中醫藥基于骨髓脂肪組織能量代謝防治絕經后骨質疏松癥機制探討*

郭 晛，任艷玲

遼寧中醫藥大學，遼寧 沈陽 110847

脂肪組織是參與調控全身能量代謝的重要器官，骨髓中亦有脂肪組織。既往對絕經后骨質疏松癥（postmenopausal osteoporosis，PMOP）防治機制的研究多著眼于成骨細胞、破骨細胞及骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）。而骨髓脂肪組織（bone marrow adipose tissue，MAT）與骨代謝和能量代謝密切相關。近年來，對中醫藥干預脂肪能量代謝作用機制的研究在各種內分泌疾病中已初步開展，但在PMOP 中較少涉及。故現從MAT 能量代謝出發探討中醫藥防治PMOP的機制，為臨床治療PMOP提供新的思路與方法。

1 脂肪組織、MAT與能量代謝

1.1 脂肪組織與能量代謝人體脂肪組織包括白色脂肪組織（white adipose tissue，WAT）和棕色脂肪組織（brown adipose tissue，BAT），兩者均參與機體能量代謝。WAT 中含有少量細胞質和線粒體，產熱能力低，主要功能是將多余的能量以脂肪形式貯存起來，脂質合成、脂肪酸酯化等過程都依賴于線粒體［1］。而BAT中含有較多線粒體，主要功能是通過非戰栗性產熱來維持體溫恒定［2］。非戰栗性產熱又稱代謝性產熱，是依靠提高代謝率來增加產熱的一種方式。BAT 中線粒體內膜表達解耦聯蛋白1（uncoupling protein-1，UCP-1），其作用是使線粒體的氧化呼吸鏈解藕聯，即呼吸作用與氧化磷酸化作用解藕聯，從而阻礙ATP 生成，使化學勢能以熱能的形式釋放［3］。

與此同時，脂肪組織增多也會影響能量代謝。例如肥胖，不僅抑制脂肪組織線粒體的生物合成，還能使線粒體自噬增加［4］。過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α（eroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator 1α，PGC-1α）及 核 呼 吸 因 子（nuclear respiratory factors，NRF）是參與線粒體生物合成的重要核基因編碼轉錄因子。二者在高脂喂養超重大鼠的脂肪組織中表達降低［5］。肥胖還可通過下調白色脂肪細胞中線粒體DNA數量和核基因編碼轉錄因子表達水平來抑制線粒體蛋白質轉錄，從而抑制線粒體生物合成［6］。線粒體自噬是一種選擇性清除功能失調或受損線粒體的自噬過程，在調節細胞內線粒體數量、保障線粒體功能正常和維持細胞內環境穩態等方面發揮作用。肥胖患者白色脂肪細胞中功能失調或受損的線粒體增加可明顯增強自噬［7］。有研究發現，敲除小鼠脂肪細胞中自噬相關基因Atg7可抑制白色脂肪細胞自噬，減少白色脂肪細胞質量，并伴隨棕色脂肪細胞擴張［8］。

1.2 MAT 與能量代謝MAT 由脂肪細胞在骨髓腔內聚集形成，MAT通過分泌相關因子調節成骨細胞與破骨細胞的分化及其功能，并參與機體能量代謝。MAT 與WAT 和BAT 相比，既有相似之處又有一定差別。在發現初期，MAT被認為與BAT相似，因其可表達與BAT類似的特異性基因標志，如PGC-1α，但其表達水平低于BAT［9］。MAT 亦可表達與WAT 類似的因子，如脂聯素、瘦素、脂肪酸結合蛋白4（fatty acid-binding protein 4，FABP4）與CCAAT增強子結合蛋白（CCAAT/enhancer-binding protein，C/EBP）。但與WAT 相比，前三者表達水平降低，后者表達水平增高。另外，MAT 中單不飽和脂肪酸含量低于皮下脂肪組織［10］，說明骨髓脂肪細胞與白色脂肪細胞在組成成分方面存在差異。

骨髓脂肪細胞主要由BMSCs 分化生成。研究表明，BMSCs 分化時依賴線粒體氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）獲取能量［11-12］。在BMSCs 成脂分化過程中，線粒體數量、線粒體轉錄因子A（mitochondria transcription factor A，TFAM）、PGC-1α、解偶聯蛋白1 和2、OXPHOS 復合物及耗氧率均增加，但ATP 含量下降［13-14］。說明在BMSCs 向脂肪細胞分化過程中，線粒體氧化代謝增強。在骨髓來源的人間充質干細胞（human mesenchymal stem cells，hMSCs）成脂分化過程中，通過創造低氧環境、敲減TFAM等方法抑制減弱線粒體氧化代謝，導致hMSCs 成脂分化被抑制［13］。以上結果表明，線粒體功能增強是MSCs 成脂分化的基本條件。因此，通過干預MSCs 能量代謝可能改變其向骨髓脂肪細胞分化。

2 脂肪組織能量代謝與中醫學陰陽理論

陰陽學說是中醫理論的重要組成部分。張景岳云：“陽動而陰散，故化氣；陰靜而凝，故成形”。中醫學認為：陽主動，具有溫煦、推動、發散的作用，凡物質在其作用之下表現為無形的、肉眼不見的彌漫狀態，皆屬“陽化氣”特性；陰主靜，具有涼潤、凝滯、收斂作用，凡物質在其作用下表現為有形的、肉眼可見的聚集狀態，皆屬“陰成形”特性。“陽化氣”著重于人體生命活動，是物質從“有形”向“無形”的轉化過程；“陰成形”則突出在人的形體變化，是物質從“無形”向“有形”轉化過程。

能量代謝包括同化作用和異化作用。同化作用又稱合成代謝，是利用能量形成物質過程。在該過程中，ATP 及產熱減少，物質儲存增多，血肉筋骨等有形成分增多。在營養充足、能量過剩時，脂肪酸被酯化為甘油三酯（triglyceride，TG）儲存在WAT 中，ATP 也轉移到WAT 中。在這個過程中，線粒體中的丙酮酸羧化酶參與合成3-磷酸甘油，而丙酮酸在線粒體內氧化脫羧為乙酰輔酶A，為脂質合成提供關鍵中間產物，促進脂肪酸和TG合成［15］。WAT 主要分布于皮下組織和內臟周圍，其過度積累形成肥胖。可見，這是一個從“無形”向“有形”轉化的過程。異化作用又稱分解代謝，是消耗物質釋放能量過程。在該過程中，ATP 及產熱增加，物質儲存減少，血肉筋骨等有形成分減少。在營養匱乏、能量不足時，儲存在WAT中的TG會進行脂肪動員，在脂肪酶作用下分解為游離脂肪酸和甘油，進而生成乙酰輔酶A 氧化供能，以用作細胞能量來源。同時，棕色脂肪細胞中的線粒體可通過調節脂肪酸氧化使脂質保持動態平衡，有助于機體抵抗能量攝入過多引起的脂肪堆積，從而抑制肥胖發生［2］。但由于肥胖患者棕色脂肪細胞線粒體功能障礙，導致脂肪酸氧化和能量消耗減少，從而促進異位脂質積累［16］。可見，這是一個從“有形”向“無形”轉化的過程。

因此，在脂質代謝范圍內，WAT屬陰，BAT屬陽；WAT 的功能屬“陰成形”，BAT 的功能屬“陽化氣”；WAT 形成的過程屬“陰成形”，WAT 分解的過程屬“陽化氣”。故中醫學陰陽理論與脂肪組織能量代謝之間有密切聯系，因此通過調整陰陽可能會改變它們的能量代謝。

3 中醫藥干預脂肪組織能量代謝的機制研究

目前可見到中藥或中藥提取物通過干預能量來調節脂肪代謝的研究報道，但多數研究是對非酒精性脂肪肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的防治，且主要集中在PGC-1α信號通路、PPAR信號通路和AMPK信號通路方面。

PGC-1α是機體能量代謝的關鍵調節因子［17］，主要在骨骼肌、心臟、肝臟、腎臟和BAT 等線粒體分布豐富的組織中表達。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。PGC-1α在與NRF-1 結合后能將其轉錄激活，同時轉錄激活TFAM表達，進而調節線粒體轉錄［18］。TFAM是參與線粒體DNA 轉錄激活的重要因子，但TFAM的近端啟動子高度依賴NRF-1結合。TFAM表達水平下降，直接抑制線粒體DNA 的轉錄及增殖過程［19］。辛溫通陽中藥蔥白提取物可通過提高PGC-1α表達，促進NRF-1、TFAM 表達，從而促進肝線粒體生物合成，改善NAFLD肝脂肪變性［20］。

過氧化物酶體增殖劑激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR）是調節機體能量代謝的關鍵因子，在肝細胞中大量表達。PPAR 能增強與脂質代謝有關的酶和蛋白轉錄，進而提高肝臟氧化脂肪酸能力［21］。同時，PGC-1α是PPAR 的輔激活因子。在敲除PGC-1α小鼠實驗中可觀察到脂肪酸氧化基因表達下調，肝細胞中脂肪酸氧化速率降低，線粒體呼吸率降低［22］。何首烏、三七提取物可降低非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）大鼠血清、肝臟脂質合成與聚積，與模型組相比，中藥組PPARαmRNA 和PGC-1αmRNA 表達增多，從而調節肝臟脂質代謝，使細胞內脂質合成減少，達到防治NASH的目的［23］。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是參與糖脂代謝不可缺少的蛋白激酶［24］，廣泛分布于肝臟、脂肪、骨骼肌等能量代謝旺盛組織，被稱為“細胞能量平衡的感受器”。真核生物通過AMPK 復合體可快速有效感受細胞內ATP 水平變化來調節能量代謝［25］。AMPK 在促進線粒體生物合成和調節線粒體自噬中占重要地位。

在應激情況下，AMPK 可激活PGC-1α，PGC-1α與PPARγ或雌激素相關受體的相互作用可促進線粒體生物合成［25］。當線粒體受損、ATP下降時，AMPK同樣被激活，核心因子線粒體分裂因子（mitochondrial fission factor，MFF）的磷酸化可促進受損線粒體分離，并通過線粒體自噬清除受損部分［25］。同時。AMPK 亦是細胞內調節脂肪代謝的關鍵分子［26］。有研究表示，AMPK 通過抑制肝臟中脂肪生成、增加肝臟中脂肪酸氧化和促進脂肪組織中線粒體功能完整性3種途徑來防治NAFLD［27］。乙酰輔酶A 羧化酶（acetylcoa carboxylase，ACC）是脂肪酸合成過程中的關鍵酶，也是AMPK 的靶蛋白之一。ACC 是丙二酸單酰輔酶A 合成過程中的限速酶，后者既是脂肪酸合成的前體，可通過抑制肉堿棕櫚酰轉移酶-1 的活性阻止長鏈脂酰輔酶A 進入線粒體，最終抑制線粒體脂肪酸氧化［28］。葛根素能增加AMPK、PPARα表達，降低脂肪酸合酶轉錄活性，從而抑制肝臟脂肪合成［29］。祛濕化瘀方（茵陳、虎杖、田基黃、姜黃、生梔子）可使肝組織TG、游離脂肪酸含量降低，并升高肝組織AMPK、ACC 蛋白磷酸化水平，從而改善高脂飲食誘導的大鼠肝臟脂肪代謝［30］。

4 展望

中醫學無PMOP 病名，但根據其臨床表現，該病屬“骨痿”“骨痹”“骨枯”等范疇。中醫學認為“腎主骨，藏精生髓，精傷則骨痿”。女性由于衰老，腎精逐漸虧虛，以致筋骨失養，發生骨痿。現代醫學認為，由于絕經后雌激素水平降低，破骨細胞主導的骨吸收大于成骨細胞主導的骨形成，造成骨量丟失，是形成PMOP 的主要原因，這與中醫學對本病的認識不謀而合。同時，中醫學認為五臟皆有陰陽，故腎精蘊含陰精、陽精，即腎陰、腎陽。陰陽失調是各種疾病的基本病理變化，腎陰、腎陽在生理上相互制約、彼此依存，若某一方出現偏盛或偏衰，就會發生病變。因此骨痿發生的病因以腎精虧虛，陰陽失衡為主，故中醫學對骨痿的治法多從補益腎精、調整陰陽出發。

左、右歸丸是目前臨床治療PMOP 的兩個常用方劑。兩方均有益精填髓功效，其中左歸丸為壯水之劑，右歸丸為益火之劑。本課題組前期研究發現，補陰方左歸丸與補陽方右歸丸及其拆方均能抑制BMSCs 的成脂分化，且右歸丸的作用優于左歸丸［31］。目前雖無報道能證實中醫藥可通過干預MAT 的能量代謝，但有研究證實中藥可干預骨髓能量代謝防治骨質疏松。補腎健脾化瘀方（淫羊藿、鹿角膠、龜板膠、骨碎補、生地黃、山藥、水蛭）可能通過提高骨髓組織中PGC-1α mRNA 表達，降低雌激素受體相關受體（estrogen-related receptor，ERR）mRNA 表達，從而提高去勢大鼠骨密度［32］。因此，通過應用補陽藥或補陰藥干預MAT的能量代謝，可能是防治PMOP的新靶點。