劉晏東,鄧強(qiáng),李中鋒,彭冉東,王雨榕,楊鎮(zhèn)源,郭鐵峰,羅林釗

(1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)臨床學(xué)院,甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省中醫(yī)院脊柱疾病診療中心,甘肅 蘭州 730050)

肌肉減少癥(Sarcopenia,SP)、骨質(zhì)疏松癥(Osteoporosis,OP)及肌少-骨質(zhì)疏松癥(Osteosarcopenia,OS)存在較高的致殘率及致死率,嚴(yán)重威脅著人類健康,已在世界范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注[1]。醫(yī)學(xué)界最初將SP和OP視為兩種相互獨(dú)立的疾病,但隨著對肌骨交互功能研究的深入,越來越多證據(jù)表明SP等肌肉病變的發(fā)生會增加罹患OP等骨骼疾病的風(fēng)險(xiǎn),反之OP也會增加SP的患病率,且二者的共病會進(jìn)一步加劇原有的負(fù)面健康結(jié)局,有學(xué)者將這種關(guān)系描述為“危險(xiǎn)的二重奏”[2]。目前該類疾病的治療難點(diǎn)在于可同時(shí)靶向肌肉和骨骼的藥物尚不足,現(xiàn)有療法只能單獨(dú)治療SP或OP,由此產(chǎn)生較多的療效及安全問題[3]。

“筋骨并重”理論起源于隋代巢元方所著的《諸病源候論》[4],是針對骨傷疾病的治療原則,該理論注重在肌、骨衰減類疾病中肌骨同治,而不是肌病治肌、骨病醫(yī)骨,對肌骨衰減疾病(SP、OP及OS)的防治具有重要指導(dǎo)意義[5]。

鳶尾素作為一種肌因子,可同時(shí)靶向肌肉與骨骼,對逆轉(zhuǎn)肌骨衰減具有獨(dú)特的優(yōu)勢[6]。鳶尾素是在骨骼肌收縮后,由過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α(PGC-1α)控制下,通過含Ⅲ型纖連蛋白域蛋白5(FNDC5)裂解進(jìn)入到循環(huán)中的一種活性肽[7]。這種新興的肌因子最早在2012年由Bostr?m等提出[8],并以古代女神Irisin命名。Irisin在古希臘神話中擔(dān)任眾神之間的使者,這與鳶尾素作為肌肉與骨骼間的橋梁作用相似。因此,本文探討“筋骨并重”視閾下鳶尾素對肌骨衰減的異病同治作用,以期為肌骨衰減疾病的防治提供新思路。

1 “筋骨并重”理論與肌骨衰減疾病

1.1 發(fā)微“筋骨并重”

起初,“筋骨并重”理論旨在強(qiáng)調(diào)傷科疾病治療時(shí)需注重硬組織與軟組織并重。正如隋代巢元方在《諸病源候論》中記載:“夫金瘡始傷之時(shí),半傷其筋,榮衛(wèi)不通,其瘡雖愈合,后仍令痹不仁也”[4],此時(shí),“筋骨并重”主要作為傷科骨折的治療原則[5]。清代著名醫(yī)家黃元御也提出了“治骨先治筋,治筋先治肉”的處理法則。他在《四圣心源》中提出:“水性降潤(“骨”失其常),滲之以土氣(調(diào)整“肉”),皆氣化自然之妙也”[9],其意指骨病不能只著眼于骨,更要注重筋肉的氣血運(yùn)行等問題,反之亦然。此時(shí)的“筋骨并重”理論已被逐漸用作防治肌骨衰減的指導(dǎo)思想。而經(jīng)過后世醫(yī)家不斷發(fā)展補(bǔ)充,該理論演變?yōu)橐环N防治多種慢性筋骨病的指導(dǎo)思想體系。中醫(yī)術(shù)語之“筋”與現(xiàn)代解剖學(xué)范疇下的筋膜或肌腱有所不同,其含義更加廣泛,系指肌肉、肌腱、神經(jīng)、血管和骨膜等一切軟組織,具有聯(lián)屬關(guān)節(jié)、絡(luò)綴形體、支配身體活動、營養(yǎng)和重建骨骼的作用[10]。骨骼為人一身主干,是支撐軀體和保衛(wèi)內(nèi)臟的總支架,是筋肉的附著點(diǎn)和杠桿,若骨骼強(qiáng)度發(fā)生衰變,則筋肉動力失去平衡[11]。所以,筋骨的關(guān)系可以概括為:“筋束骨,骨張筋;筋骨相連,骨折筋損”[12]。1.2 “筋骨并重”與肌骨衰減疾病的治療SP古稱“肉萎”,OP古稱“骨萎”或“骨枯”,若SP與OP共同發(fā)生,則被稱為“骨枯肉陷”?！肮恰焙汀叭狻笔侨梭w運(yùn)動系統(tǒng)內(nèi)相對應(yīng)的兩個(gè)重要部分,二者在結(jié)構(gòu)上緊密相連,在功能上相互協(xié)調(diào)、相互為用,在病理上相互影響。而二者在人體的位置、功能、營養(yǎng)供給和協(xié)調(diào)作用諸方面,又遠(yuǎn)較其他臟器密切[13]?！鹅`樞·經(jīng)脈》中記載:“骨為干,脈為營,筋為剛,肉為墻”[14],意指筋、肉,即廣義的“肉”如果恢復(fù)正常生理功能,那么“骨”的問題也就迎刃而解了;若“骨”保持正常的強(qiáng)度亦有利于肌肉的潤澤和飽滿?！敖罟遣⒅亍崩碚撘灾嗅t(yī)學(xué)中的陰陽、五行、藏象學(xué)說及整體觀念為基礎(chǔ)。從陰陽上講,柔潤之“肉”為陰,剛強(qiáng)之“骨”為陽。筋骨并重,即是強(qiáng)調(diào)從陰陽兩方面著手來達(dá)到“陰平陽秘”。從藏象學(xué)說而言,脾主肌肉,通過運(yùn)化水谷精微以化生氣血,并傳輸于全身肌肉,以使肌肉發(fā)達(dá)豐滿,壯實(shí)有力,強(qiáng)調(diào)了調(diào)后天(脾)以補(bǔ)先天(腎)的治療作用。腎主骨髓,藏納五臟六腑水谷之精氣,精氣充則髓實(shí)骨壯。脾之升降有序需借助腎陽之溫煦,以布散營養(yǎng)至肌肉四肢,體現(xiàn)了先天對后天的溫養(yǎng)作用。脾腎虧虛被認(rèn)為是該類疾病的基本病機(jī),健脾補(bǔ)腎是治療SP、OP以及OS的根本大法,這也是“筋骨并重”治療原則的具體體現(xiàn)。所以在肌骨衰減病變的治療中只有重視筋骨并重,才能使肌骨達(dá)到“和”的平衡狀態(tài),即骨正筋柔、肌豐骨壯[15]。

1.3 “筋骨并重”理論與肌骨關(guān)系現(xiàn)代研究

現(xiàn)代研究表明SP和OP之間存在生物學(xué)關(guān)聯(lián),首先,SP與OP的復(fù)雜串?dāng)_以肌肉和骨骼的雙向交流為基礎(chǔ)。骨骼和肌肉作為旁分泌或內(nèi)分泌器官,共同確保二者之間的通信,如骨骼肌分泌的肌因子(鳶尾素、卵泡抑素和肌抑素)對骨骼重塑有直接影響;骨骼分泌的骨因子(FGF23、前列腺素E2,轉(zhuǎn)化生長因子β、骨鈣素和硬化素等)也會反向影響骨骼肌的新陳代謝[16]。此外,肌肉和骨骼具有部分重合的生物學(xué)信息,如甘氨酸-N-酰基轉(zhuǎn)移酶、甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白21C、PGC-1α和肌細(xì)胞增強(qiáng)因子-2的多態(tài)性等[17],這說明他們在發(fā)病途徑上可能具有一定共通點(diǎn)。這意味著發(fā)生在肌肉組織中的生理病理現(xiàn)象可被骨骼組織所感知和響應(yīng),反之亦然。肌骨之間的串聯(lián)共病為肌骨衰減疾病的“筋骨并重”和“異病同治”提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)[18-19]。

2 鳶尾素與肌骨衰減疾病治療

基于肌骨衰減疾病之間的復(fù)雜串?dāng)_,治療過程中采用“筋骨并重”的治療方案具有重要意義。鳶尾素是由肌肉細(xì)胞中FNDC5基因編碼的多肽激素。當(dāng)受到刺激時(shí),FNDC5基因會轉(zhuǎn)錄成mRNA,然后通過剪接形成前體蛋白,最終經(jīng)過蛋白酶切割而釋放出鳶尾素[20]。現(xiàn)代研究表明,重組鳶尾素可通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子和基質(zhì)蛋白來減少骨骼和骨骼肌的質(zhì)量損失并加速肌纖維損傷和骨折的愈合,說明鳶尾素可以作為耦合肌肉和骨骼的新興途徑,是“筋骨并重”治則理論的體現(xiàn),在肌骨衰減疾病的防治中具有十分重要意義[10]。

2.1 鳶尾素的分子構(gòu)成

2.1.1 氨基酸序列 鳶尾素包括20種天然氨基酸,其中絲氨酸、賴氨酸、精氨酸和半胱氨酸的含量較高。鳶尾素的氨基酸序列為112個(gè)氨基酸殘基,其中含有一個(gè)信號肽序列和一個(gè)成熟肽序列。信號肽序列位于N端,長度為27個(gè)氨基酸殘基。這段序列主要用于將前體蛋白定向到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體進(jìn)行修飾和加工[21]。信號肽序列通常會被剪切掉,不參與最終的活性部分。成熟肽序列位于C端,長度為85個(gè)氨基酸殘基。這段序列是鳶尾素的活性部分,具有調(diào)節(jié)能量代謝、抑制脂肪堆積等作用。成熟肽序列主要由α-螺旋和β-折疊組成,并形成一個(gè)緊密的核心區(qū)域和穩(wěn)定的外圍結(jié)構(gòu)[22]。

2.1.2 二級結(jié)構(gòu) 鳶尾素的二級結(jié)構(gòu)主要由α-螺旋和β-折疊組成。α-螺旋是一種穩(wěn)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),它由蛋白質(zhì)鏈上的氨基酸殘基以右手螺旋形式排列而成。這種結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,并且有助于保持其特定的三維構(gòu)象[23]。在鳶尾素中,α-螺旋結(jié)構(gòu)占據(jù)了大部分的空間,使得蛋白質(zhì)更加緊密地折疊起來。β-折疊是由蛋白質(zhì)鏈上的氨基酸殘基以平行或反平行方式排列而成的片段。這種結(jié)構(gòu)通常位于蛋白質(zhì)的表面,能夠提供一些功能性區(qū)域,例如結(jié)合其他分子或者參與信號傳導(dǎo)等[24]。

2.1.3 三維結(jié)構(gòu) 鳶尾素的三維結(jié)構(gòu)是由α-螺旋和β-折疊相互作用而形成。在空間中,鳶尾素呈現(xiàn)出一個(gè)球狀的分子結(jié)構(gòu),其中包含了許多重要的功能性區(qū)域。在鳶尾素的三維結(jié)構(gòu)中,存在著四個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域:A、B、C和D。這些結(jié)構(gòu)域之間通過某些連接段進(jìn)行聯(lián)系,并且共同構(gòu)成了整個(gè)蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)[25]。其中,A和B結(jié)構(gòu)域主要由α-螺旋結(jié)構(gòu)組成,它們位于鳶尾素的N端部分,并且與其他結(jié)構(gòu)域相連。C和D結(jié)構(gòu)域則主要由β-折疊結(jié)構(gòu)組成,它們位于鳶尾素的C端部分,并且參與到了鳶尾素的生物學(xué)活動中。此外,在鳶尾素的三維結(jié)構(gòu)中還存在著一些關(guān)鍵的氨基酸殘基,例如半胱氨酸和色氨酸。這些氨基酸殘基能夠形成特定的化學(xué)鍵或者環(huán)境,從而影響鳶尾素的結(jié)構(gòu)和功能[26]。

2.2 鳶尾素對肌骨衰減疾病的防治作用

2.2.1 鳶尾素對肌再生的作用 鳶尾素可能是SP的潛在生物標(biāo)志物和有前景的治療靶點(diǎn)。骨骼肌由糖酵解肌纖維(白色)和氧化肌纖維(紅色)組成,占健康個(gè)體總質(zhì)量的40%左右,參與機(jī)體運(yùn)動、能量消耗和全身代謝穩(wěn)態(tài)。SP的特征是骨骼肌力量、質(zhì)量和功能的進(jìn)行性喪失,從而影響患者的生活質(zhì)量[27]。研究發(fā)現(xiàn),SP與纖維特異性衰老有關(guān),而運(yùn)動已被證明可以通過逆轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)變化來增強(qiáng)骨骼肌的質(zhì)量和功能。但由于衰老、臥床等各種原因致使機(jī)體運(yùn)動能力下降,大部分老年人難以實(shí)現(xiàn)足夠的運(yùn)動訓(xùn)練,久而久之形成運(yùn)動量不足和骨骼肌減少的惡性循環(huán)[28]。PGC-1α和FNDC5是骨骼肌運(yùn)動的兩個(gè)主要調(diào)控基因,分別調(diào)節(jié)蛋白和鳶尾素的前體。而鳶尾素是肌肉與其他組織和器官之間的潛在橋梁,主要負(fù)責(zé)能量代謝,并作為肌肉質(zhì)量的積極調(diào)節(jié)因子。該因子可由運(yùn)動誘導(dǎo)產(chǎn)生,以自分泌方式發(fā)揮功能,以延緩去神經(jīng)支配誘導(dǎo)的肌萎縮并促進(jìn)骨骼肌生長[29]。其深層機(jī)制是運(yùn)動通過激活由PPARGC1A基因編碼的PGC-1α,從而調(diào)節(jié)相關(guān)因子的轉(zhuǎn)錄活性,并參與調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生、血管生成以及脂肪和碳水化合物代謝基因的表達(dá)以促進(jìn)肌肉生成[30]。Guo等[31]長期對衰老小鼠腹腔注射重組鳶尾素蛋白證明,鳶尾素給藥可通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)抑制肌肉特異性環(huán)指蛋白1、肌萎縮蛋白Fbox-1和肌肉生長抑制素減少肌肉萎縮。

鳶尾素抗肌肉萎縮的深層機(jī)制可能是通過改善能量代謝、優(yōu)化自噬、增強(qiáng)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、促進(jìn)線粒體質(zhì)量控制、減少活性氧(ROS)產(chǎn)生和減輕炎癥反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)[31]。有研究表明,鳶尾素還可通過增強(qiáng)衛(wèi)星細(xì)胞活化、減少蛋白質(zhì)降解、防止組織纖維化和壞死以及改善肌膜穩(wěn)定性從而減少SP的發(fā)生[32]。如經(jīng)過重組鳶尾素處理的C2C12細(xì)胞肌管顯示出特異性線粒體轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)增加,這些轉(zhuǎn)錄因子與線粒體含量和耗氧量的增加有關(guān)。Wu等[33]研究發(fā)現(xiàn)D-半乳糖誘導(dǎo)的骨骼肌成纖維細(xì)胞中鳶尾素表達(dá)顯著降低,而鳶尾素給藥可通過PI3K/Akt通路抑制骨骼肌成纖維細(xì)胞過度沉積來抑制骨骼肌纖維化。除此之外,鳶尾素也通過增加小鼠C1C12細(xì)胞中TFAM、PPARGC1A和NRF4的基因表達(dá)以及UCP2、GLUT12基因和蛋白表達(dá)來刺激線粒體的生物發(fā)生[34]。另外,鳶尾素可通過多種細(xì)胞內(nèi)信號通路來實(shí)現(xiàn)對成肌分化、肌母細(xì)胞融合以及成骨細(xì)胞增殖發(fā)揮生物學(xué)效能,如MAPK、AMPK、PI3K/AKT、STAT3和IL-6信號通路,但鳶尾素信號傳導(dǎo)的確切下游仍需要進(jìn)一步研究[35]。

2.2.2 鳶尾素對骨穩(wěn)態(tài)的作用 骨骼是一種高度活躍的動態(tài)組織,可不斷適應(yīng)微觀變化以促進(jìn)微結(jié)構(gòu)重塑。當(dāng)骨形成和骨吸收之間的平衡被打破,骨吸收超過骨形成時(shí),會導(dǎo)致骨礦鹽含量和骨密度降低,形成OP。鳶尾素對于骨骼的作用主要包括促進(jìn)骨組織的形成和修復(fù)、增強(qiáng)骨質(zhì)量、骨密度以及減緩骨質(zhì)流失速度。Xue等[36]研究發(fā)現(xiàn)鳶尾素缺乏可加速OP的病理進(jìn)展。Colaianni等[37]通過為小鼠注射重組鳶尾素發(fā)現(xiàn),鳶尾素可防止骨質(zhì)流失并加速骨折的愈合,提示鳶尾素具有骨合成和骨保護(hù)作用。鳶尾素逆轉(zhuǎn)OP的作用可能是通過雙向調(diào)節(jié)成骨和破骨細(xì)胞來完成,但其對成骨細(xì)胞的作用似乎更為明顯。具體而言,鳶尾素可通過激活轉(zhuǎn)錄因子4(ATF4)和膠原蛋白Ⅰ來刺激成骨細(xì)胞分化和其活性[38]。此外,鳶尾素還被證明可增加成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的表達(dá),如Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(RUNX2)、Osterix/SP7。鳶尾素還可通過增加成骨細(xì)胞分化標(biāo)志物,如堿性磷酸酶、骨鈣素、骨橋蛋白以及鈣沉積等促進(jìn)成骨[39]。此外,Xue等[36]研究證明鳶尾素可通過與膜受體整合素αV結(jié)合來調(diào)節(jié)ERK/STAT3信號通路,并進(jìn)一步上調(diào)骨代謝BMP/Smad通路,促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化。Xu等[40]研究發(fā)現(xiàn)用鳶尾素治療OP后,相關(guān)炎癥因子表達(dá)有所下降,骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物(如RUNX2)的基因表達(dá)水平上調(diào),成骨細(xì)胞凋亡減少,Nrf2表達(dá)增加以及炎癥小體NLRP3的表達(dá)受到抑制。

在抑制骨吸收方面,動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,體內(nèi)缺乏鳶尾素的小鼠破骨細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)增加,包括抗酒石酸酸性磷酸酶、基質(zhì)金屬蛋白酶9等。而鳶尾素對破骨細(xì)胞也具有雙重作用,一是通過成骨通路增加骨保護(hù)素(OPG)的表達(dá)以減少破骨細(xì)胞的增殖和活化;二是直接作用于破骨前體細(xì)胞以抑制其破骨作用[41]。需要注意的是,Ma等[42]發(fā)現(xiàn)鳶尾素雖然促進(jìn)了破骨前體細(xì)胞的增殖,但同時(shí)也下調(diào)了NF-κB信號通路并且激活了p38和JNK信號通路,從而抑制了破骨細(xì)胞的活化。鳶尾素也可以通過減少RANKL和NFATC1信號通路誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化來減少破骨形成。但鳶尾素對破骨細(xì)胞的作用仿佛存在一種時(shí)間或劑量依賴性關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn),短期鳶尾素給藥(7 d)可促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖,而長期鳶尾素給藥(2個(gè)月),可在一定程度上減少破骨細(xì)胞的形成[43]。

3 筋骨并重-異病同治-鳶尾素

筋骨并重-異病同治-鳶尾素三者相互聯(lián)系,密不可分,三者關(guān)系層層遞進(jìn),共同組成防治肌骨衰減疾病的完整理論體系[5]。首先,“筋骨并重”理論是治療肌骨衰減疾病的指導(dǎo)思想,而異病同治是治療肌骨衰減疾病的具體法則[44]。其次,可以將“異病同治”中的“異病”理解為SP與OP兩種不同的疾病,而將“同治”理解為筋骨并重的防治方法。最后,鳶尾素具有促進(jìn)肌再生和骨穩(wěn)態(tài)的雙重作用,所以在治療肌骨衰減疾病方面具有中醫(yī)學(xué)范疇“筋骨并重”的內(nèi)涵[19]?？偠灾?鳶尾素的發(fā)現(xiàn)為筋骨并重視閾下利用“異病同治”法則防治SP和OP提供了分子層面的新見解,也為古老的“筋骨并重”理論和“異病同治”法則賦予了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)意義,并使其迸發(fā)出新的活力。

4 小結(jié)

對肌肉-骨骼串?dāng)_的深入了解開啟了對該類疾病治療新模式的探索,這意味著新的治療方法應(yīng)該同時(shí)針對骨骼和肌肉。鳶尾素在機(jī)體生理、病理代謝中具有多方面作用,部分研究特別強(qiáng)調(diào)它在肌-骨軸上的作用,認(rèn)為其可通過多種途徑保護(hù)骨骼肌與骨骼,且機(jī)制存在重合?！敖罟遣⒅亍崩碚?、“異病同治”法則以及肌因子鳶尾素之間看似毫無聯(lián)系,實(shí)則共同構(gòu)成肌骨衰減疾病的防治體系。換言之,鳶尾素可在“筋骨并重”理論的思想指導(dǎo)下,按照“異病同治”法則有效防治肌骨衰減類疾病。這是中醫(yī)經(jīng)典防病治病理論與現(xiàn)代分子研究的有機(jī)結(jié)合,也是慢性肌骨疾病治療的新策略和新方法?；凇敖罟遣⒅亍崩碚摰慕∑⒀a(bǔ)腎法治療筋骨疾病是否通過調(diào)控鳶尾素發(fā)揮作用具有一定研究前景,此外,還需要對鳶尾素靶向肌骨系統(tǒng)的深層起效機(jī)制和通路進(jìn)行更多的基礎(chǔ)研究,以確定其長期安全性和有效性。應(yīng)以何種形式將鳶尾素應(yīng)用至臨床中、如何人工合成高質(zhì)量鳶尾素以及鳶尾素與其他類型激素或因子的協(xié)同作用仍然是有爭議的問題,需要進(jìn)一步的研究來解決這些問題。以上研究將有助于就鳶尾素治療SP、OP及OS建立科學(xué)共識。在未來,深入探索鳶尾素在恢復(fù)骨骼質(zhì)量和逆轉(zhuǎn)肌肉萎縮方面的功效對于將鳶尾素確定為一種對SP和OP雙重有益的分子很有必要。