姚乾寧 謝興文 王春曉 李鼎鵬 李寧,2 劉靜 楊浩東 李輝
1.甘肅中醫(yī)藥大學,甘肅 蘭州 730000
2.甘肅中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院,甘肅 蘭州 730000
3.天水市中醫(yī)醫(yī)院,甘肅 天水 741000
4.甘肅省第二人民醫(yī)院,西北民族大學附屬醫(yī)院,甘肅 蘭州 730030
骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是一種由于骨量下降和骨微結構破壞,導致骨的脆性增加、易發(fā)生骨折為特征的全身代謝性疾病[1],患者通常會有長期嚴重的全身疼痛和運動功能障礙等表現(xiàn),中醫(yī)學將OP歸屬為“骨痹”、“骨痿”、“骨枯”等范疇。隨著我國人口老齡化問題日益嚴重,據(jù)不完全統(tǒng)計,截止到2016年,我國50歲以上人群的OP患病率將近40 %,其發(fā)病率緊隨心血管疾病之后,位居我國慢性疾病第二[2],值得關注的是,絕經后女性大多同時患有超重和OP,臨床觀察也表明,OP可能與較高的體質指數(shù)(body mass index,BMI)有關,肥胖與OP等代謝性疾病存在相關性。目前,國內外學者在研究該病的發(fā)病機制方面已經取得了顯著進展,但沒有找到治療該病的理想方案。OP的主要發(fā)病機制是骨代謝失衡,即骨的吸收速度大于骨形成[3],針對此發(fā)病機制,目前OP的有效治療藥物主要分為骨吸收抑制劑、骨形成促進劑兩大類[4],循證醫(yī)學證明,上述藥物能夠有效地糾正骨代謝失衡、增加骨密度(bone mineral density,BMD),大大降低了骨折風險,但同時也有自身的不足,例如治療費用高昂、治療方案不完善、長期治療可行性不高等。然而,近年來隨著脂質組學在OP發(fā)病機制中的研究不斷深入,發(fā)現(xiàn)由多種極性代謝物和脂質代謝物介導的脂肪代謝廣泛參與到抑制脂肪形成、促進骨髓間充質干細胞(bone mesenchymal stemcells,BMSCs)向成骨細胞(osteoblast,OB)分化、抑制破骨細胞(osteoporosis,OC)的分化之中[5]。中醫(yī)藥以整體觀念、辯證論治的理念去調控脂代謝治療OP具有自身的優(yōu)勢,在臨床應用及動物實驗研究中療效顯著,規(guī)避了西藥抗OP的不足。部分中藥、中藥復方及針灸有望成為治療OP的主要手段,因此,本文將從脂代謝的生物學特征、在OP中的作用機制及中醫(yī)藥通過靶向調控脂代謝防治OP等方面進行綜述。
脂代謝為3大營養(yǎng)物質代謝之一,其代謝過程較為復雜,有大量的轉錄因子、蛋白酶、受體參與到各種信號轉導過程中去。研究證實,脂代謝的信號轉導途徑主要通過過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)、肝X受體(liver X receptors,LXRs)、膽固醇調節(jié)元件結合蛋白(sterol-regulatory element binding proteins,SREBPs)3大途徑。
PPARs與脂代謝紊亂密切相關,在脂肪細胞分化、脂質代謝、脂肪因子分泌和胰島素敏感性中起著不可或缺的作用。PPARs可分為α、β、γ3個亞型,PPARs通過C端配體結合結構域(LBD)中的配體結合袋被配體激活,其N端刺激轉錄的非配體依賴性功能活化域可以招募共調節(jié)蛋白以調節(jié)靶基因的表達,然后,PPARs與視黃酸X受體(retinoid X receptor,RXR)結合形成異源二聚體PPAR/RXR,PPAR/RXR通過與基因增強子中的特定過氧化物酶體增殖物應答元件結合來增強靶基因的表達[6]。其中,PPARα主要參與脂肪酸轉運、TC代謝和炎癥反應等多個環(huán)節(jié)的基因表達,可以通過調節(jié)酰基輔酶A脫氫酶(acyl-CoA dehydrogenase,AD)、酶?;o酶A氧化酶1(acyl coenzyme A oxidase1,ACOX-1)、三羥酰輔酶A脫氫酶(trihydroxy acyl CoA dehydrogenase,EHHADH)等來影響線粒體和過氧化物酶體的β氧化以及微粒體/內質網ω氧化[7]。PPARβ在人體分布比較廣泛,能夠參與巨噬細胞(Macrophage,Mφ)中TC的代謝,PPARγ在脂肪組織高表達,在脂肪細胞分化和脂糖代謝中意義重大,將PPARγ信號阻斷后,發(fā)現(xiàn)脂肪細胞的合成被抑制[8],此外,最新研究發(fā)現(xiàn)PPARγ激動劑對非酒精性脂肪肝動物模型中的胰島素抵抗及脂肪性肝炎具有很好的改善作用,說明PPARγ還與機體胰島素抵抗的形成密切相關[10]。
LXRs是配體依賴性核受體超家族轉錄因子成員之一,被稱為TC和脂質細胞內穩(wěn)態(tài)的主要調節(jié)器[11]。LXRs主要由LXRα和LXRβ兩個同源亞型組成,其中,LXRα在肝臟、腸道、腎臟及免疫系統(tǒng)的骨髓細胞等組織中有高表達,LXRβ則廣泛分布于全身組織中[12],LXRα和LXRβ均被TC的氧化衍生物激活,并介導TC向脫氧TC轉化。LXRs主要啟動細胞中TC輸出相關基因的轉錄, 如三磷酸腺苷結合盒轉運體A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1)、三磷酸腺苷結合盒轉運體G1(ATP-binding cassette sub-family G member 1,ABCG1)、膽固醇-7α羥化酶(cholesterol-7 alpha hydroxylase)等,促進TC逆轉運及向膽汁酸的轉化, 增加腸道TC的排泄并抑制其吸收[13]。
SREBP家族是脂質代謝的重要轉錄因子, 參與調節(jié)TC和脂肪酸生成和吸收過程中的多個基因表達[14]。已被發(fā)現(xiàn)有3個亞型:SREBP1a、SREBP1c及SREBP2,其中,SREBP1c主要調節(jié)脂肪酸合成相關基因的表達,SREBP1a和SREBP2調節(jié)TC代謝相關基因的表達,這3種形式的SREBPs共同調節(jié)脂類的生成和輸出[15],其激活基因通過合成和運輸TC和其他脂質來維持脂質穩(wěn)態(tài)。
脂代謝紊亂發(fā)展到一定階段會導致骨代謝失常,會誘發(fā)OP、膝骨性關節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)、骨質流失等與骨代謝相關的疾病發(fā)生[16]。關于脂代謝異常引發(fā)OP的因素有較多,有研究已證實,骨代謝異常主要與脂質異常聚集、炎癥反應、氧化應激、氧化脂質、對氧磷酶(paraoxonase,PON)等因素密切相關[17]。
OB和脂肪細胞均由BMSCs分化而來,OB與脂肪細胞在分化方面二者存在競爭性抑制關系, 骨髓腔內脂肪增多會導致骨形成減少[18],BMSCs向OB分化和向脂肪分化失衡是OP的主要發(fā)病機制之一。成脂和OB分化之間的平衡是由相關的信號通路來調控的,BMSCs向OB分化和向脂肪分化譜系受PPAR信號、Runx相關轉錄因子2(runt related tran-scription factor2,Runx2)調控,反應性氧化物(reactive oxidative species,ROS)可將BMSCs中PPAR-γ信號激活,使Runx2的表達減弱,從而使骨髓腔內脂肪增多及BMSCs成骨分化減少,骨髓腔內脂質堆積過多和脂蛋白水平過高均會壓迫髓內微血管使髓內血流灌注減少,使骨髓腔內變?yōu)槿毖醐h(huán)境,從而抑制骨礦物質的沉積,這可能是PPARγ通路被激活導致OB分化減少的因素之一[19]。在PPARγ和Wnt/β-catenin信號通路被激活后影響B(tài)MSCs成骨分化過程中,PPARγ和Wnt/β-catenin信號通路共同作用于β-catenin,它們存在拮抗關系,圍繞β-catenin這一“天平的中點”使骨形成和骨吸收達到平衡[20]。此外,有學者證實,高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia,FH)會抑制OB的活性及骨形成,并且隨著TC水平增加,對OB的抑制作用也會增強,然而,在體外用低于20 μg/mL TC可直接增加成骨相關基因的表達,提示TC對OB的影響是雙向的,并且會隨著水平的變化來決定其發(fā)展方向[21]。Liu等[21]發(fā)現(xiàn)載脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)可有效促進低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)的清除,導致高脂肪飲食小鼠的骨量減少,其作用機制可能是通過氧化的LDL促進了炎癥反應,從而使Mφ及IL-1、IL-6、TNF等炎性指標表達上調,促進了OB凋亡。Guo等[22]證實辛伐他汀可以通過抑制PPARγ介導的CMKLR1信號傳導來防止BMSCs中的脂肪生成。
通過總結以上研究結果可知,PPARγ介導的Wnt/β-catenin、Runx2、CMKLR1信號通路假如被抑制可能會導致BMSCs向脂肪細胞分化減少,向OB分化增多。此外,脂代謝過程還受TC、ApoE、LDL、炎癥因子等因素的影響,這些因素也會導致OB的分化減少或促進其凋亡。因此,脂代謝紊亂對OB的增殖及分化具有負向調控作用。
OC與Mφ共同來源于造血干細胞(stem cell,SC),首先,SC可以通過在Mφ集落刺激因子(mac-rophage colony stimulating factor,M-CSF)的介入的情況下分化為OC前體細胞(osteoclast precursor cell,OPC),隨后,OPC又被核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κB ligand,RANKL)/核因子-κB受體活化因子(receptor activator for nuclear fac-tor-κB,RANK)激活分化成OC[23]。OC主要通過分泌H+、Cl-、組織蛋白酶K(recombinant cathepsin K,CTSK)及基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)使骨組織破壞,這一過程在骨骼生長和重塑、維持骨穩(wěn)態(tài)及調節(jié)鈣代謝中意義重大[24]。有研究發(fā)現(xiàn),脂代謝紊亂、高脂肪飲食可以使骨鈣素(osteocalcin,OC)的表達降低, 血清抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate resistant acid phosphatase-5b , TRAP-5b)的表達上調, 從而使OC的分化、增殖、活化速度加快,使骨的流失大于骨的形成, 最終引發(fā)了OP[25]。與BMSCs向OB分化的過程相比,ROS在促進BMSCs向脂肪細胞分化的同時也促進了OC生成,并且會使IL-1、IL-6、TNF等炎癥因子上調,從而促進骨吸收[26]。此外,Teppner等[27]研究發(fā)現(xiàn)脂質氧化產物會促進氧化應激中ROS的生成,同時,ROS又會誘發(fā)氧化應激可進一步加劇炎癥反應,使OC分化及增殖加速。TC等代謝因子可以引起內質網應激,Kim等[28]用特異性抑制劑抑制內質網應激可減弱OC相關基因的表達,此作用機制可能與抑制cAMP反應元件結合蛋白H(cAMP response element binding protein H,CREB)誘導OC分化的過程有關。有學者證實神經肽Y(neuropeptide Y,NPY)家族和瘦素(leptin,LPN)信號傳導是中樞神經系統(tǒng)調控骨代謝多種作用途徑中重要因子及經典途徑,下丘腦可以通過NPY及LPN對OC的調控,使OC的分化及增殖減少[29],同時,Lee等[30]也發(fā)現(xiàn)NPY神經元中的LPN信號傳導對于協(xié)調脂肪和骨量之間的分化平衡至關重要。
因此,脂代謝紊亂可通過促進TRAP-5b、ROS、IL-1、IL-6、TNF等表達上調,從而產生氧化應激與炎癥反應,導致OC分化及增殖和骨吸收加劇。
近年來研究發(fā)現(xiàn),中藥在抗OP治療中具有多成分、多效應、多靶點的干預優(yōu)勢,且療效確切,不良反應小,是調控骨形成與骨破壞動態(tài)平衡延緩OP發(fā)病的潛在寶庫。其中,通過中藥干預脂代謝治療OP已成為治療的新靶點,現(xiàn)將中藥有效成分、復方及制劑、針灸通過糾正脂代謝紊亂靶向治療OP做一系統(tǒng)性總結。
目前,具有干預脂代謝治療OP保護骨骼生物力學功能的中藥有效成分主要集中于葛根素、淫羊藿苷、補骨脂素、槲皮素、巴戟天醇等單體,其主要目標靶點集中于骨形成相關的指標RUNX2、OCN、ALP等,中藥有效成分通過影響以上指標來抑制成脂分化或促進BMSCs向OB分化,其具體作用機制詳見表1總結。
表1 中藥有效成分通過調控脂代謝治療OP的作用機制Table 1 Mechanism of TCM active components on OP by regulating lipid metabolism
OP病位主要在肝、腎、脾,辨證多屬肝腎兩虧,脾虛加血瘀為主,因此,用藥以溫補肝腎為主,輔以健脾活血。通過文獻研究發(fā)現(xiàn),中藥復方及制劑在調控脂代謝治療OP藥物組成來看,補益肝腎、益氣健脾、養(yǎng)血補血、祛濕通絡之劑占比較大,且補益肝腎、活血化瘀并用的治法較多,依據(jù)“君臣佐使”配伍,多藥協(xié)同作用,以達到較好的治療作用。其具體作用機制詳見表2總結。
表2 中藥復方及制劑通過調控脂代謝治療OP的作用機制Table 2 Mechanism of TCM compound and preparation for treating OP by regulating lipid metabolism
近年來,在OP疾病的研究中,脂代謝參與及其發(fā)揮的作用機制常被報道。脂代謝作為調控骨代謝重要的途徑,PPARγ介導的Wnt/β-catenin、Runx2、CMKLR1信號通路可以使BMSCs向脂肪細胞分化減少,向OB分化增多,同時,TC、ApoE、LDL、炎癥因子也會導致OB的分化減少或促進其凋亡。此外,脂代謝紊亂可以使TRAP-5b、ROS、IL-1、IL-6、TNF等表達上調,產生氧化應激與炎癥反應,從而加速OC分化及增殖,使骨量流失加劇。中藥因其多成分、多靶點、多途徑、毒性小的特有優(yōu)勢成為OP治療的研究熱點,并以脂代謝在OP發(fā)病中的作用機制為契機開展了諸多基礎研究。本文通過對治療OP的相關中藥進行總結,發(fā)現(xiàn)中藥有效成分和復方可通過脂代謝途徑中的關鍵靶點信號因子發(fā)揮促進骨形成,減少骨量流失等作用,從而改善OP癥狀。中藥有效成分主要來自于補腎益精、活血化瘀、益氣溫陽等類型中藥,以黃酮類最多,其中淫羊藿、杜仲等補腎壯骨類中藥被研究的頻次較高;中藥復方包括補腎活血方、補腎化痰方、金匱腎氣丸等,按照“君臣佐使”配伍,各單味藥物間協(xié)同發(fā)揮作用,達到增強治療效果和用藥安全性,減少機體不良反應的目的,然而中藥復方多藥成方,成分復雜,很難去辨析其所含藥有效成分及相對應的作用靶點。因此,在以后的研究中,多運用網絡藥理學等生物信息手段,去預測出中藥復方治療OP的潛在靶點,并將預測結果作以驗證,這樣會更加清晰地將復方中中藥有效成分治療OP的作用機制梳理出來。