基于“肾主骨生髓”理论综述骨髓间充质干细胞与绝经后骨质疏松的关系

蔡毅 赵继荣 陈文 朱换平 张海清 赵宁 朱宝

1.湖北省中医院，湖北 武汉 430060 2.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050

绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是指绝经后卵巢功能衰退，雌激素分泌不足，导致骨吸收大于骨形成的一种常见的全身代谢性骨骼疾病，临床表现主要为骨痛及易发生骨折为主，属于Ⅰ型骨质疏松症的一种，好发于绝经后中老年妇女。随着我国老龄化社会的来临，骨质疏松发病率逐年上升，50 岁以上的女性发病率达 30%[1]，有关文献指出[2]，到 2050年我国中老年女性的发病率将达到 50%～70%，常伴有易引起身体重要部位的疏松性骨折及全身痛等并发症，严重影响中老年妇女的身心健康和生活质量。据估计[3]，到2035年，与骨质疏松有关的骨折每年的数量和费用将增加一倍，到2050年，骨质疏松引起的骨折将增加到近600万，相关费用将高达25.43亿美元。这都给家庭和社会带来沉重的经济负担。因此，有效防治PMOP成为亟待解决的医疗健康问题。骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)具有自我更新和多向分化的潜能，属于多能干细胞，BMSCs成骨细胞数量减少、分化能力降低、凋亡增加或脂肪分化能力增强等生物学行为与骨质疏松的发生密切相关。本文基于“肾主骨生髓”中医理论结合现代实验研究，探讨BMSCs与PMOP发病机制之间的内在联系及“补肾益髓”治则为指导下的临床疗效，以期为PMOP的防治提供理论参考及借鉴。

1 “肾主骨生髓”与PMOP的理论探讨

1.1 肾主骨生髓的理论渊源及含义

1.1.1肾精与骨生理上密切相关：肾精是生髓充骨、生骨养髓的原始物质，中医理论认为，肾藏精，精生髓，髓居骨中以养骨。因此，肾主骨生髓实际内涵是肾精和肾气推动机体生长发育的具体展现。《素问·六节藏象论篇》曰：“肾者，封藏之本，精之处也，其充在骨”。《素问·阴阳应象大论》有相关记载指出“肾生骨髓”，说明肾精充盈，以生骨髓。《素问·上古天真论》中记述了肾气稚嫩-充盛-衰少-耗竭的演变过程，曰：“女子七岁，肾气盛，齿更发长。……四七，筋骨坚，发长极，身体盛壮。……七七任脉虚，太冲脉衰少，天癸竭，地道不通，故形坏而无子也。”可以看出女性每个阶段骨髓的生长、发育、充盛、衰弱均与肾精的盛衰密不可分。可见，肾精与骨在生理方面是紧密联系的。

1.1.2肾精与骨病理上相互影响：后代医家对肾精与骨病理相关性也做了相关阐述。《素问·痿论》曰：“肾气热，则腰脊不举，骨枯而髓减，发为骨痿。”强调肾精不足，骨髓生化无源，骨骼失养，可出现骨痿。相反，骨骼的病变也可累及骨髓和肾。研究显示，骨骼分泌的成纤维细胞生长因子23可抑制肾近端小管的Ⅱ型钠磷协同转运蛋白的表达减少肾脏对磷的重新收，从而导致血磷减少[4]。同时肾脏结构的破坏也影响1,25-二羟维生素D3合成及体内钙代谢平衡，导致骨质疏松症的发病[5]。由此可知，骨骼与肾在生理病理上密切相关，骨的强弱由肾精的盛衰所决定。

1.2 “肾主骨生髓”理论与PMOP病机关系

中医学认为，肾主骨生髓，骨髓为肾精所化生，肾精充足则骨髓充盈，骨得以濡养而强健。《素问·逆调论篇》记载：“肾不生则髓不能满。”说明肾精、肾气的充盛与否直接影响着骨髓生化，若肾精亏虚则骨髓化生乏源，骨髓失养，则导致骨质疏松。《医法心传》曰：“在骨内髓足则骨强，所以能作强耐力过人也。”否则“肾衰则形体疲极也”，进一步阐述了肾精生髓、髓养骨之间的生理病理关系。中医学根据PMOP古代文献记载及临床症状多将其归于“骨痿”“骨痹”等范畴。关于PMOP不同年龄段与中医证候虚证分布情况相关研究表明，PMOP患者中肾虚证最为多见发病率高达76.4%[6-7]。大多学者认为“肾虚癸竭”是 PMOP发病的关键。随着现代分子生物学的发展，认为天癸衰竭及髓亏骨痿的机制可能与下丘脑-垂体-性腺轴异常改变、肠钙-骨钙代谢紊乱及多种生长因子、信号通路传导失调等密切相关，继而导致PMOP的发生[8-9]。研究证实[10]，补肾类中药调节下丘脑-垂体-性腺轴防治PMOP的生物学机制与其类性激素样作用有关。肾脏与骨代谢密两者之间存在共性，骨骼生长发育及骨代谢与肾脏合成25-(OH)2D3，增加肾小管对钙、磷的重吸收紧密相关[11]。另有学者发现“肾主骨生髓”与维生素D轴之间存在紧密联系[12]，维生素D可视为中医“肾藏精”物质基础，可在机体内发挥重要效应[13]，从而诠释了“肾藏精”的多种作用，进而认为维生素D 轴可作为“肾藏精”理论指导下运用中医补肾方药治疗肾虚证PMOP作用的潜在靶点。亦有研究表明维生素D可促进小肠中钙的吸收，调节骨骼中无机盐的转化，促进钙的沉积，刺激新骨的钙化，利于骨骼的形成，进而防止PMOP的发生[14]，由此表明了肾精、骨与PMOP生理关系密切。研究还发现，肾脏通过自身分泌促红细胞生成因子、糖皮质激素以及体内多种激素，为人体骨骼的生长发育提供物质基础[15]，进一步证实中医“髓养骨”理论。综上，从多个方面论述了中医“肾主骨生髓”理论与PMOP发生之间紧密联系的科学性及客观性。

2 “肾主骨生髓”理论与BMSCs的关系

2.1 “肾精”与BMSCs的相关性

BMSCs是一种多能干细胞，主要来源于骨髓，在一定的诱导条件下可分化为成骨细胞促进骨的形成，这与肾藏精生髓养骨理论高度相似，属于中医学“精”“髓”范畴[16-17]。而中医学“肾精”主生殖、发育、生长的功能也都能从BMSCs的增殖、分化特征中得以体现。

2.1.1肾精和BMSCs来源相似：《灵枢·经脉》所云：“人始生，先成精”。《景岳全书·小儿补肾论》亦云：“精合而形始成，此形即精也，精即形也”可以看出肾精中的先天之精禀受于父母，常先身生。而BMSCs来自于受精卵，受精卵处于囊胚阶段时，里面有一团被称为“内细胞群”的细胞，具有全能特征，其在母体内进行分化最终形成胎儿。一个全能干细胞，最终生长发育成新的个体，此即为先天之精形成的整体过程[18]。可见，肾精和BMSCs均由父母生殖之精化生所形成，两者来源相似。

2.1.2肾精与BMSCs 均是构成人体的基本物质：肾精具有主生殖、发育和生髓化血等功能。而BMSCs是来源于中胚层的一类多潜能干细胞，具有强大的增殖能力和多向分化能力，主要存在于结缔组织和器官间质中，有助于器官及组织的生长发育，对维持其结构和功能扮演重要作用。

2.1.3肾精和BMSCs 与人体的生长发育联系密切：《素问·上古天真论》中以“七”为基数详细记述了肾中精气由稚嫩-充盛-衰少-耗竭的演变过程与人体生命演变规律相符。而现代医学认为，BMSCs在机体内按一定的时间与空间顺序增殖分化为组织器官的功能细胞和间质细胞，促进器官趋于成熟。随着年龄老化，BMSCs数目显著降低、增殖分化能力大幅度衰退，导致骨量下降和骨组织显微结构破坏，引起骨组织稳态结构失衡，骨实质微结构稀疏最终导致骨质疏松[19]。

2.1.4肾精与BMSCs和血的生成及骨髓关系密切：《张氏医通·诸血门》记载：“气不耗，归精于肾而为精；精不泄，归精于肝化清血。”肾藏精，肝藏血，精能生血，血可化精，精血之间互相滋生、互相转化的关系被称为“精血同源”。现代研究认为，BMSCs与造血干细胞主要来源于骨髓，共同参与造血微环境的构建，维持造血功能[20]。中医学认为：“肾藏精，精生髓，髓养骨”，强调骨的生长发育依赖于肾精的充养、肾气的濡润；骨的强健或脆弱也是肾中精气盛衰的重要体现；现代医学认为，BMSCs来源于骨髓，其可向骨原细胞、成骨细胞、成脂细胞、破骨细胞等骨系细胞分化，而且能促进骨髓组织修复，为骨骼的生长发育提供稳定的内环境。骨骼相关疾病的病理基础是骨髓间充质干细胞调控的骨稳态体系被打破，骨稳态失衡，从而影响骨的生长和重建。

2.2 补肾中药对BMSCs的干预作用

现代医学研究表明，基于中医学“肾主骨生髓”理论的补肾代表中药相关有效成分可以提高BMSCs的增殖率，促进BMSCs分化为成骨细胞[21-23]。如淫羊藿素可通过促进核心结合因子α1(CBFα1)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和骨形态发生蛋白-4(BMP-4)的蛋白，激活WNT 1/β-catenin成骨信号通路，促进BMSCs的成骨转换[24]。骨碎补及其提取物可通过阻断BMPR-1A信号传导和增强BMPR-1B信号，抑制BMP-2和BMPR-1A的结合，来促进BMSCs增值和成骨分化[25]。

鹿茸水提物通过上调BMP-2和Runx 2的表达，激活BMP-2/Smad 1、5/Runx 2信号通路，诱导BMSCs成骨细胞分化，抑制骨丢失，这些机制可能与其治疗PMOP有关[26]。周芳馨等[27]实验研究发现，补肾复方右归丸含药血清能上调TGF-β、BMP-7和BGP的表达，促进BMSCs向成骨细胞分化。另有研究表明右归丸可以通过激活Hedgehog信号通路SHH、Ptc、GLI1 的表达促进BMSCs向成骨分化[28]。以上研究从另一个角度证实了“肾主骨生髓”理论与BMSCs增殖分化的相关性。

3 BMSCs与PMOP的关系

祖国医学认为，肾精亏虚是PMOP患者发病的主要病机，肾虚与雌激素缺乏密切相关，继而导致PMOP的发生[29]。BMSCs可以看作是肾精在细胞层面的微观体现，因此当BMSCs成骨能力减弱，成脂肪分化能力增强时，会导致骨代谢异常。相反，当肾精亏虚导致PMOP时也会影响到BMSCs及其功能[16]。现代医学研究证实，通过外源性途径植入BMSCs能够促进成骨分化，提高全身骨密度，有助于延缓骨质疏松的发生[30-31]。Tewari 等[32]将BMSCs移植到去卵巢骨质疏松大鼠体内3 h后，增强了局部钙结合能力和骨体积。Li等[33]报道，BMSCs可抑制脂肪形成相关受体PPAR-γ的表达，调节骨代谢平衡，增强成骨分化能力，有效改善骨质疏松。虽然外源性移植BMSCs 治疗骨质疏松具有广泛应用前景，但 BMSCs 在体内的作用机制仍不明确，如何获得纯度较高的BMSCs，如何提高BMSCs细胞归巢数量，选取合适细胞代数、细胞数量及治疗时间窗等问题都亟待解决。而研究表明，补肾中药单体或复方可通过调控多种关键因子及信号通路来激活内源性BMSCs向成骨分化[34]。相比外源性途径，更具有安全性，值得临床推广。综上，BMSCs不足与肾精亏虚均是PMOP病理表现形式，因此，通过补肾中药诱导分化BMSCs将会对PMOP的治疗提供新思路。

4 补肾中药诱导分化BMSCs疗法在PMOP中的应用

近年来，有学者报道[26,35]补肾代表中药相关有效成分可以提高BMSCs的增殖率，促进 BMSCs分化为成骨细胞，进而防治PMOP。韩宇等[36]通过实验将补骨脂甲素分为高、中、低3种浓度分别对大鼠BMSCs干预6、9、12 d。发现各剂量补骨脂甲素均能上调 PKA、CREB mRNA 及蛋白表达，其中高剂量组效果最明显，从而得出补骨脂甲素通过激活与cAMP/PKA/CREB信号通路促进大鼠BMSCs成骨细胞分化、增值，调节骨代谢异常，进而防治骨质疏松。同样，张洪跃等[37]研究发现，补骨脂素可通过调节RUNX2、OCN、C/EBP-β和 PPAR-γ相关蛋白的表达来促进BMSCs成骨分化，增加骨密度，进而起到防治PMOP的作用。李琰等[38]报道骨碎补可以通过抑制去卵巢BMSCs成脂分化，可有效减少去卵巢大鼠的骨密度丢失，从而延缓骨质疏松的形成和发展，这种机制可能与激活 Wnt经典信号通路，抑制PPARγ、LPL mRNA 的表达密切相关。补肾中药复方对BMSCs的促成骨化同样有效，金匮肾气丸含药血清可以通过上调FNDC5、BMP2成骨分化关键调节基因的表达来促进BMSCs 增殖[39]。陈一洲等[40]实验研究证实金匮肾气丸治疗PMOP小鼠，对小鼠的股骨骨密度、骨体积分数和骨小梁数目均有明显的影响，与模型组相比，差异有统计学意义(P<0.05)。得出金匮肾气丸对PMOP具有改善作用，且机制与调控β-catenin通路、促进 Osterix、ALP 成骨基因表达，从而影响 BMSCs 成骨-成脂分化有关。相关研究报道[41-42]，左归丸能抑制去卵巢大鼠 BMSCs 成骨分化后的凋亡，为临床防治PMOP提供了实验依据。陈东阳等[43]将雌性大鼠用左归丸水煎液灌胃5 d后制备含药血清，并观察左归丸含药血清对G 蛋白偶联受体 48(GPR48)、BMP6及转录活化因子4(ATF4)含量的影响。实验结果表明与正常组相比，左归丸组GPR48、BMP6、ATF4含量显著提高，表明左归丸可以通过提高BMP6蛋白及ATF4关键因子表达来调控G蛋白偶联受体GPR48信号通路，来促进BMSCs向骨细胞分化，改善骨的质量，进而有效预防PMOP的发病。

综上，补肾代表中药单体及复方可通过作用于各种信号通路，调节关键蛋白及活化因子来促进BMSCs成骨分化或抑制成脂分化来调节骨代谢，促进骨的形成，有效防治PMOP。

5 结语

BMSCs作为种子细胞的良好来源[44]，在骨再生及骨质疏松的研究中扮演着重要的角色，是目前医学领域研究的热点。“肾藏精主骨生髓”理论是祖国医学的经典理论之一，这一理论为PMOP的防治提供了坚实的基础。将传统的中医理论与现代医学相结合，使从微观物质水平探索“肾精-骨髓间充质干细胞-绝经后骨质疏松”三者之间科学内涵变成现实，从而指导补肾中药作为促进BMSCs成骨分化的诱导剂来治疗PMOP，并取得良好的临床疗效。今后应当围绕中医“肾藏精主骨生髓”理论，结合细胞、基因、分子等多水平学科对其理论内涵及其作用机制进行多学科、多团队联合研究，将中医理论体系发展与现代科学研究成果进一步拓展创新，为从肾论治PMOP提供新的理论依据。