基于脾—线粒体相关探讨脾升清功能的季节性变化机制

张海蓉 刘雷蕾 孙一珂 朱佩 马淑然

“五脏应时”理论是“天人一体”整体观的重要体现，强调五季各有脏腑所主，当令之脏调控人体气机随自然之气的运动而呈现生、长、化、收、藏五种变化，脏腑的生理功能也随之而变，呈现季节性节律。“脾主升清”作为脾脏的重要生理功能，也具有应时而变的季节性节律，但目前其季节性节律内涵及机制的研究尚为不足。因此，本文从“脾主升清”与线粒体功能的相关性入手，将褪黑素的季节性分泌变化与其对线粒体能量代谢的调控作用相结合，以阐明“脾气升清”及其季节性变化的现代理论内涵，同时为临床防治“脾升乏力”相关疾病及因时用药提供新思路。

1 脾气升清功能存在季节性节律

1.1 脾气升清应时而变，以顺自然阳气升降之势

“脾主升清”是脾脏的重要生理功能，影响全身气机的运动，是脾脏布散精微、输布津液、升举清阳、托举内脏功能的基础，也是机体阳气推动激发功能的体现[1]。李东垣《脾胃论》中提出“人赖天阳之气以生，而此阳气必须并于脾胃”，认为脾胃之气即阳气。《临证指南医案·脾胃门》云：“脾宜升则健，胃宜降则和。”脾胃同属中焦，表里相依，升降相因，脾气的升清功能是与胃气的降浊相对而言，两者共为人体气机枢纽，不可分而论之。因此，脾主升清的实质可以看成脾胃对阳气的升输和布散[2]。

中医天人相应理论认为：人体的阳气随自然界季节气候阴阳转化，呈现春升，夏长，长夏化，秋收，冬藏之势。因此，中焦脾胃阳气顺应自然界而呈现为春夏的阳升(阳)转为秋冬阳降(阴)的气机转换。从脾胃升降而论，即由春夏脾强胃弱(脾升为主，胃降不足)转化为胃强而脾弱(胃降为主，脾升不足)，从而表现出脾升清功能的减退，胃通降功能的增强[3]。若机体可顺自然之势则无病，一旦脏腑的应时不及，机体则表现为季节性疾病。

1.2 长夏应时调节不及，“升清乏力”是脾脏功能的季节特性

2 “脾主升清”的生理基础是线粒体中的氧化磷酸化

2.1 氧化磷酸化为“脾气升清”提供物质基础

中医藏象理论认为脾主升清是脾胃的阳气推动功能的表现形式。脾气升动，将饮食水谷运化而成的精微物质，输布于人体上下组织器官，营养濡润全身，为化生气血提供原动力，并保障中焦气机的有力运转以达“中央土以灌溉四傍”的作用。脾升清的过程是一个主动转运耗能过程，需要依赖物质与能量代谢才能顺利进行[6]。氧化磷酸化是生命体能量代谢的主要途径，将糖、脂、氨基酸三大能源物质，通过呼吸链酶的催化和电子传递链生成三磷酸腺苷(adenosine triphosphates，ATP)，为生命活动提供能量。一旦机体能量供给不足，脾升乏力，机体将呈现脾气推动无力的症状，即脾虚证的临床表现。

2.2 线粒体是氧化磷酸化场所，其功能状态可以反应“脾气升清”的能力

氧化磷酸化是线粒体的最重要的生物功能，通过将糖、脂肪、蛋白质(水谷精微)分解并合成ATP(阳气)，起到推动调控作用，为机体活动提供能量。因此，线粒体有“细胞动力工厂”之称[7]，并通过三羧酸循环进行物质转换，调控细胞生长、分化、凋亡及之间的信息传递[8]，并以琥珀酸单酰辅酶A与甘氨酸为原料在酶的催化下合成血红素[9]，这与中医脾脏主升清、运化，化生气血的理论不谋而合。刘友章教授[10]首次提出“脾—线粒体”相关理论，认为“脾主运化”应包括营养物质在细胞内的氧化磷酸化过程；彭艳[11]认为线粒体与脾在生理功能上有相似之处，脾虚证机体的器官均出现相关酶和线粒体结构的改变，其病情的轻重与线粒体病变程度正相关。

由上可见，中医脾脏的生理功能与线粒体的功能密切相关，脾升发阳气的过程就是线粒体中三大营养物质的能量代谢过程，通过线粒体中能量代谢的功能状态可以反映脾气升清的能力。线粒体功能现障碍，脾升清乏力，机体常表现为能量代谢性疾病。

3 “升清乏力”与各部位线粒体能量代谢异常密切相关

脾升清乏力，脾胃升清降浊功能紊乱，机体水谷精微布散失常，可出现一系列病理状态：上部失养可见头晕乏力，中焦气滞可见腹胀纳呆，精微下渗可见便溏下利，精微不布肢体困重等症。尤其在长夏之际，由于脾升胃降的节律性转化，全身气机也表现为升清减退，而通降功能增强，加之太阴湿土之脏最易受湿邪所困，常表现出上、中、下三部的不适及周身困倦。现代医学研究发现此诸多症状，皆与各部位线粒体功能失调有关。

3.1 清阳不升、头目失养与脑部线粒体呼吸链I、III和IV复合物活性下降相关

清阳不达上窍，头目无以濡养，可见头目不清，神疲乏力。刘文俊等[12-13]认为“神疲”的原因与海马线粒体的功能有关，旷场实验评定为“神疲”的大鼠海马神经元线粒体结构损伤明显，且数量减少，产能下降；海马和下丘脑中线粒体分裂因子和线粒体分裂蛋白1表达升高，引发线粒体自噬，导致神经元能量供给下降。有学者认为，脾虚是抑郁症的重要病机，脾虚清阳不升，可出现神失所养，肌肉痿软，倦怠少食等症状，与海马线粒体结构损伤、呼吸链I、III和IV复合物活性下降有关[14-15]。可见，清阳不升的本质是线粒体功能障碍。

3.2 浊气停滞、胃脘胀满与胃线粒体cAMP-PKA通路信号转导受抑相关

脾胃位于中焦，调节全身之气的升降，作为气机转运的枢纽。当脾升之力下降，脾胃升降失职，中焦转运停滞常表现为脘腹胀满、不思饮食等脾虚痞满之证，现代研究认为此与线粒体的能量代谢密切相关。刘友章等[16]发现，长期耗气破气加上饥饱失调制作的脾虚模型大鼠，胃组织细胞线粒体失去正常形态结构，可见空泡样变，细胞色素a、b、c较正常大鼠下降，细胞色素氧化酶的量减少。表明处于脾虚状态可导致胃肠各器官线粒体DNA损害，COX亚基基因表达异常，细胞色素氧化酶减少，影响机体能量代谢。何丽娟等[17]研究发现，与正常组大鼠比较，脾气虚证大鼠胃组织cAMP、ATP含量有所减弱，与cAMP-PKA通路信号转导受抑有关。脾虚患者线粒体病变导致ATP产生减少或供能障碍，影响壁细胞分泌盐酸及内因子，这可能是出现脘腹胀满、食后胀甚的症状的内在机制，且线粒体的病变程度与患者脾虚症状的轻重程度相关[18]。

3.3 精微下渗、泄泻不爽与肠线粒体氧化磷酸化功能障碍相关

脾胃升降相应，当脾升之力下降，中焦气机运动以胃气降浊之力更为明显，尤其在长夏季节，脾喜燥恶湿，得长夏湿困易致升清功能减退。胃为阳明燥土，润则降，得长夏湿润炎热之气外助而致受纳腐熟水谷、主通降功能相对增强，呈现胃强脾弱之象，饮食水谷易于消化，但精微的吸收减少，脾脏的化湿能力减弱，湿盛则濡泻，易致胃肠动力障碍性疾病，如慢性功能性腹泻、消化不良、肠易激综合征等[19]。脾气虚模型大鼠常表现出便形溏稀、肛周污秽状态，比色法检测发现，大鼠回肠组织中线粒体呼吸链复合体Ⅰ、Ⅳ活性下降，影响了线粒体氧化磷酸化的进程，导致ATP生成减少，Na+-K+-ATP酶、Ca2+-Mg2+-ATP酶活性降低，加重了机体能量供应障碍[20]。另有研究证明脾气虚状态下小肠黏膜线粒体损伤与线粒体蛋白控有关，异常蛋白没有被热休克蛋白70修复,而是大量被Lon蛋白酶和酪蛋白裂解蛋白酶XP水解排出，从而导致线粒体嵴减少，空泡化的病理改变[21]。

3.4 脾精不布、肌肉失养与肌肉线粒体功能障碍相关

脾主身之肌肉，是指脾气升动，布散水谷精微以生养肌肉，故脾虚之人可见，精神疲惫、肌肉乏力、行动迟缓，甚至痿废不用以致痿证，治疗上有“治痿独取阳明”之说。现代医学认为，人体肌肉组织的ATP储存量低，但主要是由ATP水解直接供能，与线粒体的功能密切相关。实验研究发现，病理状态下肌肉组织中可见线粒体空泡变性、内嵴缺失紊乱、mtDNA缺失[22]，肌横纹纹理消失，肌丝溶解[23]。除此之外，中医的痿证包涵多种西医的神经肌肉病变，如肌营养不良症、重症肌无力、多发性肌炎等，都与线粒体的病变或者相关酶的活性有关，通过健脾益气、运脾化湿等治疗均有确切效果[24]。

4 褪黑素的季节性分泌节律，为研究线粒体功能的季节性变化提供了新的思路

4.1 褪黑素是“天人相应”的媒介

褪黑素是受松果体精准调控的一种神经内分泌激素，其合成分泌受外界光照影响。光束经视网膜产生神经冲动，可以抑制视交叉上核和颈上神经节，减少褪黑素的分泌[25]。此外，褪黑素合成需要松果体中基烷基胺N-乙酰转移酶的参与，该物质夜间活性明显提高，促进褪黑素的合成[26]。因此，褪黑素的分泌有明显的昼夜节律，即白昼分泌量少，夜晚分泌增多。此外，褪黑素还具有明显的季节节律，前期实验研究发现，生理状态下，大鼠分泌褪黑素具有冬季>春季>秋季>夏季的变化趋势，可引起下丘脑—垂体—肾上腺轴及海马神经递质季节性改变[27]。褪黑素作为高位调节作用激素，广泛作用于中枢神经系统、代谢系统、免疫系统等，对机体的生理功能起重要调控作用[28-30]。因此褪黑素可以看作为“授时因子”，参与全身脏腑组织的季节性调节，以实现调节机体以应天地变化的重要作用，是研究机体季节性特点的重要切入点。

4.2 线粒体的氧化磷酸化功能具有季节节律

现代研究表明，光周期、湿温变化等环境因素会影响线粒体的功能。地松鼠脑中线粒体的活性受自然节律调控，冬季线粒体复合物I燃料通量增加，线粒体质子泄漏和钙负荷减少，氧化磷酸化的产能将更高，ATP的产生明显增加[31]，WANG等[32]证明光照时长可以影响哈氏腺中线粒体的功能，短光照组中动力相关蛋白1和线粒体分裂因子蛋白表达最高，提示线粒体分裂升高；而长光照下线粒体可见明显肿胀，ATP合酶和CS蛋白表达水平降低，凋亡水平上调，可能导致线粒体功能下降。褪黑素受体所介导的信号通路通过抑制半胱氨酸蛋白酶-3活化并增加信号转导和转录激活因子3磷酸化而对线粒体功能起到改善作用[33]。由此可见，线粒体的生理功能随着光照的增加而存在减弱的趋势节律，即短光照下线粒体氧化磷酸化功能较强，ATP释放增多，这可能与褪黑素的季节性调控相关。

环境因素刺激有可能导致线粒体活性氧过量产生，造成氧化损伤，影响线粒体氧化磷酸化能力。线粒体氧化磷酸化过程中电子传递链的电子漏是产生活性氧的主要途径。在生理条件下，活性氧是核成熟所必需的；而活性氧产生超量，导致和抗氧化能力之间的失衡，就会导致线粒体功能损伤和细胞凋亡。有研究表明，炎热等环境因素暴露可以导致线粒体中活性氧升高，打破机体氧化与抗氧化之间的平衡，可能导致线粒体功能损伤和细胞凋亡[34]。Ballinger等认为，地松鼠冬季期间脑线粒体功能明显强与春季，应更容易产生活性氧。然而，大脑中具有一套神经保护机制，以最大限度地减少活性氧的氧化损伤，这可能与褪黑素有关[35]。

4.3 褪黑素通过抗氧化调控线粒体氧化磷酸化功能

褪黑素对线粒体的生理功能有重要调节作用。线粒体起源的内共生理论认为，在进化过程中，线粒体很可能是原始原核生物吞入产生褪黑激素的细菌后进化产生[36]。多项研究表明，多种细胞系中褪黑素在线粒体含量往往高于胞质等其他部位[37]，褪黑素可以通过寡肽转运体PEPT1和PEPT2进入线粒体，还可能在线粒体中合成。线粒体氧化磷酸化过程为细胞提供能量同时也产生大量的活性氧，长时间的活性氧蓄积会造成线粒体的损害，影响细胞正常功能。大量研究证实，褪黑素在体内体外都具有强大的抗氧化作用，能抑制细胞、组织的氧化损伤[38]，1个褪黑素分子可以消除10个活性氧，是传统抗氧化剂的10倍。且褪黑素高浓度存在于线粒体内膜上，靠近活性氧的产生位点，可以防止线粒体中心磷脂的过氧化，对维持其正常的生理至关重要。且褪黑素的代谢产物也可以高效清除活性氧，如N1-乙酰基-N2-甲酰基-5-甲氧基尿嘧啶、环状3-羟基褪黑素等，使其在低浓度时也可以发挥显著效果[39]。

褪黑素的强大抗氧化作用，可以明显改善病理状态下的线粒体失稳。腺苷酸活化蛋白激酶是维持细胞能量代谢稳态的关键分子[40]，其磷酸化后可以直接激活受体γ辅助激活因子1α，还可通过激活沉默信息调节因子1进一步提高受体γ辅助激活因子1α转录活性，磷酸化的受体γ辅助激活因子1α可以激活解偶联蛋白2启动子区域的甲状腺激素反应元件，上调解偶联蛋白2的表达，进而降低线粒体膜电位并抑制活性氧产生[41]。张斌等[42]通过实验研究发现，褪黑素可以增加氧化损伤后脑中线粒体的生物合成，提高线粒体的膜电位，并通过激活腺苷酸活化蛋白激酶调控线粒体稳态。因此，褪黑素可以看作是一种理想的线粒体靶向抗氧化剂[43]，可有效调控线粒体的功能，使其呈现季节性变化的节律，为研究“脾主升清”的季节性变化提供了新思路。

5 小结

综上，本文从“脾气升清”功能与线粒体能量代谢的相关性出发，结合褪黑素对线粒体功能的季节性调控作用，以褪黑素为应时媒介，论述了“脾气升清”季节性变化的现代理论内涵。“脾气升清”的季节性节律表现在，随自然之气的升降，机体呈现为春夏的脾升为主，胃降不足，转化为秋冬的胃降为主，脾升减弱；且长夏季节是全身气机升极转降的转折点，脾易为湿困所困，调控不及，无法适应自然之气的过渡与转换，呈现脾升乏力之症。这可能与褪黑素的季节性分泌影响线粒体氧化磷酸化功能相关，即褪黑素在长夏季节分泌明显减少，线粒体中抗氧化能力下降，活性氧堆积导致线粒体形态和功能损伤，这与现代医学中线粒体功能障碍所致的能量代谢疾病的季节性加重密切相关。因此，探究褪黑素对线粒体氧化磷酸化功能的季节性影响机制，既为“脾主升清”功能季节性变化提供理论支撑，又可为“脾升清乏力”相关疾病提供新的防治思路，但其具体的作用机制有待进一步实验探究。