基于“腎主骨生髓”理論綜述骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的關(guān)系

蔡毅 趙繼榮 陳文 朱換平 張海清 趙寧 朱寶

1.湖北省中醫(yī)院，湖北 武漢 430060 2.甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是指絕經(jīng)后卵巢功能衰退，雌激素分泌不足，導(dǎo)致骨吸收大于骨形成的一種常見的全身代謝性骨骼疾病，臨床表現(xiàn)主要為骨痛及易發(fā)生骨折為主，屬于Ⅰ型骨質(zhì)疏松癥的一種，好發(fā)于絕經(jīng)后中老年婦女。隨著我國老齡化社會的來臨，骨質(zhì)疏松發(fā)病率逐年上升，50 歲以上的女性發(fā)病率達(dá) 30%[1]，有關(guān)文獻(xiàn)指出[2]，到 2050年我國中老年女性的發(fā)病率將達(dá)到 50%～70%，常伴有易引起身體重要部位的疏松性骨折及全身痛等并發(fā)癥，嚴(yán)重影響中老年婦女的身心健康和生活質(zhì)量。據(jù)估計[3]，到2035年，與骨質(zhì)疏松有關(guān)的骨折每年的數(shù)量和費用將增加一倍，到2050年，骨質(zhì)疏松引起的骨折將增加到近600萬，相關(guān)費用將高達(dá)25.43億美元。這都給家庭和社會帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，有效防治PMOP成為亟待解決的醫(yī)療健康問題。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)具有自我更新和多向分化的潛能，屬于多能干細(xì)胞，BMSCs成骨細(xì)胞數(shù)量減少、分化能力降低、凋亡增加或脂肪分化能力增強等生物學(xué)行為與骨質(zhì)疏松的發(fā)生密切相關(guān)。本文基于“腎主骨生髓”中醫(yī)理論結(jié)合現(xiàn)代實驗研究，探討B(tài)MSCs與PMOP發(fā)病機制之間的內(nèi)在聯(lián)系及“補腎益髓”治則為指導(dǎo)下的臨床療效，以期為PMOP的防治提供理論參考及借鑒。

1 “腎主骨生髓”與PMOP的理論探討

1.1 腎主骨生髓的理論淵源及含義

1.1.1腎精與骨生理上密切相關(guān)：腎精是生髓充骨、生骨養(yǎng)髓的原始物質(zhì)，中醫(yī)理論認(rèn)為，腎藏精，精生髓，髓居骨中以養(yǎng)骨。因此，腎主骨生髓實際內(nèi)涵是腎精和腎氣推動機體生長發(fā)育的具體展現(xiàn)。《素問·六節(jié)藏象論篇》曰：“腎者，封藏之本，精之處也，其充在骨”?！端貑枴り庩枒?yīng)象大論》有相關(guān)記載指出“腎生骨髓”，說明腎精充盈，以生骨髓?！端貑枴ど瞎盘煺嬲摗分杏浭隽四I氣稚嫩-充盛-衰少-耗竭的演變過程，曰：“女子七歲，腎氣盛，齒更發(fā)長?！钠?，筋骨堅，發(fā)長極，身體盛壯?！咂呷蚊}虛，太沖脈衰少，天癸竭，地道不通，故形壞而無子也。”可以看出女性每個階段骨髓的生長、發(fā)育、充盛、衰弱均與腎精的盛衰密不可分。可見，腎精與骨在生理方面是緊密聯(lián)系的。

1.1.2腎精與骨病理上相互影響：后代醫(yī)家對腎精與骨病理相關(guān)性也做了相關(guān)闡述?！端貑枴ゐ粽摗吩唬骸澳I氣熱，則腰脊不舉，骨枯而髓減，發(fā)為骨痿?！睆娬{(diào)腎精不足，骨髓生化無源，骨骼失養(yǎng)，可出現(xiàn)骨痿。相反，骨骼的病變也可累及骨髓和腎。研究顯示，骨骼分泌的成纖維細(xì)胞生長因子23可抑制腎近端小管的Ⅱ型鈉磷協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)減少腎臟對磷的重新收，從而導(dǎo)致血磷減少[4]。同時腎臟結(jié)構(gòu)的破壞也影響1,25-二羥維生素D3合成及體內(nèi)鈣代謝平衡，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病[5]。由此可知，骨骼與腎在生理病理上密切相關(guān)，骨的強弱由腎精的盛衰所決定。

1.2 “腎主骨生髓”理論與PMOP病機關(guān)系

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，腎主骨生髓，骨髓為腎精所化生，腎精充足則骨髓充盈，骨得以濡養(yǎng)而強健?！端貑枴つ嬲{(diào)論篇》記載：“腎不生則髓不能滿?！闭f明腎精、腎氣的充盛與否直接影響著骨髓生化，若腎精虧虛則骨髓化生乏源，骨髓失養(yǎng)，則導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。《醫(yī)法心傳》曰：“在骨內(nèi)髓足則骨強，所以能作強耐力過人也?！狈駝t“腎衰則形體疲極也”，進(jìn)一步闡述了腎精生髓、髓養(yǎng)骨之間的生理病理關(guān)系。中醫(yī)學(xué)根據(jù)PMOP古代文獻(xiàn)記載及臨床癥狀多將其歸于“骨痿”“骨痹”等范疇。關(guān)于PMOP不同年齡段與中醫(yī)證候虛證分布情況相關(guān)研究表明，PMOP患者中腎虛證最為多見發(fā)病率高達(dá)76.4%[6-7]。大多學(xué)者認(rèn)為“腎虛癸竭”是 PMOP發(fā)病的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，認(rèn)為天癸衰竭及髓虧骨痿的機制可能與下丘腦-垂體-性腺軸異常改變、腸鈣-骨鈣代謝紊亂及多種生長因子、信號通路傳導(dǎo)失調(diào)等密切相關(guān)，繼而導(dǎo)致PMOP的發(fā)生[8-9]。研究證實[10]，補腎類中藥調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-性腺軸防治PMOP的生物學(xué)機制與其類性激素樣作用有關(guān)。腎臟與骨代謝密兩者之間存在共性，骨骼生長發(fā)育及骨代謝與腎臟合成25-(OH)2D3，增加腎小管對鈣、磷的重吸收緊密相關(guān)[11]。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)“腎主骨生髓”與維生素D軸之間存在緊密聯(lián)系[12]，維生素D可視為中醫(yī)“腎藏精”物質(zhì)基礎(chǔ)，可在機體內(nèi)發(fā)揮重要效應(yīng)[13]，從而詮釋了“腎藏精”的多種作用，進(jìn)而認(rèn)為維生素D 軸可作為“腎藏精”理論指導(dǎo)下運用中醫(yī)補腎方藥治療腎虛證PMOP作用的潛在靶點。亦有研究表明維生素D可促進(jìn)小腸中鈣的吸收，調(diào)節(jié)骨骼中無機鹽的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)鈣的沉積，刺激新骨的鈣化，利于骨骼的形成，進(jìn)而防止PMOP的發(fā)生[14]，由此表明了腎精、骨與PMOP生理關(guān)系密切。研究還發(fā)現(xiàn)，腎臟通過自身分泌促紅細(xì)胞生成因子、糖皮質(zhì)激素以及體內(nèi)多種激素，為人體骨骼的生長發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)[15]，進(jìn)一步證實中醫(yī)“髓養(yǎng)骨”理論。綜上，從多個方面論述了中醫(yī)“腎主骨生髓”理論與PMOP發(fā)生之間緊密聯(lián)系的科學(xué)性及客觀性。

2 “腎主骨生髓”理論與BMSCs的關(guān)系

2.1 “腎精”與BMSCs的相關(guān)性

BMSCs是一種多能干細(xì)胞，主要來源于骨髓，在一定的誘導(dǎo)條件下可分化為成骨細(xì)胞促進(jìn)骨的形成，這與腎藏精生髓養(yǎng)骨理論高度相似，屬于中醫(yī)學(xué)“精”“髓”范疇[16-17]。而中醫(yī)學(xué)“腎精”主生殖、發(fā)育、生長的功能也都能從BMSCs的增殖、分化特征中得以體現(xiàn)。

2.1.1腎精和BMSCs來源相似：《靈樞·經(jīng)脈》所云：“人始生，先成精”?！毒霸廊珪ば貉a腎論》亦云：“精合而形始成，此形即精也，精即形也”可以看出腎精中的先天之精稟受于父母，常先身生。而BMSCs來自于受精卵，受精卵處于囊胚階段時，里面有一團(tuán)被稱為“內(nèi)細(xì)胞群”的細(xì)胞，具有全能特征，其在母體內(nèi)進(jìn)行分化最終形成胎兒。一個全能干細(xì)胞，最終生長發(fā)育成新的個體，此即為先天之精形成的整體過程[18]?？梢?，腎精和BMSCs均由父母生殖之精化生所形成，兩者來源相似。

2.1.2腎精與BMSCs 均是構(gòu)成人體的基本物質(zhì)：腎精具有主生殖、發(fā)育和生髓化血等功能。而BMSCs是來源于中胚層的一類多潛能干細(xì)胞，具有強大的增殖能力和多向分化能力，主要存在于結(jié)締組織和器官間質(zhì)中，有助于器官及組織的生長發(fā)育，對維持其結(jié)構(gòu)和功能扮演重要作用。

2.1.3腎精和BMSCs 與人體的生長發(fā)育聯(lián)系密切：《素問·上古天真論》中以“七”為基數(shù)詳細(xì)記述了腎中精氣由稚嫩-充盛-衰少-耗竭的演變過程與人體生命演變規(guī)律相符。而現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為，BMSCs在機體內(nèi)按一定的時間與空間順序增殖分化為組織器官的功能細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)器官趨于成熟。隨著年齡老化，BMSCs數(shù)目顯著降低、增殖分化能力大幅度衰退，導(dǎo)致骨量下降和骨組織顯微結(jié)構(gòu)破壞，引起骨組織穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)失衡，骨實質(zhì)微結(jié)構(gòu)稀疏最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[19]。

2.1.4腎精與BMSCs和血的生成及骨髓關(guān)系密切：《張氏醫(yī)通·諸血門》記載：“氣不耗，歸精于腎而為精；精不泄，歸精于肝化清血?！蹦I藏精，肝藏血，精能生血，血可化精，精血之間互相滋生、互相轉(zhuǎn)化的關(guān)系被稱為“精血同源”?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，BMSCs與造血干細(xì)胞主要來源于骨髓，共同參與造血微環(huán)境的構(gòu)建，維持造血功能[20]。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為：“腎藏精，精生髓，髓養(yǎng)骨”，強調(diào)骨的生長發(fā)育依賴于腎精的充養(yǎng)、腎氣的濡潤；骨的強健或脆弱也是腎中精氣盛衰的重要體現(xiàn)；現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為，BMSCs來源于骨髓，其可向骨原細(xì)胞、成骨細(xì)胞、成脂細(xì)胞、破骨細(xì)胞等骨系細(xì)胞分化，而且能促進(jìn)骨髓組織修復(fù)，為骨骼的生長發(fā)育提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。骨骼相關(guān)疾病的病理基礎(chǔ)是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞調(diào)控的骨穩(wěn)態(tài)體系被打破，骨穩(wěn)態(tài)失衡，從而影響骨的生長和重建。

2.2 補腎中藥對BMSCs的干預(yù)作用

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，基于中醫(yī)學(xué)“腎主骨生髓”理論的補腎代表中藥相關(guān)有效成分可以提高BMSCs的增殖率，促進(jìn)BMSCs分化為成骨細(xì)胞[21-23]。如淫羊藿素可通過促進(jìn)核心結(jié)合因子α1(CBFα1)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4(BMP-4)的蛋白，激活WNT 1/β-catenin成骨信號通路，促進(jìn)BMSCs的成骨轉(zhuǎn)換[24]。骨碎補及其提取物可通過阻斷BMPR-1A信號傳導(dǎo)和增強BMPR-1B信號，抑制BMP-2和BMPR-1A的結(jié)合，來促進(jìn)BMSCs增值和成骨分化[25]。

鹿茸水提物通過上調(diào)BMP-2和Runx 2的表達(dá)，激活BMP-2/Smad 1、5/Runx 2信號通路，誘導(dǎo)BMSCs成骨細(xì)胞分化，抑制骨丟失，這些機制可能與其治療PMOP有關(guān)[26]。周芳馨等[27]實驗研究發(fā)現(xiàn)，補腎復(fù)方右歸丸含藥血清能上調(diào)TGF-β、BMP-7和BGP的表達(dá)，促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞分化。另有研究表明右歸丸可以通過激活Hedgehog信號通路SHH、Ptc、GLI1 的表達(dá)促進(jìn)BMSCs向成骨分化[28]。以上研究從另一個角度證實了“腎主骨生髓”理論與BMSCs增殖分化的相關(guān)性。

3 BMSCs與PMOP的關(guān)系

祖國醫(yī)學(xué)認(rèn)為，腎精虧虛是PMOP患者發(fā)病的主要病機，腎虛與雌激素缺乏密切相關(guān)，繼而導(dǎo)致PMOP的發(fā)生[29]。BMSCs可以看作是腎精在細(xì)胞層面的微觀體現(xiàn)，因此當(dāng)BMSCs成骨能力減弱，成脂肪分化能力增強時，會導(dǎo)致骨代謝異常。相反，當(dāng)腎精虧虛導(dǎo)致PMOP時也會影響到BMSCs及其功能[16]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證實，通過外源性途徑植入BMSCs能夠促進(jìn)成骨分化，提高全身骨密度，有助于延緩骨質(zhì)疏松的發(fā)生[30-31]。Tewari 等[32]將BMSCs移植到去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠體內(nèi)3 h后，增強了局部鈣結(jié)合能力和骨體積。Li等[33]報道，BMSCs可抑制脂肪形成相關(guān)受體PPAR-γ的表達(dá)，調(diào)節(jié)骨代謝平衡，增強成骨分化能力，有效改善骨質(zhì)疏松。雖然外源性移植BMSCs 治療骨質(zhì)疏松具有廣泛應(yīng)用前景，但 BMSCs 在體內(nèi)的作用機制仍不明確，如何獲得純度較高的BMSCs，如何提高BMSCs細(xì)胞歸巢數(shù)量，選取合適細(xì)胞代數(shù)、細(xì)胞數(shù)量及治療時間窗等問題都亟待解決。而研究表明，補腎中藥單體或復(fù)方可通過調(diào)控多種關(guān)鍵因子及信號通路來激活內(nèi)源性BMSCs向成骨分化[34]。相比外源性途徑，更具有安全性，值得臨床推廣。綜上，BMSCs不足與腎精虧虛均是PMOP病理表現(xiàn)形式，因此，通過補腎中藥誘導(dǎo)分化BMSCs將會對PMOP的治療提供新思路。

4 補腎中藥誘導(dǎo)分化BMSCs療法在PMOP中的應(yīng)用

近年來，有學(xué)者報道[26,35]補腎代表中藥相關(guān)有效成分可以提高BMSCs的增殖率，促進(jìn) BMSCs分化為成骨細(xì)胞，進(jìn)而防治PMOP。韓宇等[36]通過實驗將補骨脂甲素分為高、中、低3種濃度分別對大鼠BMSCs干預(yù)6、9、12 d。發(fā)現(xiàn)各劑量補骨脂甲素均能上調(diào) PKA、CREB mRNA 及蛋白表達(dá)，其中高劑量組效果最明顯，從而得出補骨脂甲素通過激活與cAMP/PKA/CREB信號通路促進(jìn)大鼠BMSCs成骨細(xì)胞分化、增值，調(diào)節(jié)骨代謝異常，進(jìn)而防治骨質(zhì)疏松。同樣，張洪躍等[37]研究發(fā)現(xiàn)，補骨脂素可通過調(diào)節(jié)RUNX2、OCN、C/EBP-β和 PPAR-γ相關(guān)蛋白的表達(dá)來促進(jìn)BMSCs成骨分化，增加骨密度，進(jìn)而起到防治PMOP的作用。李琰等[38]報道骨碎補可以通過抑制去卵巢BMSCs成脂分化，可有效減少去卵巢大鼠的骨密度丟失，從而延緩骨質(zhì)疏松的形成和發(fā)展，這種機制可能與激活 Wnt經(jīng)典信號通路，抑制PPARγ、LPL mRNA 的表達(dá)密切相關(guān)。補腎中藥復(fù)方對BMSCs的促成骨化同樣有效，金匱腎氣丸含藥血清可以通過上調(diào)FNDC5、BMP2成骨分化關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因的表達(dá)來促進(jìn)BMSCs 增殖[39]。陳一洲等[40]實驗研究證實金匱腎氣丸治療PMOP小鼠，對小鼠的股骨骨密度、骨體積分?jǐn)?shù)和骨小梁數(shù)目均有明顯的影響，與模型組相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。得出金匱腎氣丸對PMOP具有改善作用，且機制與調(diào)控β-catenin通路、促進(jìn) Osterix、ALP 成骨基因表達(dá)，從而影響 BMSCs 成骨-成脂分化有關(guān)。相關(guān)研究報道[41-42]，左歸丸能抑制去卵巢大鼠 BMSCs 成骨分化后的凋亡，為臨床防治PMOP提供了實驗依據(jù)。陳東陽等[43]將雌性大鼠用左歸丸水煎液灌胃5 d后制備含藥血清，并觀察左歸丸含藥血清對G 蛋白偶聯(lián)受體 48(GPR48)、BMP6及轉(zhuǎn)錄活化因子4(ATF4)含量的影響。實驗結(jié)果表明與正常組相比，左歸丸組GPR48、BMP6、ATF4含量顯著提高，表明左歸丸可以通過提高BMP6蛋白及ATF4關(guān)鍵因子表達(dá)來調(diào)控G蛋白偶聯(lián)受體GPR48信號通路，來促進(jìn)BMSCs向骨細(xì)胞分化，改善骨的質(zhì)量，進(jìn)而有效預(yù)防PMOP的發(fā)病。

綜上，補腎代表中藥單體及復(fù)方可通過作用于各種信號通路，調(diào)節(jié)關(guān)鍵蛋白及活化因子來促進(jìn)BMSCs成骨分化或抑制成脂分化來調(diào)節(jié)骨代謝，促進(jìn)骨的形成，有效防治PMOP。

5 結(jié)語

BMSCs作為種子細(xì)胞的良好來源[44]，在骨再生及骨質(zhì)疏松的研究中扮演著重要的角色，是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點?！澳I藏精主骨生髓”理論是祖國醫(yī)學(xué)的經(jīng)典理論之一，這一理論為PMOP的防治提供了堅實的基礎(chǔ)。將傳統(tǒng)的中醫(yī)理論與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)相結(jié)合，使從微觀物質(zhì)水平探索“腎精-骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞-絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松”三者之間科學(xué)內(nèi)涵變成現(xiàn)實，從而指導(dǎo)補腎中藥作為促進(jìn)BMSCs成骨分化的誘導(dǎo)劑來治療PMOP，并取得良好的臨床療效。今后應(yīng)當(dāng)圍繞中醫(yī)“腎藏精主骨生髓”理論，結(jié)合細(xì)胞、基因、分子等多水平學(xué)科對其理論內(nèi)涵及其作用機制進(jìn)行多學(xué)科、多團(tuán)隊聯(lián)合研究，將中醫(yī)理論體系發(fā)展與現(xiàn)代科學(xué)研究成果進(jìn)一步拓展創(chuàng)新，為從腎論治PMOP提供新的理論依據(jù)。