中医药基于阴阳理论干预能量代谢防治绝经后骨质疏松症的机制研究＊

郭 晛，任艳玲

（辽宁中医药大学中医学院 沈阳 110847）

骨质疏松症（osteoporosis，OP）是常见骨骼疾病，以骨量减少、骨组织微结构破坏、骨强度下降和易发生骨折为主要特征[1.2]。据美国国立骨质疏松症基金会统计显示，美国有1020万OP患者，每年发生骨质疏松性骨折的患者超过200万，其中女性占70%[3]。我国40-49 岁女性OP 的患病率为4.3%，而50 岁以上女性OP的患病率则达到32.1%，且好发于绝经后5-10年[1]。因此，绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis，PMOP）已成为中老年女性不可忽视的健康问题。能量代谢指的是在物质代谢过程中伴随的能量释放、转移、储存和利用。人的各种生理活动伴随着能量代谢，同样疾病的发生、发展也伴随着能量代谢。而中医学认为，疾病的发生的根本原因是阴阳失调。故越来越多的学者应用传统中医学中“阴阳互济”“阴阳变易”等思维阐述人体的生理功能和病理变化，从更深的层次和更高的水平归纳机能活动、组织结构及其内稳态的相互关系[4]。女性绝经后雌激素分泌减少，似中医学所述“阴精不足”，因此PMOP、能量代谢、阴阳失衡三者之间可能有密切的联系。故本文旨在探讨中医药基于阴阳理论干预能量代谢防治绝经后骨质疏松症的机制，为本课题的研究奠定理论基础。

1 能量代谢与骨质疏松症

骨量的维持主要依靠骨重建，骨重建包含骨吸收和骨形成。骨吸收主要由破骨细胞参与，而骨形成主要由成骨细胞参与。绝经后由于卵巢功能衰退、雌激素水平下降，导致破骨细胞功能亢进，成骨细胞活性减弱，骨吸收多于骨形成，从而造成骨量丢失。说到能量代谢，就不得不提到一个细胞器——线粒体。成骨细胞和破骨细胞若要实现各种生物学行为，必然会伴随能量代谢。

骨形成由成骨细胞主导。成骨细胞（osteoblast，OB）具有高代谢活性。有研究表明，体外培养的成骨细胞，其分化过程伴随着细胞内ATP 生成、能量代谢及线粒体膜电位的变化。成熟成骨细胞的ATP 生成量和线粒体膜电位均高于未成熟的成骨细胞[5]。与此同时，在骨基质合成、分泌和矿化的每一个过程中，均需要大量的能量供给[6]。骨吸收由破骨细胞主导。破骨细胞（osteoclast，OC）是一种多核巨细胞，是目前已知唯一具有骨吸收能力的细胞。质子泵，又称H+-ATP酶，在骨吸收的过程中起关键作用。H+-ATP酶能够水解ATP 产生能量，并促进H+逆浓度梯度跨膜传输。在骨吸收时，破骨细胞不断将H+-ATP 酶从胞浆贮存池转运到刷状膜处[7]。因此，ATP 水平、细胞线粒体膜电势均够影响破骨细胞的活性及凋亡。有研究表明，成熟破骨细胞中的ATP 水平低于破骨细胞前体细胞，而且ATP 水平越低、膜电势越高，破骨细胞越易凋亡，同时ATP 还可通过调控细胞骨架结构影响破骨细胞的分化和功能[8]。由此可见，骨形成与骨吸收的过程均伴随能量代谢。

参与骨重建且与能量代谢相关的信号途径主要包括 PI3k/Akt 通路、MAPK 通路、Wnt/β-catenin 通路、NF-κB 通路等，其中 MAPK 通路又包括 JNK、p38、ERK5 和 ERK1/2 四种通路。PI3K/Akt、ERK5、Wnt/βcatenin 通路主要表现为促进成骨细胞的分化增殖或抑制其凋亡[9]；JNK、NF-κB 通路则主要表现为抑制成骨细胞的分化增殖，或加速其凋亡，从而抑制骨形成[9]。至于p38 通路，多数学者的研究显示，该通路的激活可促进小鼠胚胎成骨前体细胞（MC3T3-E1）的增殖和分化[10]；但部分学者的研究显示，p38 通路能够诱导成骨细胞凋亡[11]，抑制该通路可以提高成骨细胞的活性，进而抑制成骨细胞的凋亡[12]。Wnt/β-catenin 通路亦能抑制破骨细胞分化和活性[13]，但其促进成骨细胞增殖的作用较强。ERK1/2 通路对于成骨细胞凋亡的调控机制尚不明确。AMPK 作为Wnt/β-catenin、ERK等通路的上游，受到颇多关注；同时PGC-1α亦是近年研究的热点。故作者所在课题组目前致力于AMPK通路和PGC-1α通路的研究。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是蛋白激酶链中的关键一员，被称为真核细胞的“能量感受器”。AMPK既能够感应细胞能量代谢变化，又可通过多种途径调节ATP 产生与消耗之间的平衡[14]。有学者指出，AMPK 被激活后，通过调控不同的下游因子，既能调节成骨细胞分化和骨形成，又能调节破骨细胞分化和骨吸收[15]，是骨代谢的重要通路。二甲双胍作为AMPK 经典激动剂，可阻断线粒体呼吸链复合体I 的传递，通过抑制细胞的氧化磷酸化来激活AMPK[16]。 有研究显示，AMPK 通路的激活可促进MC3T3-E1 的增殖、分化和矿化[17]；激活的AMPK 可通过BMP-2/Smad信号促进成骨分化[18]，使其碱性磷酸酶活性增强，Ⅰ型胶原酶合成增多，骨钙素表达升高，并上调成骨细胞特异性转录因子Runx2 的表达[19]。亦有多位学者证实，AMPK 通路的激活可促进骨髓、脂肪和肌肉等间充质干细胞的成骨分化，而AMPK 通路被阻断后，成骨分化受到抑制[20.21]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是AMPK 下游的重要信号分子，有研究发现AMPK 与mTOR 的活性调节有关[22]，AMPK/mTOR通路同时调控骨形成和骨吸收[23.24]。

过氧化物酶体增殖物激活受体γ 辅助活化因子-1α （Peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α，PGC-1α）是机体能量代谢的关键调节因子，主要在心脏、肝脏、骨骼肌等线粒体分布丰富的组织中表达[25]。PGC-1α 是调节线粒体生物合成的关键因子，可增强线粒体的生物活性。在骨代谢中，PGC-1α 既能促进成骨细胞的增殖和分化分化，又能抑制破骨细胞的生成[26]。骨细胞是由骨髓间充质干细胞分化而成的。研究证实，PGC-1α 在Wnt 通路中可通过ERK 和p38 MAPK 途径使表达上调[27]，从而促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。同时有研究表明，ERRα 与 PGC-1α 的结合在 Wnt 通路的亦能调节成骨细胞分化。在PGC-1α/ERRα信号激活后，Runx2的表达上调，可促进成骨细胞的分化，使骨组织的形成增加[28]。另有研究显示，小鼠体内骨骼干细胞中的PGC-1α可通过调控骨髓局部炎症微环境，对周围破骨细胞产生旁分泌作用，间接引起破骨细胞的改变[29]。在PGC-1α 基因敲除小鼠体内，皮质骨上破骨细胞的面积和数量增加，骨转换标志物I 型胶原蛋白的C 端肽（CTX-I）的水平升高；同时，小鼠骨髓中RANKL 水平升高，RANKL/骨保护素（osteoprotegerin，OPG）比值升高[30]。

2 中医学阴阳理论与能量代谢

阴阳学说是中医理论体系的重要组成部分。《素问·阴阳应象大论》曰：“阳化气，阴成形”。明·张景岳《类经》注释云：“阳动而阴散，故化气；阴静而凝，故成形。”明·李中梓《内经知要》云：“阳无形，故化气；阴有质，故成形。”清·张志聪亦在《黄帝内经素问集注》曰：“阳化万物之气，而吾人之气由阳化之；阴成万物之形，而吾人之形由阴成之。”现代亦有诸多学者在前人的基础之上进一步加以阐释。《黄帝内经素问校释》[31]：“阳的运动，可以化生清气和能量；阴的凝聚，可以构成有形的物质。”《黄帝内经素问白话解》[32]：“阳易动散，故能化气；阴易凝敛，故能成形。”《黄帝内经素问译释》[33]：“阳能化生力量，阴能构成形体。”《黄帝内经素问校注语译》[34]：“阳可以化生出功能，阴可以构成有形的物质。”

由此可见，“阳化气”着重于人体的生命活动，“阴成形”则突出在人的形体变化。阳气温煦，是化气的动力，可以把外界摄入的物质或者机体的物质化为无形之气，以此来推动人体的功能；而阴气柔静，是有形的物质基础，可以把外界摄入的物质或者自身的无形之气化为有形之物，以此来生成人体的形质。中医学认为构成人体生命的基础物质有气、血、津、液等。相对来说，气属阳，而血、津、液属阴。在气的推动、激发作用之下，人体表现出精力旺盛，动作迅速，反应敏捷；在血、津、液的濡养、滋润作用之下，骨骼逐渐强健，身形逐渐高壮，皮肉逐渐坚韧丰满。反之，气、血、津、液亏虚，人常表现出精力不足，动作缓慢，反应迟钝；骨骼逐渐疏松，身形逐渐萎缩，皮肉逐渐松弛消瘦。

能量代谢包括分解代谢与合成代谢。分解代谢是消耗物质、释放能量的过程。在这个过程中，ATP及产热均增加，物质储存减少，故机体表现出活动、兴奋、亢进等特点。合成代谢是利用能量、形成物质的过程。在这个过程中，ATP及产热均减少，ATP等化学能转移到糖和脂肪等化合物中，故机体表现出停滞、低沉、抑制等特点。因此，分解代谢是将有形物质转变为能量的过程，犹如“阳化气”；这是一个“有形”向“无形”转化的过程，以此保证脏腑功能；合成代谢是将能量转变为有形物质的过程，犹如“阴成形”，这是一个“无形”向“有形”转化的过程，以此充养身体形质。

在骨代谢的过程中同样存在“阴”与“阳”。成骨细胞的作用是促进骨基质的合成、分泌和矿化，在这个过程中，骨肉等有形成分增多，能量转变为有形物质。破骨细胞的作用是促进骨基质的降解、吸收，在这个过程中，骨肉等有形成分减少，有形物质转变成能量。依据中医学阴阳理论，在骨重建范围内，破骨细胞为阳，成骨细胞为阴；骨吸收的过程为“阳化气”，骨形成的过程为“阴成形”[35]。故中医学阴阳理论与能量代谢之间有密切的联系，因此通过调整阴阳可能会改变成骨细胞或破骨细胞的能量代谢，达到促进骨形成或抑制骨吸收的目的。

3 中医药调控能量代谢防治骨质疏松症

目前，也可见到中医药通过干预能量防治骨质疏松症的研究报道。杨柳等[36]运用补阳药淫羊藿观察其对成骨细胞及破骨细胞影响发现，淫羊藿可以促进破骨细胞的凋亡，其作用途径是提高破骨细胞线粒体膜电势，并降低细胞间ATP。Zhang D 等[37]亦通过研究表明，淫羊藿能促进破骨细胞凋亡，其作用机制可能是通过线粒体途径干扰细胞周期，达到抑制破骨细胞增殖和分化的效果，从而改变破骨细胞骨吸收活性。朱芳兵等[38]发现补阳药仙茅的主要生物活性成分仙茅苷能提高成骨细胞的线粒体膜电位水平，促进成骨细胞增值和分化。由此可以看出，补阳药可以改变破骨细胞和成骨细胞的能量代谢。

与此同时，本课题组前期研究显示，左、右归丸可调控AMPK/mTOR 通路，既能促进PMOP 大鼠的骨形成[23]，又能抑制其骨吸收[24]。另外也有某些中药活性成分可通过AMPK 通路来防治骨质疏松症[15]。例如人参皂苷Rd，能够激活AMPK/BMP-2 通路以促进MC3T3-E1 的成骨分化和矿化；葛根、鸡血藤、黄芪和当归所含芒柄花黄素，通过激活AMPK/β-catenin 通路减少脂肪形成，改善高脂饮食诱导小鼠的肥胖和骨丢失。土甘草中的高山异黄酮，通过激活AMPK/NOX-2通路抑制活性氧产生，从而缓解糖皮质激素诱导的骨细胞凋亡。绿茶中所含儿茶素没食子酸酯可以激活AMPK 通路来抑制骨吸收，从而减少PMOP 模型大鼠骨丢失。此外，虎杖、桑椹等所含白藜芦醇，可能通过激活AMPK/mTOR 通路抑制内源性活性氧的产生，从而促进衰老骨髓间充质干细胞的成骨分化。另外，常用补肾中药杜仲、续断、淫羊藿、补骨脂、骨碎补中的活性成分，均可通过调控Wnt/β-catenin 通路促进骨形成[39]，但是否同时激活AMPK通路尚待研究。

陈艳婷等[40]研究发现补肾壮骨颗粒（由鹿角胶、龟板胶、淫羊藿、骨碎补、生地、山药、水蛭组成）能使PMOP 大鼠的骨密度提高，其机制可能与上调血清中PGC-1α 的水平以及骨髓组织中 PGC-1α mRNA 的表达有关。姚若愚[41]等运用自拟温阳补肾汤（由熟地黄、淫羊藿、补骨脂、杜仲、续断、骨碎补、黄芪、当归等组成）治疗骨质疏松骨折，发现恢复期患者骨密度提高的同时，血清中PGC-1α表达亦升高，提示中药在亦可能在PGC-1α 通路中发挥作用。

由此可见，中药或中药提取物从干预能量代谢途径对于防治骨质疏松症具有积极的意义。

4 展望

中医学虽无“绝经后骨质疏松症”这一病名，但根据其临床表现特征，本病属于“骨痿”“骨痹”“骨枯”等范畴。中医学认为该病的发生和肾有密切的关系。《素问》曰：“肾生骨髓……在体为骨”；“肾主身之骨髓……骨枯而髓减，发为骨痿”。由此可见，骨痿的发生与肾藏精生髓的功能密切相关。肾精充盛则骨强，肾精亏虚则骨痿。“女子七七，任脉虚，太冲脉衰少，天癸竭，地道不通”。天癸竭即说明肾中精气大衰，肾精大衰可致骨髓失养，发生骨痿。这与现代医学对本病的认知不谋而合。同时，中医学认为五脏皆有阴阳，故肾精可分为阴精、阳精，即肾阴、肾阳，两者皆以肾的精气作为物质基础；阴阳偏盛偏衰是各种疾病最基本的病理变化。肾阴、肾阳在生理上相互依存、彼此制约，保持着动态平衡，共同维护肾脏的功能；这种平衡被打破，某一方出现偏盛或偏衰，导致肾的功能失调，就会发生病变。绝经后骨质疏松症中医药诊疗指南（2019 年版）已将本病的常见证型简化为脾肾阳虚证、肝肾阴虚证、肾虚血瘀证三种[1]。康剑等[42]对南昌市500 例PMOP 患者的中医证型分布情况统计显示，肾虚血瘀型占比最大（34.20%），其次为肝肾亏虚型（22.00%），再次为肾阳虚型（12.40%）和肾阴虚型（9.60%）。但无论何种证型，最终的转归都是阴阳俱虚。因此骨痿的发生亦伴随着肾阴阳失衡，故中医学对骨痿的治法多从补益肾精、调整阴阳出发[43]。左归丸、右归丸是临床治疗PMOP 的常用方剂。两方皆能益精填髓，但左归丸偏于滋补肾阴，而右归丸偏于温补肾阳。作者所在本课题组前期研究显示，左、右归丸均有促进骨形成、抑制骨吸收的作用，并且左归丸作用更佳[23.24.44]。

目前从中医学阴阳理论探讨中医药干预PMOP能量代谢作用机制的研究甚少，但已有实验证实阳虚或阴虚与肝脏、肾脏、心肌、脑组织细胞的能量代谢有密切关系。卢德赵等[45]利用激素型肾阳虚动物模型，研究肝细胞线粒体蛋白质组与能量代谢的关系。通过实验发现，二氢硫辛酰胺脱氢酶在线粒体能量代谢中起重要作用，其表达量降低是肾阳虚动物细胞内糖代谢异常的主要原因，进而导致三羧酸循环障碍。齐敏瑞等[46]通过动物模型发现，肾阳虚小鼠肾上腺超微结构发生变化。与正常小鼠相比，肾阳虚组不仅线粒体数量显著减少，甚至出现部分线粒体肿胀变形，粗面内质网变少，滑面内质网显著扩张等。尹德辉等[47]亦使用造模方法检测大鼠心肌和脑组织的线粒体DNA，发现模型组的线粒体DNA 缺失率明显高于老年对照组和青年对照组。该研究结果可能提示线粒体DNA的氧化损伤是脾阴虚衰老的原因之一。由此我们能够看出，阳虚或阴虚可使线粒体的结构或功能发生异常，从而影响能量的代谢。而赵新永[48]等发现左归丸不仅能提高衰老小鼠卵母细胞内ATP 含量，还能提高线粒体的数量和膜电位，同时上调PGC-1α 蛋白的表达量。说明调整阴阳对能量代谢可能具有重要意义。

本文基于中医学阴阳理论分析能量代谢，总结中医药通过能量代谢途径防治骨质疏松症的研究进展，为推动本课题的开展提供可靠的科学依据。线粒体作为细胞内能量代谢的主要场所，在PMOP 的发病机制中占据重要地位。通过应用补阳药或补阴药，改善成骨细胞或破骨细胞线粒体能量代谢，可能是防治绝经后骨质疏松症新的突破点。