骨骼與身體的“對(duì)話”

方陵生

骨骼讓我們能夠直立行走，并保護(hù)我們的內(nèi)臟不受損傷。同時(shí)，骨骼也讓我們能夠隨意自如地活動(dòng)四肢，強(qiáng)健的骨骼還能防止我們跌倒。

年少時(shí)，骨骼與我們一起成長(zhǎng)。年幼時(shí)，我們?nèi)舨恍⌒乃さ构钦?，很快就?huì)愈合。但當(dāng)我們漸漸變老，骨骼也會(huì)變得松脆。此時(shí)，我們?nèi)羰遣簧鞯?，骨骼就有可能?huì)斷裂，甚至需要通過置換人工關(guān)節(jié)來恢復(fù)活動(dòng)能力。如果骨骼只是起著支撐作用的身體結(jié)構(gòu)，那么它為我們做到以上這些也就足夠了不起了。

事實(shí)上，骨骼對(duì)于我們的身體健康還起著普通人不了解的更多作用。例如，骨骼可為鈣和磷提供一個(gè)方便的儲(chǔ)存場(chǎng)所。鈣和磷是神經(jīng)和細(xì)胞正常工作必不可少的礦物質(zhì)。每天，在骨骼海綿狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)——骨髓里面，還會(huì)產(chǎn)生數(shù)千億個(gè)血液細(xì)胞，以及組成軟骨和脂肪的其他細(xì)胞。

當(dāng)然，骨骼所起的作用還遠(yuǎn)不止于此。過去幾十年里，科學(xué)家們有了令人驚奇的新發(fā)現(xiàn)：骨骼還參與了與其他身體部位溝通的復(fù)雜的化學(xué)“對(duì)話”，它的“對(duì)話”對(duì)象包括腎臟、大腦、脂肪和肌肉組織，甚至還包括生活在人體腸胃里的微生物。

這一發(fā)現(xiàn)著實(shí)令人驚訝！骨細(xì)胞如何向其他器官發(fā)送信號(hào)、如何理解和回應(yīng)來自身體其他部位的分子信息，這些疑問仍需進(jìn)一步破譯。但科學(xué)家已經(jīng)開始思考，如何利用骨骼與身體的“對(duì)話”開發(fā)新的治療方法，來保護(hù)和增強(qiáng)骨骼。

骨骼是一種獨(dú)特的機(jī)體組織，它不僅包含可構(gòu)建堅(jiān)硬基質(zhì)使骨骼具有強(qiáng)度的細(xì)胞，同時(shí)還包含分解基質(zhì)的細(xì)胞，使骨骼在人體生長(zhǎng)期可重塑自我，并在一生中擁有自我修復(fù)的能力。構(gòu)建骨骼的細(xì)胞被稱為“成骨細(xì)胞”，而分解骨骼的細(xì)胞則被稱為“破骨細(xì)胞”。如果兩種細(xì)胞數(shù)量失衡，就會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)太多或太少。如骨質(zhì)疏松癥是一種因骨質(zhì)減少造成骨骼變脆的病癥，主要是新骨質(zhì)合成的速度跟不上老骨質(zhì)降解的速度而導(dǎo)致的。

除了成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞，骨骼還含有另一種細(xì)胞類型，叫作“骨細(xì)胞”。骨細(xì)胞占所有骨骼細(xì)胞的90% 以上。對(duì)骨細(xì)胞的研究，始于大約20 年前一位名為琳達(dá)· 伯恩瓦爾德的細(xì)胞生物學(xué)家。當(dāng)時(shí)，有同事勸告琳達(dá)不要將時(shí)間浪費(fèi)在對(duì)骨細(xì)胞的研究上。因?yàn)楫?dāng)時(shí)人們普遍認(rèn)為，骨細(xì)胞所發(fā)揮的作用很小，只是用來感知機(jī)械力，調(diào)節(jié)骨骼重塑而已。

但琳達(dá)并沒有因此而放棄。骨細(xì)胞確實(shí)能感知機(jī)械負(fù)荷，但它們所起的作用遠(yuǎn)不止這些。最近，她在《生理學(xué)年度評(píng)論》上發(fā)表的文章中，詳細(xì)闡述了骨細(xì)胞對(duì)腎臟、胰腺和肌肉的重要性。

琳達(dá)關(guān)于骨細(xì)胞與其他器官交流最早的一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，骨細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種名為“FGF23”的生長(zhǎng)因子，這種生長(zhǎng)因子通過血流抵達(dá)腎臟。如果身體里FGF23 過多（如軟骨癥患者），那么腎臟就會(huì)向尿液中釋放更多的磷，身體里這種必需礦物質(zhì)會(huì)越來越少，由此產(chǎn)生的癥狀包括骨骼軟化、肌無力或僵硬，以及牙齒問題等。

在琳達(dá)潛心研究骨細(xì)胞的同一時(shí)期，生理學(xué)家杰拉德· 卡爾桑蒂也開始了對(duì)骨骼重塑和能量代謝之間潛在關(guān)系的研究。杰拉德研究發(fā)現(xiàn)，脂肪細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種叫作“瘦素”的激素，瘦素會(huì)在骨骼重塑和能量代謝這兩種生物過程中起作用。老鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，瘦素可抑制骨骼重塑。食物匱乏時(shí)，瘦素可抑制早期骨骼生長(zhǎng)和食欲，為維持日常功能節(jié)省身體能量。

杰拉德的研究小組對(duì)由于基因突變而缺乏脂肪細(xì)胞和瘦素的幾名兒童的手骨和腕骨進(jìn)行X 光檢查后發(fā)現(xiàn)，這些兒童的骨骼都比他們的實(shí)際年齡大幾個(gè)月甚至幾年。顯然，沒有瘦素的抑制作用，骨骼會(huì)加速生長(zhǎng)。這是骨骼會(huì)“傾聽”其他人體器官“信息”的一個(gè)例子。杰拉德還提出，骨骼對(duì)于身體的能量使用也會(huì)產(chǎn)生影響。他發(fā)現(xiàn)，缺乏骨鈣素的老鼠在調(diào)節(jié)血糖水平方面存在困難，骨鈣素是由成骨細(xì)胞產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)了骨鈣素與身體溝通之后發(fā)揮的多種作用，如通過影響性激素的產(chǎn)生促進(jìn)男性的生育能力，通過改變大腦中神經(jīng)遞質(zhì)水平改善學(xué)習(xí)和記憶能力，在運(yùn)動(dòng)中增強(qiáng)肌肉功能，以及參與骨骼與身體的其他“對(duì)話”活動(dòng)。

杰拉德認(rèn)為，骨骼與身體其他部位有著如此密切的關(guān)系，這可能與早期脊椎動(dòng)物為生存而進(jìn)化出的應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)。骨鈣素使得早期的脊椎動(dòng)物，無論是雄性還是雌性，都能通過睪酮和肌肉的作用來提高能量水平，在發(fā)現(xiàn)天敵時(shí)及時(shí)作出反應(yīng)，如逃跑，或產(chǎn)生規(guī)避危險(xiǎn)和威脅的記憶等。由此可得出結(jié)論，骨骼可定義為在生理上能感知危險(xiǎn)的一種身體器官。

目前，骨鈣素對(duì)危險(xiǎn)反應(yīng)的假說仍存在一些爭(zhēng)議。但無論是否真如杰拉德提出的“骨鈣素在脊椎動(dòng)物進(jìn)化中發(fā)揮了重要作用”，這些發(fā)現(xiàn)都使科學(xué)家對(duì)骨骼與人體其他部位的溝通方式產(chǎn)生了極大的興趣。

在人體運(yùn)動(dòng)中，骨骼和肌肉通常協(xié)同工作，人們?cè)缫阎獣运鼈冎g的相互作用。當(dāng)肌肉“拉動(dòng)”骨骼，肌肉力量變強(qiáng)時(shí)，骨骼也會(huì)對(duì)這種增加的物理拉力作出反應(yīng)，變得更強(qiáng)，以適應(yīng)身體的需求，使肌肉和骨骼可以更有效地協(xié)同工作。

在骨骼與肌肉協(xié)同工作的過程中，一場(chǎng)化學(xué)“對(duì)話”也正在進(jìn)行。例如，骨骼肌細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種叫作“肌肉生長(zhǎng)抑制素”的蛋白質(zhì)，以防止骨骼肌細(xì)胞過量增長(zhǎng)。在老鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及對(duì)人體的觀察后發(fā)現(xiàn)，肌肉生長(zhǎng)抑制素還能控制骨量。

此外，在運(yùn)動(dòng)鍛煉過程中，肌肉產(chǎn)生的一種BAIBA 分子會(huì)影響脂肪和胰島素對(duì)能量消耗增加的反應(yīng)。BAIBA 是運(yùn)動(dòng)中由肌肉產(chǎn)生的一種代謝物，參與了運(yùn)動(dòng)對(duì)代謝紊亂的有益調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，BAIBA 可以保護(hù)骨細(xì)胞免遭細(xì)胞代謝的危險(xiǎn)副產(chǎn)物——活性氧（一類高度活性的氧化物，包括自由基、過氧化物等）的侵害。實(shí)驗(yàn)表明，給患有骨骼和肌肉萎縮癥的幼鼠提供額外的BAIBA，有益于骨骼和肌肉的健康。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，另一種隨運(yùn)動(dòng)量增多而增加的肌肉分子——鳶尾素，也有助于骨細(xì)胞保持活力，促進(jìn)骨骼重塑。

當(dāng)然，骨骼與肌肉的這種“對(duì)話”并不是單向的，作為回報(bào)，骨細(xì)胞會(huì)定期產(chǎn)生促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)的前列腺素E2。當(dāng)感受到來自肌肉的拉力增加時(shí)，骨細(xì)胞會(huì)促進(jìn)這種分子信使的產(chǎn)生。

骨骼與腸道的“對(duì)話”同樣也引發(fā)了研究人員極大的關(guān)注與興趣。人體內(nèi)擁有大量的微生物，就如同人體器官一樣發(fā)揮著不可替代的作用。腸道微生物群幫助消化食物，防止有害細(xì)菌滋生，并與包括骨骼在內(nèi)的其他人體器官交流。

美國(guó)康奈爾大學(xué)生物力學(xué)專家克里斯托弗· 埃爾南德斯指出，骨骼與腸道微生物群的“對(duì)話”似乎是單向的，迄今尚無人觀察到骨骼向腸道微生物群發(fā)送信息，但骨骼可以從腸道微生物群那兒獲得很多有用的信息。假如某人嚴(yán)重食物中毒，需要身體發(fā)動(dòng)所有資源來抵抗感染，當(dāng)然，骨骼也不能例外，此時(shí)，合成骨質(zhì)、構(gòu)建骨骼的任務(wù)就會(huì)暫時(shí)擱置。

發(fā)現(xiàn)骨骼與腸道微生物群之間“對(duì)話”的第一個(gè)線索來自2012年的一項(xiàng)研究，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是在無菌環(huán)境中長(zhǎng)大的老鼠。這些老鼠的體內(nèi)破骨細(xì)胞較少，因此骨量更高，如在短期內(nèi)給老鼠補(bǔ)充腸道微生物可使骨量恢復(fù)正常。

“腸道微生物對(duì)骨骼的影響”這一發(fā)現(xiàn)不僅令科學(xué)家們十分驚訝，而且促使他們開始探索骨細(xì)胞和腸道微生物之間許多復(fù)雜的“對(duì)話”，以及這些“對(duì)話”對(duì)人體整體健康的影響。

最令人興奮的是，骨骼與身體其他部位之間的“對(duì)話”為開發(fā)具有創(chuàng)造性的治療方案開辟了新的途徑。例如，通過藥物作用于人體的不同部位來促進(jìn)骨骼健康。

對(duì)于患有骨質(zhì)疏松癥的患者來說，盡管現(xiàn)有的一些藥物可以減緩骨質(zhì)分解，還有一些藥物可以加速骨質(zhì)形成，但這些藥物可能都有副作用，其效果幾乎也未能達(dá)到預(yù)期。腸道微生物可能是一個(gè)很好的切入點(diǎn)。含有益生菌和其他微生物的食物，如發(fā)酵牛奶等，可以幫助人體建立健康的腸道微生物群。有研究小組發(fā)現(xiàn)，一種特殊的益生菌——羅伊氏乳桿菌，可以保護(hù)老鼠避免抗生素治療后出現(xiàn)的骨質(zhì)流失。一組絕經(jīng)后婦女（最易患骨質(zhì)疏松癥的人群）嘗試了三種乳酸桿菌組合，接受治療的女性在為期一年的研究中沒有出現(xiàn)骨質(zhì)流失，而安慰劑對(duì)照組女性則有骨質(zhì)流失現(xiàn)象的出現(xiàn)。

隨著骨骼老化，產(chǎn)生炎癥的衰老骨細(xì)胞會(huì)積累起來，炎癥反過來影響骨骼的形成和分解，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，抗生素讓骨骼變脆易碎，這是因?yàn)榭股貢?huì)對(duì)腸道微生物產(chǎn)生影響，進(jìn)而干擾腸道微生物與骨骼的正常溝通。比如，腸道細(xì)菌制造以及輸送至肝臟和腎臟的維生素K 都會(huì)隨之減少。顯然，腸道微生物與骨骼健康息息相關(guān)。

關(guān)于骨骼和身體其他部位之間的“對(duì)話”，科學(xué)家們需要了解的還有很多。隨著時(shí)間的推移，骨骼研究可能會(huì)帶來更多的治療方法，不僅可以保持骨骼健康，還可以讓與骨骼“對(duì)話”的人體其他部位更加健康和強(qiáng)壯。

目前的研究已經(jīng)清晰的是，骨骼不僅是身體的機(jī)械支撐，而且與人體的其他部位保持著持續(xù)不斷的溝通和交流。骨骼對(duì)于人體整體有著廣泛的影響，在機(jī)體組織日常運(yùn)行的幕后，默默地發(fā)揮著重要的作用。

有鑒于此，下次當(dāng)你享用一杯酸奶時(shí)，或者在鍛煉身體時(shí)，甚至在排空膀胱的時(shí)候，一定不要忘記在幕后默默無聞付出的骨骼。我們要感謝骨骼的付出，感謝它能夠?qū)ξ⑸镄盘?hào)作出反應(yīng)，感謝它與肌肉之間的“對(duì)話”，還要感謝它為防止身體里的磷減少和流失做出的貢獻(xiàn)。