高盐/肾素-血管紧张素-醛固酮系统与骨代谢

陈瑞晗 陈珺*

1. 广东药科大学生命科学与生物制药学院，广东 广州 510006 2. 广东药科大学生物资源与创新药物研究中心，广东 广州 510006

骨代谢包括骨形成和骨吸收两个方面，遗传、种族、年龄、体重、环境、生活习惯、饮食营养及内分泌等多种因素都将影响骨代谢过程，若各因素的综合影响使得骨吸收大于骨形成，就会导致骨量流失，骨密度(bone mineral density，BMD)降低，骨微结构破坏，骨脆性增加，引发骨质疏松症(osteoporosis，OP)。OP是最常见的老年病之一，随着世界人口老龄化的趋势日益明显，OP带来的公共卫生问题和社会经济问题愈发突出，进一步探明病因并寻找新的防治思路和药物靶点是OP临床与基础研究的当务之急。近年来，越来越多的研究证实高盐摄入与骨量和骨密度直接相关[1-2]，而调节机体水盐代谢的肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosteronesystem，RAAS)，在维持血压稳定和水盐平衡的同时，也能影响骨代谢[3-6]。本文立足于RAAS系统，对高盐摄入-水盐代谢-骨代谢的关系展开综述。

1 饮食摄入高盐影响骨代谢

食盐(NaCl)不仅是常用的烹饪调味料，也是人类生存最重要的物质之一，具有维持机体渗透压、参与调节体内酸碱平衡和胃酸形成等重要生理功能。但过量摄入盐分可能引起机体内水盐代谢失衡，并导致一系列疾病。NaCl摄入量与高血压发病率、平均血压水平密切相关[7]；高盐饮食不仅可致小鼠心、肝、肾组织中超氧化物歧化酶活力降低，丙二醛含量升高，使心、肝、肾组织细胞发生损伤[8]，还可直接作用于免疫细胞、影响机体免疫内稳态的平衡[9]。高盐摄入亦可能增加骨质疏松风险，Titze等[10]以高盐的饮食对盐敏感性大鼠进行研究，结果发现高盐饮食增加盐敏感性大鼠尿钠、钙的排泄，造成胫骨BMD减少、骨量减少，说明高盐摄入与骨丢失有直接关系。Woo等的临床研究也证实65岁及以上受试者的总髋BMD、腰椎BMD与年龄、尿钠/肌酐(Na/Cr)呈负相关，绝经后妇女平均BMD随着尿Na/Cr的增加而下降，与体质量指数、饮食钙摄入呈正相关，说明高盐摄入会减少总髋BMD、腰椎BMD并增加绝经后妇女OP的风险[1-2]。Kim等[11]对3635名绝经后妇女的调查分析亦认为每日过度的钠摄入量与较高的骨质疏松患病率有关。此外，本课题组亦在动物实验中观察到高盐饮食导致大鼠腰椎骨骨量下降，骨结构变差的现象，主要是成骨功能相关基因表达抑制，骨形成能力降低所致[12-13]。

2 高盐引起钙失衡和代谢性酸中毒，导致骨代谢失衡

早在1937年Harrison就指出，骨骼中不仅含有大量的钙，也存在数量不小的钠，约占体内总钠量50%的钠离子存在于骨骼中，钙/钠比例约为 30∶1[14-15]。研究者们普遍认为，高盐摄入在增加尿钠排泄的同时也使尿钙排泄升高，而钙代谢失衡会影响正常的钙磷代谢，导致骨重建和骨丢失增加的补偿性反应而使骨质流失[16]。长期大量摄入的NaCl也会降低动脉血浆中pH值和碳酸氢盐的水平，而骨矿物质的溶解度是高度pH敏感的，当pH下降到7.0以下，会刺激破骨细胞介导的骨吸收和抑制成骨细胞介导的骨形成，直接诱导骨矿物的溶解，最终导致骨钙的净损失；长期的盐负荷还会减少磷酸盐和碳酸氢盐的重吸收，诱发代谢性酸中毒，刺激破骨细胞骨吸收，导致骨钙丢失[17-18]。此外，钠负荷导致水盐代谢失衡、血压增高，也是钙代谢紊乱的诱因之一，由于甲状旁腺素(parathyroid hormone，PTH)分泌增多，骨化三醇(1,25-(OH)2D3)也随之增加，从而增加钙的吸收速率，诱发过量的钙丢失，增加骨重建[19]。临床研究发现绝经后妇女的低钙高盐饮食会使尿钙排出增多，血清钙降低，PTH分泌亢进，最终导致高血压和OP[20]；使用降压药物噻嗪类利尿剂可以减少尿钙排泄，改善BMD[21]；Dvorak等[22]的体外细胞实验亦证实噻唑类药物能直接刺激成骨细胞成骨特异性转录因子(RUNX2)和骨桥蛋白的产生，增加矿化结节的形成。

3 高盐与醛固酮-RAAS系统的相关性

RAAS系统主要由肾素、血管紧张素I(Ang II)、血管紧张素Ⅱ(Ang II)、血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme，ACE)、醛固酮(aldosterone，Ald)等构成，是人体内重要的水盐代谢调节系统，对心血管系统的正常发育，心血管稳态、电解质和体液平衡的维持，以及血压的调节均有重要作用。Ald是RAAS系统的终产物，属于类固醇类激素，主要作用于肾脏，负责调控钠离子及水分的再吸收，是维持细胞外液容量和电解质平衡的重要激素。Natarajan等[23]、Cavka等[24]的临床研究证实高盐饮食血浆肾素活性和Ald水平降低，RAAS系统受到抑制，上皮钠运输减少。Maia等[25]通过对雌性大鼠在妊娠前和妊娠期间高盐饮食，发现母体肾脏ACE活性、Ang II均降低，而后代中雌性肾脏ACE活性较低，雄性肾脏Ang II较低。Nakagawa等[26]在鸟苷酸环化酶-A(GC-A)基因敲除小鼠中发现，高盐饮食能够增加Ald用药组中GC-A 基因敲除小鼠的Sgk1的表达。因此，推测高盐通过影响Ang II、ACE、Sgk1活性从而来调节RAAS。

4 醛固酮-RAAS系统与骨代谢的相关性

近年来的研究表明，Ald也具有促进氧化应激、致心肌纤维化、血管重塑等作用，与多种疾病的发生发展有关(如Bartter氏综合征、Addison病等)。研究者们也注意到Ald水平变化对骨代谢的影响，并指出上皮细胞的醛固酮信号通路与骨代谢相关基因通路存在显著相关性[27]。NR3C2和PIK3R1醛固酮信号通路参与骨代谢，其中NR3C2编码MR、Ald通过与骨细胞、成骨细胞、破骨细胞上的MR结合从而促进成骨细胞分化，而PIK3R1编码磷脂酰肌醇激酶3的亚基，通过调节成骨细胞和破骨细胞分化来参与骨代谢。此外，PRKCH和SCNN1B可能是影响骨代谢的潜在候选基因，即醛固酮信号通路可能通过编码骨代谢相关基因而诱发OP。Jaffe等[28]通过免疫印迹和腺病毒启动子报告基因分析证实Ald通过独立于骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic protein 2，BMP2)成骨途径的机制来激活内源性盐皮质激素受体(mineralocorticoid receptor，MR)促进钙化血管细胞(calcifying vascular cell，CVC)的成骨细胞分化和矿化，并伴有成骨指标基因(alkaline phosphatase，ALP)的增加。另外，Ald还能通过调节钠氯共同传运子(sodium chloride cotransporter，NCC)蛋白、上皮钠离子通道(epithelial sodium channel，ENaC)影响骨代谢[29]。Runyan等[30]实验发现大鼠高醛固酮会伴随着尿钙、尿镁排泄的增加，继发性甲状旁腺功能亢进，骨吸收增加。临床研究则发现充血性心力衰竭伴有继发性醛固酮增多症的老年患者出现了改变氧化还原状态和组织消化(包括骨)的全身性疾病，其骨骼表现为BMD和骨强度大量下降，骨折发生增加，即使是短期的醛固酮增多症也会使老年人面临骨折的风险[31]。

研究发现，RAAS在参与血压调节的同时也能调控破骨细胞的骨吸收作用，RAAS系统中的AngII不仅能显著增加酒石酸抗性酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase，TRAP)阳性多核破骨细胞的数目，同时还能诱导成骨细胞中RANKL受体活化剂的表达，提高成骨细胞线粒体中活性氧和超氧化物水平，促进破骨细胞活化，损伤成骨细胞中的线粒体DNA(mtDNA)，导致成骨细胞凋亡，而这些作用受AngII 1型受体(AT1)阻断剂(奥美沙坦)和丝裂原-活化蛋白激酶抑制剂的抑制[5-6]。另有报道称骨组织局部肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)能够通过经典(ACE-AngⅡ-AT1R轴)和非经典(ACE-AngⅡ-AT2R轴)途径共同维持血压稳定和水盐平衡，RAS由AngII、ACE、AT1和AT2组成，成骨细胞上有AT1和ACE的表达，RAS还能促进前成骨细胞表达NF-κB配体和基质金属蛋白酶，抑制成骨细胞分化，诱导前破骨细胞、间接刺激破骨细胞形成，导致骨吸收增加，OP发生[3-4]。Shimizu等[6]对去卵巢大鼠施用Ang II[200ng/(kg·min)]，能加速TRAP活性增加，并伴随骨密度显著降低和尿脱氧吡啶啉增加；而对自发性高血压大鼠构建的去卵巢模型大鼠，采用奥美沙坦(一种AngII受体拮抗剂)治疗能明显减弱卵巢切除术诱导的BMD降低、TRAP活性和尿脱氧吡啶啉增加。

另外，Bayorh等[32]研究发现，长期高盐饮食的大鼠虽然血浆中Ald和Ang II水平降低，但心脏局部独立的RAAS活性增加，心脏组织中的血浆AngII的表达增高，Ald浓度亦升高。而Michel等[33]的实验证明，长期高盐饮食会抑制循环血中肾素的释放和RAAS系统的激活，这可能是机体在早期高盐摄入时出现的代偿机制，以便于促进钠排出体外。

综上所述，醛固酮-RAAS系统可以通过编码骨代谢相关基因，调控成骨细胞和破骨细胞功能而影响骨代谢过程。

5 高盐-Ald-ENaC参与调节骨代谢

上皮钠离子通道(epithelial sodium channel，ENaC)是细胞膜上的一种糖基化大分子蛋白，属于ENaC/DEG超基因家族，是非电压依赖性钠离子通道蛋白，它通过活性和开放概率的变化来调节Na+的转运速率，维持细胞内外Na+的平衡[34]。20世纪90年代末已有研究证实 UMR-106成骨细胞样细胞系和原代培养的人成骨细胞中都表达ENaC，且α-ENaC整个编码区的cDNA克隆序列与从大鼠结肠克隆得到的α-ENaC序列相同[35]。研究发现环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)、氮氧化合酶(NO synthetase，NOS)、电压敏感性钙通道(voltage-sensitive calcium channels，VSCCs)和环氧合酶-2(cyclooxygenase 2，COX2)等都参与了ENaC的调节[36-41]。本课题组的前期研究也从多角度探讨了ENaC参与调节骨代谢的作用。体外细胞实验证实ENaC/Na+的变化能调节大鼠、小鼠成骨细胞增殖分化并影响成骨功能指标基因和蛋白的表达，并且发现Na+对成骨细胞的影响具有双向作用[15，42-43]；动物实验发现饮食中摄入较低钠盐有利于幼鼠骨骼生长，给予高盐饮食的幼鼠骨量减少、血清Ald水平明显降低[44]。此外，在针对ENaC调节因素和相关信号通路的研究中发现，雌激素、糖皮质激素、中药提取物/中药含药血清等作用于成骨细胞后，均可能通过ENaC这一胞膜受体调节其他成骨功能相关基因[45-49]；而外源性给予cGMP可以通过直接作用于ENaC，或通过cGMP/pKGⅡ/ENaC通路实现促成骨作用[50]。

ENaC也是Ald调控Na+重吸收，实现电解质内环境稳态和酸碱平衡并维持血压作用的主要靶点。Ald与MR结合后能够激活Sgk1信号通路，从而使Medd-2磷酸化，而后者可以激活ENaC[51]。Chen等[52]用Ald处理细胞培养物导致MR迁移到细胞核室，并且能刺激人类骨髓内皮细胞中的ENaC从头合成；可溶性MR和膜结合的ENaC与细胞微管蛋白原位共定位，导致内皮细胞体积增加，并且能在高血压的情况下调节血管生成。

Beavan等[53]对新生儿肋骨和成人髂骨活检标本的研究发现，骨细胞、成骨细胞、破骨细胞以及软骨细胞组织上也存在MR。刘德凤等[29]发现大鼠高盐饮食时Ald减少，肾远端小管NCC及ENaC的表达减少，反之，低盐饮食时Ald增多，NCC及ENaC的表达增多。而高Ald/盐的大鼠在应用螺内酯等Ald受体拮抗剂干预后，BMD增加，并减少甲状旁系功能亢进和骨丢失[54]。因此，推测Ald可能通过骨功能细胞上的MR调节ENaC而影响骨代谢。

6 小结

综上所述，高盐摄入影响骨代谢已经有多方面的研究和证据支持，长期高盐摄入不利于骨健康的现象也越来越受到重视，但高盐导致骨代谢失衡的机制目前仍未完全清楚，本文主要以ENaC-RAAS系统为切入点来综述高盐影响骨代谢的可能机制，进一步探究钠盐及其调控因素与骨代谢之间的内在联系与机制，阐明水盐代谢和骨代谢的关系，对于预防和治疗骨代谢疾病具有重要意义。