由“腎藏精主骨”理論探討DNA甲基化修飾與骨質(zhì)疏松癥

李俊儒 楊芳 孫鑫 劉彤 王致遠(yuǎn) 付夜平

遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，遼寧 沈陽 110847

“腎藏精主骨”理論源于《黃帝內(nèi)經(jīng)》，緊密聯(lián)絡(luò)了“腎藏精”與“腎主骨”之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，歸屬于中醫(yī)基礎(chǔ)理論的藏象學(xué)說，后世在繼承和創(chuàng)新中對這一理論進(jìn)行不斷地深入探析。腎主封藏，闡述了腎對骨的結(jié)構(gòu)和功能具有“管理”作用，主要是體現(xiàn)在“骨”的生長、發(fā)育以及相關(guān)的支配肢體關(guān)節(jié)功能等方面。骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是由于骨代謝平衡受損導(dǎo)致骨量減少，并伴隨著脆性骨折的高風(fēng)險，主要特征是骨形成減少、脂肪細(xì)胞聚集在骨髓間室、破骨細(xì)胞生成增加、成骨細(xì)胞生成減少。表觀遺傳學(xué)描述了基因和環(huán)境之間的相互作用，二者共同塑造了生物體的遺傳特征[1]，這與中醫(yī)整體觀念中人與環(huán)境的統(tǒng)一基本一致。人體與自然環(huán)境有著密切的關(guān)系，隨著自然環(huán)境的變化而有著直接或間接的變化，表觀遺傳學(xué)中提出的表型也與這一學(xué)術(shù)思想相對應(yīng)。表觀遺傳機(jī)制是細(xì)胞命運分化程序的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，在衰老過程中會發(fā)生變化，也可以驅(qū)動成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化以及增強(qiáng)骨細(xì)胞的活性。表觀遺傳學(xué)是指在基因序列不發(fā)生改變的情況下，在表達(dá)過程中發(fā)生的可遺傳的變化，包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA的調(diào)控等。DNA甲基化是對基因的一種類似于“枷鎖”或“封印”的可逆反應(yīng)。研究[2]發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化修飾對成骨機(jī)制的調(diào)控作用可能與“腎藏精主骨”有關(guān)，補(bǔ)腎中藥可以改變甲基化水平。本文基于“腎藏精主骨”理論，通過對甲基化修飾與骨質(zhì)疏松癥的密切關(guān)系進(jìn)行討論，分析甲基化修飾與腎藏象相關(guān)理論的科學(xué)內(nèi)涵。

1 腎藏精主骨

1.1 “腎藏精主骨”理論

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，腎主封藏，腎中所藏之精為稟受于父母，為先天之本，是人體生命活動的本源。腎藏精，主生長發(fā)育和生殖功能，《素問·上古天真論》[3]說明了“生長壯老取決于腎”這一進(jìn)程，即生長發(fā)育與腎中精氣盛衰變化密切相關(guān)[4]，“女子七歲，腎氣盛……四七，筋骨堅……丈夫八歲，腎氣實……四八，筋骨隆盛……八八，天癸竭，精少，腎臟衰。”筋骨的強(qiáng)健和充盛直接體現(xiàn)了腎中所藏之精在人體中的變化，和與年齡相對應(yīng)的盛衰過程?！鹅`樞·天年》云：“……九十歲，腎氣焦，藏枯，經(jīng)脈空虛。百歲，五臟皆虛，神氣皆去，形骸獨居而終矣”，總結(jié)了人體中五臟衰老的順序，腎主封藏，對于先天之本的保持和儲備，當(dāng)腎中封藏之精枯竭，周身經(jīng)脈空虛，形體衰老，骨質(zhì)改變，功能活動衰退。腎精虧虛，骨髓失去充養(yǎng)，老年性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展日趨加重。《素聞·六節(jié)臟象論》中對“腎主骨”理論進(jìn)行了詳細(xì)論述 ：“腎者，主蟄，封藏之本，精之處也；其華在發(fā)，其充在骨……”骨骼的運動等生理活動與腎有密切的關(guān)系，在中醫(yī)學(xué)理論中主要以“腎主骨”理論作為基石?！端貑枴れ`蘭秘典論》中認(rèn)為“腎者，作強(qiáng)之官，技巧出焉”，腎藏精主骨生髓，骨髓充盛，人體在活動時靈巧敏捷，然腎中精氣虛衰，骨髓失充，骨減而肢體無力。由此可見，腎藏精與腎主骨之間的緊密聯(lián)系，后經(jīng)歷代醫(yī)家的逐步探討，最終形成“腎藏精主骨”理論。

1.2 “腎藏精主骨”學(xué)說發(fā)展

在中醫(yī)基礎(chǔ)理論中，對“腎”的闡述與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不同。中醫(yī)認(rèn)為“腎”是一個綜合的“系統(tǒng)”，并不僅僅代表解剖上的結(jié)構(gòu)位置?！端貑枴の暹\行大論》曰:“北方生寒，寒生水，水生咸，咸生腎，腎生骨髓……在體為骨，在氣為堅，在臟為腎?！薄夺t(yī)部全錄》提到:“腎主冬藏，故為蟄封藏之本?！蹦I精化生骨髓充養(yǎng)骨骼，腎之精氣充沛，則筋骨健壯。腎藏精主骨，儲存和控制人體的“精華”，調(diào)節(jié)生長發(fā)育，負(fù)責(zé)骨骼的生長和修復(fù)?！端貑枴ゐ粽摗分刑岢觯骸澳I主身之骨髓”。腎中所蘊藏之精華，可以轉(zhuǎn)化成骨髓，儲存在骨骼腔中，滋養(yǎng)骨骼。若腎氣充沛，骨髓有源可生，則骨骼強(qiáng)壯?！端貑枴つ嬲{(diào)論》云：“腎不生則髓不能滿”。若腎精不充，骨髓化生無源，骨骼無以滋養(yǎng)，就會導(dǎo)致“骨枯”“骨痿”等疾病?！夺t(yī)法心傳》語： “在骨內(nèi)髓足則骨強(qiáng)”，若“腎衰”則“形體疲極”；《醫(yī)經(jīng)精義》載：“髓者，腎精所生，精足則髓足，髓在骨內(nèi)，髓足則骨強(qiáng)” 對腎精生髓、精髓互化、髓骨互養(yǎng)作了進(jìn)一步的論述。從解剖位置的角度來看，腎與骨并不能與中醫(yī)學(xué)所說的“骨”“腎藏”完全對應(yīng)，但從腎與骨的生理病理關(guān)系來看，“腎主骨”與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的腎、骨是相通的。研究表明，骨骼的代謝與腎上腺素、甲狀腺素、甲狀旁腺素、腎上腺素等激素的共同作用有關(guān)，在下丘腦-垂體-靶腺軸的調(diào)節(jié)下，形成交叉的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。“腎主骨”的病理變化“腎虛骨枯”是由“下丘腦-垂體-腎上腺-骨細(xì)胞軸”的作用所致，進(jìn)而導(dǎo)致了骨骼代謝在分子生物學(xué)微生態(tài)中的失衡，補(bǔ)腎中藥可以調(diào)節(jié)骨骼代謝軸調(diào)控骨組織內(nèi)的動態(tài)平衡[5]。由此可見，腎與骨在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上確實具有相關(guān)性，然其中具體機(jī)制尚為繁雜。近年研究發(fā)現(xiàn)，SOST基因甲基化[6]在骨代謝中調(diào)控成骨，組蛋白去甲基化酶JMJD2[7]影響雌激素相關(guān)受體的表達(dá)，以及鹿茸中藥復(fù)方可降低骨組織Runx2、Osterix啟動子甲基化水平[8]等，均表明骨形成與骨吸收機(jī)制的探索正逐步向表觀遺傳方向聚焦。

2 DNA甲基化與骨質(zhì)疏松癥

DNA甲基化經(jīng)常被描述為一種“沉默”的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志[9]，與基因沉默、染色質(zhì)修飾、胚胎發(fā)育等有關(guān)[10]，是由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyl transferases，DNMT)介導(dǎo)，將胞嘧啶核苷酸與S-腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)作為CpG島上胞嘧啶殘基進(jìn)行共價結(jié)合修飾。DMNT是基因甲基化研究的熱點，DNMT3A通過與SAM介導(dǎo)的代謝途徑偶聯(lián)來調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化[11]，提示與DNA甲基化修飾相關(guān)的靶點可以為預(yù)防和治療各種骨骼疾病開辟一條新途徑。Li等[12]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA -149高甲基化狀態(tài)下會激活SDF -1/CXCR4信號通路以促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，而DNMT抑制劑5-aza-CdR可以逆轉(zhuǎn)這一作用，促進(jìn)了miR-149與SDF-1的結(jié)合，抑制成骨。

將遺傳關(guān)聯(lián)中的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為骨生物學(xué)和OP的潛在生物學(xué)機(jī)制仍然具有挑戰(zhàn)性，主要是因為大多數(shù)關(guān)聯(lián)來自非編碼變異，缺乏骨骼特異性組學(xué)資源，并且很難建立變異、基因和性狀之間的因果關(guān)系。近年來，全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)已經(jīng)確定了500多個與骨密度和骨質(zhì)疏松癥相關(guān)的遺傳位點。獲取人類骨樣本存具有在一定難度，因此有一些研究嘗試運用外周血中的生物標(biāo)志物作為評估指標(biāo)。Ebrahimi等[13]在研究骨骼與血液的在表觀基因組上的跨組織關(guān)聯(lián)時，發(fā)現(xiàn)總共有28 549個CpG位點在骨骼和血液中發(fā)生了類似的甲基化，并且33 %～49 %的位點與GWAS的骨表型相關(guān)，豐富了與骨調(diào)節(jié)相關(guān)的主要途徑，認(rèn)為血液可以捕獲與骨調(diào)節(jié)相關(guān)的甲基化位點。在今后的DNA甲基化研究中，外周血中相關(guān)生物標(biāo)志物的檢測或許可以作為補(bǔ)充或初步判定。

3 甲基化修飾與“腎藏精主骨”理論

基于“腎藏精主骨”理論，中醫(yī)藥對骨質(zhì)疏松癥的防治研究越來越多，具體的調(diào)控機(jī)制也在逐漸探索中。補(bǔ)腎中藥對骨質(zhì)疏松癥動物模型的研究結(jié)果清晰的報道了最新情況，為中醫(yī)表型與人類基因表型、中醫(yī)學(xué)與表觀遺傳學(xué)的探索奠定了基礎(chǔ)。

腎藏精，精生髓，骨髓滋養(yǎng)骨骼、強(qiáng)壯骨骼，促進(jìn)骨的生長和修復(fù)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)也認(rèn)為，腎虛可能會降低性腺軸調(diào)節(jié)的雌激素水平引起骨質(zhì)疏松。補(bǔ)腎中藥或復(fù)方可以提高雌激素水平，緩解骨質(zhì)疏松，如補(bǔ)腎陰中藥女貞子、墨旱蓮、當(dāng)歸、二至丸、六味地黃丸、左歸丸[14]等。中藥以植物、動物和礦物入藥，而甲基化修飾在調(diào)控真核生物正常發(fā)育起到關(guān)鍵作用，那么中藥與甲基化修飾形成相互作用，機(jī)制網(wǎng)絡(luò)交互也不足為奇，二者在分子水平上的交互是必然的，也是今后研究的熱點方向。Liu等[15]研究發(fā)現(xiàn)六味地黃丸可以下調(diào)Wnt/β-catenin途徑，并抑制炎癥反應(yīng)和間質(zhì)轉(zhuǎn)化來減輕糖尿病所致的骨質(zhì)疏松癥，這個過程也阻斷了KDM7A，說明中藥干預(yù)治療機(jī)制與甲基化修飾的調(diào)控是有交互的，但具體相關(guān)的甲基化調(diào)控情況有待進(jìn)一步探索。Kim等[16]發(fā)現(xiàn)牡荊素可以提高Dlx5和RUNX2蛋白水平，促進(jìn)成骨分化，從而提高成骨細(xì)胞的活性。

近年來，中醫(yī)藥和甲基化修飾在疾病機(jī)制調(diào)控方面的研究日益增多。甲基化修飾在分子水平上調(diào)控基因表達(dá)，可以結(jié)合中醫(yī)藥多組分、多靶點的特點，探索中醫(yī)藥在基因表達(dá)平衡中的作用。在病理機(jī)制復(fù)雜的疾病中，DNA甲基化失衡的常見模式是通過干擾甲基化、去甲基化進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)，包括與組蛋白、miRNA的相互影響，這與中醫(yī)的防治理念基本一致。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析和體外實驗的驗證，補(bǔ)腎健脾活血方[17]可以調(diào)控去甲基化酶JMJD2B、RUNX2，促進(jìn)成骨分化。王劍等[18]研究發(fā)現(xiàn)中藥補(bǔ)腎中藥對去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠的Leptin啟動子甲基化水平明顯低于陽性對照組，認(rèn)為補(bǔ)腎中藥復(fù)方可以降低Leptin啟動子甲基化水平，有效防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥。補(bǔ)腎健脾針刺療法[19]通過降低去卵巢骨質(zhì)疏松模型大鼠骨組織 Runx2 啟動子甲基化水平，上調(diào) Runx2 的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)骨形成。楊鋒等[20]實驗結(jié)果顯示，左歸丸可以降低RUNX2、Osterix、OC、β-catenin基因甲基化率，上調(diào)基因表達(dá)，通過去甲基化機(jī)制促進(jìn) BMSCs 向成骨細(xì)胞分化?；凇澳I藏精主骨”理論，以補(bǔ)腎法作為核心治法，也可能是通過調(diào)節(jié)甲基化修飾發(fā)揮作用，進(jìn)而有效防治骨質(zhì)疏松，為臨床診療提供依據(jù)。

4 結(jié)語

DNA甲基化修飾對基因表達(dá)的調(diào)控，提示人們在表觀遺傳方向上尋找新的治療方法。中藥對相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、甲基化酶等蛋白的上調(diào)或下調(diào)的作用機(jī)制尚不明確，相關(guān)的信號通路、分子修飾位點、交互作用等值得進(jìn)一步探索，進(jìn)行從間接機(jī)制到直接機(jī)制的層層剖析。祖國醫(yī)學(xué)認(rèn)為，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生發(fā)展與腎密切相關(guān)，腎主藏精，為先天之本，骨骼的生長發(fā)育與腎中精氣的充盛密切相關(guān)。運用補(bǔ)腎中藥治療骨質(zhì)疏松癥可能是參與了RUNX2、Dlx、Leptin等的啟動子甲基化的調(diào)控，但具體位點、相關(guān)分子交互作用還有待補(bǔ)充研究。目前，中藥對DNA甲基化修飾的調(diào)控，介導(dǎo)成骨細(xì)胞分化或影響破骨細(xì)胞形成的具體機(jī)制尚不完全明確，多個調(diào)節(jié)軸的確立還需動物實驗和人體組織病理變化的補(bǔ)充驗證。隨著中醫(yī)藥成分的不斷探究，中醫(yī)藥對骨質(zhì)疏松癥的防治會繼續(xù)在表觀遺傳等機(jī)制上進(jìn)行探索，補(bǔ)充中醫(yī)藥分子水平的研究，為臨床實踐提供更多的思路。