基于線粒體功能探討培宗氣理論治療慢性阻塞性肺疾病的機制研究*

吳清原，郭思佳，孫增濤，李曉丹

（1.天津中醫藥大學研究生院，天津 301617；2.天津中醫藥大學第二附屬醫院，天津 300250；3.天津中醫藥大學醫院管理處，天津 301617）

慢性阻塞性肺部疾病（COPD）是以氣道不可逆的持續性氣流受限為主要臨床特征，可預防和治療的一種慢性肺部疾病。世界衛生組織預測，隨著患病率逐漸上升，至2030 年，COPD 將成為世界第三大死因[1]。隨著環境污染及人口老齡化的加重，中國COPD 患病人數逐年增加。根據2018 年王辰院士團隊開展的中國成人肺部健康研究數據顯示，中國20 歲以上COPD 患病率已達8.6%，40 歲以上的患病率為13.7%，患病人數近1 億[2]。COPD 患者反復急性加重嚴重影響著患者肺功能、運動功能及生存質量，給社會及家庭帶來沉重的經濟負擔。目前西醫對COPD 的主要治療手段為支持治療及替代治療，但仍缺乏滿意的治療方案[3]。中醫藥從整體觀念出發，總結COPD 臨床癥狀，提出以“虛、痰、瘀”為其主要病機[4]。培土生金法為宗氣學說的代表性治法，現已廣泛應用于COPD 的辨治，并取得了良好的治療效果[5]。線粒體功能是近年來COPD 基礎研究的熱點，隨著研究不斷進展，線粒體的作用已不僅僅體現在氧感應和能量產生，在香煙煙霧的刺激下，線粒體可感知上游炎癥損傷，通過改變線粒體蛋白的表達、結構和生物學功能對刺激做出反應，導致炎癥反應增加，起到黏液分泌增多和誘導細胞衰老和凋亡等功能[6]。因此線粒體功能的異常，可能是COPD 病程中“虛、痰、瘀”的病理變化的內在機制，本文立足于“虛、痰、瘀”在COPD 病程發生發展的過程，從線粒體功能異常的角度闡釋培土生金法治療COPD 的內在機制，以期為宗氣理論治療COPD 提供理論依據。

1 宗氣的盛衰在COPD 病程發展中的體現

1.1 宗氣的生理功能 宗氣，又稱為大氣，是由肺臟呼吸自然界中清氣，與脾胃化生之水谷精氣合而生成，積于胸中。對宗氣之功能早在《黃帝內經》中即有記載，《靈樞·邪客》言“宗氣積于胸中，出于喉嚨，以貫心肺，而行呼吸焉”，對其生理功能進行概括，包括“貫心肺”和“行呼吸”。張錫純在《醫學衷中參西錄》描述：“肺司呼吸，人所共知也……始確知于肺氣呼吸之外，別有氣貯于胸中，以司肺臟之呼吸。宗氣包舉肺外，走于息道，司呼吸之樞機”說明人體肺臟主氣司呼吸的功能，有賴于宗氣的推動；《素問·平人氣象論》云：“胃之大絡名虛里，貫膈絡肺出于左乳下，其動應手，脈宗氣也”。說明心臟的節律波動有賴于宗氣；宗氣同時參與了人體防御功能，張錫純在《醫學衷中參西錄》中提到：“一身之外表，衛氣主之，衛氣本于胸中大氣，又因肺主皮毛，與肺臟亦有密切關系”宗氣與營衛之氣密切相關，宗氣的強弱直接關系到營衛之氣的強弱，直接影響著機體的衛外功能，同時也關系到血液對各個臟腑的濡養。宗氣盛，營衛之氣和諧，構筑機體牢固的衛外系統，各臟腑得以滋養。

1.2 宗氣功能失調與COPD “虛、痰、瘀”的生成 COPD患者因咳喘日久，久病必虛，損傷肺氣，其氣虛狀態呈進行性加重。COPD 初期主要表現為肺衛氣陽虛，母病及子，導致脾氣受損，進而影響到腎氣。因此COPD 病機概括為早期以氣虛為主，主要包括肺、脾、腎三臟，至中后期可發展為臟腑陽虛。宗氣的生成有賴于肺脾之氣，COPD 發生過程中肺脾之氣日益虛衰，日久必然會出現宗氣生成不足，宗氣虛弱推動呼吸無力，則出現氣少氣短，呼吸乏力，少氣懶言，四肢無力、疲乏、肢體欠溫等癥狀。腎氣為一身之元氣，有賴于宗氣的濡養，宗氣虛弱，則一身之氣也虛，不能滋養腎氣，進而導致腎氣虛弱。從臟腑生化來看，金不生水，肺傷及腎。肺為氣之主，腎為氣之根，肺不主氣，則腎氣攝納無權，由咳致喘而見氣短不續、動則益甚、日益加劇。

肺主一身之氣，為相傅之官，自然界吸入之清氣與脾胃化生之精微聚于胸中形成宗氣以輔心生血行血。肺氣充沛，宗氣旺盛，氣機調暢，則血運正常。若感受外邪，肺氣不暢，失于宣降，輔心行血功能障礙，則可導致血液運行不暢，甚至血脈瘀滯，出現心悸胸悶，唇青舌紫等癥。肺氣受損，難行肺的生理功能，肺虛日久，子盜母氣，致脾氣虛弱，脾虛水谷不能化為精微，反為濕濁，水濕停積，聚而為痰，深伏于肺。“脾為生痰之源，肺為貯痰之器”，肺脾腎臟氣化功能失調則致痰濁水濕內停，痰濁潴留于肺，漸而成瘀，終至痰濁、血瘀錯雜而為患。

2 線粒體生物功能障礙與COPD “虛、痰、瘀”的關系

2.1 線粒體功能異常與正虛無力抗邪的關系 目前已有研究顯示，線粒體受損導致的功能障礙可以通過磷酸酯酶與張力蛋白同源物（PTEN）誘導假定激酶1（PINK1）/帕金森氏病蛋白2（PARK2）通路影響細胞衰老。香煙煙霧誘導的原代人氣道上皮細胞線粒體損傷與活性氧（ROS）產生增加和細胞衰老有關，而PINK1 和PARK2 的敲低加重了線粒體活性氧（mtROS）的產生和細胞衰老的程度[7]。受損的線粒體吞噬會導致CS 誘導的原代人類氣道上皮細胞的衰老[8]。最近的1 項研究表明，在C57 小鼠和ACEII細胞中，激活雷帕霉素靶蛋白復合物1/轉錄輔助活化因子1（mTORC1/PGC1）軸打破線粒體穩態，增加了氧化磷酸化（OXPHOS）以及mtROS 的表達會誘導細胞衰老的產生[9]，這說明線粒體功能和CS 暴露后的穩態反應的改變，可能有助于肺上皮細胞的細胞衰老，進一步說明了線粒體和細胞衰老之間的直接聯系。這些研究表明在CS 暴露后線粒體功能和形態的改變，可能起到加速肺上皮細胞的細胞衰老，從而加重COPD 的機制。

氣道上皮細胞之間的頂端連接復合物是黏膜免疫系統的組成部分，限制了病原體對上皮細胞的跨越，起到對機體的保護作用。氣道上皮細胞之間的頂端連接復合物是黏膜免疫系統的重要組成部分。上皮的連接方式由緊密連接（TJs）和附著連接（AJs）組成[10-11]。TJs 位于細胞表面的頂端部分，限制上皮的滲透性，由緊密連接蛋白（CLDN）、閉塞蛋白（OCLN）和連接黏附分子（JAM）[11-13]組成。此外，許多其他細胞質分子如封閉帶（ZO）-1、ZO-2、ZO-3、扣帶蛋白（Cingulin）和Afadin（AF6）也與TJs 的形成有關[14-15]。這些分子通過與跨膜蛋白結合并將它們與肌動蛋白微絲和其他細胞質蛋白連接起來作為支架，從而保持TJs 的穩定性。AJs 位于頂端的TJs的基底外側，連接相鄰細胞并通過E-鈣黏蛋白（Ecadherin）的同型鈣依賴性黏附啟動細胞-細胞接觸的形成[16]。氣道上皮的內襯由4 種主要類型的細胞組成，即纖毛細胞、分泌杯狀細胞、棒狀細胞和基底細胞[17]，上皮層的黏液纖毛清除由纖毛細胞和杯狀細胞提供，它們主要存在于較大的氣道中。杯狀細胞和黏膜下腺體都會產生黏液，它在呼吸道的上皮表面形成凝膠層，捕獲病原體和吸入的顆粒。被捕獲的病原體和顆粒通過纖毛和咳嗽的協同作用被清除[18]。目前已有多項體內外研究中均指出吸煙會影響上皮屏障功能并有研究已經證明香煙煙霧可以損害上皮屏障功能，破壞OCLN 和ZO-1 連接表達[19-21]。上皮細胞暴露在香煙煙霧中，mtROS 的表達增加，而過度的氧化負荷被認為是COPD 上皮屏障破壞的潛在機制之一[22]，已有研究表明CS 誘導的mtROS 可以通過Src 介導的細胞外信號調節激酶（ERK）信號傳導激活表皮生長因子受體（EGFR）。激活的ERK 可以誘導TJs 解離[23]。

COPD 屬于慢性呼吸系統疾病，患者多為老年，一旦發病，無力祛邪，則病情纏綿難愈，或者病情初愈，正氣未復，再次感受外邪，病情復發。這與宗氣不足，衛氣不固存在密切關系。宗氣的生成有賴于肺脾之氣，COPD 發生過程中肺脾之氣日益虛衰，日久必然會出現宗氣生成不足，宗氣虛弱推動呼吸無力，則出現氣少氣短，呼吸乏力，少氣懶言，四肢無力、疲乏、肢體欠溫等癥狀。腎氣為一身之元氣，有賴于宗氣的濡養，宗氣虛弱，則一身之氣也虛，不能滋養腎氣，進而導致腎氣虛弱。從臟腑生化來看，金不生水，肺傷及腎。肺為氣之主，腎為氣之根，肺不主氣，則腎氣攝納無權，由咳致喘而見氣短不續、動則益甚、日益加劇；正如張錫純所言：“因大氣下陷過甚，呼吸機關將停，遂勉強鼓舞肺臟，努力呼吸自救，其迫促之形，有似乎喘，而實與氣逆之喘，有天淵之分。觀此證假寐之時，肺臟不能努力呼吸，氣息即無”，這段話很形象地描述了宗氣虛衰引起呼吸過度的表現。

《靈樞·決氣》言“上焦開發，宣五谷味，熏膚，充身，澤毛”“上焦出氣，以溫分肉而養骨節，通腠理”。即指人體精微之氣是通過肺的宣發，充養全身，溫煦肌腠，潤澤皮毛，發揮衛外防御機能。說明肺氣與衛氣之間密切相關，衛陽的部分生理功能及病理變化當為肺陽所調動，只有肺陽調達，衛外有權，肺陽不足，即出現衛表不固，臨床中也常可見到，COPD患者反復發生氣道感染，導致急性加重。張介賓《類經》言：“營氣衛氣，無非資藉宗氣，故宗氣盛則營衛和，宗氣衰則營衛弱矣。”說明營衛之氣與宗氣的盛衰密切相關。因此宗氣統領一身之氣，包括肺中清氣，脾胃之水谷之氣，腎之元氣，營衛之氣。宗氣虛衰，元氣自衰，肺脾氣弱，不能正常運化水谷精微，供給不足，肌膚失養，又呼吸過度，耗氣傷津，形體逐漸消瘦。先天元氣無法再補，因此顧護脾胃之氣是補益宗氣重要內容之一，通過健脾胃，豐肌肉，增強營養，提高抗病能力。

2.2 線粒體功能異常與痰瘀之標 肺上皮細胞表達多種促炎模式識別受體（PRRs），包括toll 樣受體（TLRs）、核苷酸結合寡聚化結構域類受體（NLRs）、維甲酸誘導基因-i 樣受體（RLRs）和晚期糖基化終末產物受體（RAGE），這些受體可被線粒體損傷相關的分子模式（mtDAMPs）激活，已經有研究表明，mtROS 能夠通過直接激活NF-κB 通路和缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）來誘導促炎反應[24]，同時MtROS也可以通過激活炎癥小體來調節炎癥反應，目前研究較多的為NLR 炎癥小體NLRP3，它與線粒體功能障礙有很強的聯系，可以直接被各種mtDAMPs激活[25-26]；同時香煙等傷害性因素暴露于氣道上皮細胞，可通過增加過氧化物酶增殖物激活受體（PPAR）-γ 共激活因子1α（PGClα）轉錄水平增強線粒體的生物發生[27]。通過更多的線粒體膜分裂傾向誘導融合/分裂過程失衡導致肺上皮細胞線粒體斷裂，增加上皮細胞中磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）誘導激酶1（PINK1）mRNA 和蛋白水平。最終會導致其線粒體腫脹和分支，并伴隨著線粒體的功能改變，包括氧化磷酸化改變，活性氧（ROS）生成增加，三磷酸腺苷（ATP）生成減少，線粒體膜去極化線粒體吞噬功能受損導致氣道上皮纖毛功能喪失和黏液分泌增加（MUC）[28]。

宗氣為胸中之大氣，主全身臟腑經絡之氣，宗氣虛弱，一身之氣虛弱，肺為水之上源，肺氣虛或肺氣壅塞，失于宜發和肅降，其通調水道功能失常而不能布津，聚津成痰；脾氣虛，運化功能失調，津液不得輸布，聚而成痰；腎氣虛衰，無力氣化水液，加重痰的生成。宗氣虛衰，肺脾腎三臟氣陽亦虛，氣為血之帥，氣虛無力推動血液運行而致瘀；陽虛則寒，失于溫化，血得寒則凝。臨床中常常可見到COPD 患者痰瘀為特征的臨床表現。痰的征象多為：痰量多，質稀，或咳吐泡沫，或喉中痰鳴，穩定期痰色多為白色，急性期多見黃痰或黃白相間，舌苔厚膩，脈弦而滑。瘀的表現多為胸悶、活動后氣喘明顯、面暗、唇暗、舌暗等證候特點。痰瘀皆屬陰邪，為COPD 的重要病理物，一旦形成，痰瘀相阻氣道，又會影響宗氣的輸布，二者常相兼為病，因痰致瘀，因瘀生痰，循環往復，惡性循環，而使得本病遷延難愈。

綜上所述，宗氣為積于胸中之大氣，主要功能為：一是走息道以行呼吸，即宗氣的盛衰決定著語言、呼吸、聲音的強弱；二是貫心脈以行氣血，即肢體的寒溫、氣血的運行、視聽等感覺、心臟的搏動等均與宗氣的盛衰息息相關。宗氣的功能推動著全身氣血的生成和運行，維持臟腑及四肢百骸的正常功能。而線粒體的功能為全身細胞供能的 “能量工廠”，同樣推動細胞的正常運行。COPD 患者久咳久喘，肺氣虛弱，宗氣生成不足，由此而見患者咳嗽喘促，少氣不足以息，語言低微，身倦乏力，脈沉微等全身氣虛癥狀，而同時研究證明COPD 患者同樣存在線粒體功能的障礙。在這一主要功能上與中醫學宗氣的功能高度相合。中西醫病機互參示意圖見圖1。

圖1 中西醫病機互參示意圖Fig.1 Schematic diagram of mutual reference between Chinese and Western medical pathogenesis

3 培土生金法與COPD 的治療

宗氣的生成全賴于脾胃之水谷精微與肺中之清氣，因此通過調節肺脾二臟改善宗氣功能的代表治法即為培土生金法。中醫學通過觀察COPD 患者臨床癥狀，總結出“虛、邪、瘀”為其主要病機。本病發病的根本即為肺臟感邪，失治誤治，肺氣漸損，子病及母，肺脾二臟正氣虧虛，水液生成運行失職，痰飲內生，進而影響血液輸布則內生痰瘀。培土生金法利用甘平、甘溫、甘涼等藥物，以臟腑傳變為理論基礎，調理臟腑機能，改善肺脾二臟的虛損，同時輔以活血祛濕的藥物，以改善痰瘀內阻，起到標本兼治的治療特色。在《黃帝內經》時即奠定了培土生金法的理論基礎，闡明培土生金的含義為通過調補脾胃以達補益肺氣；《石室秘錄》所言：“治肺之法，正治甚難，當轉治以脾，脾氣有養，則土自生金，咳嗽自已。”通過以補脾為手段而達到治肺之目的，即所謂肺病不愈，求治于脾。溫健脾益氣之法治療肺脾虛寒之證，創立健脾補肺名方“補中益氣湯”，進一步充實了“甘溫培土生金”的內涵[29]。

國醫大師洪廣祥教授即注重臨床運用宗氣理論治療COPD，提出COPD 患者反復感染導致反復的急性加重，其根本原因即為“邪之所湊，其氣必虛”，而所虛之氣，即為宗氣，在分析臨床COPD 急性加重期患者常見臨床證型的基礎上，在對癥解決標證的同時，往往需加入黃芪益氣之藥物，發現不僅能改善急性加重期的臨床癥狀，并且能顯著延緩急性加重的反復發生，并且認為COPD 患者臨床常見的痰、瘀之證型，其根本病機同樣為宗氣的虛衰[30-31]。對于補益宗氣經典方補中益氣湯也廣泛應用于COPD 的治療。范藝齡等[32]進行了補中益氣湯治療COPD 的系統評價研究，研究納入18 項臨床隨機對照試驗（RCT），1 566 例患者。結果顯示補中益氣湯單用或聯合西醫常規治療均可延緩急性發作次數，改善COPD 患者的臨床癥狀、運動耐力及肺功能水平。研究顯示運用補肺健脾顆粒（包括黃芪、黨參、白術、茯苓、陳皮、炙甘草等）干預SD 大鼠COPD 模型，發現補肺健脾顆粒可以顯著改善大鼠模型mPTP、mRNA、ATP 的含量，改善線粒體數量、形態測量和功能，并且可以改善SD 大鼠骨骼肌障礙的功效[33-34]。魏珊珊[35]建立COPD 大鼠模型，發現模型組大鼠膈肌細胞線粒體高度腫脹、變性，膜模糊不清，伴部分破裂，同時線粒體NOX、CCO、SDH 較空白組顯著降低，使用黃芪建中湯干預后發現，黃芪建中湯可以修復大鼠膈肌線粒體的結構和功能，能提高NOX、SDH、CCO 活性從而改善模型大鼠臨床癥狀，減輕煙霧及LPS 帶來的影響。馮立志等[36]通過建立COPD 模型大鼠，應用培土生金法（五指毛桃、茯苓、杏仁、白術等）進行干預，結果顯示，中藥組較模型組相比，線粒體、肺泡及膈肌結構更為完整，提示培土生金法可以顯著改善線粒體功能以改善COPD模型大鼠呼吸功能。徐升等[37-39]進行多項研究，以觀察黃芪建中湯（黃芪、白芍、飴糖、桂枝、生姜、大棗、甘草）對COPD 模型大鼠線粒體功能的影響。結果顯示，黃芪建中湯可以顯著改善COPD 模型大鼠肺組織線粒體膜電位（△·ψm），提高NADH 氧化酶、CCO、SDH 活性以及Cyta、Cytb、Cytc、Cytc1 含量，以改善模型大鼠的線粒體形態、功能，起到增加COPD模型大鼠呼吸道防御功能、免疫調節能力及改善氣道阻塞延緩COPD 進程的作用。

4 小結

COPD 的根本病機以肺脾二臟漸損為本，痰瘀互結為標，而宗氣的虛衰在這其中起到了關鍵的作用，臨床運用培土生金法補益宗氣治療COPD 也取得了一定的療效，而其機制尚不清晰。本文試圖從現代醫學的角度闡明宗氣學說在COPD 病程發生發展中的作用體現并與線粒體功能相關聯，有助于闡明中醫藥治療COPD 的理論內涵，以期為推動中醫藥防治COPD 的臨床應用與科學研究提供理論依據。