基于“脾虚-内质网应激”探讨健脾法对炎症性肠病肠纤维化内质网应激的调节作用

杜林柯,郑 烈,段盛蕾

杜林柯,郑烈,段盛蕾,陕西省中医医院 陕西省西安市 710003

0 引言

肠纤维化是炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)常见并发症之一,严重者导致肠腔狭窄、乃至肠梗阻、穿孔和瘘管发生,最终需要手术治疗.研究表明[1],30%的克罗恩病(Crohn’s disease,CD)及5%的溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)患者因纤维化进行手术治疗.虽然,纤维化已被证实在皮肤、肝脏和肺等慢性炎症纤维化疾病中发挥重要作用,但在IBD中的作用机制尚不清楚.

IBD纤维化几乎都发生在炎症受累肠段,即炎症-纤维化后遗症,尽管目前抗炎治疗取得了显著效果,但尚未发现IBD患者纤维化发病率和手术治疗患者呈下降趋势.部分IBD患者肠道已经出现瘢痕组织,因此在临床过程中不仅需要早期预防纤维化,而且在纤维化完全形成后需要进一步逆转.现代医学目前尚无有效治疗药物,而中医药治疗IBD已具有潜在优势.为了解决这些问题,需要更好的深入了解IBD肠纤维化的发病机制.既往研究表明[2],内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)障碍时产生的大量未折叠或错误折叠蛋白、炎症介质、微血栓等病理产物所引起的肠上皮细胞损伤是IBD肠纤维化的重要原因.

该病归属于中医学“痢疾”和“肠澼”等范畴.脾虚是发病的根本,感受外邪、饮食不节、情志失调等是关键的致病诱因,而湿邪、瘀热、热毒是其重要病理因素[3].中医学认为,脾虚不能运化水液,导致湿热、痰浊、瘀毒等病理产物内生,壅滞于肠道而发本病.与“内质网应激”障碍时均有“异曲同工”之妙,由此可见,内质网应激功能障碍引起肠上皮损伤导致的慢性复发性炎症与中医“脾虚”具有一定的相关性,也可能是中医“脾虚”在微观层面的一种表现形式.

近年来内质网应激参与纤维化的形成已经成为研究的热点[4].通过“脾虚-内质网应激”理论研究IBD肠纤维化的发病机制不仅有助于更好的深入研究其发病基础,也为将来更好的治疗IBD纤维化提供理论基础.本文从中医“脾”和西医学“内质网”角度出发,重点探讨二者相关性及其与IBD肠纤维化的关系,进一步阐释IBD肠纤维化病机特点,以期为临床治疗提供客观依据.

1 中医“脾”与内质网在生理上相关性

中医学认为,脾为仓廪之官,乃后天之本,主运化水谷精微,对机体精微物质的代谢输布发挥重要作用.从说文解字角度来看: 运,《说文》: “运,移徙也.”化,《高级汉语大词典》: “古字为‘匕’,会意.甲骨文,从二人,象二人相倒背之形,一正一反,以示变化.本义: 变化,改变.”《说文》: “匕,变也.”由此可知,运化的最初本义当是转运,改变之意.所以,脾主运化包括消化、吸收、输布及气化等功能,是机体物质代谢的重要枢纽,为机体维持生命活动提供能量.人体一身之气血,全赖脾的运化功能.

内质网是真核细胞中最大的细胞器之一,它是由分支小管和扁平囊组成的膜网络结构,通过内质网腔相互连接.主要功能是参与体内蛋白质和脂质的合成、加工、包装和运输[5].机体超过1/3蛋白的合成、折叠和结构成熟都在内质网中进行[6].可见,内质网对蛋白的“运化”也起着重要的调节作用.蛋白的“运化”可能也是脾主运化的分子生物学体现,所以脾主运化和内质网存在一定的相关性.

中医学脾系统范围较广,包括胃、小肠、大肠、肝等,相当于西医学的消化系统、内分泌系统和血液系统等,主要参与机体物质的消化、内分泌代谢和体液生化代谢等[7].其中参与消化的过程主要依赖于胃蛋白酶、胰蛋白酶等作用,蛋白质等物质需要参与催化、代谢调节、运输、免疫防御等生命活动.机体的物质代谢均离不开内质网的关键作用,维持内质网稳态是脾运化功能的具体体现和重要保障[8].有研究表明[9],脾对脂质代谢(包括脂蛋白)有重要调节作用.而且脾也和多种受体蛋白、酶蛋白关系密切.根据中医学取类比象法,脾主运化代谢,也包括蛋白质合成、折叠、分解等过程,可知中医的脾和现代医学的内质网之间在生理功能上存在一定的相似性.所以,从内质网生理角度探讨脾的运化功能具有重要科学依据.

2 中医“脾虚”与内质网应激在病理上的相关性

中医学认为,脾虚水谷精微生成不足,机体脏腑器官失于滋养,故临床表现多为腹胀纳少、食后腹胀、肢体倦怠、神疲乏力、少气懒言、形体消瘦,也有的以形体肥胖或浮肿为表现[10].上述症状与机体合成蛋白不足或摄取减少有关,如水肿与低蛋白血症有关,形体消瘦与蛋白摄入不足有关.蛋白质代谢在消化系统具有重要意义,由于消化道含有多种糖蛋白的消化酶,可以润滑和保护黏膜组织,当蛋白酶发生糖基化修饰时有助于食物的吸收和消化[11].在脾虚患者也进一步发现血清总蛋白、白蛋白均降低.通过动物实验也证明[12],在脾虚模型小鼠中,脾脏、小肠组织蛋白质含量降低.

细胞中有细胞核、质膜、线粒体、粗面内质网、光滑内质网等细胞器,其中内质网是细胞内最大的膜网络结构,主要担负着蛋白质修饰、加工以及新生肽链的折叠、组装和运输的重任,且是细胞内Ca2+的贮存场所[13].细胞是生命活动的基本单位,在正常生命活动中,细胞与各种酶的生物活性关系密切,而酶的本质就是蛋白质,其合成主要在内质网中完成,完成后的蛋白质要经过加工、修饰、糖基化等才具有生物活性,才可以参与生命活动[14].

中医学认为,脾为后天之本,为一身之气血提供能量.现代医学认为,内质网也是Ca2+的主要储存场所,Ca2+是引发平滑肌收缩的重要递质,是细胞第二信使,为机体提供更多能量[15].根据中医脾为“后天之本”的重要性地位,中医“脾”与西医学“内质网”关系密切,所以,脾虚和内质网应激存在相关性.有研究表明,脾阴虚糖尿病大鼠大脑皮质中IRE1α和p-JNK1以及pJNK2的蛋白和下丘脑GRP78蛋白表达较正常组升高,提示有内质网应激发生.

3 内质网应激是IBD肠纤维化重要的发病机制

纤维化是导致机体晚期器官衰竭的主要原因.其在传统观念上被认为是炎症的旁观者,对参与某种疾病的发病机制可以忽略不计.但近日,来自麻省总医院等机构的科学家们在国际杂志《Gastroenterology》发表一篇文章明确指出中,纤维化对于炎症性肠病的发生发展具有直接影响作用[16].

内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)与肠纤维化发生发展密切相关.当机体遭受缺血、缺氧、感染、营养底物缺乏、氧化应激及毒性物质等多种应激因素后容易损伤肠上皮细胞,破坏上皮细胞内质网腔内Ca2+平衡、抑制蛋白糖基化、引起二硫键错配、减少蛋白质向高尔基体转运等途径,导致内质网中错误折叠蛋白增加,从而发生ERS[17].为了应对ERS,细胞启动未折叠蛋白反应(unfold protein response,UPR),最初旨在恢复蛋白稳态,但持续的UPR将导致细胞死亡.由于内质网应激会引起肠道微环境的改变,成为肠上皮细胞(intestinal epithelial cell,IEC)活化和分化的主要驱动因素,内质网稳态和IEC的分化二者相互影响,发生ERS时往往伴随IEC形态和功能的变化,这对IBD肠纤维化的发生发展起重要作用[18].

内质网应激主要通过ER腔内的重要分子伴侣葡萄糖调节蛋白78(GRP78)介导的三种途径引起UPR,包括肌醇酶1α(inositolase 1α,IRE1α)、蛋白激酶相关的内质网激酶(protein kinase-related endoplasmic reticulum kinases,PERK)和转录激活因子6(transcription activator 6,ATF6)[19].当应激产生时,GRP78分离与未折叠蛋白结合,引起这三种通路下游蛋白的激活.有研究发现[20],ERS与IBD相关后,ERS在IBD的发病机制中备受关注,已发现IBD患者ERS是显著的.即使在非活动期IBD患者中,肠上皮细胞也存在ERS[21].此外,敲除PERK-eIF2α基因可抑制ERS诱导IEC发生纤维化,从而证实了PERK-eIF2α对于IEC发生纤维化是必须的[22].

4 “脾虚”是IBD肠纤维化的核心病理环节

饮食物入胃后皆依赖脾的运化功能,脾旺则气血旺盛,脾虚则气血生成不足,一身之气血皆依赖脾的运化能力.饮食不节(洁)、情志不畅、久病失养、禀赋不足等是导致脾虚的重要病因,继而产生痰湿、瘀血等病理产物蓄积于体内诱发疾病.如《外科正宗·肠痈论》曰: “肠痈,皆湿热瘀血流入小肠而成……如积袭日久……以致毒攻内脏,肠胃受伤.”IBD肠纤维化病位在肠,与脾关系最为密切;脾虚不能运化水谷则水湿内生,湿邪缠绵难愈,以此为病,可见脾虚是IBD肠纤维化的发病基础;加之外邪侵犯机体导致气机不利,出现湿热、痰浊、瘀毒等标实之证,壅滞于肠道,肠壁增厚,甚至肠腔狭窄、梗阻.可见,脾虚是IBD肠纤维化的关键病机,脾虚不能运化是IBD肠纤维化的核心病理环节.

脾虚不能运化导致水谷精微失于布散,与细胞内质网不能正确折叠、转运蛋白,或不能将错误折叠蛋白折叠,引起内质网应激蓄积于体内,从而引起多种酶、受体的合成失调,脾虚与内质网应激障碍关系密切[23].中医学认为,饮食不节(洁)、情志不畅、久病失养及禀赋不足等是导致脾虚的重要原因,这与现代医学饥饿、营养物质缺乏、各种不良应激原刺激等影响细胞内质网稳态、引起内质网应激障碍有一定相关性[24].可见,从内质网应激入手探讨脾虚在IBD肠纤维化中的分子生物学实质符合中医理论特点及临床实际,具有重要价值和理论意义.

中医药调节内质网应激通路治疗疾病以及揭示其作用靶点和机制的研究日益增多,中医“脾虚”可能与细胞内质网应激时功能障碍有一定的相关性.“脾虚不能运化”状态下的痰湿、热毒、瘀血等致病产物相当于现代医学内质网应激功能障碍时产生的大量未折叠或错误折叠蛋白、炎症介质、微血栓等病理产物.治疗上中医通过“健脾”以维持脏腑阴阳平衡,其机制与现代医学通过抑制内质网应激通路减轻异常蛋白过多沉积和细胞器大量受损以维持细胞内环境稳态的作用机制是一致的.因此,细胞内质网应激功能障碍导致的细胞损伤可能是中医“脾虚”在微观层面的一种表现形式.

5 以“健脾”为根本大法调节内质网应激治疗IBD肠纤维化

由于IBD病情迁延难愈,中医认为病邪内蕴与正气消伐并存,属本虚标实.根据叶天士“久病入络”“久痛入血”理论,采用络脉理论指导辨治.络脉是气血津液输布、环流的枢纽和通路,主要参与营血的生成、输布和贯通营卫、沟通表里经脉的生理功能.湿、热、瘀、毒是IBD肠纤维化病理因素,蕴结肠腑,损伤血络,气血运化失司,组织渗灌不足,血败肉腐[25].吴以岭《络病论》也认为络病有“易滞易瘀、易入难出、易积成形”的特点.《灵枢·痈疽》云: “荣卫稽留于经脉之中,则血泣而不行,不行则卫气从之而不通,壅遏而不得行,故热,大热不止,热胜则肉腐,肉腐则为脓.”痰湿热毒灼伤络脉导致营卫之行受阻,气机阻滞,引起血液运行涩滞、津血互换异常,使津凝成痰,血滞为瘀,代谢废物蓄积为毒;痰、瘀、毒等病理产物聚积又引起络脉瘀阻、闭塞,络息成积,进一步损伤络脉,加重络脉自身营卫不通,形成络脉病变的恶性循环,故补气健脾药常与清肠化湿、活血通络药同用.

《素问·至真要大论篇》曰:“伏其所主,而先其所因.”治疗IBD肠纤维化疾病重在健脾,恢复脾的运化功能.脾的运化功能正常依赖于脾气的升降、脾阴的滋润和布散功能,补益脾气是健脾运化的重要思路.“脾气宜健、痰湿宜化,湿热宜清、瘀血宜通”,治疗IBD肠纤维化应补脾胃以健脾,燥湿清热化痰以通络,破血消积通经以化瘀,从而达到健脾清肠通络之效.临床可选取黄芪、党参等以益气健脾,欲令脾实.基于以上认识,提倡IBD肠纤维化以健脾清肠通络,活血通络,扶正祛邪为主.

研究发现[26],内质网应激是肠上皮细胞损伤的重要致病因素,中医健脾法能减轻内质网应激,下调内质网应激标记蛋白CHOP的表达,调控内质网应激信号分子活化,减轻炎症因子的反复刺激,从而改善肠道炎症.大量研究表明[27],健脾法有助于增强脾的运化功能,调节内质网应激保护肠黏膜屏障治疗IBD.如唐志鹏教授[28]以健脾为根本大法,创制健脾清肠方能有效减少IBD小鼠肠黏膜PERK、Bip蛋白表达,改善UPR以恢复内质网稳态;郑春菊[29]以健脾、疏肝之方能改善IBD小鼠p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α,有效抑制内质网应激,减轻细胞凋亡.

中医学认为,脾主运化水谷精微,为机体提供能量;现代医学认为,内质网是合成蛋白质及储存Ca2+的主要场所,也为机体储备能量,二者有相同的功能作用,因此从中医“脾虚”的微观层面阐释细胞内质网应激功能障碍在IBD肠纤维化发病中的重要作用.将中医学传统理论与现代医学有机结合,以“脾虚-内质网应激功能障碍”为切入点,对IBD肠纤维化“脾虚-内质网应激”相关理论进行了科学研究,对研究其发病机制和临床治疗提供客观依据.

6 结论

从生理角度讲,脾与内质网具有相关性,通过内质网应激障碍探讨脾虚不运化实质有助于阐释中医健脾法调节内质网稳态的科学内涵,探索内质网应激相关分子蛋白的表达为中医药防治IBD肠纤维化提供客观依据.深入分子生物学研究有助于开展动物实验模型和临床研究“脾虚-内质网应激”的相关性,并进一步通过健脾法干预治疗效应靶点,为阐明内质网应激形成IBD肠纤维化作用机制提供客观依据,为揭示IBD肠纤维化提供全新视角和新理论,对丰富中医药治疗提供新思路和新方法.