“筋骨并重”視閾下鳶尾素對肌骨衰減的異病同治作用

劉晏東,鄧強,李中鋒,彭冉東,王雨榕,楊鎮(zhèn)源,郭鐵峰,羅林釗

(1.甘肅中醫(yī)藥大學中醫(yī)臨床學院,甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省中醫(yī)院脊柱疾病診療中心,甘肅 蘭州 730050)

肌肉減少癥(Sarcopenia,SP)、骨質疏松癥(Osteoporosis,OP)及肌少-骨質疏松癥(Osteosarcopenia,OS)存在較高的致殘率及致死率,嚴重威脅著人類健康,已在世界范圍內引起廣泛關注[1]。醫(yī)學界最初將SP和OP視為兩種相互獨立的疾病,但隨著對肌骨交互功能研究的深入,越來越多證據(jù)表明SP等肌肉病變的發(fā)生會增加罹患OP等骨骼疾病的風險,反之OP也會增加SP的患病率,且二者的共病會進一步加劇原有的負面健康結局,有學者將這種關系描述為“危險的二重奏”[2]。目前該類疾病的治療難點在于可同時靶向肌肉和骨骼的藥物尚不足,現(xiàn)有療法只能單獨治療SP或OP,由此產生較多的療效及安全問題[3]。

“筋骨并重”理論起源于隋代巢元方所著的《諸病源候論》[4],是針對骨傷疾病的治療原則,該理論注重在肌、骨衰減類疾病中肌骨同治,而不是肌病治肌、骨病醫(yī)骨,對肌骨衰減疾病(SP、OP及OS)的防治具有重要指導意義[5]。

鳶尾素作為一種肌因子,可同時靶向肌肉與骨骼,對逆轉肌骨衰減具有獨特的優(yōu)勢[6]。鳶尾素是在骨骼肌收縮后,由過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α(PGC-1α)控制下,通過含Ⅲ型纖連蛋白域蛋白5(FNDC5)裂解進入到循環(huán)中的一種活性肽[7]。這種新興的肌因子最早在2012年由Bostr?m等提出[8],并以古代女神Irisin命名。Irisin在古希臘神話中擔任眾神之間的使者,這與鳶尾素作為肌肉與骨骼間的橋梁作用相似。因此,本文探討“筋骨并重”視閾下鳶尾素對肌骨衰減的異病同治作用,以期為肌骨衰減疾病的防治提供新思路。

1 “筋骨并重”理論與肌骨衰減疾病

1.1 發(fā)微“筋骨并重”

起初,“筋骨并重”理論旨在強調傷科疾病治療時需注重硬組織與軟組織并重。正如隋代巢元方在《諸病源候論》中記載:“夫金瘡始傷之時,半傷其筋,榮衛(wèi)不通,其瘡雖愈合,后仍令痹不仁也”[4],此時,“筋骨并重”主要作為傷科骨折的治療原則[5]。清代著名醫(yī)家黃元御也提出了“治骨先治筋,治筋先治肉”的處理法則。他在《四圣心源》中提出:“水性降潤(“骨”失其常),滲之以土氣(調整“肉”),皆氣化自然之妙也”[9],其意指骨病不能只著眼于骨,更要注重筋肉的氣血運行等問題,反之亦然。此時的“筋骨并重”理論已被逐漸用作防治肌骨衰減的指導思想。而經過后世醫(yī)家不斷發(fā)展補充,該理論演變?yōu)橐环N防治多種慢性筋骨病的指導思想體系。中醫(yī)術語之“筋”與現(xiàn)代解剖學范疇下的筋膜或肌腱有所不同,其含義更加廣泛,系指肌肉、肌腱、神經、血管和骨膜等一切軟組織,具有聯(lián)屬關節(jié)、絡綴形體、支配身體活動、營養(yǎng)和重建骨骼的作用[10]。骨骼為人一身主干,是支撐軀體和保衛(wèi)內臟的總支架,是筋肉的附著點和杠桿,若骨骼強度發(fā)生衰變,則筋肉動力失去平衡[11]。所以,筋骨的關系可以概括為:“筋束骨,骨張筋;筋骨相連,骨折筋損”[12]。1.2 “筋骨并重”與肌骨衰減疾病的治療SP古稱“肉萎”,OP古稱“骨萎”或“骨枯”,若SP與OP共同發(fā)生,則被稱為“骨枯肉陷”?！肮恰焙汀叭狻笔侨梭w運動系統(tǒng)內相對應的兩個重要部分,二者在結構上緊密相連,在功能上相互協(xié)調、相互為用,在病理上相互影響。而二者在人體的位置、功能、營養(yǎng)供給和協(xié)調作用諸方面,又遠較其他臟器密切[13]?！鹅`樞·經脈》中記載:“骨為干,脈為營,筋為剛,肉為墻”[14],意指筋、肉,即廣義的“肉”如果恢復正常生理功能,那么“骨”的問題也就迎刃而解了;若“骨”保持正常的強度亦有利于肌肉的潤澤和飽滿?！敖罟遣⒅亍崩碚撘灾嗅t(yī)學中的陰陽、五行、藏象學說及整體觀念為基礎。從陰陽上講,柔潤之“肉”為陰,剛強之“骨”為陽。筋骨并重,即是強調從陰陽兩方面著手來達到“陰平陽秘”。從藏象學說而言,脾主肌肉,通過運化水谷精微以化生氣血,并傳輸于全身肌肉,以使肌肉發(fā)達豐滿,壯實有力,強調了調后天(脾)以補先天(腎)的治療作用。腎主骨髓,藏納五臟六腑水谷之精氣,精氣充則髓實骨壯。脾之升降有序需借助腎陽之溫煦,以布散營養(yǎng)至肌肉四肢,體現(xiàn)了先天對后天的溫養(yǎng)作用。脾腎虧虛被認為是該類疾病的基本病機,健脾補腎是治療SP、OP以及OS的根本大法,這也是“筋骨并重”治療原則的具體體現(xiàn)。所以在肌骨衰減病變的治療中只有重視筋骨并重,才能使肌骨達到“和”的平衡狀態(tài),即骨正筋柔、肌豐骨壯[15]。

1.3 “筋骨并重”理論與肌骨關系現(xiàn)代研究

現(xiàn)代研究表明SP和OP之間存在生物學關聯(lián),首先,SP與OP的復雜串擾以肌肉和骨骼的雙向交流為基礎。骨骼和肌肉作為旁分泌或內分泌器官,共同確保二者之間的通信,如骨骼肌分泌的肌因子(鳶尾素、卵泡抑素和肌抑素)對骨骼重塑有直接影響;骨骼分泌的骨因子(FGF23、前列腺素E2,轉化生長因子β、骨鈣素和硬化素等)也會反向影響骨骼肌的新陳代謝[16]。此外,肌肉和骨骼具有部分重合的生物學信息,如甘氨酸-N-?；D移酶、甲基轉移酶樣蛋白21C、PGC-1α和肌細胞增強因子-2的多態(tài)性等[17],這說明他們在發(fā)病途徑上可能具有一定共通點。這意味著發(fā)生在肌肉組織中的生理病理現(xiàn)象可被骨骼組織所感知和響應,反之亦然。肌骨之間的串聯(lián)共病為肌骨衰減疾病的“筋骨并重”和“異病同治”提供了現(xiàn)實基礎[18-19]。

2 鳶尾素與肌骨衰減疾病治療

基于肌骨衰減疾病之間的復雜串擾,治療過程中采用“筋骨并重”的治療方案具有重要意義。鳶尾素是由肌肉細胞中FNDC5基因編碼的多肽激素。當受到刺激時,FNDC5基因會轉錄成mRNA,然后通過剪接形成前體蛋白,最終經過蛋白酶切割而釋放出鳶尾素[20]。現(xiàn)代研究表明,重組鳶尾素可通過上調轉錄因子和基質蛋白來減少骨骼和骨骼肌的質量損失并加速肌纖維損傷和骨折的愈合,說明鳶尾素可以作為耦合肌肉和骨骼的新興途徑,是“筋骨并重”治則理論的體現(xiàn),在肌骨衰減疾病的防治中具有十分重要意義[10]。

2.1 鳶尾素的分子構成

2.1.1 氨基酸序列 鳶尾素包括20種天然氨基酸,其中絲氨酸、賴氨酸、精氨酸和半胱氨酸的含量較高。鳶尾素的氨基酸序列為112個氨基酸殘基,其中含有一個信號肽序列和一個成熟肽序列。信號肽序列位于N端,長度為27個氨基酸殘基。這段序列主要用于將前體蛋白定向到內質網(wǎng)或高爾基體進行修飾和加工[21]。信號肽序列通常會被剪切掉,不參與最終的活性部分。成熟肽序列位于C端,長度為85個氨基酸殘基。這段序列是鳶尾素的活性部分,具有調節(jié)能量代謝、抑制脂肪堆積等作用。成熟肽序列主要由α-螺旋和β-折疊組成,并形成一個緊密的核心區(qū)域和穩(wěn)定的外圍結構[22]。

2.1.2 二級結構 鳶尾素的二級結構主要由α-螺旋和β-折疊組成。α-螺旋是一種穩(wěn)定的蛋白質結構,它由蛋白質鏈上的氨基酸殘基以右手螺旋形式排列而成。這種結構可以增強蛋白質的穩(wěn)定性,并且有助于保持其特定的三維構象[23]。在鳶尾素中,α-螺旋結構占據(jù)了大部分的空間,使得蛋白質更加緊密地折疊起來。β-折疊是由蛋白質鏈上的氨基酸殘基以平行或反平行方式排列而成的片段。這種結構通常位于蛋白質的表面,能夠提供一些功能性區(qū)域,例如結合其他分子或者參與信號傳導等[24]。

2.1.3 三維結構 鳶尾素的三維結構是由α-螺旋和β-折疊相互作用而形成。在空間中,鳶尾素呈現(xiàn)出一個球狀的分子結構,其中包含了許多重要的功能性區(qū)域。在鳶尾素的三維結構中,存在著四個不同的結構域:A、B、C和D。這些結構域之間通過某些連接段進行聯(lián)系,并且共同構成了整個蛋白質的立體結構[25]。其中,A和B結構域主要由α-螺旋結構組成,它們位于鳶尾素的N端部分,并且與其他結構域相連。C和D結構域則主要由β-折疊結構組成,它們位于鳶尾素的C端部分,并且參與到了鳶尾素的生物學活動中。此外,在鳶尾素的三維結構中還存在著一些關鍵的氨基酸殘基,例如半胱氨酸和色氨酸。這些氨基酸殘基能夠形成特定的化學鍵或者環(huán)境,從而影響鳶尾素的結構和功能[26]。

2.2 鳶尾素對肌骨衰減疾病的防治作用

2.2.1 鳶尾素對肌再生的作用 鳶尾素可能是SP的潛在生物標志物和有前景的治療靶點。骨骼肌由糖酵解肌纖維(白色)和氧化肌纖維(紅色)組成,占健康個體總質量的40%左右,參與機體運動、能量消耗和全身代謝穩(wěn)態(tài)。SP的特征是骨骼肌力量、質量和功能的進行性喪失,從而影響患者的生活質量[27]。研究發(fā)現(xiàn),SP與纖維特異性衰老有關,而運動已被證明可以通過逆轉蛋白質穩(wěn)態(tài)變化來增強骨骼肌的質量和功能。但由于衰老、臥床等各種原因致使機體運動能力下降,大部分老年人難以實現(xiàn)足夠的運動訓練,久而久之形成運動量不足和骨骼肌減少的惡性循環(huán)[28]。PGC-1α和FNDC5是骨骼肌運動的兩個主要調控基因,分別調節(jié)蛋白和鳶尾素的前體。而鳶尾素是肌肉與其他組織和器官之間的潛在橋梁,主要負責能量代謝,并作為肌肉質量的積極調節(jié)因子。該因子可由運動誘導產生,以自分泌方式發(fā)揮功能,以延緩去神經支配誘導的肌萎縮并促進骨骼肌生長[29]。其深層機制是運動通過激活由PPARGC1A基因編碼的PGC-1α,從而調節(jié)相關因子的轉錄活性,并參與調節(jié)線粒體生物發(fā)生、血管生成以及脂肪和碳水化合物代謝基因的表達以促進肌肉生成[30]。Guo等[31]長期對衰老小鼠腹腔注射重組鳶尾素蛋白證明,鳶尾素給藥可通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)抑制肌肉特異性環(huán)指蛋白1、肌萎縮蛋白Fbox-1和肌肉生長抑制素減少肌肉萎縮。

鳶尾素抗肌肉萎縮的深層機制可能是通過改善能量代謝、優(yōu)化自噬、增強細胞穩(wěn)態(tài)、促進線粒體質量控制、減少活性氧(ROS)產生和減輕炎癥反應來實現(xiàn)[31]。有研究表明,鳶尾素還可通過增強衛(wèi)星細胞活化、減少蛋白質降解、防止組織纖維化和壞死以及改善肌膜穩(wěn)定性從而減少SP的發(fā)生[32]。如經過重組鳶尾素處理的C2C12細胞肌管顯示出特異性線粒體轉錄因子的表達增加,這些轉錄因子與線粒體含量和耗氧量的增加有關。Wu等[33]研究發(fā)現(xiàn)D-半乳糖誘導的骨骼肌成纖維細胞中鳶尾素表達顯著降低,而鳶尾素給藥可通過PI3K/Akt通路抑制骨骼肌成纖維細胞過度沉積來抑制骨骼肌纖維化。除此之外,鳶尾素也通過增加小鼠C1C12細胞中TFAM、PPARGC1A和NRF4的基因表達以及UCP2、GLUT12基因和蛋白表達來刺激線粒體的生物發(fā)生[34]。另外,鳶尾素可通過多種細胞內信號通路來實現(xiàn)對成肌分化、肌母細胞融合以及成骨細胞增殖發(fā)揮生物學效能,如MAPK、AMPK、PI3K/AKT、STAT3和IL-6信號通路,但鳶尾素信號傳導的確切下游仍需要進一步研究[35]。

2.2.2 鳶尾素對骨穩(wěn)態(tài)的作用 骨骼是一種高度活躍的動態(tài)組織,可不斷適應微觀變化以促進微結構重塑。當骨形成和骨吸收之間的平衡被打破,骨吸收超過骨形成時,會導致骨礦鹽含量和骨密度降低,形成OP。鳶尾素對于骨骼的作用主要包括促進骨組織的形成和修復、增強骨質量、骨密度以及減緩骨質流失速度。Xue等[36]研究發(fā)現(xiàn)鳶尾素缺乏可加速OP的病理進展。Colaianni等[37]通過為小鼠注射重組鳶尾素發(fā)現(xiàn),鳶尾素可防止骨質流失并加速骨折的愈合,提示鳶尾素具有骨合成和骨保護作用。鳶尾素逆轉OP的作用可能是通過雙向調節(jié)成骨和破骨細胞來完成,但其對成骨細胞的作用似乎更為明顯。具體而言,鳶尾素可通過激活轉錄因子4(ATF4)和膠原蛋白Ⅰ來刺激成骨細胞分化和其活性[38]。此外,鳶尾素還被證明可增加成骨細胞轉錄調節(jié)因子的表達,如Runt相關轉錄因子2(RUNX2)、Osterix/SP7。鳶尾素還可通過增加成骨細胞分化標志物,如堿性磷酸酶、骨鈣素、骨橋蛋白以及鈣沉積等促進成骨[39]。此外,Xue等[36]研究證明鳶尾素可通過與膜受體整合素αV結合來調節(jié)ERK/STAT3信號通路,并進一步上調骨代謝BMP/Smad通路,促進骨髓間充質干細胞的成骨分化。Xu等[40]研究發(fā)現(xiàn)用鳶尾素治療OP后,相關炎癥因子表達有所下降,骨轉換標志物(如RUNX2)的基因表達水平上調,成骨細胞凋亡減少,Nrf2表達增加以及炎癥小體NLRP3的表達受到抑制。

在抑制骨吸收方面,動物實驗結果顯示,體內缺乏鳶尾素的小鼠破骨細胞相關基因表達增加,包括抗酒石酸酸性磷酸酶、基質金屬蛋白酶9等。而鳶尾素對破骨細胞也具有雙重作用,一是通過成骨通路增加骨保護素(OPG)的表達以減少破骨細胞的增殖和活化;二是直接作用于破骨前體細胞以抑制其破骨作用[41]。需要注意的是,Ma等[42]發(fā)現(xiàn)鳶尾素雖然促進了破骨前體細胞的增殖,但同時也下調了NF-κB信號通路并且激活了p38和JNK信號通路,從而抑制了破骨細胞的活化。鳶尾素也可以通過減少RANKL和NFATC1信號通路誘導的破骨細胞分化來減少破骨形成。但鳶尾素對破骨細胞的作用仿佛存在一種時間或劑量依賴性關系,研究發(fā)現(xiàn),短期鳶尾素給藥(7 d)可促進破骨細胞增殖,而長期鳶尾素給藥(2個月),可在一定程度上減少破骨細胞的形成[43]。

3 筋骨并重-異病同治-鳶尾素

筋骨并重-異病同治-鳶尾素三者相互聯(lián)系,密不可分,三者關系層層遞進,共同組成防治肌骨衰減疾病的完整理論體系[5]。首先,“筋骨并重”理論是治療肌骨衰減疾病的指導思想,而異病同治是治療肌骨衰減疾病的具體法則[44]。其次,可以將“異病同治”中的“異病”理解為SP與OP兩種不同的疾病,而將“同治”理解為筋骨并重的防治方法。最后,鳶尾素具有促進肌再生和骨穩(wěn)態(tài)的雙重作用,所以在治療肌骨衰減疾病方面具有中醫(yī)學范疇“筋骨并重”的內涵[19]?？偠灾?鳶尾素的發(fā)現(xiàn)為筋骨并重視閾下利用“異病同治”法則防治SP和OP提供了分子層面的新見解,也為古老的“筋骨并重”理論和“異病同治”法則賦予了現(xiàn)代醫(yī)學意義,并使其迸發(fā)出新的活力。

4 小結

對肌肉-骨骼串擾的深入了解開啟了對該類疾病治療新模式的探索,這意味著新的治療方法應該同時針對骨骼和肌肉。鳶尾素在機體生理、病理代謝中具有多方面作用,部分研究特別強調它在肌-骨軸上的作用,認為其可通過多種途徑保護骨骼肌與骨骼,且機制存在重合。“筋骨并重”理論、“異病同治”法則以及肌因子鳶尾素之間看似毫無聯(lián)系,實則共同構成肌骨衰減疾病的防治體系。換言之,鳶尾素可在“筋骨并重”理論的思想指導下,按照“異病同治”法則有效防治肌骨衰減類疾病。這是中醫(yī)經典防病治病理論與現(xiàn)代分子研究的有機結合,也是慢性肌骨疾病治療的新策略和新方法?；凇敖罟遣⒅亍崩碚摰慕∑⒀a腎法治療筋骨疾病是否通過調控鳶尾素發(fā)揮作用具有一定研究前景,此外,還需要對鳶尾素靶向肌骨系統(tǒng)的深層起效機制和通路進行更多的基礎研究,以確定其長期安全性和有效性。應以何種形式將鳶尾素應用至臨床中、如何人工合成高質量鳶尾素以及鳶尾素與其他類型激素或因子的協(xié)同作用仍然是有爭議的問題,需要進一步的研究來解決這些問題。以上研究將有助于就鳶尾素治療SP、OP及OS建立科學共識。在未來,深入探索鳶尾素在恢復骨骼質量和逆轉肌肉萎縮方面的功效對于將鳶尾素確定為一種對SP和OP雙重有益的分子很有必要。