戚曉楠 姚嘯生 鄭洪新 任璐

1.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110847 2.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，遼寧 沈陽(yáng)110032

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)和肌肉減少癥(sarcopenia)是常見的增齡性肌骨疾病。隨著全球人口的老齡化，其患病率越來(lái)越高，給醫(yī)療工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代研究表明[1]，骨與骨骼肌作為共同的功能單位參與此類疾病的病理過(guò)程。對(duì)肌骨關(guān)系的探索已成為此類疾病現(xiàn)代研究的熱點(diǎn)。

中醫(yī)對(duì)骨與骨骼肌的關(guān)系早有論述，《靈樞經(jīng)·經(jīng)脈》云：“少陰者，冬脈也，伏行而濡骨髓者也，故骨不濡，則肉不能著也；骨肉不相親，則肉軟卻；肉軟卻……骨先死?！薄肮侨獠幌嘤H”理論是中醫(yī)對(duì)肌骨關(guān)系的高度概括。

肌骨關(guān)系，雖表述骨肉之親疏濡著，實(shí)乃論脾腎五行的生克制化、臟腑的功能盛衰。腎屬水，藏精，生髓，主骨，為先天之本；脾屬土，主運(yùn)化，合肉，主四肢，為后天之本。脾腎二臟相輔相成，密不可分：腎精充盈，骨髓生化有源，髓以養(yǎng)骨，則骨骼堅(jiān)固有力；脾主運(yùn)化，水谷之精充盛，氣血化生有源，肌肉豐滿，四肢有力。腎藏精氣，受五臟六腑之精而藏，可助脾之運(yùn)化；脾氣散精，氣血充盈，滋養(yǎng)腎中精氣。先天之本與后天之本，相資相助，互相為用，使人體骨骼肌肉強(qiáng)健有力，反之則骨枯肉痿。

雖然目前“骨肉不相親”現(xiàn)代醫(yī)學(xué)機(jī)制仍不明確，但骨應(yīng)力生物力學(xué)機(jī)制已成為現(xiàn)代研究的熱點(diǎn)，意識(shí)到肌肉、骨密度和OP之間的關(guān)系密切。增強(qiáng)肌肉力量具有促進(jìn)骨重建，提高骨密度，提高防跌倒能力，預(yù)防骨折的作用?；谥嗅t(yī)學(xué)“骨肉不相親”理論和肌骨關(guān)系的現(xiàn)代研究成果，本文從生物力學(xué)、內(nèi)分泌、能量代謝、基因和信號(hào)通路等機(jī)制討論肌骨關(guān)系，為OP和肌肉減少癥(簡(jiǎn)稱肌少癥)的研究提供新思路。

1 生物力學(xué)機(jī)制

骨與骨骼肌作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的兩大重要組成部分，解剖上毗鄰，功能上相互影響。使骨骼形變的應(yīng)力主要是由骨骼肌收縮產(chǎn)生的[2]?？刂啤皬U用性”骨重建過(guò)程和“保留性”骨重建過(guò)程相互轉(zhuǎn)換的最小有效應(yīng)變值稱為骨重建閾值(minimum effective strain of remodeling，MESr)。骨應(yīng)變超過(guò)骨重建閾值時(shí)，骨就會(huì)進(jìn)入保留模式，使骨吸收和骨形成達(dá)到平衡；但當(dāng)其低于骨重建閾值時(shí)，如肌少癥，骨就會(huì)進(jìn)入廢用模式，吸收多于形成，使骨量減少。適當(dāng)頻率和強(qiáng)度的機(jī)械刺激可有效改善肌量和骨質(zhì)量[3]，甚至逆轉(zhuǎn)骨骼肌的年齡依賴性衰退[4]，但增齡后的低機(jī)械應(yīng)力刺激異常則會(huì)產(chǎn)生OP和肌少癥[5]。骨骼細(xì)胞包含骨細(xì)胞(osteocytes)、成骨細(xì)胞(osteoblast)和破骨細(xì)胞(osteoclast)。最新研究發(fā)現(xiàn)[6]，骨組織內(nèi)的骨細(xì)胞是感受骨骼肌應(yīng)力的主要力學(xué)敏感細(xì)胞，骨細(xì)胞通過(guò)產(chǎn)生如Wnt、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)、骨鈣素(OCN)等信號(hào)因子的方式[7]，將機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為生物信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)成骨和破骨細(xì)胞的分化、集聚及功能，影響骨形成。同時(shí)，骨骼細(xì)胞產(chǎn)生的部分因子還對(duì)骨骼肌有調(diào)節(jié)作用，如PGE2、OCN是原發(fā)性成肌細(xì)胞、肌管中肌源性分化的有效刺激物，可以顯著增強(qiáng)骨骼肌強(qiáng)度[8]，其中骨細(xì)胞分泌的PGE2是骨骼肌細(xì)胞的100倍以上[9]。但骨細(xì)胞是如何感知機(jī)械應(yīng)力的？一種觀點(diǎn)認(rèn)為是應(yīng)力引起骨基質(zhì)形變，在骨小管內(nèi)產(chǎn)生間質(zhì)流(interstitial fluid flow)[10]，增大組織壓力，促使骨細(xì)胞分泌信號(hào)因子。另一觀點(diǎn)認(rèn)為負(fù)荷是通過(guò)產(chǎn)生液壓來(lái)激活骨細(xì)胞的。實(shí)驗(yàn)表明，低至13 kpa的循環(huán)壓力就可成功激活雞小腿原始骨細(xì)胞產(chǎn)生PGE2[11]。第三種觀點(diǎn)認(rèn)為是基質(zhì)壓力直接作用的結(jié)果[12]。然而，具體的機(jī)制尚未徹底闡明[13]。作為提高骨密度、維持骨礦含量最有效的刺激，骨骼肌產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力不僅能改善骨質(zhì)疏松，還可增強(qiáng)骨骼肌力量，進(jìn)而提高身體的平衡性和穩(wěn)定性，最終降低骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生率[14]。

2 內(nèi)分泌機(jī)制

2.1 骨骼肌作為內(nèi)分泌器官對(duì)肌骨的作用

骨骼肌早在2010年就被作為內(nèi)分泌器官提及[15]，通過(guò)分泌肌動(dòng)因子(myokines)和代謝產(chǎn)物參與內(nèi)分泌調(diào)節(jié)。已知的肌動(dòng)因子包括肌肉生長(zhǎng)抑制素(myostatin，MSTN/GDF-8)、白血病抑制因子(LIF)、IGF-1、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(FGF2)、卵泡抑素樣蛋白1、腦源性中性粒細(xì)胞因子(BDNF)、鳶尾素(Irisin)、IL-8、IL-5、IL-6。代謝產(chǎn)物如β-氨基異丁酸(BAIBA)。

2.1.1肌肉生長(zhǎng)抑制素：肌肉生長(zhǎng)抑制素簡(jiǎn)稱肌抑素，主要由骨骼肌分泌，是骨骼肌與骨生長(zhǎng)的強(qiáng)力負(fù)調(diào)節(jié)因子[16]。其上調(diào)細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制劑(p21)表達(dá)水平，從而抑制成肌細(xì)胞增殖。同時(shí)激活Smad3，通過(guò)Smad3與MyoD結(jié)合，抑制MyoD的活性和表達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)成肌細(xì)胞分化的抑制[17]。肌抑素通過(guò)激活T細(xì)胞核因子(NFATc1)的轉(zhuǎn)錄因子Smad2，從而明顯增強(qiáng)介導(dǎo)破骨細(xì)胞形成的RANKL受體活性[18]。對(duì)肌抑素的抑制可有效增加骨骼肌質(zhì)量，改善成骨不全，提高骨密度[19]。作為肌抑素的抑制劑，肌抑素誘餌受體(ACVR2B/FC)作用于肌營(yíng)養(yǎng)不良模型鼠，可有效阻止骨骼肌和骨量的丟失[20]。由于作用顯著，肌抑素常作為骨骼肌與OP之間直接生化通訊存在的標(biāo)志性因子[21]，并且作為新的藥物靶標(biāo)納入研究。

2.1.2鳶尾素：鳶尾素是新發(fā)現(xiàn)的主要由運(yùn)動(dòng)介導(dǎo)調(diào)節(jié)的骨骼肌因子[22]，由肌跨膜蛋白FNDC5水解后進(jìn)入血循環(huán)。鳶尾素可以通過(guò)自分泌方式提高肌細(xì)胞PGC-1a、核呼吸因子1(NRF-1)、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A(TFAM)、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)、UCP-3和鳶尾素的表達(dá)，提高肌細(xì)胞能量消耗和氧化代謝水平[23]。鳶尾素還可以通過(guò)內(nèi)分泌方式作用于成骨細(xì)胞。一方面，上調(diào)體內(nèi)骨組織中成骨基因如骨橋蛋白(OPN)和硬化蛋白(SOST)的表達(dá)。另一方面，鳶尾素在體外通過(guò)激活P38絲裂原活化蛋白激酶和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶，增強(qiáng)成骨細(xì)胞的增殖、分化及礦化[24]，通過(guò)抑制RAW264.7細(xì)胞中的RANKL/NFATC1來(lái)抑制破骨細(xì)胞形成[25]。多項(xiàng)研究提示[26-27]，鳶尾素與骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生率呈負(fù)相關(guān)，可作為評(píng)估骨骼肌與OP系統(tǒng)紊亂的重要骨骼肌因子。實(shí)驗(yàn)表明，補(bǔ)腎健脾類中藥可以通過(guò)上調(diào)FNDC5的表達(dá)促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨化[28-29]。

2.1.3IGF-1與FGF2：IGF-1與FGF2是兩個(gè)重要的成骨因子[30]，由肌管分泌，并在肌組織中大量存在。IGF-1通過(guò)激活PI3K/Akt/mTOR和PI3K/Akt/GSK3通路參與骨骼肌質(zhì)量調(diào)節(jié)，并通過(guò)與IGF結(jié)合蛋白(IGF bonding protein，IGFBPs)結(jié)合調(diào)節(jié)成骨[31]。通過(guò)調(diào)節(jié)Wnt通路，使骨組織適應(yīng)逐步增加的機(jī)械負(fù)荷[32]。除此之外，IGF-1也能夠以旁分泌形式直接作用于骨骼，在機(jī)體生長(zhǎng)旺盛期間作用十分明顯。FGF-2是廣泛存在于機(jī)體組織的一種多聚肽，為強(qiáng)烈的有絲分裂劑。FGF-2/FGF-2R通過(guò)激活BMP2和Runx2通路調(diào)控骨組織合成代謝，增強(qiáng)骨再生能力[33]。通過(guò)活化蛋白激酶MAPK/ERK通路促進(jìn)肌細(xì)胞增殖，對(duì)骨和骨骼肌的生長(zhǎng)均有積極作用。

2.1.4其他：近來(lái)發(fā)現(xiàn)，BDNF通過(guò)快速激活TrkB/ERK1/2通路調(diào)整成骨細(xì)胞分泌VEGF，參與調(diào)節(jié)骨折愈合的過(guò)程[34]。BAIBA可防止肢體長(zhǎng)期無(wú)應(yīng)力刺激導(dǎo)致的骨丟失[35]。

2.2 骨骼作為內(nèi)分泌器官對(duì)肌骨的作用

骨骼作為內(nèi)分泌器官在2006年被首次提出，其可通過(guò)分泌骨因子(osteokines)來(lái)行使內(nèi)分泌功能[36]。與骨骼肌及OP相關(guān)的骨因子包括OCN、TGF-β、RANKL、硬化(sclerostin)、DKK1(Dickkopf-1)、骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)、PGE2、ATP、NO等。

2.2.1骨鈣素：OCN主要由成骨細(xì)胞合成分泌，大部分與羥基磷灰石結(jié)合，沉積于骨基質(zhì)中。在酸性環(huán)境中，約20%的OCN羧基化，并與Gprc6a結(jié)合，進(jìn)入血循環(huán)，影響機(jī)體多種代謝[37]。OCN對(duì)骨骼肌質(zhì)量和功能有重要影響。實(shí)驗(yàn)表明，外源性O(shè)CN通過(guò)激活骨-骨骼肌的前饋內(nèi)分泌軸，修復(fù)小鼠受損的運(yùn)動(dòng)能力，并使15個(gè)月月齡的小鼠恢復(fù)3個(gè)月月齡的運(yùn)動(dòng)能力，扭轉(zhuǎn)增齡引起的運(yùn)動(dòng)能力下降。同時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)增加循環(huán)中活性O(shè)CN的水平，促進(jìn)骨骼肌中OCN信號(hào)傳導(dǎo)，誘導(dǎo)肌動(dòng)因子IL-6的產(chǎn)生，影響骨代謝[38]。

2.2.2TGF-β：轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)主要由成骨細(xì)胞合成并貯存于骨基質(zhì)中。TGF-β通過(guò)較低的酸堿度環(huán)境和骨骼的機(jī)械拉伸來(lái)實(shí)現(xiàn)激活，活化后的TGF-β不僅可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖與分化，刺激骨形成，還可以促進(jìn)基質(zhì)非膠原蛋白的沉積[39]。這些蛋白促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的形成，在調(diào)控骨礦化及礦物質(zhì)成熟中起十分重要的作用，其含量不足將使骨脆性增加[40]。TGF-β在骨與骨骼肌的信息傳遞中起作用。一項(xiàng)乳腺癌骨轉(zhuǎn)移小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過(guò)量的TGF-β可導(dǎo)致骨骼肌的萎縮[41]。補(bǔ)腎類中藥治療OP的機(jī)制之一可能就是通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β，促進(jìn)I型膠原的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[42]。

3 能量代謝機(jī)制

Ca2+-Mg2+-ATP酶與骨骼肌收縮及能量代謝密切相關(guān)，Na+-K+-ATP酶是骨骼肌產(chǎn)生動(dòng)作電位的能量基礎(chǔ)，異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶都是三羧酸循環(huán)重要的調(diào)節(jié)酶，其活性對(duì)線粒體的能量代謝和活性氧生成有重要作用。以上4種酶活性的下降均影響骨骼肌的收縮和能量代謝水平，減少對(duì)骨的應(yīng)力刺激，間接促進(jìn)OP的進(jìn)程。實(shí)驗(yàn)表明，補(bǔ)腎和健脾中藥能提高OPG基因敲除小鼠骨和骨骼肌Ca2+-Mg2+-ATP酶[43]、Na+-K+-ATP酶[44]、α-酮戊二酸脫氫酶[45]和異檸檬酸脫氫酶[46]的含量。顯著提高骨骼肌的能量代謝，增強(qiáng)其收縮力，促進(jìn)骨形成。

4 基因機(jī)制

在胚胎發(fā)育早期，骨與骨骼肌細(xì)胞共同起源于間充質(zhì)細(xì)胞，有共同的風(fēng)險(xiǎn)因素和生物學(xué)途徑，其中60%的風(fēng)險(xiǎn)因素與遺傳有關(guān)[47]。Wnt16基因被認(rèn)為與皮質(zhì)骨厚度[48]和骨小梁質(zhì)量[49]顯著相關(guān)，該基因的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是OP基因研究的巨大成功。英國(guó)生物銀行及其他全基因組關(guān)聯(lián)研究GWAS發(fā)現(xiàn)了基因雙向性作用于骨與骨骼肌的證據(jù)[50]，所涉及的基因包括AHNAK、AQPI、BCKDHB、DAAM2、DLEUI、MPP7等。多變量GWAS鑒定了同時(shí)與骨和骨骼肌代謝相關(guān)的性狀基因，這些基因包括：①在3844名歐洲人中發(fā)現(xiàn)的PRKCH和SCNNIB[51]；②在1 627名獨(dú)立的中國(guó)成人中發(fā)現(xiàn)的HK2、UMOD、MIR873、MIR876[52]、HTR1E、COL4A2、AKAP6、SLC2A11、RYR3、MEF2C[53]；③在1 627名中國(guó)成人中發(fā)現(xiàn)的GLYAT[54]。但這些基因仍有待于進(jìn)一步的生物學(xué)驗(yàn)證。其中METTL21C是已被確認(rèn)的雙向基因，其通過(guò)調(diào)節(jié)NF-κB通路與骨和骨骼肌相關(guān)聯(lián)[55]，有助于中國(guó)男性的骨量峰值[56]，與年輕健康的老人相比，虛弱者該基因表達(dá)水平升高[57]，其同源物METTL21D被發(fā)現(xiàn)與VCP/97結(jié)合，在肌少癥中發(fā)揮作用[58]。

5 細(xì)胞信號(hào)通路機(jī)制

5.1 Ihh信號(hào)通路

Ihh通路主要參與細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、調(diào)節(jié)和骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育。Ihh/PTHrP通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β、BMP6、Sox等來(lái)調(diào)節(jié)其反饋環(huán)，調(diào)控骨代謝。骨與骨骼肌協(xié)調(diào)性下降可能與Ihh/PTHrP通路表達(dá)異常有關(guān)。而補(bǔ)腎和健脾中藥可以提高絕經(jīng)后OP大鼠骨和骨骼肌PTHrP的含量[59]。還可分別提高絕經(jīng)后OP和OPG基因敲除大鼠骨和骨骼肌Ihh的含量[60-61]，從而起到防治OP的作用。

5.2 NF-κB信號(hào)通路

NF-κB通路在成骨細(xì)胞的增殖、分化和凋亡中都有重要作用。RANKL主要由骨細(xì)胞分泌，促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化與活化[13,36]，其受體RANK在破骨細(xì)胞與骨骼肌中表達(dá)[62]，骨骼肌中RANKL可以調(diào)節(jié)Ca2+的儲(chǔ)存和肌內(nèi)質(zhì)漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶的活性，RANK的表達(dá)會(huì)抑制骨骼肌量及功能[63]，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)不良小鼠的虛弱。補(bǔ)腎健脾中藥通過(guò)提高骨的IкBα含量，抑制NF-κB 異?；罨?，減緩成骨細(xì)胞的凋亡，使骨形成多于骨吸收，有效地防治OP。補(bǔ)腎和健脾方法也可以通過(guò)提高骨骼肌的IкBα含量，抑制NF-κB表達(dá)，提高骨骼肌的能量[64]。

5.3 Notch信號(hào)通路

Notch通路的活化與阻斷影響著間充質(zhì)干細(xì)胞向骨細(xì)胞的分化，對(duì)成骨和破骨細(xì)胞的分化和平衡也起著重要作用[65]。補(bǔ)腎中藥可以增加絕經(jīng)后OP模型大鼠骨密度，提高OPG表達(dá)，降低RANKL表達(dá)，同時(shí)提高Notch1、JAG1和HES1在骨及骨骼肌中的蛋白表達(dá)，提示補(bǔ)腎中藥通過(guò)激活Notch通路，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，調(diào)節(jié)RANKL/OPG比值，抑制骨吸收，起到防治OP的作用[65]。

5.4 Wnt/β-catenin信號(hào)通路

Wnt/β-catenin通路在骨細(xì)胞中與機(jī)械載荷信號(hào)向骨表面細(xì)胞的傳遞緊密相關(guān)[66]，是通過(guò)與前列腺素途徑的crosstalk來(lái)響應(yīng)負(fù)載而觸發(fā)的，其減少骨形成負(fù)調(diào)節(jié)因子Sclerostin及DKK1，增加骨形成調(diào)節(jié)因子(如Wnt)。研究發(fā)現(xiàn)[13]，Sclerostin在骨細(xì)胞中高度表達(dá)，抑制成骨細(xì)胞的功能。DKK1主要由成骨細(xì)胞分泌，也可抑制成骨。目前尚無(wú)直接證據(jù)證明這些β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)抑制劑是否對(duì)骨骼肌有影響，但由于Wnt可通過(guò)支持肌生成和肌功能影響骨骼肌，因此判斷Sclerostin及DKK1也會(huì)對(duì)骨骼肌具有負(fù)效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)[67-68]，Wnt1在骨細(xì)胞中高度表達(dá)，Wnt3a在剪切力作用下由骨細(xì)胞產(chǎn)生，Wnt1和Wnt3a支持骨骼肌的生長(zhǎng)和功能。

6 維生素D機(jī)制

維生素D是治療OP的常用藥，但近年研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充維生素D能提高肌力和平衡能力，65歲者以上者效果更好[69]。直接作用體現(xiàn)在：1,25(OH)2D可以通過(guò)與維生素D受體(VDR)結(jié)合，調(diào)節(jié)鈣結(jié)合蛋白、細(xì)胞內(nèi)生肌調(diào)節(jié)因子(MRFs)、IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ、Myostatin、FGF-Ⅰ的靶基因轉(zhuǎn)錄，或促進(jìn)肌細(xì)胞發(fā)育；還可以通過(guò)快速跨膜信號(hào)通路，促進(jìn)Ca2+內(nèi)流，增強(qiáng)骨骼肌的收縮功能。維生素D還可能通過(guò)維持正常的血鈣和血磷水平間接維持正常的骨骼肌功能。

另外也有研究[70]發(fā)現(xiàn)，相比骨骼肌前體細(xì)胞，成熟骨骼肌細(xì)胞表達(dá)較低水平的VDR和CYP27B1，不具備產(chǎn)生1,25(OH)2D的能力，同時(shí)，1,25(OH)2D抑制原代骨骼肌前體細(xì)胞增生和分化。這項(xiàng)研究提示，維生素D的基因組效應(yīng)可能只是通過(guò)抑制骨骼肌前體細(xì)胞的增生和分化而起作用。前體細(xì)胞的增生和分化受抑制后，可能有利于骨骼肌前體細(xì)胞的儲(chǔ)備，從而促進(jìn)骨骼肌的再生。

7 小結(jié)與展望

遵循整體觀念，中醫(yī)學(xué)經(jīng)典著作《黃帝內(nèi)經(jīng)》對(duì)骨-骨骼肌疾病的病機(jī)進(jìn)行了論述。“骨肉不相親”理論高度概括了肌骨在病理狀態(tài)下的內(nèi)在關(guān)系，為增齡性肌骨疾病的機(jī)制研究指明了方向。補(bǔ)益脾腎及其指導(dǎo)下的中藥方劑是治療OP的常見治則與方藥[71]。今后，以中醫(yī)學(xué)“骨肉不相親”理論為指導(dǎo)，以現(xiàn)代先進(jìn)的生命科學(xué)技術(shù)為研究方法，繼續(xù)從整體、器官、組織、細(xì)胞和分子水平開展系統(tǒng)、深入研究，將會(huì)對(duì)臨床增齡性肌骨疾病的精準(zhǔn)防治提供新的思路和有效藥物。