基于代謝組學(xué)技術(shù)探討中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展

郭 強(qiáng)，于冬冬

（1.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，遼寧 沈陽 110847；2.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，遼寧 沈陽 110032）

骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）是以骨量降低、骨密度下降、骨組織微結(jié)構(gòu)破壞為特征的全身性代謝性骨病［1］，其會導(dǎo)致骨骼變?nèi)?，增加脆性骨折風(fēng)險。老年男性和絕經(jīng)后女性是骨質(zhì)疏松癥的高發(fā)人群，據(jù)研究調(diào)查顯示，50歲以上女性在骨質(zhì)疏松癥患者中占比超過20%，60歲以上人群的骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率明顯升高［2］。服用影響骨代謝的藥物也是骨質(zhì)疏松癥的誘發(fā)因素之一［3］。許多研究表明中醫(yī)藥治療不僅可以提高骨質(zhì)疏松癥患者的骨密度和抗骨折能力，而且可以緩解其并發(fā)癥，已成為治療骨質(zhì)疏松癥安全、有效的方法之一。

代謝組學(xué)是在新陳代謝的動態(tài)過程中系統(tǒng)研究代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律，揭示機(jī)體生命活動代謝本質(zhì)的一門科學(xué)［4］。通過代謝組學(xué)檢測可獲得代謝物的成分、濃度和結(jié)構(gòu)等，通過補(bǔ)充基因、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)信息為系統(tǒng)生物研究提供更多信息［5］，其綜合、系統(tǒng)、動態(tài)等分析特性與中醫(yī)的整體、辨證、恒動等觀念極其相似［6］，為研究中醫(yī)證候、辨證施治及中醫(yī)藥整體效應(yīng)等提供新思路［7］。代謝組學(xué)作為一門新興科學(xué)在骨質(zhì)疏松癥的診斷、治療等方面發(fā)揮舉足輕重的作用，本文基于代謝組學(xué)技術(shù)在中醫(yī)藥防治OP中的研究應(yīng)用概述如下。

1 中醫(yī)對骨質(zhì)疏松癥病因病機(jī)的認(rèn)識

祖國醫(yī)學(xué)對“骨質(zhì)疏松癥”無直接明確闡述，根據(jù)其臨床癥狀可歸為“骨痹”“骨痿”“骨縮”“骨枯”等范疇［8］。其病因病機(jī)主要與腎、脾兩臟息息相關(guān)，其中腎藏精，精生髓，髓養(yǎng)骨，腎虛為主要病因；脾虛是其發(fā)病的重要因素，血瘀則為促進(jìn)因素。《素問·上古天真論》曰“女子七歲腎氣盛，齒更發(fā)長……四七筋骨堅，發(fā)長極，身體盛壯……七七任脈虛……天癸竭，地道不通，故形壞而無子”［9］，齒為腎之余，腎其華在發(fā)，腎主骨，通過描述人體不同階段身體的變化，闡明了年齡與腎氣的聯(lián)系。《素問·逆調(diào)論》曰：“腎者水也，而生于骨，腎不生，則髓不能滿，故寒甚至骨也?！蓖伙@腎虛髓虧與骨病發(fā)生發(fā)展的聯(lián)系。

脾為后天之本，氣血生化之源，腎為先天之本，人體需以后天滋養(yǎng)先天?！端貑枴り庩枒?yīng)象大論》曰：“精不足者，補(bǔ)之以味?！蹦I精賴脾運(yùn)化水谷精微的不斷補(bǔ)充得以充盛，若脾氣虧虛，則加重腎虛，終致脾腎兩虛［10］?！锻醣貑栕ⅰぞ砣吩唬骸澳I合骨，其榮發(fā)。甘益脾，勝于腎，腎不勝，故骨痛而發(fā)墮落。”脾氣虛弱則脾失運(yùn)化，水濕停滯，凝聚成痰，先天之精無以充養(yǎng)，勢必精虧髓空從而引起腎虛的發(fā)生與發(fā)展；腎虛則氣化不利、氣血失和，從而造成了骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生［11］?！鹅`樞·本藏篇》言：“經(jīng)脈流行，營復(fù)陰陽，筋骨勁強(qiáng)，關(guān)節(jié)清利?！睔庋渑妫瑫惩o阻，則關(guān)節(jié)潤滑，骨骼壯實(shí)；氣血痹阻，血瘀阻絡(luò)，骨絡(luò)失養(yǎng)則病發(fā)。

2 代謝組學(xué)技術(shù)在骨質(zhì)疏松癥的運(yùn)用

OP是一種全身性代謝性骨病，機(jī)體內(nèi)的代謝物種類及其濃度會隨著疾病的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生變化。代謝組學(xué)在骨質(zhì)疏松癥的運(yùn)用主要體現(xiàn)在闡釋其發(fā)病機(jī)制、探尋其生物標(biāo)志物等方面［12］。Aleidi等［13］通過分析OP患者與正常人血清樣品，發(fā)現(xiàn)不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acids，UFAS）的生物合成是顯著改變的代謝途徑之一。有研究表明，UFAS在刺激破骨細(xì)胞生成和骨溶解中具有重要作用，此研究中磷脂酰膽堿、鞘磷脂和棕櫚酸水平發(fā)生顯著變化，與骨密度呈負(fù)相關(guān)。這表明UFAS和某些脂類物質(zhì)與骨病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。Zhao等［14］通過代謝組學(xué)技術(shù)對骨質(zhì)疏松小鼠股骨組織進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)代謝物中，脂肪?；⒏视王；?、磷脂、鞘脂和甾醇的表達(dá)均有較強(qiáng)的變化，表明脂代謝紊亂與骨吸收和形成的失衡密切相關(guān)，這可能是OP的發(fā)病基礎(chǔ)。盡管目前仍未能夠完整地闡釋OP的發(fā)病機(jī)制，但隨著代謝組學(xué)技術(shù)在OP研究領(lǐng)域的運(yùn)用愈加成熟，人們對于其發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識也將愈加全面。

Qi等［15］運(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)對364名絕經(jīng)前后中國婦女的血清進(jìn)行代謝物水平檢測，發(fā)現(xiàn)油酸、花生四烯酸、亞油酸、11/14-二十碳二烯酸這幾種游離脂肪酸的濃度變化與骨密度的變化密切相關(guān)，與絕經(jīng)前骨質(zhì)正常婦女相比較，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥婦女的這幾種代謝物水平顯著提高（P＜0.05），其最有可能被用作絕經(jīng)后婦女患骨質(zhì)疏松癥的生物標(biāo)志物。Ma等［16］以卵巢切除骨質(zhì)疏松癥大鼠為模型，運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù)對大鼠血液進(jìn)行檢測分析，發(fā)現(xiàn)賴氨酸、花生四烯酸、支鏈氨基酸（纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸）、十二烷酸、羥脯氨酸和酮體（3-羥基丁酸）、同型半胱氨酸等潛在生物標(biāo)志物產(chǎn)生了較為明顯的改變。其中同型半胱氨酸直接刺激破骨細(xì)胞的形成和活性，可能是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥（postmenopausal osteoporosis，PMOP）的一個重要指標(biāo)，并且可能成為抗骨質(zhì)疏松治療的潛在靶點(diǎn)。以上說明OP的發(fā)生發(fā)展與脂質(zhì)、氨基酸等的代謝障礙有著密不可分的聯(lián)系，代謝組學(xué)技術(shù)能為確定以及繼續(xù)尋找新的生物標(biāo)志物提供極大幫助。

3 代謝組學(xué)技術(shù)在中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥中的應(yīng)用

3.1 在骨質(zhì)疏松癥中醫(yī)辨證的應(yīng)用 中醫(yī)證候是中醫(yī)診斷治療的關(guān)鍵因素，運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù)輔助辨析OP不同證型對其治則治法的確定具有重要意義。李肖飛等［17］運(yùn)用代謝組學(xué)研究方法對腎虛組、痰濕組、腎虛氣滯組、腎虛痰濕組、腎虛血瘀組PMOP患者分別進(jìn)行了差異代謝物分析，發(fā)現(xiàn)甲酸代謝物在各組均有明顯變化，推測其可能是PMOP較為明顯的潛在生物學(xué)標(biāo)志物。吳健雄等［18］收集證型分別為腎陽虛衰、肝腎陰虛、脾腎陽虛、氣滯血瘀的骨質(zhì)疏松癥患者共80例，抽取血液樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析，結(jié)果提示雌二醇和胰島素樣生長因子能夠作為鑒別肝腎陰虛證與氣滯血瘀證OP的生物學(xué)標(biāo)志物，其中雌二醇的減少能夠?qū)е禄钚云乒羌?xì)胞池擴(kuò)大和骨吸收增加，引起骨質(zhì)疏松。申浩等［19］通過比對骨質(zhì)疏松癥患者常見中醫(yī)證候所對應(yīng)的骨代謝標(biāo)志物表達(dá)的差異，發(fā)現(xiàn)血瘀氣滯證可能與25-羥基維生素D3表達(dá)水平存在相關(guān)性，血瘀氣滯證、腎陽虛證患者血清骨鈣素水平顯著高于肝腎陰虛證患者。利用代謝組學(xué)研究不同OP中醫(yī)證候的代謝組學(xué)變化，可促進(jìn)OP證候本質(zhì)的研究，為中醫(yī)辨證科學(xué)化和定量化提供可能性。

3.2 在中藥治療骨質(zhì)疏松癥潛在靶點(diǎn)的應(yīng)用 中藥成分的復(fù)雜性決定了其干預(yù)機(jī)體具有多靶點(diǎn)、多途徑、多層面調(diào)節(jié)的作用；代謝組學(xué)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，為挖掘中藥防治OP的潛在靶點(diǎn)及其作用機(jī)制提供了快車道。多項基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)探尋OP的用藥規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，杜仲、淫羊藿、補(bǔ)骨脂、肉蓯蓉等單味中藥為使用頻率最高的藥物［20-22］，表明運(yùn)用補(bǔ)腎藥物治療OP在臨床已廣為認(rèn)可，進(jìn)一步印證了OP腎虛為本的發(fā)病機(jī)制。通過代謝組學(xué)技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)在中藥治療前后的OP生物體內(nèi)的代謝物差異，并以此進(jìn)一步探明不同中藥的作用機(jī)制。

淫羊藿亦稱為“仙靈脾”，具有補(bǔ)腎陽、強(qiáng)筋骨、祛風(fēng)濕的功效［23］。研究表明，淫羊藿提取液能夠抑制破骨細(xì)胞，促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成，提高鈣化骨的產(chǎn)生，促進(jìn)骨形成［24］。有研究者利用核磁共振技術(shù)分析激素誘導(dǎo)的OP大鼠血清中的代謝物，發(fā)現(xiàn)淫羊藿能夠調(diào)控乳酸、檸檬酸、3-羥基丁酸、乙酸、肌酸、谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、牛磺酸和甘氨酸等代謝物水平，從而改善糖尿病性骨質(zhì)疏松癥［25］。杜仲性溫，味甘，歸肝、腎經(jīng)，有補(bǔ)肝腎、壯筋骨、安胎的功效。研究表明杜仲葉醇提取物能增加堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）的含量，提高成骨細(xì)胞活性，增加股骨重量，提高脛骨抗彎力從而防治OP［26］。王方杰等［27］通過代謝組學(xué)技術(shù)篩選出色氨酸、甘氨酸、賴氨酸、二十二碳六烯酸及葡萄糖作為杜仲治療OP的潛在生物標(biāo)記物，推斷杜仲可以通過調(diào)節(jié)氨基酸代謝、氧化應(yīng)激來緩解骨質(zhì)疏松癥的癥狀。肉蓯蓉素有“沙漠人參”之稱，為我國傳統(tǒng)中藥的上品［28］，具有補(bǔ)腎益精、潤燥滑腸的功效。吳泱等［29］通過代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)肉蓯蓉能夠改善血清堿性磷酸酶、鈣、磷的代謝水平，提高骨密度。另有研究發(fā)現(xiàn)肉蓯蓉總苯乙醇苷可能通過干預(yù)氨基酸代謝、脂肪酸代謝、磷脂代謝等起到抗骨質(zhì)疏松作用［30］。補(bǔ)骨脂具有溫腎助陽、納氣止瀉之效，有植物雌激素樣作用，可有效防治OP［31］。研究表明補(bǔ)骨脂素能夠通過改善骨密度，優(yōu)化骨質(zhì)疏松小鼠骨代謝指標(biāo)等從而降低骨折風(fēng)險［32］。Zhao等［33］對糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的OP模型大鼠尿液代謝物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)骨脂干預(yù)后有24個生物標(biāo)志物受到顯著調(diào)控，主要與糖元、絲氨酸和蘇氨酸、谷胱甘肽和嘌呤等代謝途徑相關(guān)。

3.3 在骨質(zhì)疏松癥中醫(yī)治療機(jī)制的應(yīng)用 中醫(yī)治療疾病的方式多樣，相較于單味藥物，多味中藥組成的中藥復(fù)方在臨床治療OP的運(yùn)用更為廣泛，同時其他治療方式如針刺、艾灸等的運(yùn)用也較為常見。代謝組學(xué)技術(shù)的發(fā)展成熟，為揭示OP的中醫(yī)治療機(jī)制發(fā)揮重要作用，為多種治療方式在臨床的推廣運(yùn)用提供了科學(xué)依據(jù)。張瀾川等［34］發(fā)現(xiàn)補(bǔ)腎方與補(bǔ)腎健脾方能夠改善快速老化骨質(zhì)疏松模型小鼠十二指腸和股骨組織中ALP蛋白表達(dá)，提高成骨細(xì)胞活性，促進(jìn)骨形成。張小莉等［35］利用代謝組學(xué)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)壯骨止痛方能夠提升大鼠血清骨保護(hù)素、超氧化物歧化酶的比值，降低抗酒石酸酸性磷酸酶的水平，從而實(shí)現(xiàn)防治骨質(zhì)疏松的目的。方穎琪等［36］基于代謝組學(xué)探究金天格膠囊防治骨質(zhì)疏松癥的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)金天格膠囊能夠通過調(diào)控維生素B6代謝和色氨酸代謝來發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用。劉文靜等［37］運(yùn)用代謝組學(xué)探討健骨顆粒治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的機(jī)制，篩選出硬脂酸、皮質(zhì)酮及泛酸等27個差異代謝物。研究發(fā)現(xiàn)去卵巢后大鼠體內(nèi)脂代謝、氨基酸代謝等紊亂，而健骨顆粒干預(yù)可改善其代謝情況。吳凡［38］基于代謝組學(xué)探究疏肝補(bǔ)腎方治療骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)制，確定了丙酮、脂肪酸、N-乙酰糖蛋白、乳酸為具有顯著分類意義的骨質(zhì)疏松模型的生物標(biāo)記物，可從此4個生物標(biāo)記物的變化水平來揭示藥物的治療作用。石娜等［39］通過研究發(fā)現(xiàn)穴位埋線可通過糾正激素代謝紊亂、糖脂代謝紊亂及色氨酸代謝紊亂等來干預(yù)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程，最終達(dá)到治療骨質(zhì)疏松的目的。方振偉等［40］發(fā)現(xiàn)趙氏雷火灸療法能通過提高血清骨鈣素及血清Ⅰ型前膠原羧基肽來改善OP的臨床癥狀。也有研究推測溫針灸可能通過降低絕經(jīng)后婦女高轉(zhuǎn)換骨代謝來防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥［41］。

4 討 論

骨質(zhì)疏松癥是一種病因復(fù)雜的臨床綜合征，除了與絕經(jīng)和年齡有關(guān)外，還與糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多種慢性腎臟疾病導(dǎo)致腎性骨營養(yǎng)不良等密切相關(guān)。通過研究發(fā)現(xiàn)OP的發(fā)生與多種代謝產(chǎn)物、代謝通路的異常息息相關(guān)。具有整體視角、多維度的代謝組學(xué)技術(shù)為研究OP提供有效的方法與途徑，其中在闡釋其發(fā)病機(jī)制，探尋生物標(biāo)志物以輔助診斷運(yùn)用方面較為成熟。

關(guān)于OP的治療方式，中醫(yī)以其辨證施治、用藥準(zhǔn)確、副作用小的優(yōu)點(diǎn)在臨床上的運(yùn)用愈加廣泛，但也面臨療效機(jī)制不確切，難以精準(zhǔn)化、科學(xué)化的窘境。將代謝組學(xué)技術(shù)運(yùn)用于解析中醫(yī)藥治療OP的作用機(jī)制，可為中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥的研究提供新的方向。同時，代謝組學(xué)作為一門新興科學(xué)，其在OP方面的研究運(yùn)用仍不夠成熟，如存在OP中醫(yī)證型的代謝物質(zhì)基礎(chǔ)、中藥及中藥復(fù)方的代謝組學(xué)機(jī)制研究尚少等問題。相信隨著代謝組學(xué)技術(shù)研究的不斷深入和我國中醫(yī)藥事業(yè)的不斷發(fā)展，中醫(yī)藥基于代謝組學(xué)防治骨質(zhì)疏松的研究將愈加完整成熟。