姚乾寧 謝興文 王春曉 李鼎鵬 李寧,2 劉靜 楊浩東 李輝

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué),甘肅 蘭州 730000

2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,甘肅 蘭州 730000

3.天水市中醫(yī)醫(yī)院,甘肅 天水 741000

4.甘肅省第二人民醫(yī)院,西北民族大學(xué)附屬醫(yī)院,甘肅 蘭州 730030

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是一種由于骨量下降和骨微結(jié)構(gòu)破壞,導(dǎo)致骨的脆性增加、易發(fā)生骨折為特征的全身代謝性疾病[1],患者通常會(huì)有長(zhǎng)期嚴(yán)重的全身疼痛和運(yùn)動(dòng)功能障礙等表現(xiàn),中醫(yī)學(xué)將OP歸屬為“骨痹”、“骨痿”、“骨枯”等范疇。隨著我國(guó)人口老齡化問題日益嚴(yán)重,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截止到2016年,我國(guó)50歲以上人群的OP患病率將近40 %,其發(fā)病率緊隨心血管疾病之后,位居我國(guó)慢性疾病第二[2],值得關(guān)注的是,絕經(jīng)后女性大多同時(shí)患有超重和OP,臨床觀察也表明,OP可能與較高的體質(zhì)指數(shù)(body mass index,BMI)有關(guān),肥胖與OP等代謝性疾病存在相關(guān)性。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究該病的發(fā)病機(jī)制方面已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展,但沒有找到治療該病的理想方案。OP的主要發(fā)病機(jī)制是骨代謝失衡,即骨的吸收速度大于骨形成[3],針對(duì)此發(fā)病機(jī)制,目前OP的有效治療藥物主要分為骨吸收抑制劑、骨形成促進(jìn)劑兩大類[4],循證醫(yī)學(xué)證明,上述藥物能夠有效地糾正骨代謝失衡、增加骨密度(bone mineral density,BMD),大大降低了骨折風(fēng)險(xiǎn),但同時(shí)也有自身的不足,例如治療費(fèi)用高昂、治療方案不完善、長(zhǎng)期治療可行性不高等。然而,近年來隨著脂質(zhì)組學(xué)在OP發(fā)病機(jī)制中的研究不斷深入,發(fā)現(xiàn)由多種極性代謝物和脂質(zhì)代謝物介導(dǎo)的脂肪代謝廣泛參與到抑制脂肪形成、促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone mesenchymal stemcells,BMSCs)向成骨細(xì)胞(osteoblast,OB)分化、抑制破骨細(xì)胞(osteoporosis,OC)的分化之中[5]。中醫(yī)藥以整體觀念、辯證論治的理念去調(diào)控脂代謝治療OP具有自身的優(yōu)勢(shì),在臨床應(yīng)用及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中療效顯著,規(guī)避了西藥抗OP的不足。部分中藥、中藥復(fù)方及針灸有望成為治療OP的主要手段,因此,本文將從脂代謝的生物學(xué)特征、在OP中的作用機(jī)制及中醫(yī)藥通過靶向調(diào)控脂代謝防治OP等方面進(jìn)行綜述。

1 脂代謝的關(guān)鍵因子及激活過程

脂代謝為3大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝之一,其代謝過程較為復(fù)雜,有大量的轉(zhuǎn)錄因子、蛋白酶、受體參與到各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中去。研究證實(shí),脂代謝的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑主要通過過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)、肝X受體(liver X receptors,LXRs)、膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol-regulatory element binding proteins,SREBPs)3大途徑。

PPARs與脂代謝紊亂密切相關(guān),在脂肪細(xì)胞分化、脂質(zhì)代謝、脂肪因子分泌和胰島素敏感性中起著不可或缺的作用。PPARs可分為α、β、γ3個(gè)亞型,PPARs通過C端配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(LBD)中的配體結(jié)合袋被配體激活,其N端刺激轉(zhuǎn)錄的非配體依賴性功能活化域可以招募共調(diào)節(jié)蛋白以調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá),然后,PPARs與視黃酸X受體(retinoid X receptor,RXR)結(jié)合形成異源二聚體PPAR/RXR,PPAR/RXR通過與基因增強(qiáng)子中的特定過氧化物酶體增殖物應(yīng)答元件結(jié)合來增強(qiáng)靶基因的表達(dá)[6]。其中,PPARα主要參與脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)、TC代謝和炎癥反應(yīng)等多個(gè)環(huán)節(jié)的基因表達(dá),可以通過調(diào)節(jié)?；o酶A脫氫酶(acyl-CoA dehydrogenase,AD)、酶?；o酶A氧化酶1(acyl coenzyme A oxidase1,ACOX-1)、三羥酰輔酶A脫氫酶(trihydroxy acyl CoA dehydrogenase,EHHADH)等來影響線粒體和過氧化物酶體的β氧化以及微粒體/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)ω氧化[7]。PPARβ在人體分布比較廣泛,能夠參與巨噬細(xì)胞(Macrophage,Mφ)中TC的代謝,PPARγ在脂肪組織高表達(dá),在脂肪細(xì)胞分化和脂糖代謝中意義重大,將PPARγ信號(hào)阻斷后,發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞的合成被抑制[8],此外,最新研究發(fā)現(xiàn)PPARγ激動(dòng)劑對(duì)非酒精性脂肪肝動(dòng)物模型中的胰島素抵抗及脂肪性肝炎具有很好的改善作用,說明PPARγ還與機(jī)體胰島素抵抗的形成密切相關(guān)[10]。

LXRs是配體依賴性核受體超家族轉(zhuǎn)錄因子成員之一,被稱為TC和脂質(zhì)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)器[11]。LXRs主要由LXRα和LXRβ兩個(gè)同源亞型組成,其中,LXRα在肝臟、腸道、腎臟及免疫系統(tǒng)的骨髓細(xì)胞等組織中有高表達(dá),LXRβ則廣泛分布于全身組織中[12],LXRα和LXRβ均被TC的氧化衍生物激活,并介導(dǎo)TC向脫氧TC轉(zhuǎn)化。LXRs主要啟動(dòng)細(xì)胞中TC輸出相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄, 如三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1)、三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體G1(ATP-binding cassette sub-family G member 1,ABCG1)、膽固醇-7α羥化酶(cholesterol-7 alpha hydroxylase)等,促進(jìn)TC逆轉(zhuǎn)運(yùn)及向膽汁酸的轉(zhuǎn)化, 增加腸道TC的排泄并抑制其吸收[13]。

SREBP家族是脂質(zhì)代謝的重要轉(zhuǎn)錄因子, 參與調(diào)節(jié)TC和脂肪酸生成和吸收過程中的多個(gè)基因表達(dá)[14]。已被發(fā)現(xiàn)有3個(gè)亞型:SREBP1a、SREBP1c及SREBP2,其中,SREBP1c主要調(diào)節(jié)脂肪酸合成相關(guān)基因的表達(dá),SREBP1a和SREBP2調(diào)節(jié)TC代謝相關(guān)基因的表達(dá),這3種形式的SREBPs共同調(diào)節(jié)脂類的生成和輸出[15],其激活基因通過合成和運(yùn)輸TC和其他脂質(zhì)來維持脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)。

2 脂代謝紊亂影響OP的作用機(jī)制

脂代謝紊亂發(fā)展到一定階段會(huì)導(dǎo)致骨代謝失常,會(huì)誘發(fā)OP、膝骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)、骨質(zhì)流失等與骨代謝相關(guān)的疾病發(fā)生[16]。關(guān)于脂代謝異常引發(fā)OP的因素有較多,有研究已證實(shí),骨代謝異常主要與脂質(zhì)異常聚集、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、氧化脂質(zhì)、對(duì)氧磷酶(paraoxonase,PON)等因素密切相關(guān)[17]。

2.1 脂代謝對(duì)OB的影響

OB和脂肪細(xì)胞均由BMSCs分化而來,OB與脂肪細(xì)胞在分化方面二者存在競(jìng)爭(zhēng)性抑制關(guān)系, 骨髓腔內(nèi)脂肪增多會(huì)導(dǎo)致骨形成減少[18],BMSCs向OB分化和向脂肪分化失衡是OP的主要發(fā)病機(jī)制之一。成脂和OB分化之間的平衡是由相關(guān)的信號(hào)通路來調(diào)控的,BMSCs向OB分化和向脂肪分化譜系受PPAR信號(hào)、Runx相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(runt related tran-scription factor2,Runx2)調(diào)控,反應(yīng)性氧化物(reactive oxidative species,ROS)可將BMSCs中PPAR-γ信號(hào)激活,使Runx2的表達(dá)減弱,從而使骨髓腔內(nèi)脂肪增多及BMSCs成骨分化減少,骨髓腔內(nèi)脂質(zhì)堆積過多和脂蛋白水平過高均會(huì)壓迫髓內(nèi)微血管使髓內(nèi)血流灌注減少,使骨髓腔內(nèi)變?yōu)槿毖醐h(huán)境,從而抑制骨礦物質(zhì)的沉積,這可能是PPARγ通路被激活導(dǎo)致OB分化減少的因素之一[19]。在PPARγ和Wnt/β-catenin信號(hào)通路被激活后影響B(tài)MSCs成骨分化過程中,PPARγ和Wnt/β-catenin信號(hào)通路共同作用于β-catenin,它們存在拮抗關(guān)系,圍繞β-catenin這一“天平的中點(diǎn)”使骨形成和骨吸收達(dá)到平衡[20]。此外,有學(xué)者證實(shí),高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia,FH)會(huì)抑制OB的活性及骨形成,并且隨著TC水平增加,對(duì)OB的抑制作用也會(huì)增強(qiáng),然而,在體外用低于20 μg/mL TC可直接增加成骨相關(guān)基因的表達(dá),提示TC對(duì)OB的影響是雙向的,并且會(huì)隨著水平的變化來決定其發(fā)展方向[21]。Liu等[21]發(fā)現(xiàn)載脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)可有效促進(jìn)低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)的清除,導(dǎo)致高脂肪飲食小鼠的骨量減少,其作用機(jī)制可能是通過氧化的LDL促進(jìn)了炎癥反應(yīng),從而使Mφ及IL-1、IL-6、TNF等炎性指標(biāo)表達(dá)上調(diào),促進(jìn)了OB凋亡。Guo等[22]證實(shí)辛伐他汀可以通過抑制PPARγ介導(dǎo)的CMKLR1信號(hào)傳導(dǎo)來防止BMSCs中的脂肪生成。

通過總結(jié)以上研究結(jié)果可知,PPARγ介導(dǎo)的Wnt/β-catenin、Runx2、CMKLR1信號(hào)通路假如被抑制可能會(huì)導(dǎo)致BMSCs向脂肪細(xì)胞分化減少,向OB分化增多。此外,脂代謝過程還受TC、ApoE、LDL、炎癥因子等因素的影響,這些因素也會(huì)導(dǎo)致OB的分化減少或促進(jìn)其凋亡。因此,脂代謝紊亂對(duì)OB的增殖及分化具有負(fù)向調(diào)控作用。

2.2 脂代謝對(duì)OC的影響

OC與Mφ共同來源于造血干細(xì)胞(stem cell,SC),首先,SC可以通過在Mφ集落刺激因子(mac-rophage colony stimulating factor,M-CSF)的介入的情況下分化為OC前體細(xì)胞(osteoclast precursor cell,OPC),隨后,OPC又被核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κB ligand,RANKL)/核因子-κB受體活化因子(receptor activator for nuclear fac-tor-κB,RANK)激活分化成OC[23]。OC主要通過分泌H+、Cl-、組織蛋白酶K(recombinant cathepsin K,CTSK)及基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)使骨組織破壞,這一過程在骨骼生長(zhǎng)和重塑、維持骨穩(wěn)態(tài)及調(diào)節(jié)鈣代謝中意義重大[24]。有研究發(fā)現(xiàn),脂代謝紊亂、高脂肪飲食可以使骨鈣素(osteocalcin,OC)的表達(dá)降低, 血清抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate resistant acid phosphatase-5b , TRAP-5b)的表達(dá)上調(diào), 從而使OC的分化、增殖、活化速度加快,使骨的流失大于骨的形成, 最終引發(fā)了OP[25]。與BMSCs向OB分化的過程相比,ROS在促進(jìn)BMSCs向脂肪細(xì)胞分化的同時(shí)也促進(jìn)了OC生成,并且會(huì)使IL-1、IL-6、TNF等炎癥因子上調(diào),從而促進(jìn)骨吸收[26]。此外,Teppner等[27]研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)氧化產(chǎn)物會(huì)促進(jìn)氧化應(yīng)激中ROS的生成,同時(shí),ROS又會(huì)誘發(fā)氧化應(yīng)激可進(jìn)一步加劇炎癥反應(yīng),使OC分化及增殖加速。TC等代謝因子可以引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,Kim等[28]用特異性抑制劑抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可減弱OC相關(guān)基因的表達(dá),此作用機(jī)制可能與抑制cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白H(cAMP response element binding protein H,CREB)誘導(dǎo)OC分化的過程有關(guān)。有學(xué)者證實(shí)神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,NPY)家族和瘦素(leptin,LPN)信號(hào)傳導(dǎo)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控骨代謝多種作用途徑中重要因子及經(jīng)典途徑,下丘腦可以通過NPY及LPN對(duì)OC的調(diào)控,使OC的分化及增殖減少[29],同時(shí),Lee等[30]也發(fā)現(xiàn)NPY神經(jīng)元中的LPN信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)于協(xié)調(diào)脂肪和骨量之間的分化平衡至關(guān)重要。

因此,脂代謝紊亂可通過促進(jìn)TRAP-5b、ROS、IL-1、IL-6、TNF等表達(dá)上調(diào),從而產(chǎn)生氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng),導(dǎo)致OC分化及增殖和骨吸收加劇。

3 中醫(yī)藥通過脂代謝對(duì)OP的干預(yù)

近年來研究發(fā)現(xiàn),中藥在抗OP治療中具有多成分、多效應(yīng)、多靶點(diǎn)的干預(yù)優(yōu)勢(shì),且療效確切,不良反應(yīng)小,是調(diào)控骨形成與骨破壞動(dòng)態(tài)平衡延緩OP發(fā)病的潛在寶庫(kù)。其中,通過中藥干預(yù)脂代謝治療OP已成為治療的新靶點(diǎn),現(xiàn)將中藥有效成分、復(fù)方及制劑、針灸通過糾正脂代謝紊亂靶向治療OP做一系統(tǒng)性總結(jié)。

3.1 中藥有效成分

目前,具有干預(yù)脂代謝治療OP保護(hù)骨骼生物力學(xué)功能的中藥有效成分主要集中于葛根素、淫羊藿苷、補(bǔ)骨脂素、槲皮素、巴戟天醇等單體,其主要目標(biāo)靶點(diǎn)集中于骨形成相關(guān)的指標(biāo)RUNX2、OCN、ALP等,中藥有效成分通過影響以上指標(biāo)來抑制成脂分化或促進(jìn)BMSCs向OB分化,其具體作用機(jī)制詳見表1總結(jié)。

表1 中藥有效成分通過調(diào)控脂代謝治療OP的作用機(jī)制Table 1 Mechanism of TCM active components on OP by regulating lipid metabolism

3.2 中藥復(fù)方及制劑

OP病位主要在肝、腎、脾,辨證多屬肝腎兩虧,脾虛加血瘀為主,因此,用藥以溫補(bǔ)肝腎為主,輔以健脾活血。通過文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn),中藥復(fù)方及制劑在調(diào)控脂代謝治療OP藥物組成來看,補(bǔ)益肝腎、益氣健脾、養(yǎng)血補(bǔ)血、祛濕通絡(luò)之劑占比較大,且補(bǔ)益肝腎、活血化瘀并用的治法較多,依據(jù)“君臣佐使”配伍,多藥協(xié)同作用,以達(dá)到較好的治療作用。其具體作用機(jī)制詳見表2總結(jié)。

表2 中藥復(fù)方及制劑通過調(diào)控脂代謝治療OP的作用機(jī)制Table 2 Mechanism of TCM compound and preparation for treating OP by regulating lipid metabolism

4 小結(jié)與展望

近年來,在OP疾病的研究中,脂代謝參與及其發(fā)揮的作用機(jī)制常被報(bào)道。脂代謝作為調(diào)控骨代謝重要的途徑,PPARγ介導(dǎo)的Wnt/β-catenin、Runx2、CMKLR1信號(hào)通路可以使BMSCs向脂肪細(xì)胞分化減少,向OB分化增多,同時(shí),TC、ApoE、LDL、炎癥因子也會(huì)導(dǎo)致OB的分化減少或促進(jìn)其凋亡。此外,脂代謝紊亂可以使TRAP-5b、ROS、IL-1、IL-6、TNF等表達(dá)上調(diào),產(chǎn)生氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng),從而加速OC分化及增殖,使骨量流失加劇。中藥因其多成分、多靶點(diǎn)、多途徑、毒性小的特有優(yōu)勢(shì)成為OP治療的研究熱點(diǎn),并以脂代謝在OP發(fā)病中的作用機(jī)制為契機(jī)開展了諸多基礎(chǔ)研究。本文通過對(duì)治療OP的相關(guān)中藥進(jìn)行總結(jié),發(fā)現(xiàn)中藥有效成分和復(fù)方可通過脂代謝途徑中的關(guān)鍵靶點(diǎn)信號(hào)因子發(fā)揮促進(jìn)骨形成,減少骨量流失等作用,從而改善OP癥狀。中藥有效成分主要來自于補(bǔ)腎益精、活血化瘀、益氣溫陽(yáng)等類型中藥,以黃酮類最多,其中淫羊藿、杜仲等補(bǔ)腎壯骨類中藥被研究的頻次較高;中藥復(fù)方包括補(bǔ)腎活血方、補(bǔ)腎化痰方、金匱腎氣丸等,按照“君臣佐使”配伍,各單味藥物間協(xié)同發(fā)揮作用,達(dá)到增強(qiáng)治療效果和用藥安全性,減少機(jī)體不良反應(yīng)的目的,然而中藥復(fù)方多藥成方,成分復(fù)雜,很難去辨析其所含藥有效成分及相對(duì)應(yīng)的作用靶點(diǎn)。因此,在以后的研究中,多運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等生物信息手段,去預(yù)測(cè)出中藥復(fù)方治療OP的潛在靶點(diǎn),并將預(yù)測(cè)結(jié)果作以驗(yàn)證,這樣會(huì)更加清晰地將復(fù)方中中藥有效成分治療OP的作用機(jī)制梳理出來。