中醫(yī)“腎主骨”理論指導(dǎo)下“腎骨系統(tǒng)”的構(gòu)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(qiáng) 王曉赟,4,5,6 程韶 趙世天 金鎮(zhèn)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(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院，上海 200032

2.上海中醫(yī)藥大學(xué)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(xué)術(shù)研究中心，上海 200032

5.施杞名中醫(yī)工作室，上海 200032

6.上海市針灸經(jīng)絡(luò)研究所，上海200030

中醫(yī)“腎主骨”理論誕生于距今約2 000年的秦漢時期，《黃帝內(nèi)經(jīng)·素問篇》曰：“五臟所主…腎主骨”，即提出“腎主骨”理論，隨后經(jīng)歷代中醫(yī)學(xué)家不斷發(fā)展，逐漸形成了完整的理論體系?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究[1-2]也從一定程度上揭示了“腎主骨”理論的物質(zhì)基礎(chǔ)和功能依據(jù)。在生理上，腎臟重吸收鈣磷、微量元素等物質(zhì)，調(diào)控骨穩(wěn)態(tài)中成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的活性，對骨骼具有重要的調(diào)控作用，影響骨骼生、長、壯、老過程中的動態(tài)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(xiàn)就是腎功能損害導(dǎo)致的腎臟病-礦物質(zhì)骨代謝紊亂(CKD-MBD)。因此，對中醫(yī)“腎主骨”理論進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)地闡述，對于挖掘腎骨系統(tǒng)相關(guān)疾病的病機(jī)和豐富防治手段，尤為重要。

1 現(xiàn)代科學(xué)對腎的認(rèn)識

目前對中醫(yī)學(xué)腎的認(rèn)識存在不同的看法，但隨著系統(tǒng)論與系統(tǒng)生物學(xué)的興起，許多學(xué)者認(rèn)為腎不僅僅是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)解剖學(xué)的腎臟，還有其它系統(tǒng)、功能器官和組織的參與。因此，對中醫(yī)腎內(nèi)涵的認(rèn)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(rèn)識是解剖學(xué)中的腎臟；而功能腎的物質(zhì)基礎(chǔ)比較復(fù)雜，目前比較有認(rèn)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(tài)的體現(xiàn)[2-3]。因此，中醫(yī)“腎主骨”理論內(nèi)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(jī)體某些因素的共調(diào)控作用；④腎臟-骨骼共參與調(diào)節(jié)機(jī)體的某些生理功能的作用。這些內(nèi)在聯(lián)系和生理功能可以歸納總結(jié)為解剖學(xué)腎臟和基于神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫-循環(huán)調(diào)解網(wǎng)絡(luò)(neuro-endocrine-immune-circulatory regulatory network,NEIC)基礎(chǔ)上的功能腎，并構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)與功能體系。本文將從以上四個層面解析“腎主骨”理論內(nèi)涵和物質(zhì)基礎(chǔ)，并闡述 “腎骨系統(tǒng)”構(gòu)建的現(xiàn)代意義。

2 生理狀態(tài)下的腎骨調(diào)節(jié)機(jī)制

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

2.1 鈣穩(wěn)態(tài)

腎臟通過調(diào)節(jié)鈣的重吸收和儲存，影響骨的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和功能。游離鈣在細(xì)胞信號傳導(dǎo)、激素調(diào)節(jié)和骨骼礦化中發(fā)揮多重生物活性作用[4]。當(dāng)游離鈣含量降低時，腎臟感受器接收信號并傳達(dá)命令至骨，從而增加骨鈣溶解，促進(jìn)骨鈣進(jìn)入體循環(huán)，上調(diào)循環(huán)中游離鈣的水平[5]。腎臟重吸收鈣主要發(fā)生在腎小管，約60 %～70 %的鈣通過跨上皮電化學(xué)梯度驅(qū)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(diào)節(jié)[7]，降鈣素也參與其中以確保鈣穩(wěn)態(tài)[8]，滿足機(jī)體生理活動的需求(圖3A)。

2.2 磷穩(wěn)態(tài)

成人體內(nèi)約有700克磷，其中85 %的磷儲存在骨骼中[9]。磷的轉(zhuǎn)運為能量依賴型轉(zhuǎn)運，需要位于腎近端小管中II型和III型磷酸鈉共轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助[10]。血清磷的重吸收受多種代謝因子和激素的調(diào)節(jié)，旨在維持磷的動態(tài)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(xì)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(diào)作用。它也可以刺激骨細(xì)胞合成和分泌FGF-23。因此，有學(xué)者認(rèn)為1,25(OH)2D的整體調(diào)節(jié)結(jié)果會增加血清磷酸鹽水平(圖3A)[17-18]。

2.3 BMP7

骨形態(tài)發(fā)生蛋白7 (BMP-7)主要由腎臟分泌，參與調(diào)控了骨骼分化和發(fā)育的過程，包括胚胎骨骼發(fā)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(fā)育，腎單元的減少和多囊腎[20]。BMP7 也參與了骨組織的修復(fù)和重建，BMP7的表達(dá)增強(qiáng)了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化能力，對骨折的愈合具有促進(jìn)作用[21]。

2.4 電解質(zhì)平衡

鎂與腎臟的關(guān)系十分復(fù)雜，鎂的動態(tài)平衡受腎臟重吸收功能的調(diào)節(jié)，重吸收過程包括：①激活位于Henle環(huán)路的運輸系統(tǒng)；②發(fā)生于遠(yuǎn)曲小管粗支的重吸收[22]。鉀的重吸收60 %～70 %發(fā)生在腎近端小管，25 %發(fā)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(dá)遠(yuǎn)端小管[23-24]，當(dāng)鉀攝入量低時，遠(yuǎn)端鉀的重吸收會相應(yīng)增強(qiáng)[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(fù)荷的0.4 %。大多數(shù)的微量元素體內(nèi)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(wěn)態(tài)密切相關(guān)[26]，如鐵、鋅、硒、銅、硅、氟和鍶等，均能夠?qū)前l(fā)揮重要的生理作用。見圖3A。

3 病理狀態(tài)下的腎骨調(diào)節(jié)機(jī)制

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

3.1 腎功能不全導(dǎo)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(fā)生[28-29]，在疾病發(fā)展中伴隨骨吸收的增強(qiáng)和骨生成的不斷下降[30]。CKD-MBD患者的骨形態(tài)改變有四種[31-32]：①高轉(zhuǎn)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(yǎng)不良；③軟骨??；④非動力性骨病。高轉(zhuǎn)化骨病的主要病理改變是骨轉(zhuǎn)換速度明顯加快，但骨骼的強(qiáng)度并未明顯增加?；旌闲湍蚨舅匦怨菭I養(yǎng)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(tǒng)稱為低轉(zhuǎn)換性骨病，主要伴發(fā)骨狀接縫，同時存在破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞數(shù)量的下降，非動力性骨病表現(xiàn)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(biāo)和X型膠原，并引起成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、骨小梁和骨基質(zhì)厚度等改變[34]。FGF-23通過Klotho/FGF-23(圖3B)信號軸調(diào)控非組織依賴性堿性磷酸酶的表達(dá)[35]，通過誘導(dǎo)DKK1(Wnt信號通路的抑制劑)的表達(dá)直接調(diào)控骨生成[36]。軟骨病和非動力性骨病導(dǎo)致骨中鋁的沉積，成骨細(xì)胞與破骨細(xì)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(dá)，并導(dǎo)致鈣磷轉(zhuǎn)運調(diào)控子的活性和骨吸收增加[38]。PTH與表達(dá)在成骨細(xì)胞的受體結(jié)合發(fā)揮活性，導(dǎo)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(dǎo)的破骨細(xì)胞調(diào)控的骨礦化來實現(xiàn)，PTH相關(guān)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(fā)癥。高磷通過誘導(dǎo)其共轉(zhuǎn)運體PiT-1和PiT-2間接促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞外基質(zhì)鈣化，進(jìn)一步直接導(dǎo)致血管內(nèi)晶體沉淀的產(chǎn)生[41]。伴隨著腎臟損傷的發(fā)展，尿鈣排泄的減少，導(dǎo)致過量的鈣質(zhì)在軟組織和血管中滯留[39]。過量的鈣質(zhì)改變血管平滑肌細(xì)胞功能并且影響細(xì)胞的信號傳導(dǎo)[42]，可能誘發(fā)動脈硬化和動脈鈣化的發(fā)生(圖3B)。當(dāng)血管平滑肌細(xì)胞暴露在富含鈣質(zhì)的培養(yǎng)基中時，細(xì)胞會隨著基質(zhì)礦化而發(fā)生成骨分化[43]。

4 骨骼對腎臟的調(diào)節(jié)機(jī)制

越來越多的研究[44]表明骨骼作為一種內(nèi)分泌器官通過調(diào)控電解質(zhì)代謝或分泌相關(guān)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(fā)揮生理作用的主要靶器官[45]。通過激活成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞相關(guān)的FGF-23基因轉(zhuǎn)錄可以促進(jìn)FGF-23的表達(dá)。血清自發(fā)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(fā)育不良及McCune-Albright綜合癥和其他創(chuàng)傷性疾病[46]。而成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞發(fā)育不良性疾病則可導(dǎo)致血清FGF-23水平降低進(jìn)而誘發(fā)腫瘤樣鈣質(zhì)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(xiàn)[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(dá)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(huán)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(qiáng)(圖3B)[50]。在正常情況下，OC可以調(diào)控骨礦物質(zhì)沉積，最終影響骨骼的體積和形狀[51]。也有研究認(rèn)為OC可以通過維生素K獨立的γ羧基酶羧化形成并進(jìn)而調(diào)控成骨細(xì)胞、破骨細(xì)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(rèn)為血清低水平OC是CKD發(fā)生發(fā)展的獨立危險因素。

4.3 瘦素

血循環(huán)瘦素(Leptin)與體脂水平呈正相關(guān)，受到膳食因素的影響[54]。隨著CKD-MBD病理過程的發(fā)展，Leptin水平逐漸升高，而其它腎臟疾病誘導(dǎo)的Leptin缺乏則可能導(dǎo)致免疫反應(yīng)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(dá)、分泌、及其生物活性的OC負(fù)調(diào)控因子[56]，且OC水平與血糖、葡萄糖代謝和肥胖等因素呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[57]，因此Leptin可能通過調(diào)控OC表達(dá)，間接影響CKD的病理發(fā)展(圖3B)。此外，過量Leptin還可以促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，從而導(dǎo)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(xì)胞分泌(圖3B)，對骨量的維持發(fā)揮調(diào)控作用[59-60]。腎臟系統(tǒng)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(rèn)為是CKD-MBD的重要誘導(dǎo)因子[61]。血循環(huán)中Sclerostin和DKK1的表達(dá)水平在CKD-MBD患者中上升[62-63]，而高表達(dá)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(tài)發(fā)生蛋白的表達(dá)[68]，降低PTH誘導(dǎo)的骨生成[69]等。

5 腎骨系統(tǒng)及其與下丘腦-垂體-性腺、甲狀腺和腎上腺三軸的聯(lián)系

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

一方面，腎骨系統(tǒng)都可以接受機(jī)體HPT、HPG、HPA因素的調(diào)控，產(chǎn)生本身生理病理的改變；另一方面，腎骨系統(tǒng)都可通過調(diào)控特異性因子的表達(dá)，參與調(diào)節(jié)機(jī)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(tǒng)的動力之源。人體能量代謝具有致密調(diào)控和穩(wěn)定長久的特點，其平衡主要與兩類調(diào)控系統(tǒng)相關(guān)[74]：①短期系統(tǒng)，即胃腸道系統(tǒng)攝入和消化食物，而體力活動負(fù)責(zé)消耗營養(yǎng)物質(zhì)；②長期系統(tǒng)，即腦功能，內(nèi)分泌系統(tǒng)是維持膳食、活動等能量吸收、消耗系統(tǒng)相對平衡的最重要器官[74]。其中，OC、Leptin和BMP-7是調(diào)控腎、骨能量代謝平衡的重要代表性物質(zhì)。

臨床治療研究和基礎(chǔ)動物實驗證實OC可通過促進(jìn)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(diào)控能量消耗和食物攝入的關(guān)鍵激素，主要由骨骼內(nèi)脂肪細(xì)胞生成，并通過激活大腦中分布的Leptin受體發(fā)揮調(diào)控能量儲備的生理作用，尤其在CKD病人腎臟損傷發(fā)揮作用。BMP7主要在腎臟中分泌，主要調(diào)控骨骼和腎臟的生長發(fā)育。見圖4。

6 “腎骨系統(tǒng)”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(tǒng)的治療手段。上海中醫(yī)藥大學(xué)“中醫(yī)腎骨表型組學(xué)”團(tuán)隊通過前期國家“973”計劃項目的研究，證明了中醫(yī)“腎精”變化與神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫-循環(huán)調(diào)解網(wǎng)絡(luò)(NEIC)、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞改變的趨勢一致，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞上有NEIC網(wǎng)絡(luò)作用的分子基礎(chǔ)。自然衰老人群NEIC網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)下降，自然衰老小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞數(shù)量減少、分化能力降低。而通過補(bǔ)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(fā)脫、下肢抽筋、腿軟困重、夜尿頻多等“腎精虧虛”的表現(xiàn)，還能夠整體調(diào)節(jié)機(jī)體的NEIC網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)，改善腎功能，恢復(fù)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中信號傳導(dǎo)通路的平衡，調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的數(shù)量和狀態(tài)，從而達(dá)到既調(diào)腎精，又治病的綜合作用，體現(xiàn)了中醫(yī)“腎主骨”理論和整體觀在腎骨系統(tǒng)相關(guān)疾病中的應(yīng)用[2]。

近年來，隨著系統(tǒng)論與系統(tǒng)生物學(xué)的興起，器官與器官相互作用的研究逐漸深入，系統(tǒng)性地處理人體這個復(fù)雜巨系統(tǒng)成為主流醫(yī)學(xué)思考的方法之一，將有助于發(fā)現(xiàn)繼發(fā)性疾病的潛在機(jī)制、提高早期預(yù)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(tǒng)有效。在中醫(yī)“腎主骨”理論的指導(dǎo)下，以系統(tǒng)論的方法對腎骨兩個器官進(jìn)行探索，部分揭示了“腎主骨”理論的科學(xué)內(nèi)涵，并從分子機(jī)制驗證了腎骨系統(tǒng)的科學(xué)內(nèi)涵，對臨床治療腎骨系統(tǒng)相關(guān)疾病具有重要的指導(dǎo)價值。理論上，用系統(tǒng)論的方法進(jìn)行中醫(yī)藥研究更符合中醫(yī)整體觀、系統(tǒng)觀的本質(zhì)特點，為中醫(yī)的現(xiàn)代化研究提供了參考，使東方的古老智慧迸發(fā)出現(xiàn)代光芒。