中醫“腎主骨”理論指導下“腎骨系統”的構建和價值

唐德志 趙東峰 原淳淳 舒冰 王晶,4,5 李晨光,4,5 趙永見,4,5 張偉強 王曉赟,4,5,6 程韶 趙世天 金鎮雄 楊駿杰 陶渝仁 孫康暉 王乾 盧盛,4,5 施杞,4,5* 王擁軍,4,5 *

1.上海中醫藥大學附屬龍華醫院，上海 200032

2.上海中醫藥大學脊柱病研究所，上海 200032

3.教育部筋骨理論與治法重點實驗室，上海 200032

4.石筱山傷科學術研究中心，上海 200032

5.施杞名中醫工作室，上海 200032

6.上海市針灸經絡研究所，上海200030

中醫“腎主骨”理論誕生于距今約2 000年的秦漢時期，《黃帝內經·素問篇》曰：“五臟所主…腎主骨”，即提出“腎主骨”理論，隨后經歷代中醫學家不斷發展，逐漸形成了完整的理論體系。現代醫學研究[1-2]也從一定程度上揭示了“腎主骨”理論的物質基礎和功能依據。在生理上，腎臟重吸收鈣磷、微量元素等物質，調控骨穩態中成骨細胞和破骨細胞的活性，對骨骼具有重要的調控作用，影響骨骼生、長、壯、老過程中的動態平衡[3]；在病理上，腎病累及骨骼和肌肉，即“腎病及骨”，臨床最為典型的表現就是腎功能損害導致的腎臟病-礦物質骨代謝紊亂(CKD-MBD)。因此，對中醫“腎主骨”理論進行系統科學地闡述，對于挖掘腎骨系統相關疾病的病機和豐富防治手段，尤為重要。

1 現代科學對腎的認識

目前對中醫學腎的認識存在不同的看法，但隨著系統論與系統生物學的興起，許多學者認為腎不僅僅是現代醫學解剖學的腎臟，還有其它系統、功能器官和組織的參與。因此，對中醫腎內涵的認識包括兩個不同的層面：解剖腎和功能腎(圖1)。解剖腎的主要認識是解剖學中的腎臟；而功能腎的物質基礎比較復雜，目前比較有認可度的是下丘腦-垂體-腎上腺、性腺和甲狀腺這三軸綜合狀態的體現[2-3]。因此，中醫“腎主骨”理論內涵的變化也就涉及到從單一層面到立體層面(圖2)：①腎臟對骨骼的作用；②骨骼對腎臟的作用；③腎臟-骨骼接受機體某些因素的共調控作用；④腎臟-骨骼共參與調節機體的某些生理功能的作用。這些內在聯系和生理功能可以歸納總結為解剖學腎臟和基于神經-內分泌-免疫-循環調解網絡(neuro-endocrine-immune-circulatory regulatory network,NEIC)基礎上的功能腎，并構成完整的結構與功能體系。本文將從以上四個層面解析“腎主骨”理論內涵和物質基礎，并闡述 “腎骨系統”構建的現代意義。

2 生理狀態下的腎骨調節機制

現代解剖學腎臟對骨組織的影響，首先體現在腎臟通過調控鈣(Ca)、磷(P)代謝平衡，為骨骼的生理活動提供物質基礎。其次，鈉(Na)、鎂(Mg)、鉀(K)等基本元素主要在腎臟重吸收，對骨細胞、成骨細胞和破骨細胞的生理功能發揮著調控作用。此外，腎臟還可以通過分泌骨形態發生蛋白7(BMP7)等關鍵調控蛋白，對骨骼生理功能和活性發揮調控作用。

2.1 鈣穩態

腎臟通過調節鈣的重吸收和儲存，影響骨的結構、狀態和功能。游離鈣在細胞信號傳導、激素調節和骨骼礦化中發揮多重生物活性作用[4]。當游離鈣含量降低時，腎臟感受器接收信號并傳達命令至骨，從而增加骨鈣溶解，促進骨鈣進入體循環，上調循環中游離鈣的水平[5]。腎臟重吸收鈣主要發生在腎小管，約60 %～70 %的鈣通過跨上皮電化學梯度驅動在近端小管(PT)中被重吸收[6]。腎臟重吸收鈣的能力主要受甲狀旁腺素(PTH)和1,25-二羥基維生素D[1,25(OH)2D]的調節[7]，降鈣素也參與其中以確保鈣穩態[8]，滿足機體生理活動的需求(圖3A)。

2.2 磷穩態

成人體內約有700克磷，其中85 %的磷儲存在骨骼中[9]。磷的轉運為能量依賴型轉運，需要位于腎近端小管中II型和III型磷酸鈉共轉運蛋白的協助[10]。血清磷的重吸收受多種代謝因子和激素的調節，旨在維持磷的動態平衡[11]。在分子水平上，PTH可以刺激磷酸鹽代謝物的分泌從而降低血清磷水平[12]。成纖維細胞生長因子23(FGF-23)以Klotho依賴性方式抑制磷酸鹽的重吸收減少腎臟對磷的重吸收[13-14]，還可以降低1,25(OH)2D的合成，減少腸道對磷的重吸收(圖3B)[15]。而1,25(OH)2D則會直接降低甲狀旁腺中PTH的合成和分泌[16]，以減輕PTH對血清磷酸鹽水平的下調作用。它也可以刺激骨細胞合成和分泌FGF-23。因此，有學者認為1,25(OH)2D的整體調節結果會增加血清磷酸鹽水平(圖3A)[17-18]。

2.3 BMP7

骨形態發生蛋白7 (BMP-7)主要由腎臟分泌，參與調控了骨骼分化和發育的過程，包括胚胎骨骼發育過程和出生后骨的生長[19]。BMP-7突變引起小鼠的部分軟骨和骨礦化的延遲，肋骨和椎骨的畸形發育，腎單元的減少和多囊腎[20]。BMP7 也參與了骨組織的修復和重建，BMP7的表達增強了骨髓間充質干細胞的分化能力，對骨折的愈合具有促進作用[21]。

2.4 電解質平衡

鎂與腎臟的關系十分復雜，鎂的動態平衡受腎臟重吸收功能的調節，重吸收過程包括：①激活位于Henle環路的運輸系統；②發生于遠曲小管粗支的重吸收[22]。鉀的重吸收60 %～70 %發生在腎近端小管，25 %發生在Henle袢粗升支，最終只有約10 %的過濾鉀保存到腎小管液中，到達遠端小管[23-24]，當鉀攝入量低時，遠端鉀的重吸收會相應增強[25]。對于鈉而言，只有小部分鈉(約25～500 mmoL)從腎小球中過濾，并從尿液中排出，約為過濾負荷的0.4 %。大多數的微量元素體內平衡是由腎臟的重吸收加以控制，其中多個微量元素與骨代謝和穩態密切相關[26]，如鐵、鋅、硒、銅、硅、氟和鍶等，均能夠對骨發揮重要的生理作用。見圖3A。

3 病理狀態下的腎骨調節機制

腎功能降低可以誘發骨-腎-甲狀腺軸的代謝異常，引起骨骼礦物質紊亂及一系列并發癥[27]，統稱為:腎臟病-礦物質骨代謝紊亂(CKD-MBD)。

3.1 腎功能不全導致骨的病理改變

CKD-MBD患者骨骼的病理變化在該病的不同階段均能發生[28-29]，在疾病發展中伴隨骨吸收的增強和骨生成的不斷下降[30]。CKD-MBD患者的骨形態改變有四種[31-32]：①高轉換或甲狀旁腺性骨病，也稱為纖維性骨炎癥；②混合型尿毒素性骨營養不良；③軟骨病；④非動力性骨病。高轉化骨病的主要病理改變是骨轉換速度明顯加快，但骨骼的強度并未明顯增加。混合型尿毒素性骨營養不良主要存在PTH異常引起骨礦化的缺失[33]。軟骨病和非動力骨病統稱為低轉換性骨病，主要伴發骨狀接縫，同時存在破骨細胞和成骨細胞數量的下降，非動力性骨病表現為減少的骨狀接縫和低骨量[33]。

3.2 FGF-23、PTH與CKD-MBD

FGF-23能降低鈣、磷和25(OH)D以及常見的骨生化指標和X型膠原，并引起成骨細胞、破骨細胞、骨小梁和骨基質厚度等改變[34]。FGF-23通過Klotho/FGF-23(圖3B)信號軸調控非組織依賴性堿性磷酸酶的表達[35]，通過誘導DKK1(Wnt信號通路的抑制劑)的表達直接調控骨生成[36]。軟骨病和非動力性骨病導致骨中鋁的沉積，成骨細胞與破骨細胞活性降低以及PTH的分泌減少[37]。CKD-MBD患者中，PTH升高降低了腎鈣的分泌，抑制了磷的重吸收和增加了1,25(OH)2D的表達，并導致鈣磷轉運調控子的活性和骨吸收增加[38]。PTH與表達在成骨細胞的受體結合發揮活性，導致骨礦化組織中可交換鈣、磷輸出的增加[39]，并通過核因子κ B受體活化因子配體(RANKL)誘導的破骨細胞調控的骨礦化來實現，PTH相關蛋白改變也可能是非動力性骨病的誘因[40]。

3.3 血管鈣化與CKD-MBD

高磷血癥是CKD-MBD典型并發癥。高磷通過誘導其共轉運體PiT-1和PiT-2間接促進血管平滑肌細胞外基質鈣化，進一步直接導致血管內晶體沉淀的產生[41]。伴隨著腎臟損傷的發展，尿鈣排泄的減少，導致過量的鈣質在軟組織和血管中滯留[39]。過量的鈣質改變血管平滑肌細胞功能并且影響細胞的信號傳導[42]，可能誘發動脈硬化和動脈鈣化的發生(圖3B)。當血管平滑肌細胞暴露在富含鈣質的培養基中時，細胞會隨著基質礦化而發生成骨分化[43]。

4 骨骼對腎臟的調節機制

越來越多的研究[44]表明骨骼作為一種內分泌器官通過調控電解質代謝或分泌相關因子影響其它組織包括腎臟的功能。

4.1 FGF-23

FGF-23受體Klotho蛋白主要分布于腎臟，腎臟是FGF-23發揮生理作用的主要靶器官[45]。通過激活成骨細胞和骨細胞相關的FGF-23基因轉錄可以促進FGF-23的表達。血清自發性FGF-23水平的升高疾病包括常染色體顯性低磷血癥性佝僂病、骨聲門發育不良及McCune-Albright綜合癥和其他創傷性疾病[46]。而成骨細胞、破骨細胞發育不良性疾病則可導致血清FGF-23水平降低進而誘發腫瘤樣鈣質沉著癥，該病以高磷血癥、血清1,25(OH)2D3水平升高及組織鈣化為主要表現[47-48]。CKD的臨床治療中，通過抗炎、抗血清高磷血癥和抗FGF-23抗體表達維持腎臟功能相對平衡，繼而增加1,25(OH)2D3水平和抑制PTH分泌[49]。見圖3B。

4.2 骨鈣素

循環中的骨鈣素(OC)主要包括羥化不全的OC和羥化OC，作為骨骼中的活性形式，羥化的OC與羥基磷灰石的親和力更強(圖3B)[50]。在正常情況下，OC可以調控骨礦物質沉積，最終影響骨骼的體積和形狀[51]。也有研究認為OC可以通過維生素K獨立的γ羧基酶羧化形成并進而調控成骨細胞、破骨細胞的活性[52]。在CKD病變中，羥化不全的OC生成增加。與檢測尿液中球蛋白/肌酐比例相似，臨床中通過檢測血清中羥化不全的OC/總OC比例劃分CKD的分期。因此，Gallieni M等[53]認為血清低水平OC是CKD發生發展的獨立危險因素。

4.3 瘦素

血循環瘦素(Leptin)與體脂水平呈正相關，受到膳食因素的影響[54]。隨著CKD-MBD病理過程的發展，Leptin水平逐漸升高，而其它腎臟疾病誘導的Leptin缺乏則可能導致免疫反應減弱[55]。Leptin在腎和骨組織中的具體生理、病理作用尚未完全明確，但其是目前已知的唯一通過降低OC表達、分泌、及其生物活性的OC負調控因子[56]，且OC水平與血糖、葡萄糖代謝和肥胖等因素呈現負相關[57]，因此Leptin可能通過調控OC表達，間接影響CKD的病理發展(圖3B)。此外，過量Leptin還可以促進血管平滑肌細胞向成骨細胞分化，從而導致CKD時血管鈣化[58]。

4.4 骨硬化蛋白和Dickkopf-1

骨硬化蛋白(Sclerostin)和Dickkopf-1(DKK1)兩者均為Wnt抑制劑，主要由骨骼中的骨細胞分泌(圖3B)，對骨量的維持發揮調控作用[59-60]。腎臟系統疾病能夠引起血液中Sclerostin和DKK1水平增加并引起腎功能的低下，兩者是通常認為是CKD-MBD的重要誘導因子[61]。血循環中Sclerostin和DKK1的表達水平在CKD-MBD患者中上升[62-63]，而高表達的Sclerostin能夠顯著降低CKD-MBD患者骨形成[64-66]，因此Sclerostin和DKK1可能參與CKD-MBD的病理過程[67]。除了對Wnt/β-Catenin信號通路的作用，Sclerostin還可以通過其他途徑抑制骨形成，如抑制骨形態發生蛋白的表達[68]，降低PTH誘導的骨生成[69]等。

5 腎骨系統及其與下丘腦-垂體-性腺、甲狀腺和腎上腺三軸的聯系

腎骨系統受多種神經、內分泌、免疫因子所調控，其中三種代表性神經內分泌軸，即：下丘腦-垂體-甲狀腺軸系統(HPT)[70-71]、下丘腦-垂體-性腺軸(HPG)系統[72]、下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)系統[73]。雖然HPT、HPG、HPA軸的生理功能可以部分解釋傳統醫學中“腎主骨”的理論，但是其明確的分子機制尚不清楚。

一方面，腎骨系統都可以接受機體HPT、HPG、HPA因素的調控，產生本身生理病理的改變；另一方面，腎骨系統都可通過調控特異性因子的表達，參與調節機體的某些生理功能，能量代謝是其中最重要的方面之一，亦是腎骨系統的動力之源。人體能量代謝具有致密調控和穩定長久的特點，其平衡主要與兩類調控系統相關[74]：①短期系統，即胃腸道系統攝入和消化食物，而體力活動負責消耗營養物質；②長期系統，即腦功能，內分泌系統是維持膳食、活動等能量吸收、消耗系統相對平衡的最重要器官[74]。其中，OC、Leptin和BMP-7是調控腎、骨能量代謝平衡的重要代表性物質。

臨床治療研究和基礎動物實驗證實OC可通過促進胰島素生成和提高胰島素敏感度，增加血糖和能量消耗[75]。Leptin是調控能量消耗和食物攝入的關鍵激素，主要由骨骼內脂肪細胞生成，并通過激活大腦中分布的Leptin受體發揮調控能量儲備的生理作用，尤其在CKD病人腎臟損傷發揮作用。BMP7主要在腎臟中分泌，主要調控骨骼和腎臟的生長發育。見圖4。

6 “腎骨系統”研究的臨床意義

對臨床而言，為取得更好的療效，需要對涉及腎臟和骨骼的疾病采取系統的治療手段。上海中醫藥大學“中醫腎骨表型組學”團隊通過前期國家“973”計劃項目的研究，證明了中醫“腎精”變化與神經-內分泌-免疫-循環調解網絡(NEIC)、骨髓間充質干細胞改變的趨勢一致，骨髓間充質干細胞上有NEIC網絡作用的分子基礎。自然衰老人群NEIC網絡指標穩態下降，自然衰老小鼠骨髓間充質干細胞數量減少、分化能力降低。而通過補腎填精治療，不僅可以改善患者倦怠乏力、骨骼疼痛、腰膝酸軟、畏寒肢冷、齒搖發脫、下肢抽筋、腿軟困重、夜尿頻多等“腎精虧虛”的表現，還能夠整體調節機體的NEIC網絡穩態，改善腎功能，恢復骨髓間充質干細胞中信號傳導通路的平衡，調節骨髓間充質干細胞的數量和狀態，從而達到既調腎精，又治病的綜合作用，體現了中醫“腎主骨”理論和整體觀在腎骨系統相關疾病中的應用[2]。

近年來，隨著系統論與系統生物學的興起，器官與器官相互作用的研究逐漸深入，系統性地處理人體這個復雜巨系統成為主流醫學思考的方法之一，將有助于發現繼發性疾病的潛在機制、提高早期預防和治療水平、延緩或減輕疾病，使今后的治療措施更加系統有效。在中醫“腎主骨”理論的指導下，以系統論的方法對腎骨兩個器官進行探索，部分揭示了“腎主骨”理論的科學內涵，并從分子機制驗證了腎骨系統的科學內涵，對臨床治療腎骨系統相關疾病具有重要的指導價值。理論上，用系統論的方法進行中醫藥研究更符合中醫整體觀、系統觀的本質特點，為中醫的現代化研究提供了參考，使東方的古老智慧迸發出現代光芒。