從起居無節探討益氣健脾法調節骨骼肌生物鐘基因以改善胰島素抵抗的機制*

李韋韋 鐘 文

生物體內周而復始的節律叫做生物鐘，影響許多生理過程的晝夜節律，如激素水平[1]、體溫[2]、心率和血壓[3]、睡眠覺醒周期、胃腸道甚至記憶形成等。2017年杰弗理霍爾(Jeffrey c hall)、邁克爾羅斯巴希(Michael rosbash)、邁克爾楊(Michael w young)獲得諾貝爾生理學或醫學獎，原因是“發現了控制晝夜節律的分子機制”。然而，生物鐘的功能并不局限于這一點，現代研究表明，晝夜節律也與能量代謝[4]密切有關。

現代社會人們生活節奏緊張、生活節律紊亂(如夜班工作、跨時區出差、飲食不規律、睡眠時間和質量下降等)。流行病學研究發現，生活節律紊亂可致代謝異常、增加發生2型糖尿病的風險[5，6]，即使短時間夜班工作也會引起骨骼肌胰島素敏感性降低[7]。近二十年糖尿病患者人數激增，可部分歸因于現代工業社會人們生活方式發生的巨大變化。

早在1971年，Konopka等[8]就在果蠅基因突變實驗中發現了生物鐘基因組件，此后相繼有研究和報道了如芳香烴受體核轉位蛋白樣1基因(BMAL1)、時鐘基因(CLOCK)、隱色素基因1(Cry1)、隱色素基因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等核心生物鐘基因。[9]生物鐘基因的mRNA和蛋白表達均呈現出24 h的振蕩周期[10]，這種振蕩周期是生物鐘產生的前提。許多生活不良的方式，如熬夜、飲食過度等會破壞生物鐘基因振蕩的表達方式，從而改變了生物鐘，引起代謝性疾病包括糖尿病。已有研究顯示[11]，睡眠節律不調對胰島素的抵抗有影響。如睡眠不足，可引起下丘腦-垂體-腎上腺軸功能增加，產生體應激：交感神經興奮，糖皮質激素升高，生長激素減少，血糖調節不全，從而導致胰島素抗體。胰島素抵抗作用意味著靶器官對胰島素的敏感度下降，同時還增加了糖尿病患者的風險。日本學者對2860名工人進行了8年的隨訪研究[12]，每班上課時間越長，夜班暴露的時間就越多，糖代謝過程對糖的影響就越大。已有的研究顯示，長期輪班引起的生物節律變化是胰島素抗力的危險因素[13]，而Yasushi等[14]則明確指出，輪班是糖化血紅蛋白≥6.0%的一種獨立危險因素。Deng等[15]的研究表明，與正常睡眠時間相比，空腹血糖升高的風險有6%左右。

中醫“天人相應”觀念，強調人與天地自然運行規律相符合的重要性。一旦人與天地規律不相應則百病生。現代研究也表明，生活節律紊亂可能縮短預期壽命，而保持健康的晝夜節律與幸福指數和延長壽命相關[16]。“起居無節”是消渴病的重要病因之一,既往對此病因認識不足。本文探索晝夜節律紊亂對于人體糖代謝穩態的影響；借鑒生物鐘理論詮釋消渴病因“起居無節”，為消渴病因學說提出重要的補充。

肌肉生物鐘的基因表達與糖尿病有關：肌肉內的葡萄糖儲存形式為肌糖原。而肌糖合成和分解的平衡則依賴于生物鐘正常。Harfmann等[17]敲除了小鼠骨骼肌的BMAL1基因，發現骨骼肌纖維的類型發生了變化，線粒體呼吸功能減弱，肌節結構異常，同時還伴有葡萄糖代謝的異常，葡萄糖耐量下降和胰島素的敏感度減弱，這是其主要表現之一。 Dyar等[18]通過實驗進一步確認，對大鼠骨骼肌內的BMAL1基因特異性敲除，骨骼肌葡萄糖轉運蛋白4(GLTT-4)基因表達下調，丙酮酸脫氫酶(PDH)活性減弱，導致葡萄糖代謝異常。此外，Young等[19]對小鼠心肌中的BMAL1基因特異性敲除，發現小鼠的心肌中葡萄糖也受抑制。上述幾項研究結果表明，當一種肌肉內含有BMAL1基因的細胞表達異常時，葡萄糖細胞代謝就可能會發生變化，表現是因為一種葡萄糖細胞耐受性明顯下降和其對胰島素的抵抗，這不僅表明一個BMAL1基因在一種肌肉內正常基因表達中對多種葡萄糖細胞代謝異常起著重要作用，而且該基因可能也是導致糖尿病發病的一個重要基因機制。[20]

1 國內外研究現狀及發展動態分析

據估計，15%～20%的工作者經歷了輪班和跨時區旅行[21]；超過80%的美國人夜間暴露在人工光線下[22]；美國5000～7000萬人患有慢性睡眠覺醒癥[23]；中歐70%的調查者有假后工作時差問題[24]；此外，不規則飲食和日照的減少，也是當今社會普遍存在的生活方式變化[25，26]。晝夜節律與能量代謝有密切的關系，許多與能量代謝有關的生理過程都受到生物鐘的控制，表現為晝夜波動，而生物鐘自身也會受到進食、活動，甚至是代謝狀態的影響。晝夜節律對人體的代謝發生起著重要作用，晝夜節律失調與肥胖、胰島素抵抗、代謝綜合征和糖尿病發生有關。一項研究發現，短期晝夜節律紊亂導致骨骼肌胰島素敏感性明顯降低,主要影響骨骼肌無氧葡萄糖清除減弱[27]。

胰島素抵抗可引起2型糖尿病和其他多種代謝性疾病，而2型糖尿病在過去20年中已經廣泛在全球流行，據統計2030年的患者將增加到4.39億[28]。糖尿病的高發并不排除與當今社會生活方式發生的巨大變化有關，但又不只是飲食、活動的變化，人們的時間節律紊亂也可能是一個原因。

2 骨骼肌生物鐘基因是研究靶點

骨骼肌是胰島素發揮作用的一種靶器官，也是胰島素作用的一種重要外周組織，占成年人去脂體質量的40%～50%，而80%的胰島素介導餐后葡萄糖轉運與骨骼肌有關。因此，骨骼肌是胰島素抵抗的重要部位之一。骨骼肌[29]中也有節律振蕩器，從而參與了許多生理過程，其中核心生物鐘基因為CLOCK和BMAL1。研究顯示，系統或局部干擾實驗動物核心生物鐘基因被證明與糖代謝損傷和線粒體功能紊亂有關。進一步研究表明[30]，嚙齒類動物模型中的特異性敲除肝或骨骼肌BMAL1，或者實施晝夜節律紊亂的方案，可能會引起胰島素抵抗。相反，在胰島素抵抗的C2C12肌管和大鼠骨骼肌中CLOCK和BMAL1轉錄水平下降。

骨骼肌分子生物鐘基因通過哪種機制引起胰島素抵抗?有研究表明，CLOCK和BMAL1通過SIRT1調節了肌肉的胰島素敏感度，而SIRT1則是胰島素敏感性的關鍵調節因子；SIRT1以晝夜節律方式表達，通過PER2的脫乙酰作用來調節生物鐘的基因表達[34]。CLOCK/BMAL1-SIRT1形成了一個反饋回路，將生物鐘與骨骼肌的代謝結合起來。研究還發現，大鼠骨骼肌BMAL1和SIRT1蛋白在持續黑暗的情況下有胰島素抵抗，而激活SIRT1可以有效逆轉由晝夜節律紊亂引起的肌肉胰島素抵抗[35]。因此，CLOCK/BMAL1-SIRT1可以作為胰島素的抵抗靶標進行干預。

3 “起居無節”是消渴病的重要病因

《素問·上古天真論》云：“上古之人，其知道者，法于陰陽，和于術數，食飲有節，起居有常，不妄作勞，故能形與神俱，而盡終其天年，度百歲乃去”，提出“起居有常”的養生法則。若“起居無節”則可致脾胃受損。《靈樞·五變》云：“五臟皆柔弱者，善病消癉”，《素問·奇病論》云：“此肥美之所發也，此人必數食甘美而多，肥也，肥者令人內熱，甘者令人中滿，故其氣上溢，轉為消渴”。先天稟賦不足、飲食失節是引起消渴的重要內在因素。《素問·上古天真論》云：“今時之人不然也……以妄為常……以欲竭其精，以耗散其真，不知持滿，不時御神，務快其心，逆于生樂，起居無節，故半百而衰也”。以妄為常不僅僅是飲食、房勞等沒有節制，還應該包括起居無節、晝夜顛倒。生活規律紊亂，經常熬夜、輪班等，與天地晝夜時間變化不相應，耗傷陰津發為消渴。

《素問·痿論》曰：“脾主身之肌肉”，脾為后天之本，氣血生化之源。肌肉 (主要指四肢骨骼肌肉) 依賴于脾布散的水谷精微的榮養，而健碩有力；若脾氣虧虛，則水谷精微不能布散濡養肌肉，故常見消渴者肌肉瘦削、倦怠乏力。因此，糖尿病骨骼肌損害的治療強調健運脾胃以充養四末，益氣健脾有助于包括葡萄糖在內的精微物質的轉運和利用。

4 晝夜節律失調導致氣陰兩虛證

中醫基礎理論陰陽學說就是從時間屬性出發的，太陽的升降所引起的晝夜變化，就是陰陽的本源表現，晝為陽，夜為陰;寤(醒)為陽，寐(眠)為陰。晝夜節律失調就是陰陽失調，《素問·生氣通天論》言: “陽氣者，一日而主外，平旦人氣生，日中而陽氣隆，日西而陽氣已虛，氣門乃閉。”[11]說明人體的陽氣具有日周期變化特點，所以古人養生主張“日出而作，日落而息”，注重對自身陽氣的調護。夜間陽氣本應收斂入藏，而現代人白天工作，夜晚不睡覺，熬夜則寤(醒)為陽，夜間本是陽氣衰微之時，而熬夜就是在陽氣衰弱時不能潛入陰，陽氣浮于外，強行消耗陽氣，而陰氣不能平靜收斂，陰陽互根，陽損則陰耗，故而導致陰陽兩虛。

太陰，亦稱至陰，太陰在臟為脾主運化，《傷寒論》中論述了太陰欲解時辰在亥至丑，指亥、子、丑3個時辰，也就是21時到次日3時之間的6個小時，正是夜間休息之時。脾本至陰之臟，在夜間本應合時而眠，陰氣主收藏，夜寐為陰，熬夜使得陰陽失衡，且熬夜需補充能量進食，而長期在脾胃該休息的時候進食，屬于飲食失節，與嗜食肥甘厚味一樣損傷脾胃之氣，致脾胃運化失職，積熱內蘊，化燥傷津，消谷耗液，發為消渴，故而晝夜失調能導致氣陰兩虛之證。

5 益氣健脾之參芪復方是改善“起居無節”導致的骨骼肌胰島素抵抗的可行方案

參芪復方是謝春光教授經多年實踐并行之有效的經驗方，具有益氣健脾之功，經前期臨床及實驗研究，已經證明參芪復方具有減輕胰島素抵抗的作用，參芪復方以益氣健脾為主要治則。

本方采用人參、黃芪為君，大補元氣，助脾散精，促進水谷精微及津液布散，并能推動血液運行。人參既能補益肺脾腎之氣，又能生津止渴。本方以黃芪為君，一則扶正祛邪，起居無節的人往往氣虛，正氣不足，則疲憊不堪；二則氣對津液的作用，氣能生津，氣化作用是津液生成的動力，氣能行津，也能攝津，減少流失，起居無節的人耗傷氣陰，氣陰不足則不能化生津液，見口干；三則補益脾氣，助脾散精，“治脾即是治胰”；四則大補元氣，元氣足則陰火消，則精微能升舉，陰火自消除。人參與黃芪配伍，相輔相成，共同補益元氣，升陽舉陷。山藥、山萸肉、生地黃、天花粉共為臣藥。山藥具有補脾益胃、生津益肺、補腎澀精之功。生地黃甘寒質潤能養陰生津止渴，苦寒泄熱，入腎經而滋陰降火，養陰津而泄伏熱。天花粉，能清熱瀉火，生津止渴。生地黃、山藥、山萸肉聯用滋陰填精，補益先天腎精以養后天脾土；丹參、熟大黃合用活血化瘀、推陳致新，生長肌肉。

前期研究發現，經高脂喂養的糖尿病小鼠腓腸肌橫切面肌細胞數目明顯減少，大小不均勻，體積縮小，細胞間隙明顯增大，肌細胞萎縮明顯，呈片狀萎縮，可見局灶性肌細胞水腫，縱切面肌纖維斷裂明顯，經參芪復方干預后上訴病理改變均得到改善。參芪復方可通過減少血清炎性因子，升高血清 IGF-1 水平，進而促進骨骼肌蛋白質合成，防止骨骼肌萎縮，減輕骨骼肌細胞水腫和萎縮，減少肌纖維斷裂，減少骨骼肌組織局部炎性因子浸潤，從而發揮保護骨骼肌纖維的功能，改善糖尿病骨骼肌病變[33]。參芪復方[34]對肌量的保持有幫助，基因芯片對參芪復方組模型的差異表達基因進行了篩選，Pathway富集分析發現了差異表達基因與mTOR信號通路的關系。

6 結論

參芪復方可改善糖代謝及骨骼肌胰島素抵抗，但具體生物學機制還不明確；益氣健脾之參芪復方是否通過調控外周分子生物鐘基因CLOCK/BMAL1-SIRT1，進而改善骨骼肌胰島素敏感性、維持糖代謝穩態，值得進一步深入研究。