靖林林，姚学清，王俊江，孙学刚△

(1. 南方医科大学，广州 510515； 2. 广东省人民医院胃肠外科，广州 510080)

衰老促进肿瘤发生，衰老过程中伴随着代谢稳态的失衡及其基因调控的紊乱，能量代谢障碍可能是衰老时肿瘤发生率增长的原因之一[1]。《素问·上古天真论》曰：“肾脏衰，形体皆极”，提示肾气的盛衰决定了人体的老壮。李时珍倡“脾乃元气之母”说：“土者万物之母，母得其养，则水火既济，木金交合，而诸邪自去”[2]，因此衰老缘于虚，虚在脾肾，已经得到历代学者的公认和现代研究的证实[3-4]。那么脾肾亏虚引起的能量代谢重编程是如何促进“衰老-肿瘤发生”程序而导致因虚生癌的呢？

1 线粒体功能障碍导致能量代谢重编程是促进肿瘤发生的原因

细胞能量代谢通路的功能紊乱不但促进肿瘤发生，而且是肿瘤的标志之一[5]。肿瘤细胞氧化磷酸化(oxidative phosphorylation, OXpHOS)水平降低、有氧糖酵解增加，这种能量代谢的重编程即瓦博格效应(Warburg effect)。主流的观点认为，瓦博格效应是肿瘤细胞内基因突变不断累积、基因组不稳定引起的。越来越多的证据显示，衰老过程中细胞表观遗传学的变化，导致能量代谢障碍参与肿瘤的发生，一是哺乳动物衰老过程中伴随着多种组织如脑、肝、肌肉OXpHOS水平的降低和有氧糖酵解的增加；二是老龄动物组织和血清乳酸水平增高，标志着糖酵解增加和OXpHOS降低；三是2型糖尿病的基因表达标签与糖酵解代谢相似，均表现为低氧、缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α)累积以及OXpHOS的下降，类似瓦博格效应。因此，除癌基因突变外，衰老过程中瓦博格效应可能是驱使细胞癌变的“打击(hits)”之一。二甲双胍和卡路里限制通过维持能量代谢平衡而预防癌症，为此提供了直接证据。

线粒体是共生α-蛋白菌的后代，有独立的基因组编码tRNA和电子传递链的13个亚基。由于经常受到ROS的攻击，线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)高度易于产生突变，且随机突变贯穿终生。人类肿瘤中常见mtDNA的突变，如线粒体细胞色素氧化酶I点突变的胞质杂交细胞系，肿瘤体积是对照野生型细胞的7倍，表明mtDNA突变参与肿瘤的发生与发展[1]。所以，肿瘤等老年性疾病的发生，与mtDNA的突变密切相关[6]。

脾虚证大鼠肝、心肌和骨骼肌均出现细胞色素C氧化酶水平降低，伴有mtDNA损坏和能量代谢水平障碍[7]。肾虚老年人外周血白细胞 mtDNA缺失率较无肾虚老年人明显增高，线粒体呼吸链复合物I、IV活力则显着降低。因此，mtDNA损伤可能是导致脾肾亏虚而致衰老的重要原因[8]。李东垣《脾胃论》曰：“元气之充足，皆由脾胃之气无所伤，而后能滋养元气。若胃气之本弱，饮食自倍，则脾胃之气既伤，而元气亦不能充，而诸病之所由生也。[9]”《景岳全书·积聚》云：“凡脾肾不足及虚弱失调之人，多有积聚之病。盖脾虚则中焦不运，肾虚则下焦不化，正气不行则邪滞得以居之。若此辈者，无论其有形无形，但当察其缓急，皆以正气为主。[10]”基于此我们提出，线粒体损伤及其能量代谢障碍是正虚致癌发生机制之一，脾肾亏虚则是衰老生癌的主要脏腑病机[11-13]。

虽然mtDNA突变为衰老生癌提供了令人满意的解释，然而由于线粒体的不断融合、分裂和自噬，使功能异常的线粒体得以快速清除。因此，mtDNA突变必须达到相当高的水平，才能引起能量代谢迁移。这些发现提示，线粒体突变是也仅仅是驱动衰老过程中代谢迁移而致肿瘤发生的动力之一[14]。

2 细胞核-线粒体通讯调控脾肾亏虚之能量代谢障碍

线粒体的能量代谢需要线粒体与细胞核的信息交流及两套基因组的协同表达。哺乳动物线粒体估计有1500种蛋白，mtDNA只编码其中的13 种蛋白质，其余的蛋白质则由核基因组编码，所以线粒体与细胞核之间的信号传递和基因之间的协同表达是线粒体功能调节的中心。

依照中医学“取象比类”的思维模式，线粒体主导能量代谢的功能可以归类到脾主运化，而细胞核包含遗传物质为生命之本源，可与肾主藏精相类比。线粒体产生能量需赖细胞核基因组的转录，而其产生的ATP又是细胞核维持其功能的基础。此即肾所藏先天之精及其化生的元气，需赖脾所运化的水谷精气不断充养和培育；脾之运化水谷精气须经肾之气化。 如《景岳全书》所云：“是以水谷之海，本赖先天为之主，而精血之海又必赖后天为之资。[10]”

核基因与线粒体基因表达的协调依赖于转录因子，如核呼吸因子1(nuclear respiratory factor 1, NRF1)、NRF2、 线粒体转录因子 A(mitochondrial transcription factor A, TFAM)、TFBM、 过氧化物体增殖活化受体 α、 雌激素相关受体α、 特异性蛋白质1等。少量的核转录因子如何协调众多胞核与线粒体呼吸蛋白的表达？辅活化因子如过氧化物酶体增殖物活化受体γ协同刺激因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1 α, PGC-1α)，通过广泛地结合核受体和转录因子产生级联反应，调节与能量代谢有关的核基因与线粒体基因的转录及蛋白质合成。PGC-1α在衰老人群及2型糖尿病病人的肌肉表达水平降低，其转录活化功能的失调是线粒体功能低下和衰老相关肌肉疾病的发病基础[15]，提示细胞核-线粒体通讯功能障碍可能是脾肾亏虚能量代谢障碍的重要机制。

3 脾肾亏虚的假性缺氧状态诱导能量代谢重编程

衰老过程中能量代谢重编程是肿瘤发生所必需的，然而其初始动力是什么仍不清楚。稀有遗传病为此提供了线索。von Hipple Lindau(VHL)病人主要在中枢神经系统、视网膜、肾和胰腺产生肿瘤，该疾病由Vhl的突变引起。VHL能与特异启动子结合，屏蔽c-Myc与启动子隔离。VHL的缺失导致c-Myc依赖瓦博格样OXpHOS-有氧糖酵解的迁移，在细胞生物能合成和肿瘤发生之间建立联系，并诱发肿瘤干细胞的产生[16]。

Lkb1的突变引起Peutz-Jegher综合征，Lkb1通过进化过程保守的能量感应因子腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate-dependent kinase, AMPK)和雷帕霉素机制性靶标(mechanistic target of rapamycin, mTOR)调节瓦博格效应，导致胃肠道、胰腺、子宫、卵巢和乳腺肿瘤的风险增加。AMPK激活剂二甲双胍降低癌症风险，mTOR抑制剂能够有效阻滞肿瘤。

在衰老的剧情中，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)合成减少和消耗增多共同引起NAD+池降低。细胞核NAD+水平的下降减少VHL表达，VHL是能够识别并泛素化HIF-1α的泛素连接酶，其水平下降使HIF-1α被蛋白酶体降解的水平降低，转而稳定化HIF-1α，诱导假性缺氧状态，破坏胞核-线粒体通讯，产生衰老时线粒体功能障碍及瓦博格效应[17]。

脾虚证HIF-1α表达上调，促进能量代谢向糖酵解迁移，有助于维持肿瘤干细胞的全能性和低分化状态[7]。 肾虚模型可见HIF-1α上调，补肾温阳化瘀方可有效降低HIF-1α，上调VHL表达[18]，提示脾肾亏虚可能与HIF-1α诱导的假性缺氧及继发的以糖酵解为主的能量代谢重编程相关[7]。

4 Sirtuins家族成员是衰老-肿瘤进程中的关键分子

衰老过程中，代谢衰退是因为长寿基因功能的丢失，难以维持细胞稳态。长寿调节的核心因子是“sirtuins”，一个包含7个成员的NAD+依赖的赖氨酸去乙酰酶家族(Sirt1～7)。Sirtuins功能减退的原因之一是随年龄日益降低NAD+水平，肥胖加速这一进程，而CR和体育锻炼则抑制NAD+水平的降低。

NAD+作为一个共底物被Sirtuins消耗，对蛋白进行乙酰化修饰，优化线粒体功能和生物合成，如Sirt1消耗NAD+诱导pVHL，以保证HIF-1α能有效被降解，抑制HIF-1α诱导的瓦博格样、假性缺氧状态，而这是大多数衰老性疾病包括肿瘤、2型糖尿病和代谢综合征等共同“分享”的代谢衰退表型。Sirt1-HIF-1α通过减少c-Myc调节的TFAM的转录，抑制线粒体OXpHOS基因功能。TFAM是线粒体DNA复制、转录和维持所需要的，低水平的TFAM会引起衰老相关NAD+下降，触发OXpHOS功能障碍[19]。因此，NAD+-Sirt1-HIF-1α-OXpHOS通路通过损害线粒体稳态，在癌前和肿瘤组织中促进衰老-肿瘤生成进程[19]。

位于线粒体的Sirt3敲除在体外引起染色体不稳定并引起小鼠乳腺肿瘤发生，伴随糖摄入增加ATP产生减少，一个类似于瓦博格效应的代谢重编程。Sirt6敲除增加HIF-1α和c-Myc转录活性，并相应上调糖酵解，增加基因组不稳定，使正常小鼠的胚胎成纤维细胞发生转化，上述结果强化了这样的概念：能量代谢的变化即使不足以诱导肿瘤，却是诱导肿瘤发生所必须[20]。

5 结语

细胞核和线粒体之间的通讯对于形成OXpHOS复合物是必需的。假性缺氧状态打破非PGC1-α/β依赖的核-线粒体通讯，不但促进衰老时线粒体功能衰退，还在正常细胞建立瓦博格样重编程与肿瘤代谢物之间的联系，导致脾肾亏虚。脾肾在能量代谢中荣则共荣，衰则共衰。“脾胃之磨化，尤赖肾中一点真阳蒸变，炉薪不熄，釜鼎方成也”[21]。 因此，先天(肾)和后天(脾)相互资生构成了人体正气的主要方面，脾肾亏虚是因虚生癌的主要脏腑病机。

NAD+作为一个氧化还原载体，有助于肿瘤细胞严重依赖的糖酵解，因此单纯补充NAD+存在风险。我们近期的研究显示，健脾中药白术的成分白术内酯1能够通过激活Sirt1，诱导细胞自噬减少APCmin/+小鼠腺瘤的发生。因此，补益脾肾能否通过激活衰老抑制因子如AMPK，拮抗mTOR衰老基因的活性，调控NAD+代谢和Sirt1活性，恢复衰老过程中细胞核-线粒体通讯，从而发挥抗衰老和抗肿瘤生成效应，都值得进一步的研究。