“脾主運化”探討線粒體鐵代謝與骨骼健康的關系

蘇暢怡 黃文鋒 胡洲映

1.廣州中醫藥大學，廣東 廣州 510006 2.廣州中醫藥大學附屬湛江第一中醫院，廣東 湛江 524000

運化水谷和運化水液均為脾主運化的兩個表現，飲食物經胃納腐熟后轉至小腸消化吸收都需依賴脾的運化，并經脾氣的升清散精和輸送至心肺，通過心主血脈，肺氣的推動和調節、宣發和肅降，輸送至全身組織器官，從而為機體提供物質能量，維持機體正常代謝。最近研究發現，線粒體與脾的相關性認為脾主運化的生理功能與線粒體的功能特性相似。線粒體被稱為“產生ATP的場所”“細胞的動力工廠”，體現了中醫基礎理論中“脾為氣血生化之源”的功能[1-2]。線粒體鐵代謝失常與很多慢性病有關，如骨骼肌病、慢性病貧血等。鐵在線粒體與胞質之間相互轉輸，線粒體作為血紅素和鐵硫簇合成的場所，可調控細胞內的鐵代謝。鐵是一種多功能的輔助因子，當線粒體內的鐵代謝通路紊亂時，則導致整個細胞的鐵代謝以及能量代謝障礙，從而導致各種疾病[3]。線粒體除了參與產生ATP，線粒體還參與合成代謝前體和活性氧，維持了鐵代謝，并維持骨骼正常分化以及離子穩態和感覺應激源，體現了線粒體的正常功能對于骨骼健康中的破骨細胞的成功分化至關重要[4]。《靈樞·決氣》云：“中焦受氣取汁，變化而赤，是謂血”體現了脾主運化的合理調節與線粒體鐵代謝的關系。本文從脾主運化的角度闡釋線粒體鐵代謝與骨骼健康之間的關系，并嘗試探討其脾失健運下線粒體鐵代謝對骨質疏松癥的影響及機制，為中西醫結合治療骨質疏松癥或肌肉萎縮提供新的研究和治療思路。

1 脾主運化的理論內涵

首先中醫脾與西醫解剖學的脾雖同名但是功能不同，且差異很大，中醫的脾主要在功能上，西醫的脾主要在結構上，中醫脾居中焦，位于隔膜之下，為后天之本，氣血生化之源，其生理功能為主運化、主統血，生理特性中可主升清，在體合肌肉、四肢。脾主運化的生理特性，宋代嚴用和早在《嚴氏濟生方》中提出了“脾主運化”一說，有云：“夫人……蓋胃受水谷，脾主運化，生血生氣，以充四體者也。”初步形成了“脾主運化”理論的內涵[5]。而西醫解剖學的脾是人體最大的免疫器官，還可富含血供，特殊情況下切除脾臟后生命能量代謝仍正常進行，因此兩者雖然名同但實異。根據文獻[6]中醫脾藏象功能包含了西醫學的消化、神經、內分泌、造血系統、免疫系統等功能，是一個多系統、多功能的概念。脾主運化是將飲食物在胃受納腐熟后經脾氣散精脾主運化水谷精微，通過其轉輸作用化生氣血津液，將津液上輸于心肺，由肺的推動和調節、宣發和肅降，心氣推動血行脈中，共同使津液輸布于全身而灌溉臟腑、形體和諸竅。其次，脾又可將津液向四周臟腑布散至全身，體現了脾有“居中央、灌溉四旁”之功能。在《傷寒論》中有載：“四季脾旺不受邪。”脾在五行中屬土，為五行中間，土為萬物之本，體現了脾氣健運對萬物及機體健康狀態的重要影響[7]。脾的運化功能強健，即“脾氣健運”，合理傳布輸精，為生命動力之源泉，則氣血生化有源，使臟腑筋絡、四肢百骸及筋肉皮毛等組織，得到足夠的營養，從而發揮其生理功能。

《內經》雖無“脾主運化”之說，但有關脾臟運化功能的論述也不少。《素問·經脈別論篇》曰：“飲入于胃，游溢精氣，上輸于脾，脾氣散精，上歸于肺，通調水道，下輸膀胱，水精四布，五經并行。”其概括了津液來源于水谷精微，而水谷精微離不開脾的升清，體現了脾在水液代謝過程的運化作用。而當脾失運化，精微物質及水液代謝異常，進而影響全身臟腑組織。脾虛時，如《素問·太陰陽明論篇》中云：“黃帝說以脾病為四本，無所用。……現在脾病不能為胃進行其津液，……筋骨肌肉，都是無息生的，所以不用”，體現了脾虛久治不愈，肌肉骨骼萎縮不用。近現代醫學在脾臟研究方面做了大量實驗，如楊維益等[8]研究發現，脾氣虧虛，伴隨著肌纖維變細，大鼠骨骼肌線粒體出現結構損傷，粒體的大小不一，線粒體內膜破壞。嵴減少或消失，而至骨骼肌蛋白分解增強，機體能量代謝異常。正常骨骼肌收縮活動所需能量與線粒體呈正相關。如李樂紅等[9]運用“脾氣虛”大鼠模型研究發現，脾氣虛的大鼠比目魚肌超微結構可見肌漿網擴張，線粒體數量減少，大小不一，膜結構破壞，嵴可全部消失。脾氣虛的大鼠線粒體數量及結構異常，可能與骨骼肌纖維局部缺氧有關。人體生命活動所需的能量都依賴于脾運輸的精微物質，故脾為氣血生化之源，脾運化失司，則氣血無以化生，機體代謝功能減退。

2 線粒體鐵代謝與脾主運化

脾主運化，其運，為“轉輸、運送”，其化，為“消化之意”。《靈樞·決氣》篇中有云：“中焦受氣取汁，變化而赤，是謂血。”脾居中焦，“受氣取汁”為脾對飲食物的消化吸收，體現了脾主運的功能；而“變化為赤”為脾的轉輸為精微物質的過程，體現了脾主化的作用。線粒體是“細胞的動力工廠”，為真核細胞中高度動態變化的細胞器，其主要功能通過三羧酸循環將人體內營養物質氧化ATP，維持人體正常生命的活動；同時利用琥珀酸單酰Co-A與甘氨酸合成血紅素為人體生命活動提供能量物質。而線粒體是血紅素合成的唯一部位，亦是鐵硫(Fe-S)簇的主要發生者，而鐵穩態可維持血液的動態平衡，所以筆者認為脾主運化的合理調節是鐵穩態的過程[10]。線粒體是通過三羧酸循環后氧化磷酸化產生的能量，對于營養和氧氣的調節至關重要。根據細胞類型，線粒體含有高達20%～50%的總細胞鐵。線粒體中含鐵蛋白質進一步支持了鐵在正常線粒體功能中的重要性。線粒體可產生活性氧，在它們參與的一些酶中，線粒體鐵濃度的變化可導致Fe-S穩態的改變，Fe-S生物發生受損，血紅素合成受損，則會導致線粒體功能異常和氧化應激過度[11]。鐵不僅需要用于參與電子傳遞和氧化磷酸化的含血紅素和鐵硫簇(ISC)的蛋白質，還需要用于各種細胞質和核功能，包括DNA合成。參與血紅素和ISC生成的線粒體途徑已在一定程度上被表征[12]。

對于線粒體與脾主運化的關系，早在20世紀80年代，劉友章已經提出了脾與線粒體的關系，用電鏡觀察并報道脾虛病人胃黏膜細胞線粒體數目減少，人體能量代謝障礙，于是提出了中醫脾-線粒體的關系[13]。而琚星萌等[14]采用皮下注射利血平的方法構建脾虛大鼠模型發現，脾虛大鼠骨骼肌病理形態顯示肌纖維損傷，肌肉組織排列紊亂。運用四君子湯治療后，大鼠在骨骼肌PGC-1α蛋白表達升高明顯，同時線粒體SDH的活性明顯身高，則改善線粒體的氧化損傷。胡齊等[15]在大鼠脾虛模型能量代謝障礙上，運用健脾益氣中藥治療大鼠脾虛模型發現益氣健脾中藥可提高ATPase活性，改善線粒體能量代謝，體現出脾與線粒體鐵代謝的功能相類似。脾為后天之本，全身肌肉筋骨的營養物質均需靠脾來運輸和轉化。而脾在體合肉，主四肢，加之脾為胃行其津液，故有《靈樞·決氣》云：“谷入氣滿，淖澤注于骨，骨屬屈伸。”《靈樞·癰疽》載：“腸胃受谷，上焦出氣，以溫分肉，而養骨節。”脾氣健運，即線粒體鐵代謝正常調節，水谷精微得以運化和轉輸到全身各處，則全身組織肌肉和骨骼得到營養充足，骨骼肌肉得到滋養，正常發揮其骨骼肌收縮運動的功能[16]。

3 脾-鐵代謝-骨骼健康關系探討

首先，脾氣健運、鐵穩態時，首先食物中的鐵在小腸上皮細胞轉化為Fe2+，再由脾“受氣取汁”即主運后，當鐵元素進入體內血液循環，脾通過運化作用將貯存的鐵離子，轉輸至血液與小腸吸收的鐵再經脾之升輸精微，布散于心肺腎等臟，經心的推動、肺的升降、腎之溫煦，生成“變紅”血液滋養骨髓，防止骨質疏松。骨質疏松癥是以骨量減少和骨微結構破壞，而以骨痛、易骨折為主癥的全身性骨病。脾為后天之本，主肌肉，后天水谷精微需依賴脾的運化濡養才能進行正常生命活動。線粒體不僅在氧化磷酸化中起重要作用，還可調控呼吸鏈，控制細胞凋亡，線粒體功能障礙則會導致成骨細胞分化受損。當自由基對生物膜系統產生攻擊時，則在線粒體膜上主要表現為線粒體受損。現代大量醫學[15,17-18]實驗線粒體損傷對骨骼的蛋白表達和通路等研究證實，中醫補腎健脾法治療骨質疏松已獲得良好的療效。笪巍偉等[19]以小鼠骨質疏松模型做研究，運用健脾補腎方治療骨質疏松的骨折，發現健脾補腎方可促進骨痂內軟骨的形成，該方可能能上調β-catenin的表達量和Runx-2等信號通路，從而促進成骨與破骨的活性。在脾氣虛的情況下，張亞敏等[20]采用破氣耗氣法依據脾虛狀態建立大鼠模型，發現大鼠骨骼肌細胞膜破裂變性肌間間隔不明顯，線粒體外膜溶解，線粒體內部的棱已經消失形成空泡。因此，認為脾氣健運是線粒體鐵合理調節的過程。鐵與骨骼分化和功能關系中，無論是鐵超載還是缺鐵，都會影響線粒體鐵穩態關系，在骨骼肌中，需要鐵來支持線粒體ATP產生所需的高代謝過程，這是收縮和運動的必要條件。轉鐵蛋白受體1介導的鐵攝取促進了破骨細胞的分化以及骨吸收活性，然后向線粒體供應鐵來增加線粒體呼吸功能的誘導；其次，細胞內的鐵通過活性氧的轉錄誘導，進一步促進了破骨細胞的分化。鐵代謝異常則會引起鐵穩態失衡，鐵穩態的失調會促進破骨細胞的分化，進而影響骨骼吸收、生長及修復，從而削弱骨骼的質量和密度，骨吸收增加及骨形成減少，增加了骨質疏松癥的發生率。歐莉等[21]運用黃芪研究廢用性骨質疏松合并肌肉萎縮的大鼠模型，發現黃芪可改善骨質疏松的氧化應激水平，拮抗肌肉萎縮。缺鐵誘導骨骼肌萎縮，C26荷瘤小鼠[22]進行了靜脈注射，通過測量烏頭酶和琥珀酸脫氫酶的活性，結果表明，荷瘤小鼠的補鐵可以減輕能量應激和分解代謝途徑，從而介導肌肉功能和質量的增加。另外，肌肉組織作為人體內分泌器官，其分泌的肌肉生長抑制素可影響骨骼細胞的增殖和分化，且肌肉生長抑制素拮抗劑和抑制劑可能在治療上有助于增強肌肉質量和骨骼[23]，而肌肉萎縮又可通過補鐵來逆轉。因此，鐵是通過維持線粒體功能最終成為骨骼健康的關鍵元素。

從中醫角度出發, 線粒體的轉鐵蛋白等為人體中的水谷精微，水谷精微物質的吸收和輸布需要依賴脾的運化功能，若脾運化失司，鐵穩態失衡，破骨細胞和成骨細胞的分化和功能受到影響，影響骨骼健康生長。脾主肌肉是脾主運化來完成的，骨骼肌的營養則由脾的運化功能供給，當脾運化失司時，機體的能量物質不足以支撐運動和消化系統的肌原性肌力，因此導致骨骼肌輔助結構，其筋膜弛緩引起的臟器下垂以及骨骼肌功能及形態改變[24]。

線粒體產生ATP為細胞提供能量、參與氧化磷酸化等正常運行與氣血生化源的“脾臟”功能類似。鐵超載后進入細胞內，這時需要線粒體的進一步氧化供能，線粒體的功能正常需要其數量與質量的穩定，同時需要依靠鐵中的鐵硫簇，更是與脾主運化功能密不可分。因此初步認為飲食水谷正常吸收和轉輸需憑借線粒體轉鐵蛋白的正常功能，都需要依靠脾氣運化才能正常進行。所以可以認為脾運化失司是導致線粒體鐵代謝影響骨骼健康的重要病因病機[25]。因此，降低細胞及機體鐵水平被認為是治療骨質疏松的潛在靶點[26]。

4 結語

脾氣健運，即鐵代謝的正常運化至關重要。脾氣健運，鐵合理代謝，維持骨骼健康，才能減少骨質疏松癥和重癥肌無力的發生，防止發生再次骨折，將骨質疏松的危險因素降至最低等。因此脾運化失司是導致線粒體鐵代謝與骨質疏松的病因病機。線粒體鐵代謝與破骨細胞、成骨細胞的關系較為復雜，目前其治療靶點尚未研究出。根據證據表明，鐵代謝失調會影響骨吸收與骨形成的微妙平衡，導致骨量低及骨形成減少。因此通過中醫運脾法多靶點多方位多途徑研究導向線粒體鐵，干預破骨細胞能量代謝，減緩骨質疏松的發生有一定的研究前景。