血，不可避免地引起肝缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI），造成肝细胞坏死，肝损伤与肝再生严重失衡，患者或因肝脏功能急性衰竭而死亡[6-7]，现为肝脏外科目前急需解决的重大问题。有研究表明肝脏部分切除后迅速启动再生程序，有丝分裂、炎症反应都需要大量能量供应[8]，能量供应是肝再生的关键，能量供应不足可引起肝衰竭[9-10]。肝细胞存活和再生的基础是由线粒体产生的ATP来提供能量，通过增加线粒体数量或促进线粒体呼吸链复合体功能或抑制细胞凋亡等机制来促进线粒体的能量代谢从而抑制肝损伤，提升肝的再生能力，对肝脏疾病患者的愈后具有重要意义[11]，本课题组前期工作发现肝脏大部分切除后保留的剩余肝脏中线粒体功能对于肝脏的再生至关重要，同时可有效抑制肝脏衰竭[12-13]。故而通过提高线粒体能量代谢而促进肝再生机制的研究亟待开展。但现在并无特别有效的药物及手段能够提升肝切除后的线粒体能量代谢。

屠呦呦在演讲中说：“中国医药学是一个伟大宝库，应当努力发掘，加以提高。”因此本课题组通过对中医经典方剂的研究，旨在找到提升线粒体能量代谢的药物及手段。补中益气汤出自李东垣《脾胃论》，该方组方精良、用药严谨，其中益气健脾是该方的一大特色。有研究证实[14-15]，补中益气汤参与线粒体能量代谢过程可以起到保护线粒体功能的作用从而促进肝再生。笔者从方药有效成分及药理效应的影响两方面入手，综述补中益气汤对肝再生中线粒体的影响，为促进肝再生提供新的治疗方法，对改善肝病患者的预后具有重要意义。

1 线粒体能量代谢与肝再生

线粒体是细胞进行有氧呼吸和提供能量的场所、是活性氧（ROS）的产生场所和靶点，在能量的产生、Ca2+的动态平衡以及细胞凋亡等方面具有重要作用[16]。肝脏切除后，肝细胞内线粒体受损，线粒体呼吸功能以及氧化磷酸化功能受抑，ATP耗尽，ROS积累导致氧化应激，过量的ROS通过多种途径介导线粒体凋亡，引起不同程度的肝损伤，触发相关信号转导途径，诱导组织慢性炎症的发生导致纤维增生，最终发生细胞死亡[17]。能量供给是肝细胞存活和再生的基础，因此需要更多的ATP去维持生理和代谢需要。增加线粒体数量、提高线粒体呼吸链复合体功能、抑制细胞凋亡等都是提高线粒体能量代谢的重要机制[18-19]。肝切除后的再生需要能量的供应，线粒体能量代谢的高低直接影响肝细胞再生。

1.1 线粒体数量

线粒体数量变化会显著影响细胞功能[20-21]。线粒体数量主要受线粒体转录因子A（TFAM）的水平影响[22]，TFAM是最丰富的线粒体定位DNA结合蛋白之一，可控制线粒体DNA（mtDNA）复制、转录和包装[23]，TFAM的水平变化由辅激活因子1α（PGC-1α）支配的核呼吸因子-1（NRF-1）通路进行调控[24]。有研究显示[25]肝切除后TFAM短时间内降低后显著升高，而NRF-1和PGC-1α的变化与TFAM的变化趋势一致，提示在肝脏切除后肝再生的过程中线粒体数量和生物合成在暂时减少后持续增加，为后续的细胞增殖做准备。姬爱冬等[26]实验表明，增加大鼠肝脏线粒体数量能够缓解非酒精性脂肪肝的损伤，从而有效保护肝脏。

1.2 线粒体呼吸链复合物

线粒体呼吸链酶又称线粒体呼吸链复合物，位于线粒体内膜，由一系列氧化还原酶组成（呼吸链酶复合体Ⅰ~Ⅳ），其复合体活性反映线粒体呼吸功能的变化，与线粒体能量代谢具有相关性[27-28]。线粒体呼吸链复合物主要将体内代谢物NADH和FADH2去除的电子或氢，通过NAD+、NADP+以及FAD传送给氧生成水后经氧化还原形成ATP，为肝组织提供能量，促进肝再生。Wang等[29]发现过量的氟化物诱导的线粒体呼吸链受损会导致肝功能障碍。李思琦[30]等人实验发现脾气虚能够造成心肌细胞线粒体发生突变和缺失,导致呼吸链酶复合物活性下降。而[31]健脾类方剂可以提高肝脏组织中呼吸链复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的含量，表明健脾类方剂能够有效改善肝脏线粒体损伤以及能量代谢。

1.3 细胞凋亡

线粒体接收到凋亡信号后，线粒体膜通透性升高，线粒体膜电位（MMP）下降，细胞色素C从线粒体释放到细胞质中，刺激凋亡复合体的形成，并激活Caspase9，Caspase9全酶被进一步激活产生Caspase级联反应，最终导致细胞凋亡[32]。有相关文献[33]表明线粒体能量代谢与抑制细胞凋亡相关。虽然肝损伤的机制尚不明确，但细胞凋亡已被确认为细胞损伤的途径[34]。抑制肝细胞的凋亡可以有效避免肝细胞发生的损伤，对于保护肝脏具有重要意义。而中药能够改善能量代谢，抑制细胞凋亡，从而对细胞进行保护[35]。

2 补中益气汤与线粒体能量代谢

2.1 补中益气汤总方与线粒体能量代谢

线粒体是人体的“能量工厂”，线粒体的能量代谢与脾的功能密切相关[36-37]，线粒体通过三羧酸循环和氧化磷酸化、琥珀酸单酰与甘氨酸将三大营养物质（水谷精微)转化成ATP（气）和血红素（血），因而认为线粒体与气血生化之源（脾）在功能上具有一致性[38]。医圣张仲景言：“见肝之病，知肝传脾，当先实脾”。因此通过健脾不仅能够促进线粒体能量代谢功能正常发挥，还可通过中医“既病防变”之思想，疏肝健脾，建运中州。有多方研究[39-40]证实，肝切除术后患者中医证型多以肝郁脾虚证为主，肝切除后人体正气亏虚，中焦脾胃之气受损，不能化生水谷精微，而补中益气汤有补脾益气，升阳举陷之功效。补中益气汤源自李东垣之《脾胃论》，为益气健脾的代表方，由黄芪，人参、白术、当归、陈皮、升麻、柴胡、炙甘草8位药组成，常用于治疗脾胃虚弱、中气下陷所致的体倦乏力、食少腹胀、便溏久泻、肛门下坠等证[41]。

文献表明补中益气汤对于线粒体能量代谢具有良好的保护作用，例如，补中益气汤可以通过增加线粒体数量、提升线粒体呼吸链酶复合物活性、Na+-K+-ATP酶、Ca2+-Mg2+-ATP酶活性、增强线粒体膜电位及超微结构从而抑制细胞凋亡来提高线粒体功能进而促进能量代谢[14-15]。李爽[42]等人通过双抗体两步夹心酶联免疫吸附法测定大鼠肝脏内线粒体呼吸链复合体活性浓度,研究结果发现补中益气汤可以有效提高大鼠肝脏线粒体呼吸链酶复合体活性、保持呼吸链完整性进而提高线粒体的能量代谢。进一步说明线粒体的氧化磷酸化产能过程与脾主运化功能关系密切，补中益气汤即通过健运脾气，改善线粒体氧化磷酸化功能。而李腾辉[43]等人通过mtDNA部分缺失模型实验观察到补中益气汤可以有效改善线粒体呼吸链复合体功能从而抵抗线粒体损伤，验证了中医气血生化之源（脾）与线粒体之间的相关性。其他实验研究表明[44]补中益气汤可以通过抑制氧化应激来促进肝细胞线粒体的生成从而保护肝脏，实为应呼“脾旺不受邪”既防病邪入侵，又可使肝有所藏。

2.2 补中益气汤中各味药与线粒体能量代谢

补中益气汤中重用黄芪为君，人参、炙甘草、白术为臣药，君臣合用，以增黄芪之药力，助黄芪补益脾胃之气，助脾运化；当归、陈皮补血理气，共为佐药；柴胡、升麻升阳举陷，兼为佐使药[45]。近年来，探究补中益气汤中各位药的化学成分、药理作用与线粒体能量代谢的文章越来越多。

2.2.1 黄芪

黄芪善于补气固表、益气升阳、健脾益胃，常治气虚疲乏、中气下陷等证。有研究证实了黄芪能够防止肝损伤，其机制是通过上调缺氧诱导因子（HIF）-1α从而抗肝细胞凋亡[46]。黄芪中有效化学成分包括黄芪多糖、黄芪甲苷、槲皮素、山奈酚、栀子醇等。研究表明[47]黄芪甲苷能够提高线粒体能量代谢，可能是通过激活AMPK/PPARα信号通路，而Zhao[48]等通过实验观察黄芪甲苷对NLRP3炎症小体激活和线粒体依赖性凋亡的影响。结果发现黄芪甲苷通过抑制caspase-3活性，恢复线粒体膜电位的丢失，抑制炎症小体激活导致的内皮细胞线粒体细胞死亡，从而保护细胞免受内质网应激诱导的凋亡。Li等[49]发现槲皮素能够促进细胞增殖，同时抑制炎症、氧化应激和细胞凋亡，缓解线粒体的结构和功能障碍。还有研究表明槲皮素能够抑制CD38表达并促进细胞内NAD+水平的增加，促进线粒体呼吸链复合物的功能[50]，这均与黄芪“益气健脾”的功能具有一致性。

2.2.2 白术

白术归脾胃经，为温补脾胃之要药。《本草汇言》[51]载：“白术乃扶植脾胃，散湿除痹，消食除痞之要药也”。白术多糖作为白术的重要活性成分，具有促生长、抗氧化、提高免疫力的作用，还能够保护肝脏[52]。Hu等研究发现白术多糖能够明显下调神经元Caspase-3、Bax mRNA和蛋白水平；同时上调b细胞淋巴瘤2（Bcl-2)蛋白水平；显著抑制细胞损伤和凋亡[53]。亦有研究发现白术多糖是通过线粒体介导细胞凋亡途径而抑制肝细胞凋亡[54]。且有多人研究[55-56]称白术多糖能够拮抗缺血再灌注大鼠肝脏活性氧的生成，改善肝细胞脂质过氧化损伤，提高肝细胞线粒体的功能以及稳定肝细胞线粒体结构，有效保护对肝脏缺血再灌注损伤引起的肝细胞线粒体破坏，达到保护肝脏的目的。白术之功，在于既可健脾以增加线粒体能量代谢，其成分又能直接作用保护肝脏，实为肝再生之妙药。

2.2.3 人参

人参能补中州之气，主升，擅治气虚下陷之证。《本经疏证》[57]描述人参道:“其色黄味甘气凉质润，正合中土脾脏之德，故首入脾……，次入肺……，次入肾……，次入肝而谋虑定，惊悸除，目明矣次入心”。人参富含蛋白、多糖及皂苷类物质，人参皂苷作为其主要的活性物质，具有抗氧化、抗肿瘤、改善记忆力等药理作用[58]，其中人参皂苷Rg1的活性最强，常在肝脏疾病中发挥积极作用。研究证实[59]人参皂苷Rg1能够有效减轻氧化应激损伤，抑制肝细胞凋亡，达到明显改善肝缺血再灌注后的肝脏功能的目的。李明珂等[60]研究发现人参皂苷Rg1、CK（人参皂苷Rh1为人参皂苷Rg1、Re经肠内菌群代谢后产生；人参皂苷CK为人参皂苷Rb1经肠道菌群转化）及其混合物可明显下调肝酶水平，改善受损线粒体形态及数量进而延缓酒精性肝病的肝损伤。人参善以提中气（线粒体）治疗肝病的思想与《本经疏证》及后人提及人参应归肝经有异曲同工之妙[61-62]。

2.2.4 升麻

升麻是足阳明胃经的引经药，具有升阳举陷之功，可助黄芪升举阳气，同时能够升发脾胃清阳。升麻中主要含有三萜及其苷类、酚酸类、色原酮类（如升麻素、北升麻素）以及挥发油类，具有镇痛解痉、抗炎、护肝同时增强免疫等药理作用[63]。其中升麻素可通过TLR4/p38MAPK信号通路减少炎症信号因子白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α），还可以降低活性氧（ROS）含量，显著抑制肝细胞氧化应激从而缓解棕榈酸诱导的肝细胞脂毒性，表明升麻素对于改善非酒精性脂肪肝病中起重要作用[64]。高莉[65]等通过实验研究发现，类叶升麻苷能够提升Bcl-2、细胞色素C氧化酶（COX）蛋 白 表 达，并 减 低Bax、caspase-3以 及caspase-9蛋白表达，并能够恢复叠氮钠诱导的早期细胞凋亡现象，提示类叶升麻苷能够增强线粒体的功能从而抑制细胞凋亡。

2.2.5 当归

当归作为补血、活血之补益药，具有抗炎、抗肿瘤的药理作用，能够清除超氧阴离子自由基（O2-）、羟基自由基（OH），还可降低鼠肝匀浆液脂质过氧化水平，清除活性氧（ROS）、减弱细胞凋亡从而保护线粒体[66]，进而有效达到保肝作用[67]。当归多糖是当归的主要成分之一，钟萍[68]等人研究证实当归多糖能够通过上调造血干细胞的线粒体膜电位以及抑制细胞凋亡来促进造血功能，这与当归“补血”的功能相吻合。有实验表明[69]当归多糖不仅能使正常小鼠肝线粒体谷胱甘肽（GSH）升高，还能够恢复泼尼松龙所致肝损伤小鼠的相关酶活性。Zeng等[70]通过实验研究当归多糖可能ASP恢复了化学药物5-氟尿嘧啶（5-FU）诱导的线粒体和内质网肿胀从而减少氧化应激损伤，进而抑制脂质合成代谢和细胞凋亡的紊乱。Cao等[71]也发现，由对乙酰氨基酚（APAP）造成肝损伤的大鼠静脉注射当归多糖后能够改善脂质过氧化和氧化应激使大鼠体内APAP的毒性降低，能够抑制线粒体损伤以及细胞凋亡。

2.2.6 柴胡

柴胡主升清降浊，具和解表里、疏肝、升阳之功。柴胡皂苷是中药柴胡的主要活性成分，在抗炎[72]保肝[73]中发挥重要作用，并能够抗氧化应激[74]、清除过量的活性氧（ROS）或减少细胞ROS产生[75]。张娜[76]等通过柴胡皂苷d（SSd）孵育24 h后再经过H2O2诱导产生氧化应激损伤的人正常肝细胞L02，检测到SSd能有效稳定线粒体膜电位（JC-1），降低线粒体超氧化物（MitoSox Red）水平从而保护线粒体正常功能，防止肝细胞损伤。而高子涵[77]等人研究发现柴胡皂苷b2也能通过拮抗线粒体凋亡通路从而有效抑制过氧化氢诱导的肝细胞L02损伤。诚如《本草正义》[78]载：“柴胡能疏泄外邪，则邪气解而肝胆之气亦舒，木既畅茂，斯诸证自已”。此所谓柴胡通过促进线粒体能量代谢而平肝，升阳。

2.2.7 陈皮

陈皮具有和胃理气行滞之效，川陈皮素是陈皮中一种常见的化合物，具有抗氧化、抗炎等作用[79]。有研究成果显示[80]川陈皮素能够降低大鼠缺血后的氧化应激，近期有研究者对川陈皮素保护肝细胞线粒体能量代谢有了更深一步的探究。杨超君[81]等人研究发现川陈皮素可显著上调HIRI大鼠肝组织和H2O2诱导的肝细胞BRL中LC3-II、Beclin1、ATG-7蛋白和mRNA表达水平，并下调p62蛋白和mRNA表达水平从而改善HIRI大鼠肝细胞线粒体形态，提示川陈皮素可减少H2O2诱导的BRL细胞中自噬蛋白与线粒体的共定位数量，表明川陈皮素可以逆转氧化应激损伤后产生的线粒体变化。Amarsanaa等[82]通过实验证实川陈皮素能够显著降低线粒体活性氧（ROS）的产生，抑制了凋亡信号传导，增强产生ATP。

2.2.8 炙甘草

甘草味甘、性平，可缓和诸药，还能顾护肝脏之气血，有“解毒之王”之称。研究表明[83]配伍甘草能够改善线粒体膜电位、降低线粒体膜损伤、抑制细胞凋亡。甘草酸（GA）是甘草中的有效成分，具有重要的药理作用。Rashedinia等[84]通过测量细胞活力、活性氧（ROS）、线粒体膜电位（MMP）、线粒体质量、细胞色素c氧化酶活性和细胞的ATP水平来验证GA能够改善细胞色素c氧化酶的活以及MMP的降低，并减少ROS的产生从而增强ATP水平，增加线粒体能量代谢。目前文献对于甘草提取物未有明确的甘草与炙甘草的区分，但中医认为生甘草能泻郁火于脾，从而炙之，则健脾胃而和中矣，补中益气汤中选取炙甘草健脾益气、调和全方，或许更能健脾（线粒体）以增加线粒体能量代谢从而护肝促进肝再生。

3 总结

线粒体损伤常导致肝脏能量代谢异常进而引起肝脏损伤，影响肝脏再生。因此，在探索肝脏疾病的研究中，线粒体功能及能量代谢具有重要作用。现代研究结果表明补中益气汤可增加线粒体数量、促进线粒体呼吸链复合物功能、抑制细胞凋亡等机制提高线粒体能量代谢；而补中益气汤中单味中药成分的药理作用亦能促进线粒体能量代谢从而影响肝再生。补中益气汤作用于线粒体治疗肝脏疾病为促进肝再生奠定理论基础。脾主运化，乃气血生化之源。脾气健运、水谷精微充足，方能输送和滋养于肝，肝得疏泄。笔者于临床中常见肝切除术后患者为脾气不足证，故此类患者于术前术后服用补中益气汤是否可以健运脾气，而促进肝脏再生需要进一步证实，其成方与中药单体实验研究仍不够深入、完整，尚有一些问题亟待解决。

中医学理论是中华上下五千年文明之和璧隋珠，而中药更是其中的金玉锦绣，此瑰宝仍有许多尚未探清的智慧与角度值得我们勘察、探索。然而目前，鲜有综合经典名方作用于线粒体能量代谢对肝再生进行研究，在寻求肝再生高效安全的治疗方法过程仍旧面临着巨大挑战。补中益气汤对于肝再生的线粒体能量代谢研究便是进一步探看中医药瑰宝的其中一步。不积跬步，无以至千里，在今后的研究中应该拓宽思路，不断完善相关的临床应用研究，补中益气汤干预线粒体能量代谢促进肝再生的机制方向仍具有研究价值。