中醫藥基于陰陽理論干預能量代謝防治絕經后骨質疏松癥的機制研究＊

郭 晛，任艷玲

（遼寧中醫藥大學中醫學院 沈陽 110847）

骨質疏松癥（osteoporosis，OP）是常見骨骼疾病，以骨量減少、骨組織微結構破壞、骨強度下降和易發生骨折為主要特征[1.2]。據美國國立骨質疏松癥基金會統計顯示，美國有1020萬OP患者，每年發生骨質疏松性骨折的患者超過200萬，其中女性占70%[3]。我國40-49 歲女性OP 的患病率為4.3%，而50 歲以上女性OP的患病率則達到32.1%，且好發于絕經后5-10年[1]。因此，絕經后骨質疏松癥（postmenopausal osteoporosis，PMOP）已成為中老年女性不可忽視的健康問題。能量代謝指的是在物質代謝過程中伴隨的能量釋放、轉移、儲存和利用。人的各種生理活動伴隨著能量代謝，同樣疾病的發生、發展也伴隨著能量代謝。而中醫學認為，疾病的發生的根本原因是陰陽失調。故越來越多的學者應用傳統中醫學中“陰陽互濟”“陰陽變易”等思維闡述人體的生理功能和病理變化，從更深的層次和更高的水平歸納機能活動、組織結構及其內穩態的相互關系[4]。女性絕經后雌激素分泌減少，似中醫學所述“陰精不足”，因此PMOP、能量代謝、陰陽失衡三者之間可能有密切的聯系。故本文旨在探討中醫藥基于陰陽理論干預能量代謝防治絕經后骨質疏松癥的機制，為本課題的研究奠定理論基礎。

1 能量代謝與骨質疏松癥

骨量的維持主要依靠骨重建，骨重建包含骨吸收和骨形成。骨吸收主要由破骨細胞參與，而骨形成主要由成骨細胞參與。絕經后由于卵巢功能衰退、雌激素水平下降，導致破骨細胞功能亢進，成骨細胞活性減弱，骨吸收多于骨形成，從而造成骨量丟失。說到能量代謝，就不得不提到一個細胞器——線粒體。成骨細胞和破骨細胞若要實現各種生物學行為，必然會伴隨能量代謝。

骨形成由成骨細胞主導。成骨細胞（osteoblast，OB）具有高代謝活性。有研究表明，體外培養的成骨細胞，其分化過程伴隨著細胞內ATP 生成、能量代謝及線粒體膜電位的變化。成熟成骨細胞的ATP 生成量和線粒體膜電位均高于未成熟的成骨細胞[5]。與此同時，在骨基質合成、分泌和礦化的每一個過程中，均需要大量的能量供給[6]。骨吸收由破骨細胞主導。破骨細胞（osteoclast，OC）是一種多核巨細胞，是目前已知唯一具有骨吸收能力的細胞。質子泵，又稱H+-ATP酶，在骨吸收的過程中起關鍵作用。H+-ATP酶能夠水解ATP 產生能量，并促進H+逆濃度梯度跨膜傳輸。在骨吸收時，破骨細胞不斷將H+-ATP 酶從胞漿貯存池轉運到刷狀膜處[7]。因此，ATP 水平、細胞線粒體膜電勢均夠影響破骨細胞的活性及凋亡。有研究表明，成熟破骨細胞中的ATP 水平低于破骨細胞前體細胞，而且ATP 水平越低、膜電勢越高，破骨細胞越易凋亡，同時ATP 還可通過調控細胞骨架結構影響破骨細胞的分化和功能[8]。由此可見，骨形成與骨吸收的過程均伴隨能量代謝。

參與骨重建且與能量代謝相關的信號途徑主要包括 PI3k/Akt 通路、MAPK 通路、Wnt/β-catenin 通路、NF-κB 通路等，其中 MAPK 通路又包括 JNK、p38、ERK5 和 ERK1/2 四種通路。PI3K/Akt、ERK5、Wnt/βcatenin 通路主要表現為促進成骨細胞的分化增殖或抑制其凋亡[9]；JNK、NF-κB 通路則主要表現為抑制成骨細胞的分化增殖，或加速其凋亡，從而抑制骨形成[9]。至于p38 通路，多數學者的研究顯示，該通路的激活可促進小鼠胚胎成骨前體細胞（MC3T3-E1）的增殖和分化[10]；但部分學者的研究顯示，p38 通路能夠誘導成骨細胞凋亡[11]，抑制該通路可以提高成骨細胞的活性，進而抑制成骨細胞的凋亡[12]。Wnt/β-catenin 通路亦能抑制破骨細胞分化和活性[13]，但其促進成骨細胞增殖的作用較強。ERK1/2 通路對于成骨細胞凋亡的調控機制尚不明確。AMPK 作為Wnt/β-catenin、ERK等通路的上游，受到頗多關注；同時PGC-1α亦是近年研究的熱點。故作者所在課題組目前致力于AMPK通路和PGC-1α通路的研究。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是蛋白激酶鏈中的關鍵一員，被稱為真核細胞的“能量感受器”。AMPK既能夠感應細胞能量代謝變化，又可通過多種途徑調節ATP 產生與消耗之間的平衡[14]。有學者指出，AMPK 被激活后，通過調控不同的下游因子，既能調節成骨細胞分化和骨形成，又能調節破骨細胞分化和骨吸收[15]，是骨代謝的重要通路。二甲雙胍作為AMPK 經典激動劑，可阻斷線粒體呼吸鏈復合體I 的傳遞，通過抑制細胞的氧化磷酸化來激活AMPK[16]。 有研究顯示，AMPK 通路的激活可促進MC3T3-E1 的增殖、分化和礦化[17]；激活的AMPK 可通過BMP-2/Smad信號促進成骨分化[18]，使其堿性磷酸酶活性增強，Ⅰ型膠原酶合成增多，骨鈣素表達升高，并上調成骨細胞特異性轉錄因子Runx2 的表達[19]。亦有多位學者證實，AMPK 通路的激活可促進骨髓、脂肪和肌肉等間充質干細胞的成骨分化，而AMPK 通路被阻斷后，成骨分化受到抑制[20.21]。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是AMPK 下游的重要信號分子，有研究發現AMPK 與mTOR 的活性調節有關[22]，AMPK/mTOR通路同時調控骨形成和骨吸收[23.24]。

過氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔助活化因子-1α （Peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α，PGC-1α）是機體能量代謝的關鍵調節因子，主要在心臟、肝臟、骨骼肌等線粒體分布豐富的組織中表達[25]。PGC-1α 是調節線粒體生物合成的關鍵因子，可增強線粒體的生物活性。在骨代謝中，PGC-1α 既能促進成骨細胞的增殖和分化分化，又能抑制破骨細胞的生成[26]。骨細胞是由骨髓間充質干細胞分化而成的。研究證實，PGC-1α 在Wnt 通路中可通過ERK 和p38 MAPK 途徑使表達上調[27]，從而促進骨髓間充質干細胞的成骨分化。同時有研究表明，ERRα 與 PGC-1α 的結合在 Wnt 通路的亦能調節成骨細胞分化。在PGC-1α/ERRα信號激活后，Runx2的表達上調，可促進成骨細胞的分化，使骨組織的形成增加[28]。另有研究顯示，小鼠體內骨骼干細胞中的PGC-1α可通過調控骨髓局部炎癥微環境，對周圍破骨細胞產生旁分泌作用，間接引起破骨細胞的改變[29]。在PGC-1α 基因敲除小鼠體內，皮質骨上破骨細胞的面積和數量增加，骨轉換標志物I 型膠原蛋白的C 端肽（CTX-I）的水平升高；同時，小鼠骨髓中RANKL 水平升高，RANKL/骨保護素（osteoprotegerin，OPG）比值升高[30]。

2 中醫學陰陽理論與能量代謝

陰陽學說是中醫理論體系的重要組成部分。《素問·陰陽應象大論》曰：“陽化氣，陰成形”。明·張景岳《類經》注釋云：“陽動而陰散，故化氣；陰靜而凝，故成形。”明·李中梓《內經知要》云：“陽無形，故化氣；陰有質，故成形。”清·張志聰亦在《黃帝內經素問集注》曰：“陽化萬物之氣，而吾人之氣由陽化之；陰成萬物之形，而吾人之形由陰成之。”現代亦有諸多學者在前人的基礎之上進一步加以闡釋。《黃帝內經素問校釋》[31]：“陽的運動，可以化生清氣和能量；陰的凝聚，可以構成有形的物質。”《黃帝內經素問白話解》[32]：“陽易動散，故能化氣；陰易凝斂，故能成形。”《黃帝內經素問譯釋》[33]：“陽能化生力量，陰能構成形體。”《黃帝內經素問校注語譯》[34]：“陽可以化生出功能，陰可以構成有形的物質。”

由此可見，“陽化氣”著重于人體的生命活動，“陰成形”則突出在人的形體變化。陽氣溫煦，是化氣的動力，可以把外界攝入的物質或者機體的物質化為無形之氣，以此來推動人體的功能；而陰氣柔靜，是有形的物質基礎，可以把外界攝入的物質或者自身的無形之氣化為有形之物，以此來生成人體的形質。中醫學認為構成人體生命的基礎物質有氣、血、津、液等。相對來說，氣屬陽，而血、津、液屬陰。在氣的推動、激發作用之下，人體表現出精力旺盛，動作迅速，反應敏捷；在血、津、液的濡養、滋潤作用之下，骨骼逐漸強健，身形逐漸高壯，皮肉逐漸堅韌豐滿。反之，氣、血、津、液虧虛，人常表現出精力不足，動作緩慢，反應遲鈍；骨骼逐漸疏松，身形逐漸萎縮，皮肉逐漸松弛消瘦。

能量代謝包括分解代謝與合成代謝。分解代謝是消耗物質、釋放能量的過程。在這個過程中，ATP及產熱均增加，物質儲存減少，故機體表現出活動、興奮、亢進等特點。合成代謝是利用能量、形成物質的過程。在這個過程中，ATP及產熱均減少，ATP等化學能轉移到糖和脂肪等化合物中，故機體表現出停滯、低沉、抑制等特點。因此，分解代謝是將有形物質轉變為能量的過程，猶如“陽化氣”；這是一個“有形”向“無形”轉化的過程，以此保證臟腑功能；合成代謝是將能量轉變為有形物質的過程，猶如“陰成形”，這是一個“無形”向“有形”轉化的過程，以此充養身體形質。

在骨代謝的過程中同樣存在“陰”與“陽”。成骨細胞的作用是促進骨基質的合成、分泌和礦化，在這個過程中，骨肉等有形成分增多，能量轉變為有形物質。破骨細胞的作用是促進骨基質的降解、吸收，在這個過程中，骨肉等有形成分減少，有形物質轉變成能量。依據中醫學陰陽理論，在骨重建范圍內，破骨細胞為陽，成骨細胞為陰；骨吸收的過程為“陽化氣”，骨形成的過程為“陰成形”[35]。故中醫學陰陽理論與能量代謝之間有密切的聯系，因此通過調整陰陽可能會改變成骨細胞或破骨細胞的能量代謝，達到促進骨形成或抑制骨吸收的目的。

3 中醫藥調控能量代謝防治骨質疏松癥

目前，也可見到中醫藥通過干預能量防治骨質疏松癥的研究報道。楊柳等[36]運用補陽藥淫羊藿觀察其對成骨細胞及破骨細胞影響發現，淫羊藿可以促進破骨細胞的凋亡，其作用途徑是提高破骨細胞線粒體膜電勢，并降低細胞間ATP。Zhang D 等[37]亦通過研究表明，淫羊藿能促進破骨細胞凋亡，其作用機制可能是通過線粒體途徑干擾細胞周期，達到抑制破骨細胞增殖和分化的效果，從而改變破骨細胞骨吸收活性。朱芳兵等[38]發現補陽藥仙茅的主要生物活性成分仙茅苷能提高成骨細胞的線粒體膜電位水平，促進成骨細胞增值和分化。由此可以看出，補陽藥可以改變破骨細胞和成骨細胞的能量代謝。

與此同時，本課題組前期研究顯示，左、右歸丸可調控AMPK/mTOR 通路，既能促進PMOP 大鼠的骨形成[23]，又能抑制其骨吸收[24]。另外也有某些中藥活性成分可通過AMPK 通路來防治骨質疏松癥[15]。例如人參皂苷Rd，能夠激活AMPK/BMP-2 通路以促進MC3T3-E1 的成骨分化和礦化；葛根、雞血藤、黃芪和當歸所含芒柄花黃素，通過激活AMPK/β-catenin 通路減少脂肪形成，改善高脂飲食誘導小鼠的肥胖和骨丟失。土甘草中的高山異黃酮，通過激活AMPK/NOX-2通路抑制活性氧產生，從而緩解糖皮質激素誘導的骨細胞凋亡。綠茶中所含兒茶素沒食子酸酯可以激活AMPK 通路來抑制骨吸收，從而減少PMOP 模型大鼠骨丟失。此外，虎杖、桑椹等所含白藜蘆醇，可能通過激活AMPK/mTOR 通路抑制內源性活性氧的產生，從而促進衰老骨髓間充質干細胞的成骨分化。另外，常用補腎中藥杜仲、續斷、淫羊藿、補骨脂、骨碎補中的活性成分，均可通過調控Wnt/β-catenin 通路促進骨形成[39]，但是否同時激活AMPK通路尚待研究。

陳艷婷等[40]研究發現補腎壯骨顆粒（由鹿角膠、龜板膠、淫羊藿、骨碎補、生地、山藥、水蛭組成）能使PMOP 大鼠的骨密度提高，其機制可能與上調血清中PGC-1α 的水平以及骨髓組織中 PGC-1α mRNA 的表達有關。姚若愚[41]等運用自擬溫陽補腎湯（由熟地黃、淫羊藿、補骨脂、杜仲、續斷、骨碎補、黃芪、當歸等組成）治療骨質疏松骨折，發現恢復期患者骨密度提高的同時，血清中PGC-1α表達亦升高，提示中藥在亦可能在PGC-1α 通路中發揮作用。

由此可見，中藥或中藥提取物從干預能量代謝途徑對于防治骨質疏松癥具有積極的意義。

4 展望

中醫學雖無“絕經后骨質疏松癥”這一病名，但根據其臨床表現特征，本病屬于“骨痿”“骨痹”“骨枯”等范疇。中醫學認為該病的發生和腎有密切的關系。《素問》曰：“腎生骨髓……在體為骨”；“腎主身之骨髓……骨枯而髓減，發為骨痿”。由此可見，骨痿的發生與腎藏精生髓的功能密切相關。腎精充盛則骨強，腎精虧虛則骨痿。“女子七七，任脈虛，太沖脈衰少，天癸竭，地道不通”。天癸竭即說明腎中精氣大衰，腎精大衰可致骨髓失養，發生骨痿。這與現代醫學對本病的認知不謀而合。同時，中醫學認為五臟皆有陰陽，故腎精可分為陰精、陽精，即腎陰、腎陽，兩者皆以腎的精氣作為物質基礎；陰陽偏盛偏衰是各種疾病最基本的病理變化。腎陰、腎陽在生理上相互依存、彼此制約，保持著動態平衡，共同維護腎臟的功能；這種平衡被打破，某一方出現偏盛或偏衰，導致腎的功能失調，就會發生病變。絕經后骨質疏松癥中醫藥診療指南（2019 年版）已將本病的常見證型簡化為脾腎陽虛證、肝腎陰虛證、腎虛血瘀證三種[1]。康劍等[42]對南昌市500 例PMOP 患者的中醫證型分布情況統計顯示，腎虛血瘀型占比最大（34.20%），其次為肝腎虧虛型（22.00%），再次為腎陽虛型（12.40%）和腎陰虛型（9.60%）。但無論何種證型，最終的轉歸都是陰陽俱虛。因此骨痿的發生亦伴隨著腎陰陽失衡，故中醫學對骨痿的治法多從補益腎精、調整陰陽出發[43]。左歸丸、右歸丸是臨床治療PMOP 的常用方劑。兩方皆能益精填髓，但左歸丸偏于滋補腎陰，而右歸丸偏于溫補腎陽。作者所在本課題組前期研究顯示，左、右歸丸均有促進骨形成、抑制骨吸收的作用，并且左歸丸作用更佳[23.24.44]。

目前從中醫學陰陽理論探討中醫藥干預PMOP能量代謝作用機制的研究甚少，但已有實驗證實陽虛或陰虛與肝臟、腎臟、心肌、腦組織細胞的能量代謝有密切關系。盧德趙等[45]利用激素型腎陽虛動物模型，研究肝細胞線粒體蛋白質組與能量代謝的關系。通過實驗發現，二氫硫辛酰胺脫氫酶在線粒體能量代謝中起重要作用，其表達量降低是腎陽虛動物細胞內糖代謝異常的主要原因，進而導致三羧酸循環障礙。齊敏瑞等[46]通過動物模型發現，腎陽虛小鼠腎上腺超微結構發生變化。與正常小鼠相比，腎陽虛組不僅線粒體數量顯著減少，甚至出現部分線粒體腫脹變形，粗面內質網變少，滑面內質網顯著擴張等。尹德輝等[47]亦使用造模方法檢測大鼠心肌和腦組織的線粒體DNA，發現模型組的線粒體DNA 缺失率明顯高于老年對照組和青年對照組。該研究結果可能提示線粒體DNA的氧化損傷是脾陰虛衰老的原因之一。由此我們能夠看出，陽虛或陰虛可使線粒體的結構或功能發生異常，從而影響能量的代謝。而趙新永[48]等發現左歸丸不僅能提高衰老小鼠卵母細胞內ATP 含量，還能提高線粒體的數量和膜電位，同時上調PGC-1α 蛋白的表達量。說明調整陰陽對能量代謝可能具有重要意義。

本文基于中醫學陰陽理論分析能量代謝，總結中醫藥通過能量代謝途徑防治骨質疏松癥的研究進展，為推動本課題的開展提供可靠的科學依據。線粒體作為細胞內能量代謝的主要場所，在PMOP 的發病機制中占據重要地位。通過應用補陽藥或補陰藥，改善成骨細胞或破骨細胞線粒體能量代謝，可能是防治絕經后骨質疏松癥新的突破點。