基于代谢组学技术探讨中医药防治骨质疏松症的研究进展

郭 强，于冬冬

（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）

骨质疏松症（osteoporosis，OP）是以骨量降低、骨密度下降、骨组织微结构破坏为特征的全身性代谢性骨病［1］，其会导致骨骼变弱，增加脆性骨折风险。老年男性和绝经后女性是骨质疏松症的高发人群，据研究调查显示，50岁以上女性在骨质疏松症患者中占比超过20%，60岁以上人群的骨质疏松症发病率明显升高［2］。服用影响骨代谢的药物也是骨质疏松症的诱发因素之一［3］。许多研究表明中医药治疗不仅可以提高骨质疏松症患者的骨密度和抗骨折能力，而且可以缓解其并发症，已成为治疗骨质疏松症安全、有效的方法之一。

代谢组学是在新陈代谢的动态过程中系统研究代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代谢本质的一门科学［4］。通过代谢组学检测可获得代谢物的成分、浓度和结构等，通过补充基因、转录和蛋白质信息为系统生物研究提供更多信息［5］，其综合、系统、动态等分析特性与中医的整体、辨证、恒动等观念极其相似［6］，为研究中医证候、辨证施治及中医药整体效应等提供新思路［7］。代谢组学作为一门新兴科学在骨质疏松症的诊断、治疗等方面发挥举足轻重的作用，本文基于代谢组学技术在中医药防治OP中的研究应用概述如下。

1 中医对骨质疏松症病因病机的认识

祖国医学对“骨质疏松症”无直接明确阐述，根据其临床症状可归为“骨痹”“骨痿”“骨缩”“骨枯”等范畴［8］。其病因病机主要与肾、脾两脏息息相关，其中肾藏精，精生髓，髓养骨，肾虚为主要病因；脾虚是其发病的重要因素，血瘀则为促进因素。《素问·上古天真论》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……天癸竭，地道不通，故形坏而无子”［9］，齿为肾之余，肾其华在发，肾主骨，通过描述人体不同阶段身体的变化，阐明了年龄与肾气的联系。《素问·逆调论》曰：“肾者水也，而生于骨，肾不生，则髓不能满，故寒甚至骨也。”突显肾虚髓亏与骨病发生发展的联系。

脾为后天之本，气血生化之源，肾为先天之本，人体需以后天滋养先天。《素问·阴阳应象大论》曰：“精不足者，补之以味。”肾精赖脾运化水谷精微的不断补充得以充盛，若脾气亏虚，则加重肾虚，终致脾肾两虚［10］。《王冰素问注·卷三》曰：“肾合骨，其荣发。甘益脾，胜于肾，肾不胜，故骨痛而发堕落。”脾气虚弱则脾失运化，水湿停滞，凝聚成痰，先天之精无以充养，势必精亏髓空从而引起肾虚的发生与发展；肾虚则气化不利、气血失和，从而造成了骨质疏松症的发生［11］。《灵枢·本藏篇》言：“经脉流行，营复阴阳，筋骨劲强，关节清利。”气血充沛，畅通无阻，则关节润滑，骨骼壮实；气血痹阻，血瘀阻络，骨络失养则病发。

2 代谢组学技术在骨质疏松症的运用

OP是一种全身性代谢性骨病，机体内的代谢物种类及其浓度会随着疾病的发生发展产生变化。代谢组学在骨质疏松症的运用主要体现在阐释其发病机制、探寻其生物标志物等方面［12］。Aleidi等［13］通过分析OP患者与正常人血清样品，发现不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acids，UFAS）的生物合成是显著改变的代谢途径之一。有研究表明，UFAS在刺激破骨细胞生成和骨溶解中具有重要作用，此研究中磷脂酰胆碱、鞘磷脂和棕榈酸水平发生显著变化，与骨密度呈负相关。这表明UFAS和某些脂类物质与骨病的发病机制密切相关。Zhao等［14］通过代谢组学技术对骨质疏松小鼠股骨组织进行研究，发现脂质代谢物中，脂肪酰基、甘油酰基、磷脂、鞘脂和甾醇的表达均有较强的变化，表明脂代谢紊乱与骨吸收和形成的失衡密切相关，这可能是OP的发病基础。尽管目前仍未能够完整地阐释OP的发病机制，但随着代谢组学技术在OP研究领域的运用愈加成熟，人们对于其发病机制的认识也将愈加全面。

Qi等［15］运用气相色谱-质谱技术对364名绝经前后中国妇女的血清进行代谢物水平检测，发现油酸、花生四烯酸、亚油酸、11/14-二十碳二烯酸这几种游离脂肪酸的浓度变化与骨密度的变化密切相关，与绝经前骨质正常妇女相比较，绝经后骨质疏松症妇女的这几种代谢物水平显著提高（P＜0.05），其最有可能被用作绝经后妇女患骨质疏松症的生物标志物。Ma等［16］以卵巢切除骨质疏松症大鼠为模型，运用代谢组学技术对大鼠血液进行检测分析，发现赖氨酸、花生四烯酸、支链氨基酸（缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）、十二烷酸、羟脯氨酸和酮体（3-羟基丁酸）、同型半胱氨酸等潜在生物标志物产生了较为明显的改变。其中同型半胱氨酸直接刺激破骨细胞的形成和活性，可能是绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis，PMOP）的一个重要指标，并且可能成为抗骨质疏松治疗的潜在靶点。以上说明OP的发生发展与脂质、氨基酸等的代谢障碍有着密不可分的联系，代谢组学技术能为确定以及继续寻找新的生物标志物提供极大帮助。

3 代谢组学技术在中医药防治骨质疏松症中的应用

3.1 在骨质疏松症中医辨证的应用 中医证候是中医诊断治疗的关键因素，运用代谢组学技术辅助辨析OP不同证型对其治则治法的确定具有重要意义。李肖飞等［17］运用代谢组学研究方法对肾虚组、痰湿组、肾虚气滞组、肾虚痰湿组、肾虚血瘀组PMOP患者分别进行了差异代谢物分析，发现甲酸代谢物在各组均有明显变化，推测其可能是PMOP较为明显的潜在生物学标志物。吴健雄等［18］收集证型分别为肾阳虚衰、肝肾阴虚、脾肾阳虚、气滞血瘀的骨质疏松症患者共80例，抽取血液样本进行代谢组学分析，结果提示雌二醇和胰岛素样生长因子能够作为鉴别肝肾阴虚证与气滞血瘀证OP的生物学标志物，其中雌二醇的减少能够导致活性破骨细胞池扩大和骨吸收增加，引起骨质疏松。申浩等［19］通过比对骨质疏松症患者常见中医证候所对应的骨代谢标志物表达的差异，发现血瘀气滞证可能与25-羟基维生素D3表达水平存在相关性，血瘀气滞证、肾阳虚证患者血清骨钙素水平显著高于肝肾阴虚证患者。利用代谢组学研究不同OP中医证候的代谢组学变化，可促进OP证候本质的研究，为中医辨证科学化和定量化提供可能性。

3.2 在中药治疗骨质疏松症潜在靶点的应用 中药成分的复杂性决定了其干预机体具有多靶点、多途径、多层面调节的作用；代谢组学技术的广泛运用，为挖掘中药防治OP的潜在靶点及其作用机制提供了快车道。多项基于数据挖掘技术探寻OP的用药规律研究发现，杜仲、淫羊藿、补骨脂、肉苁蓉等单味中药为使用频率最高的药物［20-22］，表明运用补肾药物治疗OP在临床已广为认可，进一步印证了OP肾虚为本的发病机制。通过代谢组学技术能够发现在中药治疗前后的OP生物体内的代谢物差异，并以此进一步探明不同中药的作用机制。

淫羊藿亦称为“仙灵脾”，具有补肾阳、强筋骨、祛风湿的功效［23］。研究表明，淫羊藿提取液能够抑制破骨细胞，促进成骨细胞的形成，提高钙化骨的产生，促进骨形成［24］。有研究者利用核磁共振技术分析激素诱导的OP大鼠血清中的代谢物，发现淫羊藿能够调控乳酸、柠檬酸、3-羟基丁酸、乙酸、肌酸、谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、牛磺酸和甘氨酸等代谢物水平，从而改善糖尿病性骨质疏松症［25］。杜仲性温，味甘，归肝、肾经，有补肝肾、壮筋骨、安胎的功效。研究表明杜仲叶醇提取物能增加碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）的含量，提高成骨细胞活性，增加股骨重量，提高胫骨抗弯力从而防治OP［26］。王方杰等［27］通过代谢组学技术筛选出色氨酸、甘氨酸、赖氨酸、二十二碳六烯酸及葡萄糖作为杜仲治疗OP的潜在生物标记物，推断杜仲可以通过调节氨基酸代谢、氧化应激来缓解骨质疏松症的症状。肉苁蓉素有“沙漠人参”之称，为我国传统中药的上品［28］，具有补肾益精、润燥滑肠的功效。吴泱等［29］通过代谢组学研究发现肉苁蓉能够改善血清碱性磷酸酶、钙、磷的代谢水平，提高骨密度。另有研究发现肉苁蓉总苯乙醇苷可能通过干预氨基酸代谢、脂肪酸代谢、磷脂代谢等起到抗骨质疏松作用［30］。补骨脂具有温肾助阳、纳气止泻之效，有植物雌激素样作用，可有效防治OP［31］。研究表明补骨脂素能够通过改善骨密度，优化骨质疏松小鼠骨代谢指标等从而降低骨折风险［32］。Zhao等［33］对糖皮质激素诱导的OP模型大鼠尿液代谢物进行分析，发现补骨脂干预后有24个生物标志物受到显著调控，主要与糖元、丝氨酸和苏氨酸、谷胱甘肽和嘌呤等代谢途径相关。

3.3 在骨质疏松症中医治疗机制的应用 中医治疗疾病的方式多样，相较于单味药物，多味中药组成的中药复方在临床治疗OP的运用更为广泛，同时其他治疗方式如针刺、艾灸等的运用也较为常见。代谢组学技术的发展成熟，为揭示OP的中医治疗机制发挥重要作用，为多种治疗方式在临床的推广运用提供了科学依据。张澜川等［34］发现补肾方与补肾健脾方能够改善快速老化骨质疏松模型小鼠十二指肠和股骨组织中ALP蛋白表达，提高成骨细胞活性，促进骨形成。张小莉等［35］利用代谢组学技术研究发现壮骨止痛方能够提升大鼠血清骨保护素、超氧化物歧化酶的比值，降低抗酒石酸酸性磷酸酶的水平，从而实现防治骨质疏松的目的。方颖琪等［36］基于代谢组学探究金天格胶囊防治骨质疏松症的机制，发现金天格胶囊能够通过调控维生素B6代谢和色氨酸代谢来发挥抗骨质疏松作用。刘文静等［37］运用代谢组学探讨健骨颗粒治疗绝经后骨质疏松症的机制，筛选出硬脂酸、皮质酮及泛酸等27个差异代谢物。研究发现去卵巢后大鼠体内脂代谢、氨基酸代谢等紊乱，而健骨颗粒干预可改善其代谢情况。吴凡［38］基于代谢组学探究疏肝补肾方治疗骨质疏松症的作用机制，确定了丙酮、脂肪酸、N-乙酰糖蛋白、乳酸为具有显著分类意义的骨质疏松模型的生物标记物，可从此4个生物标记物的变化水平来揭示药物的治疗作用。石娜等［39］通过研究发现穴位埋线可通过纠正激素代谢紊乱、糖脂代谢紊乱及色氨酸代谢紊乱等来干预绝经后骨质疏松的发生发展进程，最终达到治疗骨质疏松的目的。方振伟等［40］发现赵氏雷火灸疗法能通过提高血清骨钙素及血清Ⅰ型前胶原羧基肽来改善OP的临床症状。也有研究推测温针灸可能通过降低绝经后妇女高转换骨代谢来防治绝经后骨质疏松症［41］。

4 讨 论

骨质疏松症是一种病因复杂的临床综合征，除了与绝经和年龄有关外，还与糖尿病、系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、多种慢性肾脏疾病导致肾性骨营养不良等密切相关。通过研究发现OP的发生与多种代谢产物、代谢通路的异常息息相关。具有整体视角、多维度的代谢组学技术为研究OP提供有效的方法与途径，其中在阐释其发病机制，探寻生物标志物以辅助诊断运用方面较为成熟。

关于OP的治疗方式，中医以其辨证施治、用药准确、副作用小的优点在临床上的运用愈加广泛，但也面临疗效机制不确切，难以精准化、科学化的窘境。将代谢组学技术运用于解析中医药治疗OP的作用机制，可为中医药防治骨质疏松症的研究提供新的方向。同时，代谢组学作为一门新兴科学，其在OP方面的研究运用仍不够成熟，如存在OP中医证型的代谢物质基础、中药及中药复方的代谢组学机制研究尚少等问题。相信随着代谢组学技术研究的不断深入和我国中医药事业的不断发展，中医药基于代谢组学防治骨质疏松的研究将愈加完整成熟。