基于“肾主骨”理论探讨骨关节炎软骨下骨重建失衡的病理机制

贾良良 许云腾 王圣杰 蔡奥灵 许丽梅 李慧 叶蕻芝 李西海

【摘 要】 软骨下骨重建失衡是骨关节炎的关键病理过程，以软骨下骨微结构变化为主要病理表现。软骨下骨是关节的重要组成部分，属中医学“骨”之范畴，肾藏精-生髓-主骨。肾虚髓亏，骨失所养，则发“骨痿”“骨痹”，以软骨下骨重建失衡为主要表现。在肾主骨理论指导下，以软骨下骨重建失衡为切入点，查阅国内外相关文献，归纳总结软骨下骨的病理特点与“肾主骨”理论的相关性，旨在进一步诠释肾主骨的科学内涵。

【关键词】 骨关节炎；肾主骨；关节软骨；软骨下骨；重建失衡

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种以关节软骨退变、关节边缘骨质增生、软骨下骨重建失衡为病理表现的骨组织代谢疾病，与年龄、遗传、创伤、炎症、内分泌及代谢障碍关系密切。以中老年人多发，属中医学“痿痹”范畴。OA病位在筋骨，以本痿标痹为核心病机，肝肾亏虚、筋骨失养致痿为致病之本，腠理空虚，易感风寒湿之邪致痹为致病之标[1]。基于临床病症观察，多见先痿后痹、痿痹并存、痹痛为著。中医学的肾，比较抽象和复杂（涵盖现代医学内分泌、生殖、免疫与运动骨骼等多个系统），是一个具有多功能的独立体系。其主要功能为藏精、主水、生髓、主骨，主生长发育，而“肾主骨”之要点在于肾精生髓，滋养骨骼，较现代医学肾的功能更广。本文基于“肾主骨”结合软骨下骨等生理病理特征，探讨OA软骨下骨重建失衡的病理机制。

1 “肾主骨”理论的历史渊源

《素问·宣明五气篇》曰：“五脏所主，……肾主骨。”“主”是主持之意，涵盖两个方面，一是肾充养骨骼，二是肾与骨的生理功能及病理方面的联属关系[2]。肾藏精、主水、纳气，其功能反映在人之肾先天精气充盈主宰着生长发育与生殖功能。《黄帝内经》阐述肾生髓主骨理论的发生是多元的，将机体骨变化所标识的生长发育与生殖功能状态相关联，是“肾主骨”理论的重要依据之一。《素问》中“肾生骨髓”“肾者，其充在骨”“五藏所主，……肾主骨”等理论，提示肾主骨主要体现在肾精充则髓之生化有源，髓充则骨得以养[3]。肾为水火之脏，内寄元阴元阳，是元气之根，为先天之本。

“肾藏精，精生髓，髓养骨”，提示骨的发育、强壮取决于肾中精气的盛衰。肾、精、髓、骨之间是紧密联系的整体，肾藏精-精生髓-髓生骨，肾健髓充则骨坚[4]。肾处下焦，肾阳虚则肾失温养腰府及骨，而发腰膝酸软；阴寒盛于下、温煦肌肤失职，两膝发冷明显，故形寒肢冷。肾气亏虚，肾阳不足，风、寒、湿等实邪侵袭，气血痹阻不通，筋脉关节失养，发而为痹。《素问》“有所远行劳倦，……内伐则热舍于肾。……则骨枯而髓减”等理论，提示内外因素致使“肾不生，则髓不能满”，骨失所养而发骨病，则致骨质脆弱的病理变化[3]。《素问·痹论篇》“肾痹者，善胀，尻以代踵”，提示关节肿胀为骨痹之象。肾精不足则髓空，骨不得养，骨软无力、活动不利，则为“肾”与“骨”的主要病理关系，提示肾虚是OA发病的病理基础。

2 软骨下骨重建失衡是OA的关键病理变化

骨重建依赖于成骨细胞（OB）和破骨细胞（OC）的调控，OB的骨形成作用与OC的骨吸收功能，两者协同维持稳态，共同影响着骨的生长过程。骨重建是一种生理变化，随应力变化而致骨的质量和密度产生变化，质量和密度变化与应力呈正相关。在OA进程中常出现钙化软骨层增厚、双重潮线、软骨下骨硬化及骨髓病损等软骨下骨和软骨板结构的改变[5]。软骨下骨作为关节的重要组成部分，与OA的发生发展有着重要的联系[6]，但具体作用机制尚未阐明。

软骨下骨由软骨下骨板和松质骨层组成，其中松质骨层由骨小梁、血管和骨小梁间腔隙等组成，软骨下骨区域解剖呈现高度可变性，取决于其在关节表面不同的位置以及局部承受不同的机械应力微环境[7]。软骨下骨密度分布与相应的关节面负重程度有极大的相关性，承重区域承重越大，其骨密度越大[8]。软骨下骨与软骨生理结构与功能紧密联系，软骨下骨和软骨任意一方的病理生理改变都会影响平衡和组织营养[9]。在OA軟骨下骨重建过程中，骨量显著增多，骨微结构发生变化，致使机械负荷改变，加重OA[10]，软骨下区域亦存在着软骨下骨硬化、水肿等病理改变[11]。软骨下骨硬化，降低其原有的黏弹特性，减震作用亦丧失，异常的应力负载加速上层软骨的降解[12]。从微观层面而言，骨细胞是OB分化终末状态，骨细胞能够调控骨的代谢[13]。骨代谢的主要细胞是OB和OC，包括骨的形成与吸收，OB与OC在骨基质形成和降解中起着重要的调节作用[14]。

3 肾虚与软骨下骨重建失衡的关系

在中医学肾的体系中，肾虚包含整体功能下降、紊乱，免疫功能下降，下丘脑-垂体-靶腺（如肾上腺皮质、甲状腺、性腺等）在结构和功能上均呈现异常变化等[15]。肾虚可以从诸多方面影响OA的发病。下丘脑-垂体-靶腺轴对维持骨骼的正常状态，骨的代谢有着密切的关系。骨骼的生长修复与肾上腺分泌的激素、甲状旁腺激素（PTH）也有关联。肾脏是促红细胞生成的主要器官，肾脏对维生素D、生长素、钙与磷排泄的影响等方面的研究进展，都从微观方面发展充实了“肾主骨”的理论。

3.1 肾虚-精亏-髓减-骨病 肾中精气主要为先天之精，先天禀赋不足，肾虚精亏，缺乏分化和发育的原动力；肾中精气的推动作用不足，生长发育迟缓，髓生化乏源，则骨失所养。

“髓”的病理情况及病机改变也可见由生成不足或消耗太过导致的“髓枯”“髓减”，与“肾”“精”的关系最为密切，如《素问·逆调论篇》曰：“肾不生则髓不能满。”《灵枢·终始篇》曰：“形体淫泆，乃消脑髓。”骨为髓之府，骨骼的耗伤也会致使髓的耗损，髓空而骨骼失养，加剧骨骼病变，《素问·脉要精微论篇》曰：“骨者髓之府，不能久立，行则振掉，骨将惫矣。”髓虚致使骨骼失养，引发“骨痿”“骨痹”“骨蒸”等病证，如《素问·痿论篇》曰：“骨枯而髓减，发为骨痿。”《素问·逆调论篇》曰：“肾者水也，而生于骨，肾不生，则髓不能满，故寒甚至骨也……一水不能胜二火，故不能冻栗，病名曰骨痹，是人当挛节也。”《世医得效方·大方脉杂医科篇》曰：“凡骨蒸莫非是劳，脊骨尤属虚髓竭也。”而肾中精气的衰微，是绝经后骨代谢异常的重要原因，《素问·生气通天论篇》曰：“肾气乃伤，高骨乃坏。”总之，“髓”的病证影响着脏腑功能、气血精津液的状态，特别是“肾”“精”的异常会直接导致“髓”的异常，“髓”的病理改变也会致使肾、骨等脏腑和器官的病理变化。

3.2 肾调节骨代谢的物质基础 下丘脑-垂体-靶腺轴系统的功能在维持机体内环境稳定方面发挥着重要的功能[15]。肾脏产生的1，25-二羟维生素D3[1，25-（OH）2D3]和促红细胞生成素（EPO）是肾调节骨代谢的物质基础[16]。PTH对肾脏的直接作用是促进肾小管对Ca2+的重吸收，减少Ca2+在尿液中的流失。甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）可促成骨向分化[17]，间歇性PTH/PTHrP可促进骨钙蛋白表达[18]。

骨髓间充质干细胞（BMSCs）以其所具有的干细胞特性，成为中医学“肾主骨”理论的研究热点。现代基础医学研究发现，肾脏和骨骼皆由中胚层细胞（胚胎时期）发育分化而来[19]。BMSCs源于中胚层，在多种因素的调控下可分化成骨原性干细胞，进而分化形成OB、骨细胞，以完成骨的构建[20]。通常，BMSCs向OB分化后的细胞含有丰富的碱性磷酸酶，可以合成I型胶原，表达OC和骨桥蛋白，并可形成钙化结节。OA晚期软骨下骨改变主要表现为骨形成，然而钙与胶原比例、骨矿化度和力学强度均会降低，矿化能力亦明显不足，最终出现骨硬化[21]。而软骨下骨OB产生的转化生长因子-β（TGF-β）和Dickkopf家族蛋白（DKK）-2增加可致骨矿化度降低[22-23]，且DKK-2（Wnt信号通路的抑制剂）可抑制OB骨矿化[24]。作为TGF-β超家族的成员，骨形态发生蛋白（BMP）可调节细胞外基质，参与软骨下骨重建，并发挥重要作用（如BMP-2、BMP-7）。

肾脏对代谢的影响，主要表现在肾脏1-α羟化酶的活性及对钙磷代谢的调控上，1-α羟化酶的重要作用是对维生素D的羟化作用。作为一种肾源性骨代谢调节物质，1，25-（OH）2D3可促肠道对钙、磷物质的吸收，提高血钙和血磷的含量，有助钙化和骨盐沉着，增强骨转化、减少骨丢失[16]。

肾脏羟化酶的活性一定程度上与年龄呈反比，随着年龄的增长，其合成1，25-（OH）2D3的功能衰退，进而出现骨代谢紊乱[16]。在成年后，EPO主要由肾脏远曲小管细胞和肾脏皮质的肾小球细胞及髓质小管周围的毛细血管内皮细胞产生[25]。EPO在体外可直接激活BMSCs向OB分化，不同程度地影响着骨形成及骨吸收[26]。EPO可促骨髓内网织红细胞释放，促进骨髓对铁的吸收利于红细胞生成，为中医“髓能养骨”理论的客观性提供佐证。

3.3 肾调节骨代谢影响软骨下骨重建的作用途径 肾脏从不同层面、不同环节调节下丘脑-垂体-靶腺轴功能，参与的靶腺通常为性腺及肾上腺等，通过分泌不同的激素发挥对骨细胞信号转导的调控作用[15]。其中细胞信号转导为细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，跨膜转换形成胞内第二信使，从而影响细胞生物学功能的过程。

Wnt/β-catenin信号通路在骨代谢中起着重要作用，其中Wnt l蛋白可通过骨保护素（OPG）影响OC骨量和OC的生成，Wnt 3a、Wnt 4等影响OB的分化[27]。另外，PTHrP参与调节经典Wnt/β-catenin信号通路[17]，从而刺激核转录因子κB受体活化因子配体（RANKL）合成，抑制OPG表达，进而促进OC形成及活性。RANKL是OC形成的关键因子，能够促进干细胞向OC分化。而OPG是其负性调节因子，通过调控RANKL与受体的结合而影响破骨分化[28]。EPO通过ephrin B2/Eph B4信号通路在细胞成骨分化中的作用，高水平的ephrin B2蛋白能增加人类BMSCs的成骨分化[29]。在骨代谢中，TGF-β信号通路在成骨分化参与胶原分泌及钙盐沉积中发挥重要作用[30-31]。下调骨细胞TGF-β/Smad-4信号能抑制BMSCs成骨和破骨分化[32]。

OC重吸收的部位，TGF-β（骨重吸收過程中释放）可以诱导BMSCs从骨髓腔中迁移至骨重吸收处，分化补充OB，从而调节骨重建过程。然而在时间和空间上，OC的骨吸收与TGF-β诱导的BMSCs分化的非一致性，导致软骨下骨出现异常骨重建，以加重软骨退变，促进OA病程进展[33]。研究表明，Smad-1/5和Smad-4对OC的分化有重要作用，为BMPs参与OC的分化提供了证据，且BMP-2对成熟OC的重吸收有推进作用[34]。BMP-7主要由肾脏和骨骼分泌，可维持肾脏的正常发育[35]，其成骨作用较强，因而与“肾主骨”关系密切。

以上客观佐证了肾调节骨代谢的作用途径，影响软骨下骨重建，但尚存在不足，有待更详尽的探索。

4 补肾法调节软骨下骨重建失衡

孙思邈《备急千金要方》曰：“腰背痛者，皆由肾气虚弱，……为偏枯、冷痹、缓弱疼重，若有腰痛挛脚重痹，急宜服独活寄生汤。”首次运用补肾方药治疗痹证。补肾药物及经典方剂（六味地黄丸等）可促进BMSCs向OB分化，激活生长因子相关信号通路[36-37]，调控骨代谢和骨量。具有“补肾”作用的淫羊藿，其单体淫羊藿苷具有激素样作用，能促进BMSCs增殖和成骨分化[38]，促进OB矿化[39]，抑制OC功能和分化[40]。补肾药物能够抑制OC的骨吸收，加强OB塑骨能力[41]。具有抑制OC分泌的抗酒石酸酸性磷酸酶（TRACP）的补肾中药，可以减少骨吸收陷窝的表面积以及骨吸收陷窝的数目，还可促进OB的增殖、钙化结节的形成及促进碱性磷酸酶的分泌来促进OB的成骨作用[42]，可调控软骨下骨重建，调控软骨下骨稳态，保护关节软骨。补益肝肾、强筋壮骨中药可促进肠钙吸收，调节体内微量元素的稳态平衡，改善软骨下骨的内部结构[43]。

软骨下骨是关节的重要组成部分，在OA发病及疾病进展中发挥着重要的作用[7-8]，软骨下骨重建失衡可作为阐明骨病发生发展机制、创新治法的关键。因此，以软骨下骨重建失衡为切入点，采用病证结合与以方测证的方法，探讨“肾藏精-生髓-主骨”的生理联系与“肾虚精亏-髓减-骨病”的病理联系，揭示肾调控软骨下骨重建的作用机制，探索补肾药物治疗OA的潜在作用靶点，从而丰富“肾主骨”的科学内涵，为从“肾”论治OA提供科学的理论基础。

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收稿日期：2018-06-29；修回日期：2018-11-13