我校模式动物研究所朱敏生教授实验室及合作实验室在平滑肌型括约肌自发张力产生机制研究中取得重要进展,相关成果”The
molecular basis of the genesis of basal tone in internal anal
sphincter”发表在最新一期《自然通讯》(Nature
Communications)。南京大学博士研究生张成海、王佩为论文第一作者,朱敏生教授与美国马萨诸塞大学医学院的诸葛荣华副教授为通讯作者。

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逻辑是哲学发展过程中的重要产物, 是专门研究 思维的活动,
主要分为形式逻辑和非形式逻辑 [1 ] 。形 式逻辑是在 “质”
的规定不变的情况下, 对其同态性的 表述。简单而言, 就是在已知前提下,
通过分析、 逻辑 演绎等方法推演一个结论。如计算机采用二进制语言
服从特定程序, 一旦条件设定, 结果就是肯定
的。形式逻辑在医学上集中体现为以解剖学、 还原论 为基础的生物医学模式,
即通过不同的症状、 体征来确 定疾病及其治法 [2 ] 。然而,
人类语言要比符号语言丰 富, 人们在大多数情况下并不关心论证和推理是否在
逻辑上严格有效, 而只是关心在直观上是否合理, 即前
提能否为结论提供足够的支持。所以 20 世纪 70 年代 时出现了非形式逻辑,
其主要研究对象是普通人在现 实生活中所使用的真实论证 [3 ]
。和形式逻辑在医学上 的表现形式不同, 非形式逻辑提倡医学是“人” 学, 重视
医患关系, 注重医患交往艺术, 同“生物-社会-心理” 医 学模式和 “人医学”
模式相近 [4 ] 。 作为重要的非形式逻辑方法 , “类比法” 指导着医 学实践
。“类比法”是将两个或两类 不同事物进行有依据的联系, 以达到异中求同、
同中求 异目的的方法论。例如, 在中医学中, 因风具有善行而 数变、
主动等特点, 故临床上将具有病位游走、 动摇不
定特点的症状称为风证。通过将五行与五脏进行类 比, 凡症见 “面青、 喜酸、
脉弦” 者, 便可诊断为 “肝病” 。 “类比法” 是中医学重要的思维方法之一,
对中医 学理论体系的形成与发展作出了重要贡献。然而随着
现代生命科学的发展, 中医学“类比” 思维也有了新的
内涵。一方面我们可以用现代生命科学语言系统阐释 中医学的丰富内涵,
以提升中医学术语的准确性和科 学性;另一方面, 通过研究“类比”
结论成立的条件, 可 以增加“类比” 结果的正确性, 从而发现中医的科学
价值。本文拟以 “阴阳学说” 和“以毒攻毒” 为例, 阐述中 医学 “类比”
思维在医学和生命科学发现性或创新性研 究中的应用价值或指导作用。1
阴阳学说的内涵存在于现代生命科学的多个方面
我国古代人民将在日常生活实践中观察到的自然事物和现象, 如天地、 上下、
寒热、 男女等进行“类比” , 发现其共同点都是由相互对立的两个方面组成,
于是 提出了最早的“阴阳” 概念。随着实践的深入, 人们对
阴阳的感性认识逐渐上升到理性认识, 阴阳学说就此
诞生。阴阳本身事实上就是一种“类比” , 我们可以将
现代生命科学中具有对立统一性质的物质“类比” 为阴 阳,
进而尝试用阴阳学说去指导现代生命科学的研究。 1.1
环磷酸腺苷和环磷酸鸟苷与“阴阳” 的对立、 统一 1973
年美国生物学家戈德堡(Goldberg ND)教授通 过 研 究 发 现,环 磷 酸 腺 苷 (
cyclic adenosine monophosphate, cAMP)和环磷酸鸟苷(cyclic guanosine
monophosphate, cGMP)调节机体生理功能的作用相反,
细胞在这种双向调节作用下趋于稳定状态, 于是提出 基于 “阴阳”
属性的生物控制二元论, 并认为该系统与
中医阴阳学说的对立统一有着异曲同工之妙 [5-6 ] 。 现代医学认为,
在疾病的一般情况下, 如果 cAMP 水平升高, 则 cGMP 水平降低, 反之亦然,
类似“阴阳” 双方的对立。研究发现, 甲状腺功能减退患者 的 cAMP
水平较常人下降 46%, 而 cGMP 水平则最多 升高 2 倍, cAMP/cGMP
比值降低;甲状腺功能亢进患者的 cGMP 水平较常人下降 54%, 而 cAMP 则较
正常人增加 1.6 倍, cAMP/cGMP 比值升高 [7 ] 。 cAMP 和 cGMP
在疾病的发病及治疗中起相反作 用, 生物学功能相反。如给予哮喘患者 β 2
受体激动剂, 可提高气管平滑肌细胞内 cAMP 的浓度, 降低内质网
钙离子释放并阻止胞外钙离子内流, 抑制蛋白激酶 A 和钙调蛋白,
抑制肌球蛋白轻链激酶, 从而实现平滑肌 舒张 [8-9 ] 。相反,
提高平滑肌细胞内 cGMP 的浓度, 可 以提高胞内钙离子浓度, 激活蛋白激酶 G
和钙调蛋白, 进而对肌球蛋白轻链激酶的抑制消失, 收缩平滑肌, 引
发哮喘发作 [10-11 ] 。另一方面, 给予哮喘患者 β 2 受体激 动剂,
可以提高肥大细胞胞内 cAMP 浓度, 抑制其脱颗 粒,
进而缓解哮喘症状;给予患者乙酰胆碱, 提高肥大 细胞胞内 cGMP
浓度并促使其脱颗粒, 可导致哮喘症 状加重 [12 ] 。 从上述例子可以看出,
cAMP、 cGMP 在机体内处于 相对稳定的状态, 过多或不及均会影响机体的正常生
命活动, 两者此消彼长的关系为生命科学中能量平衡
研究提供了有力的佐证。1.2 蛋白磷酸化和去磷酸化与“阴阳” 的对立、 统一
磷酸化和去磷酸化作为最常见的蛋白质翻译后修饰,
在二者双向协同关系下对细胞周期、 细胞增殖、 肌肉收
缩等生物学过程起调控“开关” 作用, 产生相反的生物 学效应,
最终使细胞趋于稳态 [13 ] 。磷酸化可以激活效应蛋白活性, 去磷酸化则使蛋
白失去活性, 最终产生相反的生物学效应。在平滑肌 细 胞 中,钙 离 子 与 钙
调 蛋 白 复 合 体 ( calmodulin complexes, CaM)
结合后会激活肌球蛋白轻链激酶 (myosin light chain kinase, MLCK),
进而促进肌球蛋白 轻链(myosin light chain, MLC)磷酸化, 对肌球蛋白活性
产生激动效应, 使肌球蛋白去结合肌动蛋白, 引起肌丝 滑行, 产生收缩 [14
] 。肌球蛋白轻链磷酸酶(myosin light chain phosphatase, MLCP)使 MLC
去磷酸化, 抑制肌球 蛋白活性, 引起平滑肌舒张。磷酸化可以促进细胞增 殖,
去磷酸化则抑制细胞增殖。研究发现, 细胞周期蛋 白依赖性激酶
11(cyclin-dependent protein kinases 11, CDK11)调控着乳腺癌细胞的增殖,
CDK11 可在苏氨酸 残基磷酸化的条件下得以激活, 从而促进乳腺癌细胞 增殖,
也会因苏氨酸残基去磷酸化而失活, 胞内表达随 之降低,
进而抑制乳腺癌细胞的增殖 [15 ] 。 在蛋白磷酸化功能中,
不同磷酸化位点之间也体 现出竞争和合作的关系。肌球蛋白磷酸酶靶亚基 1
(myosin phosphatase target subunit 1, MYPT1)是气管平
滑肌收缩舒张机制通路中重要的效应蛋白之一。 MYPT1 上丝氨酸 695
位点磷酸化会降低相邻的苏氨酸 696 位点磷酸化水平,
从而减少该位点对肌球蛋白轻链 磷酸酯酶的抑制, 引起平滑肌细胞的舒张
[16-17 ] , 而苏氨 酸696 与853 两个磷酸化位点协同合作, 共同抑制肌球
蛋白轻链磷酸酯酶, 收缩平滑肌细胞 [18 ] 。
磷酸化与去磷酸化导致蛋白产生相反的生物学效 应,
这种相互对立的关系证实了二者之间存在着相互 作用,
也为以后不同磷酸化功能的研究提供了科学 思路。1.3 阴阳因子-1 集“阴” “阳”
两种性质的功能于一体 阴阳因子-1(yin yang 1, YY1)是广泛存在于真核基
因表达调控过程中, 集转录激活功能和转录抑制功能 于一体的反式作用因子,
因其独特的双重转录功能特 性与中医的“阴阳学说” 相一致而得名 [19 ] 。YY1
发挥 双重机制作用的原因在于其功能域的多样性 [20 ] 。作为 激活因子,
YY1 激活某些基因的表达, 如 YY1 在特定条 件下,
激活乳腺癌启动子人类表皮生长因子受体 2 [21 ] ;作为抑制因子, YY1
对某些基因起负调 控作用, 并且被负调控的基因大多是 YY1 过表达正调
控的基因, 如软骨调节素Ⅰ [22 ] 、 死亡受体 5 [23 ] 等。 YY1
广泛参与基因调控, 被称为无所不在的万能 基因,
因其作用广泛被贴切形容为“瑞士军刀” [24 ] 。研 究发现, YY1
可通过下调基质金属蛋白酶 10 的表达, 抑制胰腺癌细胞的增殖分化 [25 ]
;参与调节 NF-κB, 抑 制成纤维细胞分化, 减少小鼠肺部纤维化 [26 ] ;对
TGF-β 信号转导起负性调节作用 [27 ] , 可通过激活环氧化酶-2
活性使其过表达, 导致骨转移 [28 ] 。 从上述例子可以看出, YY1
参与了人体各系统的 基因调控, 并产生各异的生物学效应, 其中涉及疾病范
围之广泛, 调控基因之多, 符合中医学“万物皆分阴阳” 的观点。阴阳学说通过
“类比” 指导现代生物学研究的 更多案例参见表 1。表 1 阴阳 “类比”
的其他生物学案例生物学案例 意义 参考文献P53、 c-Myc c-Myc 是致癌基因,
P53 是抗癌基因 [ 29]Th 细胞、 Ts 细胞二者处于动态平衡, 一旦失衡,
机体会出现虚或实的证候 [ 30]抗原、 抗体 抗体通过与抗原特异性结合,
最终消灭抗原 [ 31]调节性 T 细胞、 调节性树突状细胞 二者通过正调控、
负调控机制, 维持机体正常的免疫功能 [ 32]2 “以毒攻毒”
在现代医学中的丰富内涵“以毒攻毒” 是中医学重要的治法之一, 是指“用含
有毒性的药物治疗毒疮等恶性病” [33 ] 。古人通过“种 痘” 治疗天花、
用狂犬脑髓敷贴伤口治疗狂犬病等, 都 是 “以毒攻毒” 治法的具体应用。
现代医学利用砒霜(As 2 O 3 )治疗急性早幼粒细胞 白血病(acute promyelocytic
leukemia, APL), 也充分体 现了中医学 “以毒攻毒” 的治疗原则,
是中国当代学者 运用该原则成功指导科学研究的范例。利用有毒的砷 剂治疗以
APL 为代表的白血病是“以毒攻毒” 治法中 的第一个 “毒” 。APL 发病机制复杂,
主要因细胞中表 达的维甲酸受体 α(retinoic acid receptor α, RARα)与早
幼粒细胞白血病基因(promyelocytic leukemia, PML)融 合, 阻碍 APL
细胞髓样分化而发病 [34-35 ] , 这个发病机 制就是 “以毒攻毒”
治法中的第二个 “毒” 。2004 年, 上海血液病研究所陈竺等报道以全反式
维甲酸联合 As 2 O 3 治疗 APL 有效, 并认为维甲酸可以 减轻 As 2 O 3
对肝功能的损害 [36 ] 。其进一步的分子生物 学机制研究发现, As 2 O 3
通过诱导 APL 细胞分化和凋亡 两方 面 的 作 用 而 发 挥 治 疗 效 应。低 浓
度 ( 0. 1 ~ 0.5 μmol/L)的 As 2 O 3 使 PML-RARα 融合基因对粒细
胞分化的抑制功能减弱, 进而促进 APL 细胞分化;高浓 度(0.5~2.0
μmol/L)的 As 2 O 3 降低凋亡抑制基因 B 细 胞淋巴瘤 2 基因的表达,
诱导细胞凋亡 [37-38 ] 。 上述分子生物学机制研究, 体现了现代科技对中
医学 “以毒攻毒” 治法的完整诠释。利用砷、 汞、 As 4 S 4 、 As 2 O 3
等药物的毒性诱导 APL 细胞分化和凋亡, 用全反 式维甲酸来减轻 As 2 O 3
对肝功能的损害, 均是“以毒攻 毒” 通过 “类比法” 在现代医学中的新运用。3
中医学 “类比” 思维在生命科学研究中的价值 黑格尔高度评价 “类比”
思维在现代科学发展过程 中的重要角色。奥恩布鲁格医生通过叩击酒桶的声音
判断桶内酒量的启发, 经反复验证发明了叩诊法。诺
贝尔奖获得者沃森受螺旋形楼梯启发, 发现了 DNA 双 螺旋结构。上述“类比”
结论之所以成立, 是因为进行 “类比” 的两事物间有着共同点:DNA
和楼梯的结构均 是螺旋形;酒桶与胸腔均是密闭的, 并且内部均有不同
物质的界面。将两个特殊对象看作同一类是有客观基 础的,
这就是事物之间有一定的联系性和相似性, 进而 使得 “类比”
方法有可能推导出正确的结论。然而, 中医学 “类比”
不能把现代科学发现的效应 物质与中医理论简单捆绑在一起,
要认真考虑研究“类 比” 结论成立的条件。比如, 20 世纪 80 年代研究发现,
心脏分泌的心房肽, 通过抑制醛固酮分泌而有强大的 利尿作用,
是心与肾之间的联系物, 其主要靶器官是肾 脏 [39-40 ]
。这与中医学“心肾相交” 观点不谋而合, 心房
肽的发现也为该理论提供了物质基础支持, 进而证实
了该理论的正确性。从表面上看, 这直接证明了中医 学 “类比” 思维的科学性,
而从另一角度看, 其完全没有 发挥 “类比”
的前瞻性和指导性作用。如果我们能够调 整逻辑顺序, 在中医学 “心肾相交”
理论支持下, 去发掘 其背后的物质基础, 最终由我们中医科学研究者发现
心房肽, 这样才算是真正发挥 “类比” 思维的前瞻性。“类比法”
作为科学研究中的重要方法之一, 是用 来指导我们科学研究的,
而不是用来简单地归纳事实。 我们应把新事物同已知事物 “类比” ,
从中得到灵感、 猜 测, 提出科学假说, 进而进行反复的推敲验证, 最终解
决科学问题。这种在中医学 “类比” 思维指导下完成的 一系列科学研究的情况,
才是“类比” 真正意义上的前 瞻性 。《素问·上古天真论》 中提到:“ 六七, 三
阳脉衰于上, 面皆焦, 发始白;七七, 任脉虚, 太冲脉衰 少, 天癸竭,
地道不通, 故形坏而无子也……七 八, 肝气衰, 筋不能动;八八, 天癸竭,
精少, 肾脏衰, 形 体皆极则齿发去。 ” 其阐述了肾虚是衰老的原因, 认为
肾是人体所有脏器的调节中心。中医学认为“脑为元 神之府” ,
主宰人体的各项生命活动。沈自尹院士从中 受到启发,
猜想人的大脑是否有专门的肾的调节点, 经 过数十年研究,
发现肾与下丘脑-垂体-性腺轴有关, 并 提出肾阳虚的调节点就在下丘脑的观点
[41 ] 。上述科学事例均是在中医原创性理论指导下, 运 用 “类比” 思维,
最终回答了中医相关的科学问题, 不仅 证实了 “类比”
思维在生命科学研究中的应用价值, 更 是大力推动了中医的进步。4
结语“类比法” 的正确性在仿生学中已经得到了证实,
甚至可以说仿生学就是“类比” , 如模仿鸟的翅膀制造 出飞行器, 模仿蝙蝠的
“回声定位” 发明了雷达系统等。 因此, 我们的任务不仅仅是对“类比法”
作出简单的阐 释, 更是要利用 “类比” 思维来指导现代科学发展, 进一
步发掘其科学价值。对于中医来讲, 我们当代中医研究人员的任务, 一
方面是合理运用现代生命科学语言, 从新的角度去阐 释中医学 “类比法”
和相关理论, 进而从中医学角度丰
富对生命科学的认识。比如用环磷酸腺苷和环磷酸鸟 苷阐述 “阴阳” 互生、
互根、 互相转换等现象, 以及用现
代医学的丰富内涵来解释明明是毒药的砒霜为什么能
够成为治病的良药。另一方面, 我们应大力发掘中医 学 “类比”
背后的科学逻辑, 并在中医学“类比” 思维指 导下, 发现新的科学现象、
解决生命科学与医学的关键 科学问题, 唯此才是中医学“类比”
思维对科学发展的 真正贡献, 比如用中医脏腑相关理论指导整合生理学、
整合病理学的发展等。来源:上海中医药杂志 作者:庞雨 段婷婷 杨永清 尹磊淼

平滑肌型括约肌广泛分布于机体,它们在平时经常处于关闭状态,在接受神经信号时短暂开放,从而控制物质进出空腔脏器各腔室。括约肌保持关闭状态有赖于其中平滑肌细胞能够自发产生张力的特性,但自发张力是如何产生的还不清楚。

平滑肌型括约肌自发张力产生机制研究获重要进展

该论文以肛门内括约肌为模型,对自发张力产生的机制进行了系统研究。首先,团队研究人员发现基因敲除钙离子依赖的肌球蛋白轻链激酶完全抑制了自发张力的产生,而敲除肌球蛋白轻链磷酸酶调节亚基对自发张力并无影响,从而推断胞内钙仍然是自发张力产生的关键信号。但关键问题是,括约肌在无刺激时,胞内钙流是如何产生的?研究者观测到,IAS平滑肌细胞有明显多地发放钙火花(Ca2+
sparks,一种自发性局部钙信号),增强或抑制道雷诺定受体可以影响自发张力的水平。然而,细胞实验表明单纯由钙火花所释放的钙离子并不足以引起收缩。通过使用抑制剂、激活剂、基因敲除动物等手段研究发现:L型电压门控钙离子通道以及钙离子激活的氯离子通道TMEM16A可调节括约肌细胞钙离子水平和自发张力;抑制或敲除TMEM6A可导致小鼠肛门括约肌收缩力的丧失。由此提出,肛门括约肌自发收缩的过程为:自发性的钙火花激活TMEM16A引起氯离子外流,由此造成平滑肌细胞膜去极化、激活VDCCs介导胞外钙离子内流,最终激活MLCK起始平滑肌收缩。该研究提出的收缩机制不但阐明了肛门括约肌的收缩机制,还为粪失禁、肛裂等疾病的治疗提供了全新的思路,也为其他括约肌功能机理提供了思路。

南京大学模式动物研究所朱敏生教授实验室及合作实验室在平滑肌型括约肌自发张力产生机制研究中取得重要进展,相关成果The
molecular basis of the genesis of basal tone in internal anal
sphincter
发表在最新一期《自然通讯》。南京大学博士研究生张成海、王佩为论文第一作者,朱敏生教授与美国马萨诸塞大学医学院的诸葛荣华副教授为通讯作者。

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平滑肌型括约肌广泛分布于机体,它们在平时经常处于关闭状态,在接受神经信号时短暂开放,从而控制物质进出空腔脏器各腔室。括约肌保持关闭状态有赖于其中平滑肌细胞能够自发产生张力的特性,但自发张力是如何产生的还不清楚。

(模式动物研究所 科学技术处)

该论文以肛门内括约肌为模型,对自发张力产生的机制进行了系统研究。首先,团队研究人员发现基因敲除钙离子依赖的肌球蛋白轻链激酶完全抑制了自发张力的产生,而敲除肌球蛋白轻链磷酸酶调节亚基对自发张力并无影响,从而推断胞内钙仍然是自发张力产生的关键信号。但关键问题是,括约肌在无刺激时,胞内钙流是如何产生的?研究者观测到,IAS平滑肌细胞有明显多地发放钙火花,增强或抑制道雷诺定受体可以影响自发张力的水平。然而,细胞实验表明单纯由钙火花所释放的钙离子并不足以引起收缩。通过使用抑制剂、激活剂、基因敲除动物等手段研究发现:L型电压门控钙离子通道以及钙离子激活的氯离子通道TMEM16A可调节括约肌细胞钙离子水平和自发张力;抑制或敲除TMEM6A可导致小鼠肛门括约肌收缩力的丧失。由此提出,肛门括约肌自发收缩的过程为:自发性的钙火花激活TMEM16A引起氯离子外流,由此造成平滑肌细胞膜去极化、激活VDCCs介导胞外钙离子内流,最终激活MLCK起始平滑肌收缩。该研究提出的收缩机制不但阐明了肛门括约肌的收缩机制,还为粪失禁、肛裂等疾病的治疗提供了全新的思路,也为其他括约肌功能机理提供了思路。

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