基于“肝主筋、肾主骨”理论探讨OPG/RANKL/RANK信号轴与绝经后骨质疏松症的筋骨相关性

权祯 秦大平, 张晓刚 宋敏, 张华 曹林忠, 徐斌 于海洋, 马涛 陈钵

1甘肃中医药大学， 甘肃 兰州 730000

2甘肃中医药大学附属医院， 甘肃 兰州 730020

骨质疏松症(osteoporosis，OP)是以单位体积内骨量减少、骨微观结构发生改变，致使骨强度减弱、刚度降低、易于发生脆性骨折为特征的一种全身代谢性骨骼疾病[1]。绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis，PMOP)属于绝经后骨质疏松症Ⅰ型，是骨质疏松症亚组中发病率、骨折发生率最高的一型[2]。随着全球人口老龄化趋势的加剧及疾病模式谱的改变，预计到2050年，全世界50岁以上人群比例将占据总人口的40%左右，且女性多于男性，这与女性绝经后雌激素水平急剧下降有关[3]。流行病学调查显示[4]，欧美发达国家约30%的绝经后女性患有骨质疏松症，常并发脊柱、髋部及腕部等脆性骨折，发生脆性骨折后6～12个月内继发骨折的风险将增加一倍以上，并持续10年之久。约1/3的绝经后骨质疏松症患者在12个月内死于脆性骨折，40%的人出现疼痛、活动受限、独立功能丧失等。发展中国家人口结构复杂、老年人口基数大，绝经后骨质疏松症患者的发病率日趋增多，据报道[5]，仅中国现有50岁以上绝经后骨质疏松症患者就高达8 390万，估计到2050年将增加到2.12亿，将产生巨大的医疗负担与社会成本，骨质疏松症已成为严重威胁人类骨骼健康的公共卫生问题之一。

绝经后骨质疏松症据其病因病机及临床表现属于“骨痿”“骨枯”“骨痹”等范畴。肝肾同源乃中医学五脏相关理论之一，中医学认为“肝主筋、肾主骨”，肝肾精血同源，二者互滋互生，相生相济，“肝藏血主筋，肾藏精主骨”，精血互存互用，肝血充沛，肝气条达，肾精充盈，精满髓溢，则筋柔骨健。否则，肝肾阴虚，筋骨失养，骨节不利，如《素问·上古天真论》曰:“肝气衰，筋不能动，天癸竭，精少，肾脏衰”。阐明肝藏血，主筋，其华在爪，司骨节运动。《素问·阴阳应象大论》曰：“肾生骨髓，髓生肝”。体现了肝肾精-血-髓的互生互用关系。若肝肾功能失调，骨枯髓空，筋骨失于濡养，则发为骨痿。因证立法，治病求本，柔肝补肾是治疗的核心，基于肝肾同治论治PMOP疗效确切，其分子生物学机制研究尚浅，因此，本文将基于“肝主筋、肾主骨”理论，探讨其对OPG/RANKL/RANK信号轴介导骨质疏松症调控的分子生物学机制。

1 绝经后骨质疏松症的现代医学发病机制

1.1 雌激素减退介导负性骨代谢失衡

绝经后骨质疏松症发病的核心是机体内分泌环境紊乱后的一系列骨代谢异常病理改变，雌激素减退激发骨丢失是PMOP发生的重要危险因素之一,骨重建在骨骼形成与吸收中发挥中间调衡效应，绝经后雌激素缺乏导致负性骨重建失衡，骨吸收大于骨形成[6],成骨细胞(OB)与破骨细胞(OC)表面广泛存在雌激素受体(ER)，雌激素与骨细胞表面受体相结合而调控骨代谢生理平衡。绝经后体内雌激素水平急剧下降，雌激素与破骨细胞表面的雌激素受体结合力减弱，破骨细胞衰老、调亡、降解周期延长，活性增强，骨代谢生理平衡被打破。

1.2 基于OxS、FSH、RANKL、LncRNA等的骨免疫调节紊乱

成骨与破骨持续性免疫代谢失衡是骨质疏松症级联发生的本质，破骨细胞活性增强和降解延长加剧了骨丢失，破骨细胞来源于巨噬细胞/单核细胞前体细胞，巨噬细胞集落刺激因子(csf)和核受体激活因子κB配体(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)是两个破骨细胞生成的关键分子，miRNA-128是破骨细胞发生的重要调控因子，其诱导破骨细胞分化的机制可能与mir-128/SIRT1 NF-κB信号转导系统的骨调节失衡有关[7]。氧化应激(oxidative stress，OxS)介导骨质疏松症的发生，雌激素维持骨微生态平衡的机制与其抗氧化效应关系密切，绝经后雌激素减退致使体内氧化还原稳态失衡，活性氧增多诱导骨丢失[8]。骨免疫调节失衡诱使机体处于炎性反应状态，淋巴细胞T和B参与雌激素控制骨内环境稳态，免疫细胞产生骨吸收细胞因子而加速骨流失，包括RANKL、IL-1,IL-6、TNF-a等可通过增加RANKL的表达而介导骨质疏松症发生[9]。卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH)基因多态性与绝经后妇女骨转换有关，尤其是AArs6166等位基因在绝经后妇女骨质疏松症的发病中显著增高，血清FSH浓度上调破骨细胞中Rank、Mmp-9、Trap和Cathepsin K mRNA的表达，加速破骨细胞的骨吸收[10]。长链非编码RNA(long non-coding RNA，LncRNA)通过影响破骨细胞活性而诱导骨丢失，应用反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测了lncRNA CRNDE片段在绝经后骨质疏松症破骨细胞中的表达及破骨细胞活性,表明CRNDE在PMOP破骨细胞中呈高表达，参与了骨质疏松症的发展[11]。

1.3 骨肌系统生物力学刺激减弱

骨细胞界面的机械性生物力学刺激是成骨细胞活化与增殖的关键因素之一。随着年龄增长，骨骼肌肉系统发生退行性改变，肌肉强度衰退，张力减低，骨骼发生退变，密度降低，成骨活性降低，骨肌系统的筋骨动静力刺激持续性减弱诱导了骨质疏松症级联的发生[12]。生物力学刺激通过多种途径调控成骨细胞的增殖与分化，从而发挥骨再生与重建效应，绝经后骨质疏松症发生的骨代谢机制较为复杂，骨代谢的筋骨生物力学相关信号通路及细胞调控因子共同介导着PMOP的发生。

2 OPG/RANKL/RANK信号转导系统调控骨代谢机制

2.1 OPG/RANKL/RANK信号转导系统

OPG/RANKL/RANK信号转导系统的发现是骨代谢分子生物学领域的重大突破，该系统在维持骨代谢平衡与骨免疫应答的分子生物信号调控机制中至关重要。其中，OPG/RANKL/RANK信号调控因子的正常表达维持着骨代谢的生理平衡，若OPG/RANKL/RANK信号表达失衡，破骨活性增加，形成以破骨细胞介导为主的负性骨重建失衡状态，单核/巨噬细胞前体细胞在集落刺激因子(macrophage colony -stimulating factor,M-CSF)与RANKL协同作用下，分化为破骨细胞，诱发骨质疏松症级联的发生[13]。骨保护素(osteoprotegerin，OPG)是一种可溶性糖蛋白，是肿瘤坏死因子受体超家族中的新成员，由Simonet等[14]于1997年首次在大鼠小肠表达序列标签cDNA计划中克隆得到，在机体肾上腺、成骨细胞及骨髓基质细胞等均为高表达，由成骨细胞生成诱导因子，抑制破骨细胞的发生及促进调亡。RANKL是一种三聚体蛋白，由成骨前细胞、成骨细胞、骨细胞、骨膜细胞等分泌，诱导破骨细胞的增殖与分化。核因子(NF)-κB受体活化因子[nuclear factor (NF) - B receptor activating factor，RANK]也是来自TNF家族的同三聚体跨膜受体，其主要表达为OPCs、树突状细胞和成熟破骨细胞，RANK没有任何先天蛋白激酶活性来调节信号通路，只有TRAF 6与RANK结合而调节正常骨代谢生理平衡[15]。由此可见，OPG/RANKL/RANK信号转导系统调控因子的正常表达是维持骨重建的核心环节。

2.2 OPG/RANKL/RANK信号转导系统失调

OPG/RANKL/RANK信号转导系统的调控与表达异常是诱导骨质疏松症发生的前提，其中，RANKL是调控骨组织吸收与降解的重要细胞调节因子，其与破骨细胞前体细胞、破骨细胞表面上的RANK因子相结合，促进破骨细胞的调亡与分化；OPG是RANKL的天然抑制剂，可作为诱饵受体与RANKL竞争性的结合而调控骨代谢信号通路。OPG/RANKL信号调控因子的正常比例维持着骨代谢生理平衡，当OPG/RANKL信号因子比例上调时，成骨活性增强，骨代谢处于正向骨平衡状态，若OPG/RANKL信号因子比例下降，则处于破骨活性增强效应下的负性骨平衡。雌激素对于OPG的诱导和分化至关重要，绝经后妇女雌激素缺乏，使得正常的骨代谢OPG/RANKL/RANK信号调控通路比例失衡而诱发绝经后骨质疏松症[16]。

3 “肝主筋、肾主骨”理论介导PMOP发病

3.1 肝虚不藏血，筋弱不激骨

肝主藏血，在体合筋，司筋骨之运动，《说文解字·筋》曰：“筋，肉之力也”，肝之阴血充盈可滋养筋骨，束骨而利关节，若肝血亏虚，筋骨失养，则筋弱骨疲，如《素问·痹论篇》所说：“痹在于骨则重，在于脉则血凝而不流，在于筋则屈不伸”，明确阐释了筋弱骨痹是绝经后骨质疏松症的病机表现[17]。肝肾相滋相生，肝血充盈则肾精得养，精满则髓溢，《素问·上古天真论篇》曰：“肝气衰则筋不能动”，筋柔则骨健，若肝气衰则必然筋骨弱，久而久之导致筋骨痿废不用。另一方面，肝主疏泄，肝气条达气机，肝血充盈是“筋柔”的气血之源，气血流畅与筋柔骨健关系密切，若肝郁而不发，气不得升，血不能行，则气滞血瘀，筋脉骨络瘀阻，则发骨痿。正如《素问·调经论篇》曰：“血气不和，百病乃变化而生”[18]。肝脏功能与骨强度关系密切，“肝主筋”之“筋”泛指现代医学中的肌腱、腱鞘、韧带肌筋膜等柔性组织，筋骨相辅相成，互滋互用。《素问·痿论篇》曰：“宗筋主束骨而利机关也”。筋肉强健能够约束骨骼，灵活关节运动，“筋”对骨骼的动静平衡生物力学刺激能促进成骨细胞增殖与分化，延缓骨丢失。尤其是绝经后妇女，肝肾精血亏虚，筋骨失养，筋骨不相亲，肌肉、韧带等对骨生物力学刺激减弱，久之则必发骨痿。Ma 等[19]对肝功能与肌腱、韧带柔韧性功能关系进行了研究，发现肝功能异常后丙种球蛋白增加或血清免疫复合物的降低干扰了骨代谢通路，提高了骨关节炎及骨质疏松症的风险。刘洋等[20]以“肝主筋”思路为治疗思路探究了肝主筋与重症肌无力的相关性，以补肝养血为治法，选用黄芪、川芎、柴胡、桔梗、当归等补益肝之阴血气机之药评估了其对重症肌无力的疗效，发现疗效显著，为“肝主筋”理论指导下的筋骨力学相关性提供了科学依据。《说文段注》有云：“筋者其体，力者其用也，非有二物”。认为筋是力之体, 力是筋之用，筋强则力胜, 筋弱则力疲。因此，肝血充盈、肝气条达对于“肝主筋”正常功能的发挥至关重要，筋肉强健则骨机械应力增强，激发成骨活性，达到筋柔骨强的筋骨力学平衡状态。

3.2 肾虚不生精，髓枯不强骨

“肾主骨”理论阐明了肾与骨的生长发育关系密切，医籍文献对肾与骨的生理关系进行了大量的论述，早在《黄帝内经》中就提出“肾为先天之本，主骨生髓”。又如《医经精义》云：“骨内有髓，骨者，髓所生，周身之骨，以背脊为主肾系贯脊，肾藏精。精生髓，髓生骨故骨者，肾之所合也”。均阐明了肾生精溢髓，司骨骼发育的生理特性，认为肾藏精，主骨生髓，肾精足则髓满，髓满则骨强。《素问·上古天真论篇》曰：“丈夫八岁肾气实，发长齿更……三八肾气平均，筋骨强劲”，对肾脏功能与骨的生长代谢规律进行了阐释。女性绝经后随着脏腑、器官功能衰退，肾精亏虚，肾气衰弱，精不得藏，髓不得充，肾精不能充盈骨髓，髓不能滋养骨，久之则发为骨质疏松症，正如《素问·痿论篇》曰：“肾主身之骨髓……肾气，则腰脊不，骨枯而髓，发为骨痿”。Xu 等[21]研究发现“肾虚骨枯”的现代医学机制为“下丘脑-垂体-肾上腺-骨细胞轴”功能障碍，致使骨代谢的分子生物学微生态失衡，补肾中药通过干预和调控骨生成代谢轴而调节骨内平衡失调。

4 肝肾同治下OPG/RANK/RANKL信号轴与筋骨系统相关性

4.1 筋骨力学运动系统与OPG/RANK/RANKL信号转导系统

筋骨机械性力学系统是维持骨重建、提高骨密度的中间环节，弗罗斯特的机械静力论已证实了这一学说。骨骼有其自身的生物力学感知系统，机械应力传达到成骨细胞与破骨细胞表面后会产生相应的力学应答，从而调节骨量的平衡和骨代谢的生理稳态[22]。筋骨运动系统产生机械性生物力学刺激启动骨应答机制已在19世纪末被发现。筋骨协调平衡状态下，肌肉、肌腱、韧带等相互牵拉刺激产生牵拉力、剪切力及挤压力等均是筋骨生物力学骨应答的表现，并通过OPG/RANKL/RANK信号转导系统间接将生物力学信号正向反馈到骨细胞表面，改变OPG/RANKL/RANK信号因子调控比例，诱导成骨细胞/骨髓基质细胞等将机械性力学刺激转化为生物学成骨免疫应答，促进成骨细胞增殖与分化，从而将筋骨机械性力学刺激转化为骨细胞界面的成骨生物分子调控信号。相关研究已证实OPG/RANK/RANKL信号转导系统与人体筋骨力学感知系统相关，Mohammad 等[23]对运动状态下筋骨力学变化及OPG/RANK/RANKL信号转导系统的调控效应进行了研究，发现筋骨力学运动系统协同运动状态下使得OPG信号因子增加，RANKL水平反而降低，炎性细胞因子降低，改善了抗炎与促炎因子的失平衡，促进调节胶原合成，筋肉张力传达到骨骼中而激活骨细胞增殖，从而发挥其骨保护效应以维持骨骼健康。林甲换等[24]通过实验方法研究了筋骨运动力学系统对绝经后骨质疏松症的骨强度与度密度的干预效应，发现高强度间歇性的运动刺激能够明显提升“筋”的力学性能，从而可能通过某些信号通路延缓了PMOP小鼠的骨丢失，提高了骨量和骨密度，改善了小鼠骨微结构，从实验动物学角度进一步揭示了筋骨力学运动系统与绝经后骨质疏松症的正性调控机制。王潇潇等[25]研究了中药联合振动训练对去卵巢大鼠的骨量影响，该方法通过内外共治提升了筋骨力学运动系统的生物力学性能，进而增强了骨密度，抑制骨转换，降低骨吸收、减少骨量流失，抑制了绝经后骨质疏松症的负性骨平衡。筋骨力学运动系统与OPG/RANK/RANKL信号转导系统关系密切，通过信号调控的中间途径动态调节骨形成与骨吸收的生理平衡。

4.2 肝肾同治调控OPG/RANK/RANKL系统的筋骨分子生物学依据

“肝主筋、肾主骨”理论与筋骨系统的关联性已被证实，而筋骨系统与绝经后骨质疏松症的发生关系密切，因此，以“肝主筋、肾主骨”理论为基点探讨筋骨力学运动系统与骨质疏松症的关系，并揭示其调控OPG/RANK/RANKL信号转导系统的筋骨分子生物学机制。肝肾精血充盈是筋骨力学运动系统协调运动的内在基础，绝经后骨质疏松症患者肝肾亏虚，肝血虚不足以濡养筋，肾精亏骨不得滋养，肝血不能充养肾精，精血互滋互补紊乱，久之则致血亏精枯，发为筋弱骨痿。而肝肾同补强化了筋骨力学的机械性能，调节了OPG/RANK/RANKL信号调控因子的内源性稳态，发挥骨保护效应。Yao 等[26]通过实验研究了熟地、淫羊藿、骨碎补、锁阳、枸杞等补肝肾强筋骨中药介导骨代谢的基因表达关联性与分子生物协同机制，发现补肾中药干预下肾和骨中促进成骨增殖分化的15个基因显著上调，尤其是Per3、Junb、Bcl6和Fos等提高了肾脏功能，调节和修复了肾脏功能调控骨代谢的相关基因表达水平，而调整成骨细胞和破骨细胞活性的动态平衡，促进骨形成抑制骨吸收。Wang 等[27]为研究“肾主骨”与“骨-肾轴”骨代谢分泌现代分子生物学机制，以淫羊藿、黄芪等补药提取液为研究对象，发现成纤维细胞生长因子23(FGF23)与“抗衰老”Klotho跨膜蛋白结合调节磷酸钙代谢稳态，FGF23调节酶将25(OH)D3转化为1,25(OH)2D3，并使得骨化三醇上调了FGF23的骨骼表达,通过补肾路径抑制了破骨活性，调节了骨生物学成骨代谢效应。上述研究为“肾主骨”的分子生物学及内分泌信号调控机制提供了科学与理论依据，明确了肾的功能与骨代谢关系密切，若“肾虚”则必然导致“肾虚不生精，髓枯不强骨”的病理改变。Fu等[28]对筋骨机械性力学刺激干预OPG/RANK/RANKL系统调控骨代谢的分子生物学机制进行了研究，发现适当的机械性力学刺激有助于骨骼生成与重塑，使得OPG成骨调控因子上调，而降低RANK/RANKL骨破坏调控因子的表达，骨细胞分子层面感知的适当压应力可诱导OPG的过表达增加了骨细胞的成骨活性，进而抑制PMOP的负性渐进性骨破坏机制，这是对筋骨系统产生的机械性力学效应干预OPG/RANK/RANKL信号转导系统而影响骨重建的有力支撑。当筋骨系统发生筋弱骨痿的退行性改变后，筋肉对骨骼的牵张应力减弱，骨骼负荷及生物力学刺激相应下调，OPG/RANKL/RANK信号转导系统所感应的机械性力学刺激减少，OPG/RANK信号调控因子比例发生改变，使得成骨与破骨生理代谢平衡失调，发挥破骨细胞增殖、分化效应，久之则发为骨质疏松症。因此，以“肝主筋、肾主骨”为基点，肝肾同治下调衡OPG/RANKL/RANK信号转导系统成骨与破骨信号因子的释放与表达，通过改善骨代谢分子生物学效应强化筋骨系统的生物力学性能，从而抑制骨质疏松症级联的发生。

5 结语

基于中医“肝主筋、肾主骨”辩证理论指导绝经后骨质疏松症论治，完善了绝经后骨质疏松症治疗的肝肾齐补、筋骨同调思路，依托于OPG/RANKL/RANK骨代谢信号转导调控系统，以筋骨生物力学刺激与骨代谢分子生物学免疫应答为核心，为绝经后骨质疏松症的治疗提供分子生物学与生物力学相关科学依据。筋骨运动系统介导OPG/RANKL/RANK信号轴进而调控骨代谢的分子信号调节机制毋庸置疑，相关研究[29]亦证实了其理论的可靠性与治疗的科学性。绝经后骨质疏松症患者肝肾亏虚，筋骨失养，筋弱骨痿，筋骨不相亲，骨机械性生物力学性能减弱，骨代谢分子生物学机制紊乱及骨调控信号因子比例失衡，扰乱了OPG/RANKL/RANK骨重建信号调控系统，诱使骨质疏松症级联的发生。审证求因、治病求本，治疗应以培肝补肾、柔筋强骨为基点，从根本上调节骨代谢分子生物学内环境生态平衡，改善筋骨机械负荷生物力学性能，纠正OPG/RANKL/RANK骨信号调控因子紊乱通路，以“肝肾同治-筋骨并重-生物力学调整-骨免疫应答”为治疗轴，重建骨代谢失衡的肝肾培补与筋骨力学信号调控通路，从而为绝经后骨质疏松症的治疗提供新思路、新靶点。