從骨形態發生蛋白-7探討腎藏精理論的物質基礎

陳立，王小琴

（1.湖北中醫藥大學，湖北武漢　430061；2.湖北文理學院附屬醫院，湖北襄陽　441021；3.湖北省中醫院，湖北武漢　430061）

·中醫藥理論探討·

從骨形態發生蛋白-7探討腎藏精理論的物質基礎

陳立1，2，王小琴3

（1.湖北中醫藥大學，湖北武漢430061；2.湖北文理學院附屬醫院，湖北襄陽441021；3.湖北省中醫院，湖北武漢430061）

采用文獻整理與理論評述相結合的方法，對骨形態發生蛋白7（bone morphogenetic protein-7，BMP-7）的特性與中醫腎藏精理論進行相關性分析，從現代分子生物學角度探討腎藏精理論的物質基礎。BMP-7主要由腎臟和骨骼分泌，對于腎臟的發育及正常功能的維持必不可少，并具有抗纖維化及強大的成骨作用，與中醫腎藏精主骨等功能關系密切；BMP-7能抑制血管鈣化，維持脈道通利。認為BMP-7多項生物學功能與腎藏象中腎的生理功能存在一定相關性，初步具備了成為腎藏精實質的現代物質基礎的可能。

骨形態發生蛋白7（BMP-7）；腎藏精；腎藏象

《黃帝內經》首先提出腎藏精理論?！端貑枴ち澆叵笳摗份d：“腎者主蟄，封藏之本，精之處也”，乃指腎具有貯存、封藏腎精的生理功能。腎藏精在腎藏象理論中占有重要的地位，其功能廣泛，作用特殊，被認為是人體生命活動的根本物質，它與人體生、長、壯、老、已的生命過程密切相關。因此，從現代分子生物學角度探尋腎藏精理論的本質對于豐富中醫腎藏象理論具有十分重要的意義。雖然中醫學中“腎”的內涵與外延遠比西醫學中腎的功能概念要廣泛，但從腎臟本身尋找腎藏精的可能物質基礎更容易被現代醫學所接受。骨形態發生蛋白-7 （bone morphogenetic protein-7，BMP-7）主要在腎臟合成并進入血液而發揮作用，具有多種生物學功能。以下試通過對BMP-7的特性與中醫腎藏精理論進行關聯性分析，探討腎藏精理論的物質基礎。

1　腎藏精理論的物質基礎研究概況

腎精作用廣泛。因現代學者視角及研究角度不同，對腎藏精的本質也有不同認識，目前尚未能有一種物質、一類物質或一種功能系統能完全涵蓋腎精的所有功能。沈自尹［1］最早開展腎本質研究工作，其認為腎藏精本質在于對下丘腦—垂體—靶腺軸的平衡調節。鄭洪新等［2］則認為“從腎論治”的作用機制之一是動員“腎藏精”的生理功能而激活內源性干細胞和發揮微環境作用，同時調控神經—內分泌—免疫網絡動態平衡。陳云志等［3］從腎主骨、主生殖及腎與他臟的關系探討了維生素D為中醫“腎藏精”的物質基礎。王嵐等［4］認為抗衰老基因Klotho在腎臟表達豐富，參與調節鈣磷和骨代謝，具備了成為腎中所藏之精物質基礎的潛能。

2　從BMP-7探討腎藏精理論的物質基礎

BMP-7是骨形態發生蛋白家族中的一員，屬于轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族，是1990年Ozkaynak等［5］從牛成骨蛋白提取物中分離出的一種新的蛋白，又稱成骨蛋白-1。BMP-7主要由腎臟和骨骼分泌，對于腎臟的發育及正常功能的維持必不可少，并具有強大的成骨作用，因而與“腎主骨”關系密切。此外BMP-7尚能抑制血管鈣化，維持脈道通利，故認為BMP-7具有成為腎藏精理論物質基礎的特性。

2.1BMP-7主要來源于腎臟腎臟是分泌BMP-7的主要器官。Simon等［6］應用BMP-7抗體檢測成年SD大鼠腎組織后發現，BMP-7主要表達于集合管及遠端小管，近端小管僅有少量分布，腎小球中則未見表達。人類BMP-7基因位于第2號染色體，BMP-7的編碼cDNA全長1 293 bp，轉錄后翻譯成431個氨基酸組成的BMP-7前體蛋白，由N端信號肽、前體肽和C端成熟肽3部分組成。在蛋白水解酶的作用下，此前體蛋白翻譯分泌后可在體內被剪切加工為成熟二聚體分子BMP-7蛋白，含139個氨基酸［7］。人類出生后，BMP-7在其他器官組織的表達明顯減少或消失。原位雜交檢測法顯示，BMP-7主要分布在腎小管和腎間質，在髓質腎小管表達較高，尤其是集合管；此外，BMP-7在腎動脈的外膜、腎小球毛細血管周圍、腎盂和輸尿管的上皮細胞也有較高表達［8］。腎臟不僅高表達BMP-7，也存在BMP-7受體。BMP-7受體包括絲氨酸/蘇氨酸激酶受體I型和Ⅱ型。I型受體為活化素受體樣激酶，有ALK2（ActRI）、ALK3（BMPRIA）和ALK6（BMPR-IB）這3種亞型。Ⅱ型受體分為BMPR-Ⅱ、ActRIⅡ和ActRⅡB［9］。BMP-7引起的信號轉導首先要結合Ⅱ型受體，Ⅱ型受體使I型受體的絲氨酸/甘氨酸結構域磷酸化，形成I型及Ⅱ型受體復合物，然后磷酸化Smad蛋白中的Smad1或Smad5羧基端末端的2個絲氨酸，使之磷酸化，隨后Smad1或Smad5再與Smad4結合成復合體，移位到細胞核內，再作用于特定基因的啟子，引起相應生物學效應［10-11］。說明BMP-7在腎臟表達具有細胞特異性，其作用可通過自分泌和旁分泌的方式進行［12］。

2.2BMP-7對于腎臟發育及功能維持必不可少BMP-7在腎臟的發育中起至關重要的作用［13］，其在腎臟和骨骼正常生理功能以及修復和再生過程中發揮重要作用［14］。BMP-7對于調控和維持腎臟組織結構的形成是必須的［15］。胚胎期，BMP-7廣泛表達于心、腎、腦、骨骼等組織中，與多種器官與組織的發育密切相關。在小鼠腎發育過程中，BMP-7首先表達于11 d胎齡小鼠的輸尿管芽中，輸尿管芽和后腎間充質接觸后導致間充質細胞濃縮和聚集，經歷由BMP-7調節的間充質向上皮轉化形成comma型小體，后者延長形成S型管上皮結構。隨后，S型管發生形態轉變和分化形成成熟腎單位的結構，產生腎小球和腎小管大部分結構的后腎間充質，最終分化并形成腎小管和腎小球［16］。BMP-7缺如時，發育中的腎出現嚴重缺陷。BMP-7缺陷的胚胎中，輸尿管的分支、后腎間充質的聚集及上皮結構的分化將受損，BMP-7缺陷的小鼠會出現腎和骨的發育不良，與正常小鼠相比，腎臟體積明顯縮小，存在嚴重的腎發育不良和腎單位減少，純合子在出生后48 h因尿毒癥死亡［17］。

2.3BMP-7具備抗腎纖維化的作用腎為五臟之一，為精的載體。腎與精之間也必定存在交互作用。精作為構成人體、促進發育、抗病修復的基本物質，其必對腎臟本身也具有保護作用?！秲冉洝吩疲骸叭诉^五八，腎氣半衰”，人隨著年齡增長，逐漸出現腎精虧虛癥狀；正常人若因先天不足、后天失養、長期勞累、生活緊張、縱欲過度或久病失治等原因也會傷及腎臟，從而過早出現腎虛癥狀。而早在《難經·十四難》中就有記載：“損其腎者，益其精”，此時通過補腎益精法可恢復腎臟功能。

而BMP-7同時也是一個對腎臟有保護作用的重要因子。在腎臟疾病過程中，BMP-7可通過多條通路在腎臟纖維化、糖尿病腎病、缺血/再灌注腎損傷過程中發揮重要的腎臟保護作用。在多種急性和慢性腎損傷的動物模型中，均發現BMP-7表達減少或消失［18-19］。研究［20］表明，通過TGF-β1/Smads信號通路調節基因轉錄在腎間質導致TGF-β1高表達是致腎纖維化的中心環節。動物實驗研究［21］表明，BMP-7蛋白可抑制由TGF-β1引起的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原、纖維連接素等ECM蛋白的升高，主要機制為BMP-7抑制了Smad2/3依賴的TGF-β1信號途徑。研究［22］發現BMP-7可促使近端小管上皮細胞外信號調節激酶迅速磷酸化，進而抑制Smad2、Smad3的核內轉，阻斷TGF-β1/Smads信號途徑。其次，BMP-7可使近端小管上皮Smad6表達增加，而Smad6對TGF-β1/Smads信號途徑具有抑制作用。BMP-7還可直接通過抵消或阻礙TGF-β1/Smads信號途徑，抑制或逆轉上皮細胞分化為間充質細胞，發揮抗纖維化作用。系膜細胞分泌的基質金屬蛋白酶（matrix metallo-proteinases，MMP）-2是細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的降解過程中的關鍵因子，BMP-7可通過抑制TGF-β1誘導的纖溶酶原活化抑制因子1的表達，增加MMP-2的表達及活性，從而減輕腎纖維化［23］。此外，BMP-7還可降低TGF-β1誘導分泌的炎性因子、趨化因子及單核細胞趨化蛋白，在系膜細胞及足細胞中還可以抑制TGF-β1、醛固酮、高糖等誘導的損傷作用。在糖尿病腎病致腎纖維化動物模型中，BMP-7能拮抗TGF-β1和結締組織生長因子的致腎纖維化作用，阻止或延緩糖尿病腎病的發生、發展［24］。研究［25］表明在糖尿病腎病患者外周循環TGF-β1的水平明顯上調，而BMP-7的水平明顯下調，提示BMP-7可能成為新的糖尿病患者腎臟損傷標志物和治療靶點。以上分析提示BMP-7可能為中醫藥補腎益精法的作用靶點之一。

2.4BMP-7具有強大的成骨作用腎主骨理論是中醫腎藏象學說的重要理論之一，“腎藏精，精生髓，髓養骨”是該理論的經典概括?！澳I生骨髓，其充在骨，腎主身之骨髓”，均說明只有腎中精氣充足才能充養骨髓，促進骨的生長發育?！端貑枴ど瞎盘煺嬲摗酚涊d，女子七歲“齒更”，三七“真牙生而長極”，四七“筋骨堅，身體盛壯”；男子八歲“齒更”，三八“筋骨強勁故真牙生而長極”，四八“筋骨隆盛”。隨著腎精漸衰，腎氣漸弱，女子七七而“形壞”，男子五八“齒槁”，八八“形體皆極”，最后“五臟皆衰，筋骨懈墮”。精辟地描述了腎對牙齒、骨骼生長發育的影響，闡述了腎與骨在生理上的密切聯系?！夺t科發揮》說：“腎氣不足則骨軟”，腎中精氣不足，則骨髓空虛，生化無源，骨骼失養，骨軟無力，骨質脆弱，骨折難以愈合等。

骨形態發生蛋白是目前最重要的新骨形成及成年骨修復調控因子，其中研究最多、成骨活性最強的是BMP-2和BMP-7。BMP-2只是骨生成的啟動因子，對已分化的成骨細胞無進一步的促增殖作用。而BMP-7除了具有維持軟骨細胞表型、促進細胞增殖、促進細胞外基質如蛋白多糖和Ⅱ型膠原合成的能力外，還具有較強的骨誘導能力，能有效地刺激骨成骨細胞的分化，其在體內可通過膜內成骨和軟骨內化骨兩種方式誘導成骨，軟骨內化骨為其主要成骨方式。經檢測，BMP-7在骨發育和骨折愈合過程中高表達，從而促進骨折的愈合［26］。Cook等［27］在靈長類動物尺骨缺損模型中發現外源性重組人BMP-7能治愈自體骨不能愈合的缺損，一般認為是BMP-7誘導骨折周圍未分化的間充質細胞分化為成軟骨細胞及成骨細胞，通過鈣鹽沉積而形成新骨，從而使骨組織修復，表現為軟骨內成骨過程。BMP-7是間充質細胞向骨細胞系分化的最初信號分子，隨著成骨細胞在向成熟骨細胞逐漸分化，其合成BMP-7的能力逐漸降低［28］。Hidaka等［29］發現外源性重組人BMP-7修飾的骨髓細胞能增強同種異體移植物的脊柱融合作用。Gonzalez等［30］發現慢性腎病由于繼發性甲狀旁腺功能亢進導致高轉換性骨營養不良，病理上可見成骨前體細胞呈成纖維細胞表型，導致骨小梁周圍纖維化病變。通過每日應用BMP-7對慢性腎病模型小鼠進行腹腔內注射，6周后治療組成骨細胞數目明顯增加，骨重吸收降低，骨小梁周圍纖維化得以緩解，提示BMP-7可能通過以上機制在腎性骨病的治療中發揮重要作用。鑒于BMP-7促進成骨的明確作用，BMP-7已成為自體骨移植、異體骨移植和組織工程骨研究的熱點，有望在多種骨科疾病的治療中發揮重要的作用。

出生后，腎與骨均為分泌BMP-7的重要組織，而BMP-7對骨發育及骨修復具有十分重要的作用。故是否存在將中醫“腎藏精”與“主骨”相聯系的“腎—BMP-7—骨”的交互作用軸，且該軸的樞紐之一即為BMP-7，有待進一步驗證。

2.5BMP-7具有抑制血管鈣化的作用血管鈣化分為內膜鈣化和中膜鈣化，其中內膜鈣化多為動脈粥樣硬化，中膜鈣化主要發生在血管中膜層，鈣化物質呈連續性分布，導致血管順應性降低及血流動力學異常。血管鈣化屬中醫“脈道不利”，多因痰瘀互結，脈道不通。中醫認為，腎藏精與脈道不利亦有聯系?！夺t林改錯》曰：“元氣既虛，必不達于血管，血管無氣，必停留而為瘀”。腎藏精功能異常，表現為腎陽虛則氣化不利，津液滯留變為膏脂，或火不暖土，水濕痰濁內生，或心失溫煦，寒凝血脈；表現為腎陰不足則虛火灼津，或津虧失濡，脈失所養；表現為腎虛則精氣不足，脈失濡養，推動無力，均可致血脈為病。

近年來有關血管鈣化的細胞分子機制研究結果表明，血管鈣化形成過程是一個與骨發育相似的、主動的、可預防和可逆轉的高度可調控的生物學過程［31］。腎臟表達骨形態發生蛋白，可通過血液循環對遠隔組織發生作用。骨形成蛋白家族中重要成員BMP-2有強大的誘導成骨能力，但它同時也是一個血管鈣化促進因子［32］。但骨形態發生蛋白家族中同樣重要的成骨誘導因子BMP-7卻對血管鈣化具有顯著的抑制作用。研究［33］表明BMP-7在正常血管發生中起重要作用，其能夠抑制血管平滑肌細胞增殖和維持血管平滑肌細胞的表型。研究［34］表明，血管鈣化的血管壁平滑肌細胞表型為成骨細胞樣表型，BMP-7可維持血管內皮的正常分化，抑制血管平滑肌細胞向成骨細胞的轉分化。在低密度脂蛋白基因敲除小鼠的動物模型中發現，模型組血管壁細胞呈成骨樣表型，血管明顯鈣化，而應用BMP-7治療15周能夠抑制血管鈣化，提示BMP-7具有改善血管鈣化的潛能［35］。應用BMP-7治療動脈粥樣硬化和血管鈣化模型可以糾正骨代謝紊亂和降低高磷酸鹽血癥從而減輕血管鈣化［36］。雖然BMP-7抑制血管鈣化的具體機制尚未十分明了，但目前研究已證明其防治血管鈣化的作用是明確的，而其表達減少則是血管鈣化的一個重要原因。新近Freedman等［37］利用SNP技術對762例歐美2型糖尿病患者的BMP-7多態性進行了檢測分析，發現BMP-7與骨的礦化及血管鈣化有明顯的相關性。故推測腎藏精維持血脈通利機制之一可能與腎臟分泌BMP-7抑制血管鈣化有關。

中醫理論中腎的含義有狹義和廣義之分，中醫腎作為一個系統功能體系遠比西醫腎結構功能體系更為廣泛。本課題組致力于腎藏精研究，從腎臟本身出發尋找腎藏精的物質基礎，認為BMP-7主要在腎臟合成并進入血液而發揮作用，其多項生物學功能與腎藏象中腎的生理功能存在一定相關性，初步具備了腎中所藏之精物質基礎的潛能，值得在中醫理論指引下進行深入研究。

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【責任編輯：賀小英】

R223.1

A

1007-3213（2016）05-0736-05

10．13359/j．cnki．gzxbtcm．2016．05．027

2016-03-07

陳立（1980-），男，主治醫師；E-mail:187356205@qq.com

王小琴（1963-），女，主任醫師，教授，博士研究生導師；E-mail:wangxiao773@hotmail.com

國家自然科學基金資助項目（編號:81573907）