“骨肉不相亲”理论指导下肌抑素在肌少-骨质疏松症中的机制探讨

郑浩 戚晓楠 姚啸生*

1.辽宁中医药大学，辽宁 沈阳 110847 2.辽宁中医药大学附属医院，辽宁 沈阳 110032

肌少症(sarcopenia)是一种年龄相关的肌肉质量损失、肌肉力量降低和(或)机体活动性功能减退的退行性疾病[1]。而骨质疏松症(osteoporosis，OP)属于系统性骨病范畴，其特点是骨量减少、骨的微观结构退化以及骨的脆性增加[2]。研究发现，肌少症与OP常协同致病[3]，因此Binkley等[4]提出了“肌少-骨质疏松症(sarco-osteopenia)”的概念。随着全球老龄化的到来，肌少-骨质疏松症发病率逐步上升，研究结果表明男性发病率较低，为4%～10.4%，而女性发病率高于男性，为12%～15.1%[5-6]。肌少-骨质疏松症增加了老年人摔倒的风险[7]，导致脆性骨折的发生率上升[8]，危害了老年人的身体健康[6]，给社会医疗与经济带来了巨大负担[9]。

为更好地防治肌少-骨质疏松症，需要深入了解肌骨之间的病理机制。现代医学研究发现肌骨之间除了简单的生物力学关系外，还在基因[10]、内分泌[11]和信号通路[12-13]等多个方面存在密切联系，但其系统病理机制尚不明确。中医学很早就对肌骨协同退变的病理机制进行了系统论述，其中“骨肉不相亲”理论是典型代表[14]。肌肉生长抑制素(myostatin，MSTN)简称肌抑素，作为骨骼肌分泌的肌动因子(myokines)之一，参与了骨骼肌[15]和骨组织[16]的代谢调节，是骨骼肌及骨组织生理病理过程中的重要调节因子。本文将以“骨肉不相亲”理论为指导，通过梳理肌肉生长抑制素调控骨骼肌与骨组织代谢的机制，探讨“肌少-骨质疏松症”的病理机制，为防治提供新的思路，为“骨肉不相亲”提供现代医学理论支持。

1 “骨肉不相亲”理论

“骨肉不相亲”理论源于《灵枢·经脉》，其曰：“少阴者，冬脉也，伏行而濡于骨髓，故骨髓不濡，即肉不着骨；骨肉不相亲，即肉濡而却；肉濡而却……骨先死”，是中医学对肌骨协同退变病理机制的高度总结。

《内经》云：“脾主肌肉故脾绝则肉先死……肾主骨故肾绝则骨先死”，表明在中医学中“脾主肉”“肾主骨”。因此，“骨肉不相亲”理论虽言肌骨之亲疏濡著，实则论脾肾之生克制化。脾肾相辅相成，生理状态下，先天化后天，后天养先天，则骨骼肌肉强健有力；病理状态下，脾肾相互制约，则致骨肉不相亲，发为“肉痿”“骨枯”，即“肌少-骨质疏松症”的病理状态。因此，深入探究脾肾藏象间的调节因子，将有助于肌少-骨质疏松症病机的揭示。

2 肌抑素

肌抑素主要在骨骼肌中生成和表达，因其具有TGF-β家族共有的结构特性，但又与家族其他成员的同源性较低，所以被归为新的一类，并命名为生长/分化因子-8(GDF-8)[17]。成熟肌抑素需要与激活素ⅡB型受体(ActRⅡB)和TGF-βⅠ型受体ALK5结合，并通过典型Samd2/Samd3通路发出信号[18]。

2.1 肌抑素对骨骼肌的影响

临床研究发现MSTN与人体骨骼肌质量存在密切联系[15]。McFarlane等[19]研究发现肌抑素基因缺失会导致儿童肌肉肥大。在老年人群中，肌肉质量与MSTN表达水平呈负相关[20]。除此之外，在继发性肌肉萎缩中MSTN也存在一定影响。Ju等[21]研究发现在COPD继发肌肉萎缩患者的血清中，MSTN表达水平上升。而当MSTN表达水平被抑制后，能改善眼咽型肌营养不良[22]以及慢性肾脏病[23]等多种疾病引起的肌肉萎缩。表明MSTN表达水平与骨骼肌质量呈负相关，即MSTN表达水平上升会抑制骨骼肌的生长[15]。进一步研究发现，MSTN主要通过以下几个途径影响骨胳肌的代谢。

2.1.1肌抑素调控成肌细胞的分裂周期：MSTN调控的成肌细胞分裂周期主要是G1-S以及G2-M[24]。Yang等[25]研究发现MSTN表达水平上升后能通过PI3K/AKT/GSK-3通路等多种途径影响周期蛋白依赖性激酶(CDK)和周期蛋白依赖激酶抑制因子(p21)的表达，进一步影响视网膜母细胞瘤肿瘤抑制蛋白(Rb蛋白)的磷酸化过程，从而阻滞成肌细胞的分裂周期，抑制骨骼肌的生长。

2.1.2肌抑素调控生肌调节因子的表达：生肌调节因子家族(MRFs)主要由成肌分化抗原(MyoD)、肌细胞生成素(MyoG)、Myf5和MRF4组成，其主要功能是促进肌细胞的增殖与分化[26]。McFarlane等[15]研究发现MSTN表达水平上升后能通过Samd通路抑制MyoD的表达和磷酸化，导致MyoD与肌动蛋白启动子结合的过程被抑制。除此之外，MSTN还影响MyoG和p21的表达，最终抑制骨骼肌的生长。

2.1.3肌抑素调控肌蛋白的代谢：肌蛋白的代谢直接影响骨骼肌纤维的体积，研究发现MSTN表达水平上升后能负向调控AKT通路，增加叉头框转录因子O(FoxO)[27]及泛素-蛋白酶体系统(UPS)[28]的活性，增加了肌蛋白的分解。除此之外，Deng等[29]研究发现，MSTN过表达能通过eEF2K-eEF2途径，抑制肌蛋白的合成，最终引起骨骼肌的萎缩。而当MSTN被抑制后，会通过PI3K/AKT/mTOR途径，抑制4E-BPl的表达，从而调节肌蛋白的合成[30]。

2.2 肌抑素对骨代谢的影响

随着研究的深入，发现MSTN不仅能负向调节肌肉生长，还能影响骨[31]和脂肪[32]的代谢。Lee等[33]研究发现抑制MSTN的表达后不仅改善了微重力引起的肌肉质量下降，还在一定程度上缓解了骨丢失。Wu等[34]通过检测6308名老年人的骨密度值和血清肌抑素水平，分析结果得出成熟肌抑素的相对浓度(成熟肌抑素/总肌抑素)与骨密度值呈负相关。除此之外，MSTN还会影响脂肪的分化[35]和代谢[36]，研究表明脂肪对骨的代谢存在一定影响[37]。总结得出MSTN影响骨代谢的途径主要有以下几条。

2.2.1肌抑素通过调节成骨细胞和破骨细胞从而影响骨代谢：OB介导的骨形成和OC介导的骨吸收直接影响BMD。Wnt通路能调节OB增殖、分化和成熟[38]，经典Wnt/β-catenin通路在控制骨稳态的过程中至关重要[39]。Qin等[40]研究发现MSTN抑制骨细胞外泌体中miR-218的表达，当低miR-218水平的外泌体转移到成骨细胞中后，会通过下调Wnt通路的方式抑制成骨细胞的分化，并且还存在抑制骨形成的可能。Chen等[41]给12个月的雌性小鼠连续注射肌抑素中和抗体3个月后，观察到新的骨形成并发现骨丢失得到改善。除此之外，他们还发现MSTN能促进RANKL诱导的破骨，增加小鼠的骨吸收。这与Dankbar等[42]的研究结果相似，他们发现MSTN基因缺乏的小鼠破骨细胞数量较少。深入研究后发现MSTN能通过Smad2以及NFATC1依赖的通路，直接促进RANKL介导的破骨细胞形成。除此之外，他们还发现MSTN表达水平被抑制后减少了类风湿关节炎模型小鼠的骨破坏。

以上研究结果表明MSTN表达水平上升后会抑制成骨细胞分化减少成骨[40]，并促进破骨细胞生成增加破骨[41]。

2.2.2肌抑素通过调节骨髓间充质干细胞的分化从而影响骨代谢：骨髓间充质干细胞(BMSCs)能向骨细胞或脂肪细胞等多种细胞分化，而在成骨和成脂分化的过程中存在竞争关系。研究表明MSTN能促进BMSCs向脂肪分化[43]，从而竞争性抑制BMSCs向骨细胞的分化。Hamrick等[44]深入研究发现MSTN表达水平被抑制后会抑制BMSCs的成脂分化，并增加BMSCs向骨细胞分化。除此之外，研究表明抑制MSTN表达水平还具有促进BMSCs生长的功能[45-46]。

研究结果表明肌抑素表达水平上升后，会促进BMSCs向脂肪分化[43]，竞争性地减少成骨分化，导致骨形成减少。

2.2.3肌抑素通过调节骨胳肌质量从而影响骨代谢：骨骼肌质量与骨量之间存在密切关系[12]，研究表明骨骼肌收缩产生的机械负荷会通过TGF-β通路促进骨的形成[47]。除此之外，自身的重力也会通过负荷促进骨量上升，研究发现，肌肉施加在骨骼上的力要远远大于自身质量相关的重力，这表明骨骼肌质量才是决定骨量的主要因素[48]。近些年有关骨骼肌质量与BMD的研究也从侧面印证了这一观念。贾翠娜等[49]研究发现四肢瘦组织量(ALM)越高，骨骼健康状况越好；Julie等[50]研究发现髋部肌肉力量和髋关节骨密度存在正相关。深入研究发现，骨骼肌还会产生外泌体影响骨代谢[51]。Xu等[52]研究发现成肌细胞(C2C12)外泌体中的miR-27a-3p可以促进成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)向成骨细胞分化。

除此之外，骨骼肌质量增加后能在一定程度上改善运动[53]，研究发现运动能增加骨密度[54]改善骨质疏松症[55]。运动增加了骨骼肌施加在骨的机械负荷，加快了骨组织内的循环，有利于骨的形成[54]。另外，Kazemi等[56]研究发现有氧运动能降低骨骼肌和血液循环的MSTN的水平。

MSTN表达水平上升后会通过多种途径导致骨骼肌质量下降[15]，不仅减弱了骨骼肌施加在骨的负荷[48]，还在一定程度上影响了骨骼肌外泌体和运动对骨形成的促进作用，最终导致骨形成减少。

2.2.4肌抑素通过调节脂肪从而影响骨代谢：脂肪与骨量之间存在矛盾关系，Lecka-Czernik等[37]通过饮食诱导成年小鼠肥胖，在肥胖初期，较大的体重能对骨产生更大的负荷从而促进骨量的增加，后期则出现骨形成和骨转换的减少。深入研究发现脂肪组织可以促进TNF-α、IL-6和IL-1β等炎性细胞因子的分泌[57]。高水平的炎性细胞因子会通过RANKL、RANK和OPG等途径刺激OC增殖和分化，增加骨破坏[58]。Ansari等[59]研究发现脂联素(ADPN)能促进成骨并抑制破骨从而增加骨量。研究发现肥胖患者的脂联素表达水平较低[60]，肥胖引起的高炎性细胞因子水平会抑制脂联素的表达[61]。因此，肥胖不仅升高炎性细胞因子水平增加骨破坏，还减弱ADPN对骨形成的促进作用。

MSTN能影响脂肪细胞的生成[62]。C3H10 T(1/2)细胞是一种胚胎起源的间充质成纤维细胞样细胞，可分化为肌细胞和脂肪细胞等多种细胞。研究发现肌抑素能抑制C3H10 T(1/2)肌源性分化的潜力，而促进其向脂肪细胞分化[63]。而Lin等[64]在敲除小鼠抑制MSTN基因后发现肌肉生成增加，脂肪生成减少。研究结果表明MSTN能促进多能干细胞向脂肪分化[65]。

MSTN还能影响脂肪细胞的代谢[66]。脂肪细胞主要有两种，白色脂肪细胞主要将多余的能量储存在大脂滴中，而棕色脂肪细胞则含有较小的脂滴，并通过燃烧脂类产生能量[67]。研究发现MSTN可以通过TGF-β/Smad3途径抑制棕色前脂肪细胞的分化[68]。在敲除小鼠MSTN基因后，不仅增加了棕色前脂肪细胞的分化[69]，还通过AMPK-PGC1-FNDC5途径将白色脂肪转化成棕色脂肪，从而促进脂肪酸化以及能量代谢[66]。

研究结果表明MSTN表达水平升高后会促进脂肪的生成[63]，抑制脂肪的代谢[68]，导致炎性细胞因子水平上升[57]，抑制脂联素的表达[60-61]，从而抑制成骨增加破骨。

3 讨论与展望

综上所述，研究发现肌抑素表达水平上升后，会通过多种途径降低肌肉质量和骨量，最终诱发肌少-骨质疏松症(见图1)。而在中医“骨肉不相亲”理论中，肌少-骨质疏松症是脾肾相互制约，骨肉不相亲的结果。正如《脾胃论·脾胃胜衰论》所著：“脾病则下流乘肾，土克水，则骨乏无力，是为骨蚀，令人骨髓空虚”。在五脏的五行属性中，脾属土，肾属水，土克水，脾病则乘肾，致脾肾两虚，脾虚则“肉痿”，肾虚则“骨痿”，即“肌少-骨质疏松症”的病理状态。

图1 肌抑素表达水平上升影响骨骼肌与骨组织代谢导致肌少-骨质疏松症的机制Fig.1 The mechanism by which elevated MSTN expression affects skeletal muscle and bone metabolism leading to sarco-osteopenia

肌抑素表达水平上升与“脾病”有相似的结果。在中医理论中，脾主肌肉，脾运健，气血化生有源，则肌肉丰满有力。脾病，则肌肉不仁，发为“肉痿”。现代研究发现肌抑素表达水平与肌肉质量呈负相关[16]，肌抑素表达水平上升通过多种途径导致肌肉质量下降[15]，最终诱发“肌少症”，即“肉痿”。

肌抑素表达水平上升抑制骨形成的过程可理解为“骨肉不相亲”理论中“脾病乘肾”的过程。中医理论中，肾主骨髓，肾精充足，骨髓得养，则骨骼坚固有力。肾病，则骨枯而髓减，发为“骨痿”。肌抑素表达水平上升与“脾病”相似，脾病则下流乘肾，以致肾精不足，骨枯而髓减，即骨形成被抑制。因此“脾乘肾”便是肌抑素影响骨代谢的中医机理。

在“骨肉不相亲”理论的指导下，笔者深入探究了肌抑素调控肌骨代谢的机制，虽仍有部分机制有待深入研究，但对肌少-骨质疏松症的病理机制有了更深刻的认识。在中医药防治肌少-骨质疏松症的相关研究中，已有研究发现中医电针能抑制肌抑素的表达[70]。而相关中药的实验研究仍较为匮乏，今后将开展深入研究，譬如基于“骨肉不相亲”理论选取的中药是否能够影响肌抑素的表达水平，以及相关中药涉及的通路和药物毒理研究等，为肌少-骨质疏松症的精准防治提供有效药物。