基于可溶性αKlotho探討“腎主骨”的物質基礎?

孫 龍，李穎霞，王小琴

(湖北中醫(yī)藥大學，武漢 430065)

中醫(yī)學“腎主骨”理論出自《黃帝內經》，其概括了“腎藏”與“骨”之間生理病理的密切聯(lián)系，是構成中醫(yī)學藏象學說的重要內容，并在長期的實踐中得以不斷的發(fā)展與完善。該理論強調“腎藏”調控“骨”的結構與功能，包括“骨”的生長、發(fā)育和衰退進程，以及與“骨”相關肢體關節(jié)活動的功能。現(xiàn)代醫(yī)學揭示了腎臟與骨生理病理上的密切聯(lián)系，相關研究表明，成纖維生長因子23(fibroblast growth factor 23，F(xiàn)GF23)、1,25-二羥維生素D3[1,25(OH)2D3]和甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)構成骨-腎-甲狀旁腺內分泌軸，能調節(jié)機體的鈣磷代謝和骨代謝功能，其中αKlotho(KL)作為FGF23的輔助受體在鈣磷代謝功能中發(fā)揮著重要作用[1]。近年來隨著對αKlotho(KL)研究的深入，來源于腎臟的可溶性αKlotho(soluble αKlotho，sKL)逐漸進入研究者視野，研究報道sKL能調節(jié)骨的生長、發(fā)育和衰退等生理病理過程，表明腎臟分泌的sKL通過調控骨的代謝活動起到“腎主骨”的作用。因此，本文將從sKL的角度來探討“腎主骨”理論的生物學內涵。

1 “腎主骨”理論的認識

1.1 中醫(yī)學的認識

《黃帝內經》認為“骨”為“腎藏”所主。具體而言，《素問·上古天真論篇》曰：“女子七歲，腎氣盛，齒更發(fā)長……四七，筋骨堅……七七，任脈虛……天癸竭……丈夫八歲，腎氣實，發(fā)長齒更……四八，筋骨隆盛……六八……天癸竭，精少，腎臟衰”，說明“腎藏”所藏之精能主宰人體“生長壯老已”的生命進程，其中“骨”的變化最能直觀反映腎精由盛轉衰的演化過程?！端貑枴れ`蘭秘典論篇》曰：“腎者，作強之官，伎巧出焉”，表明“骨”的范疇還包括與肢體運動有關的骨骼、關節(jié)、韌帶和筋膜等概念。此外，就腎精與骨的關系而言，一方面《素問·六節(jié)臟象論篇》云：“腎者，主蟄，封藏之本，精之處也，其華在發(fā)，其充在骨”，說明腎臟所藏先天之精和后天之精皆能充養(yǎng)筋骨關節(jié)；另一方面，《素問·脈要精微論篇》云：“骨者，髓之府，轉搖不能，腎將憊矣”，表明骨功能的強弱也能反映腎精的盛衰。由此可知，骨的功能是由腎精主導，腎精充足則骨得以滋養(yǎng)而堅固強壯；而腎精虧虛不能充養(yǎng)于骨，則如《素問·逆調論篇》所言：“腎者水也，而生于骨，腎不生則髓不能滿，故寒甚至骨也”，出現(xiàn)骨功能的異常，嚴重時甚至出現(xiàn)“腎痹者……尻以代踵，脊以代頭”(《素問·痹論篇》)的情況。因此，《黃帝內經》強調腎精是決定骨的發(fā)育、衰退與功能強弱的重要因素，并將這種關系凝練地概括為“腎主骨”(《素問·宣明五氣篇》)。

1.2 現(xiàn)代醫(yī)學的認識

盡管解剖學概念上的腎臟和骨不完全等同于中醫(yī)學理論中的“腎藏”與“骨”，但對腎臟與骨之間生理病理的觀察可以發(fā)現(xiàn)，中醫(yī)“腎主骨”理論與現(xiàn)代醫(yī)學腎臟與骨之間有著共通之處。自上世紀60年代，學者們從生物化學與分子生物學角度發(fā)掘“腎主骨”理論的內涵。早期研究認為，骨的代謝主要受機體鈣磷代謝的影響，與甲狀腺激素、甲狀旁腺激素、性激素和腎上腺素等內分泌激素有關，并在下丘腦-垂體-靶腺軸調控下構成相互交叉的調控網(wǎng)絡。此外臨床觀察中發(fā)現(xiàn)，慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)隨有腎功能的下降，其腎臟排泄磷酸鹽負荷的能力逐漸減弱，引起高磷血癥、高PTH血癥和1,25(OH)2D3減少[2]，最終導致礦物質和骨代謝異常(mineral and bone disorder，MBD)，引發(fā)骨痛、關節(jié)疼痛、骨變形、骨質疏松等腎性骨營養(yǎng)不良(renalosteodystrophy，RO)癥狀，致使患者病情進展，嚴重影響其生存質量[3]。因此，腎功能的正常是維持骨結構與功能正常的重要環(huán)節(jié)。近期有關研究表明，F(xiàn)GF23/KL軸和來源于腎臟的sKL對骨的結構與功能具有重要的調節(jié)作用，從而進一步加深了對腎與骨之間聯(lián)系的認識。

2 sKL與“腎主骨”理論

2.1 FGF23/KL軸與鈣磷代謝

KL蛋白是一種主要表達于腎臟、甲狀旁腺和脈絡叢的Ⅰ型跨膜蛋白，在該基因敲除的小鼠中表現(xiàn)出嚴重的生長遲緩、壽命縮短、血管和軟組織鈣化、骨量減少以及各種器官萎縮等特征[4]，因此KL基因被認為是一種抑制和延緩衰老的基因。FGF23是由骨細胞和成骨細胞合成與分泌的內分泌激素，兩者在維持礦物質代謝方面能起到關鍵作用[5]。Urakawa等[6]的研究證實，跨膜KL蛋白是FGF23與靶細胞上成纖維生長因子受體(fibroblast growth factor receptor，F(xiàn)GFR)1c高親和力結合的必需輔助性受體。在腎臟中FGF23/KL軸信號的傳導發(fā)揮了最重要的生理功能，包括抑制近端腎小管磷酸鹽重吸收和1,25(OH)2D3的合成，并在遠端腎小管增強鈣和鈉的重吸收。當腎功能受損體時，F(xiàn)GF23/KL軸受到抑制出現(xiàn)鈣磷代謝的失調，致使骨-腎-甲狀旁腺內分泌軸紊亂，發(fā)生礦物質和骨代謝異常。此外研究還發(fā)現(xiàn)，來源于腎臟的sKL與骨的生長、發(fā)育和衰退密切相關，并在調節(jié)骨代謝中發(fā)揮積極作用。

2.2 sKL與“腎”的關系

研究顯示，循環(huán)中的sKL主要來源于跨膜KL(membrane αKlotho，mKL)蛋白，在特定酶的作用下mKL蛋白的胞外域經酶解脫落后成為血清中的sKL[7]。就血清sKL生成的來源而言，Lindberg等[8]發(fā)現(xiàn)在腎臟特異性αKL基因敲除的小鼠中，血清sKL的水平顯著降低，另外在小鼠雙側腎臟摘除后血清sKL的含量也快速下降[9]，說明腎臟是循環(huán)中sKL的主要來源器官。臨床報道也證實了這一發(fā)現(xiàn)。Khodeir等[10]通過比較健康受試者與CKD患者血清中sKL的水平，結果顯示CKD患者血清sKL水平顯著下降。Liu等[11]研究發(fā)現(xiàn)，血清低sKL水平是CKD進展的獨立危險因素，并與腎臟疾病的不良結局相關。由此可知，血清中sKL水平是反映腎損傷的標志物，這也說明只有當腎功能正常時才能維持充足的血清sKL水平。血清sKL的這一特性與中醫(yī)學“腎藏精”的概念相契合，據(jù)此可以推測，血清sKL可以作為腎精充足與否的標志之一。

2.3 sKL與“骨”的關系

血清中sKL含量的高低不僅是“腎精”充足與否的標志，其還與骨的生長、發(fā)育和疾病等生理病理過程相關。Siahanidou等[12]通過檢測新生兒出生后第14天和第28天血漿sKL水平，發(fā)現(xiàn)足月兒的血漿sKL水平顯著高于早產兒，且第28天血漿sKL水平與第14天水平相比顯著升高，結果顯示sKL水平隨著孕齡和出生后年齡的增加而升高，提示sKL可能在調節(jié)嬰兒生長方面發(fā)揮作用。此外，對于特發(fā)性生長激素缺乏(growth hormone deficiency，GHD)的兒童(表現(xiàn)為生長遲緩和身材矮小)，Wolf等[13]發(fā)現(xiàn)與生長激素水平正常的兒童相比，GHD兒童血清sKL水平顯著降低，表明充足的sKL水平是維持兒童骨骼正常生長發(fā)育的重要因素。

血清sKL水平的變化也會對骨的結構與功能產生影響。Hum等[14]通過向αKL基因缺陷小鼠體內注射sKL的腺相關病毒，發(fā)現(xiàn)其能下調腎小管中鈉磷協(xié)同轉運蛋白(sodium-dependent phosphate transporter，Npt)2a的表達，促進尿磷排泄和降低小鼠的高磷血癥，發(fā)揮調節(jié)鈣磷代謝的作用。Zheng等[15]發(fā)現(xiàn)，在維持性血液透析(maintenance hemodialysis，MHD)患者中，骨質疏松癥亞組患者血清sKL水平顯著低于正常骨量組和骨質減少組，表明血清sKL的水平是影響MHD患者骨密度的主要因素之一。Han等[16]報道在中國北方地區(qū)的女性人群中，隨年齡的增長其血清sKL水平出現(xiàn)下降且伴有腰椎骨密度降低，結果顯示該人群血清sKL水平與年齡呈負相關，而與腰椎骨密度呈線性正相關，說明血清sKL水平的下降是引發(fā)衰老相關骨密度降低的重要因素。國外學者Shardell和Semba等[17-18]還發(fā)現(xiàn)，血清低sKL水平與老年人膝關節(jié)強度和下肢物理性能的下降相關。綜上，血清sKL不僅參與新生兒和兒童的生長發(fā)育過程，其水平的高低還與衰老所致的骨骼及肢體關節(jié)功能退化相關。因此，充足的血清sKL水平能起到維持骨正常生理結構和延緩其功能衰退的作用。

3 結語

現(xiàn)代醫(yī)學研究揭示了腎臟與骨之間緊密的聯(lián)系，生理上腎與骨在人體胚胎發(fā)育過程中同起源于中胚層[19]，而在疾病情況下CKD尿毒癥期常出現(xiàn)骨痛、骨變形、骨質疏松和骨折等并發(fā)癥，表明腎功能的異?？蓪е鹿墙Y構和功能的異常。本課題組前期研究探討了KL基因的生物學效應，發(fā)現(xiàn)其與中醫(yī)學“腎藏精”理論有眾多相似之處，并認為KL基因是腎精的重要成分[20]。本文通過探討sKL對骨的生長發(fā)育的影響，以及其在維持骨的正常結構功能所起的作用，證實sKL是溝通腎與骨功能的核心環(huán)節(jié)。鑒于血清sKL來源于腎臟，又與骨的結構和功能密切相關，這種“來源于腎，作用于骨”的生物學特性契合中醫(yī)“腎主骨”理論內涵，因此可以認為sKL是“腎主骨”的物質基礎之一。因此，針對sKL的研究不僅加深了對“腎主骨”理論的認識，而且也為靶向sKL的中醫(yī)藥治療提供了理論依據(jù)。