中医“肾主骨”理论指导下“肾骨系统”的构建和价值

唐德志 赵东峰 原淳淳 舒冰 王晶,4,5 李晨光,4,5 赵永见,4,5 张伟强 王晓赟,4,5,6 程韶 赵世天 金镇雄 杨骏杰 陶渝仁 孙康晖 王乾 卢盛,4,5 施杞,4,5* 王拥军,4,5 *

1.上海中医药大学附属龙华医院，上海 200032

2.上海中医药大学脊柱病研究所，上海 200032

3.教育部筋骨理论与治法重点实验室，上海 200032

4.石筱山伤科学术研究中心，上海 200032

5.施杞名中医工作室，上海 200032

6.上海市针灸经络研究所，上海200030

中医“肾主骨”理论诞生于距今约2 000年的秦汉时期，《黄帝内经·素问篇》曰：“五脏所主…肾主骨”，即提出“肾主骨”理论，随后经历代中医学家不断发展，逐渐形成了完整的理论体系。现代医学研究[1-2]也从一定程度上揭示了“肾主骨”理论的物质基础和功能依据。在生理上，肾脏重吸收钙磷、微量元素等物质，调控骨稳态中成骨细胞和破骨细胞的活性，对骨骼具有重要的调控作用，影响骨骼生、长、壮、老过程中的动态平衡[3]；在病理上，肾病累及骨骼和肌肉，即“肾病及骨”，临床最为典型的表现就是肾功能损害导致的肾脏病-矿物质骨代谢紊乱(CKD-MBD)。因此，对中医“肾主骨”理论进行系统科学地阐述，对于挖掘肾骨系统相关疾病的病机和丰富防治手段，尤为重要。

1 现代科学对肾的认识

目前对中医学肾的认识存在不同的看法，但随着系统论与系统生物学的兴起，许多学者认为肾不仅仅是现代医学解剖学的肾脏，还有其它系统、功能器官和组织的参与。因此，对中医肾内涵的认识包括两个不同的层面：解剖肾和功能肾(图1)。解剖肾的主要认识是解剖学中的肾脏；而功能肾的物质基础比较复杂，目前比较有认可度的是下丘脑-垂体-肾上腺、性腺和甲状腺这三轴综合状态的体现[2-3]。因此，中医“肾主骨”理论内涵的变化也就涉及到从单一层面到立体层面(图2)：①肾脏对骨骼的作用；②骨骼对肾脏的作用；③肾脏-骨骼接受机体某些因素的共调控作用；④肾脏-骨骼共参与调节机体的某些生理功能的作用。这些内在联系和生理功能可以归纳总结为解剖学肾脏和基于神经-内分泌-免疫-循环调解网络(neuro-endocrine-immune-circulatory regulatory network,NEIC)基础上的功能肾，并构成完整的结构与功能体系。本文将从以上四个层面解析“肾主骨”理论内涵和物质基础，并阐述 “肾骨系统”构建的现代意义。

2 生理状态下的肾骨调节机制

现代解剖学肾脏对骨组织的影响，首先体现在肾脏通过调控钙(Ca)、磷(P)代谢平衡，为骨骼的生理活动提供物质基础。其次，钠(Na)、镁(Mg)、钾(K)等基本元素主要在肾脏重吸收，对骨细胞、成骨细胞和破骨细胞的生理功能发挥着调控作用。此外，肾脏还可以通过分泌骨形态发生蛋白7(BMP7)等关键调控蛋白，对骨骼生理功能和活性发挥调控作用。

2.1 钙稳态

肾脏通过调节钙的重吸收和储存，影响骨的结构、状态和功能。游离钙在细胞信号传导、激素调节和骨骼矿化中发挥多重生物活性作用[4]。当游离钙含量降低时，肾脏感受器接收信号并传达命令至骨，从而增加骨钙溶解，促进骨钙进入体循环，上调循环中游离钙的水平[5]。肾脏重吸收钙主要发生在肾小管，约60 %～70 %的钙通过跨上皮电化学梯度驱动在近端小管(PT)中被重吸收[6]。肾脏重吸收钙的能力主要受甲状旁腺素(PTH)和1,25-二羟基维生素D[1,25(OH)2D]的调节[7]，降钙素也参与其中以确保钙稳态[8]，满足机体生理活动的需求(图3A)。

2.2 磷稳态

成人体内约有700克磷，其中85 %的磷储存在骨骼中[9]。磷的转运为能量依赖型转运，需要位于肾近端小管中II型和III型磷酸钠共转运蛋白的协助[10]。血清磷的重吸收受多种代谢因子和激素的调节，旨在维持磷的动态平衡[11]。在分子水平上，PTH可以刺激磷酸盐代谢物的分泌从而降低血清磷水平[12]。成纤维细胞生长因子23(FGF-23)以Klotho依赖性方式抑制磷酸盐的重吸收减少肾脏对磷的重吸收[13-14]，还可以降低1,25(OH)2D的合成，减少肠道对磷的重吸收(图3B)[15]。而1,25(OH)2D则会直接降低甲状旁腺中PTH的合成和分泌[16]，以减轻PTH对血清磷酸盐水平的下调作用。它也可以刺激骨细胞合成和分泌FGF-23。因此，有学者认为1,25(OH)2D的整体调节结果会增加血清磷酸盐水平(图3A)[17-18]。

2.3 BMP7

骨形态发生蛋白7 (BMP-7)主要由肾脏分泌，参与调控了骨骼分化和发育的过程，包括胚胎骨骼发育过程和出生后骨的生长[19]。BMP-7突变引起小鼠的部分软骨和骨矿化的延迟，肋骨和椎骨的畸形发育，肾单元的减少和多囊肾[20]。BMP7 也参与了骨组织的修复和重建，BMP7的表达增强了骨髓间充质干细胞的分化能力，对骨折的愈合具有促进作用[21]。

2.4 电解质平衡

镁与肾脏的关系十分复杂，镁的动态平衡受肾脏重吸收功能的调节，重吸收过程包括：①激活位于Henle环路的运输系统；②发生于远曲小管粗支的重吸收[22]。钾的重吸收60 %～70 %发生在肾近端小管，25 %发生在Henle袢粗升支，最终只有约10 %的过滤钾保存到肾小管液中，到达远端小管[23-24]，当钾摄入量低时，远端钾的重吸收会相应增强[25]。对于钠而言，只有小部分钠(约25～500 mmoL)从肾小球中过滤，并从尿液中排出，约为过滤负荷的0.4 %。大多数的微量元素体内平衡是由肾脏的重吸收加以控制，其中多个微量元素与骨代谢和稳态密切相关[26]，如铁、锌、硒、铜、硅、氟和锶等，均能够对骨发挥重要的生理作用。见图3A。

3 病理状态下的肾骨调节机制

肾功能降低可以诱发骨-肾-甲状腺轴的代谢异常，引起骨骼矿物质紊乱及一系列并发症[27]，统称为:肾脏病-矿物质骨代谢紊乱(CKD-MBD)。

3.1 肾功能不全导致骨的病理改变

CKD-MBD患者骨骼的病理变化在该病的不同阶段均能发生[28-29]，在疾病发展中伴随骨吸收的增强和骨生成的不断下降[30]。CKD-MBD患者的骨形态改变有四种[31-32]：①高转换或甲状旁腺性骨病，也称为纤维性骨炎症；②混合型尿毒素性骨营养不良；③软骨病；④非动力性骨病。高转化骨病的主要病理改变是骨转换速度明显加快，但骨骼的强度并未明显增加。混合型尿毒素性骨营养不良主要存在PTH异常引起骨矿化的缺失[33]。软骨病和非动力骨病统称为低转换性骨病，主要伴发骨状接缝，同时存在破骨细胞和成骨细胞数量的下降，非动力性骨病表现为减少的骨状接缝和低骨量[33]。

3.2 FGF-23、PTH与CKD-MBD

FGF-23能降低钙、磷和25(OH)D以及常见的骨生化指标和X型胶原，并引起成骨细胞、破骨细胞、骨小梁和骨基质厚度等改变[34]。FGF-23通过Klotho/FGF-23(图3B)信号轴调控非组织依赖性碱性磷酸酶的表达[35]，通过诱导DKK1(Wnt信号通路的抑制剂)的表达直接调控骨生成[36]。软骨病和非动力性骨病导致骨中铝的沉积，成骨细胞与破骨细胞活性降低以及PTH的分泌减少[37]。CKD-MBD患者中，PTH升高降低了肾钙的分泌，抑制了磷的重吸收和增加了1,25(OH)2D的表达，并导致钙磷转运调控子的活性和骨吸收增加[38]。PTH与表达在成骨细胞的受体结合发挥活性，导致骨矿化组织中可交换钙、磷输出的增加[39]，并通过核因子κ B受体活化因子配体(RANKL)诱导的破骨细胞调控的骨矿化来实现，PTH相关蛋白改变也可能是非动力性骨病的诱因[40]。

3.3 血管钙化与CKD-MBD

高磷血症是CKD-MBD典型并发症。高磷通过诱导其共转运体PiT-1和PiT-2间接促进血管平滑肌细胞外基质钙化，进一步直接导致血管内晶体沉淀的产生[41]。伴随着肾脏损伤的发展，尿钙排泄的减少，导致过量的钙质在软组织和血管中滞留[39]。过量的钙质改变血管平滑肌细胞功能并且影响细胞的信号传导[42]，可能诱发动脉硬化和动脉钙化的发生(图3B)。当血管平滑肌细胞暴露在富含钙质的培养基中时，细胞会随着基质矿化而发生成骨分化[43]。

4 骨骼对肾脏的调节机制

越来越多的研究[44]表明骨骼作为一种内分泌器官通过调控电解质代谢或分泌相关因子影响其它组织包括肾脏的功能。

4.1 FGF-23

FGF-23受体Klotho蛋白主要分布于肾脏，肾脏是FGF-23发挥生理作用的主要靶器官[45]。通过激活成骨细胞和骨细胞相关的FGF-23基因转录可以促进FGF-23的表达。血清自发性FGF-23水平的升高疾病包括常染色体显性低磷血症性佝偻病、骨声门发育不良及McCune-Albright综合症和其他创伤性疾病[46]。而成骨细胞、破骨细胞发育不良性疾病则可导致血清FGF-23水平降低进而诱发肿瘤样钙质沉着症，该病以高磷血症、血清1,25(OH)2D3水平升高及组织钙化为主要表现[47-48]。CKD的临床治疗中，通过抗炎、抗血清高磷血症和抗FGF-23抗体表达维持肾脏功能相对平衡，继而增加1,25(OH)2D3水平和抑制PTH分泌[49]。见图3B。

4.2 骨钙素

循环中的骨钙素(OC)主要包括羟化不全的OC和羟化OC，作为骨骼中的活性形式，羟化的OC与羟基磷灰石的亲和力更强(图3B)[50]。在正常情况下，OC可以调控骨矿物质沉积，最终影响骨骼的体积和形状[51]。也有研究认为OC可以通过维生素K独立的γ羧基酶羧化形成并进而调控成骨细胞、破骨细胞的活性[52]。在CKD病变中，羟化不全的OC生成增加。与检测尿液中球蛋白/肌酐比例相似，临床中通过检测血清中羟化不全的OC/总OC比例划分CKD的分期。因此，Gallieni M等[53]认为血清低水平OC是CKD发生发展的独立危险因素。

4.3 瘦素

血循环瘦素(Leptin)与体脂水平呈正相关，受到膳食因素的影响[54]。随着CKD-MBD病理过程的发展，Leptin水平逐渐升高，而其它肾脏疾病诱导的Leptin缺乏则可能导致免疫反应减弱[55]。Leptin在肾和骨组织中的具体生理、病理作用尚未完全明确，但其是目前已知的唯一通过降低OC表达、分泌、及其生物活性的OC负调控因子[56]，且OC水平与血糖、葡萄糖代谢和肥胖等因素呈现负相关[57]，因此Leptin可能通过调控OC表达，间接影响CKD的病理发展(图3B)。此外，过量Leptin还可以促进血管平滑肌细胞向成骨细胞分化，从而导致CKD时血管钙化[58]。

4.4 骨硬化蛋白和Dickkopf-1

骨硬化蛋白(Sclerostin)和Dickkopf-1(DKK1)两者均为Wnt抑制剂，主要由骨骼中的骨细胞分泌(图3B)，对骨量的维持发挥调控作用[59-60]。肾脏系统疾病能够引起血液中Sclerostin和DKK1水平增加并引起肾功能的低下，两者是通常认为是CKD-MBD的重要诱导因子[61]。血循环中Sclerostin和DKK1的表达水平在CKD-MBD患者中上升[62-63]，而高表达的Sclerostin能够显著降低CKD-MBD患者骨形成[64-66]，因此Sclerostin和DKK1可能参与CKD-MBD的病理过程[67]。除了对Wnt/β-Catenin信号通路的作用，Sclerostin还可以通过其他途径抑制骨形成，如抑制骨形态发生蛋白的表达[68]，降低PTH诱导的骨生成[69]等。

5 肾骨系统及其与下丘脑-垂体-性腺、甲状腺和肾上腺三轴的联系

肾骨系统受多种神经、内分泌、免疫因子所调控，其中三种代表性神经内分泌轴，即：下丘脑-垂体-甲状腺轴系统(HPT)[70-71]、下丘脑-垂体-性腺轴(HPG)系统[72]、下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)系统[73]。虽然HPT、HPG、HPA轴的生理功能可以部分解释传统医学中“肾主骨”的理论，但是其明确的分子机制尚不清楚。

一方面，肾骨系统都可以接受机体HPT、HPG、HPA因素的调控，产生本身生理病理的改变；另一方面，肾骨系统都可通过调控特异性因子的表达，参与调节机体的某些生理功能，能量代谢是其中最重要的方面之一，亦是肾骨系统的动力之源。人体能量代谢具有致密调控和稳定长久的特点，其平衡主要与两类调控系统相关[74]：①短期系统，即胃肠道系统摄入和消化食物，而体力活动负责消耗营养物质；②长期系统，即脑功能，内分泌系统是维持膳食、活动等能量吸收、消耗系统相对平衡的最重要器官[74]。其中，OC、Leptin和BMP-7是调控肾、骨能量代谢平衡的重要代表性物质。

临床治疗研究和基础动物实验证实OC可通过促进胰岛素生成和提高胰岛素敏感度，增加血糖和能量消耗[75]。Leptin是调控能量消耗和食物摄入的关键激素，主要由骨骼内脂肪细胞生成，并通过激活大脑中分布的Leptin受体发挥调控能量储备的生理作用，尤其在CKD病人肾脏损伤发挥作用。BMP7主要在肾脏中分泌，主要调控骨骼和肾脏的生长发育。见图4。

6 “肾骨系统”研究的临床意义

对临床而言，为取得更好的疗效，需要对涉及肾脏和骨骼的疾病采取系统的治疗手段。上海中医药大学“中医肾骨表型组学”团队通过前期国家“973”计划项目的研究，证明了中医“肾精”变化与神经-内分泌-免疫-循环调解网络(NEIC)、骨髓间充质干细胞改变的趋势一致，骨髓间充质干细胞上有NEIC网络作用的分子基础。自然衰老人群NEIC网络指标稳态下降，自然衰老小鼠骨髓间充质干细胞数量减少、分化能力降低。而通过补肾填精治疗，不仅可以改善患者倦怠乏力、骨骼疼痛、腰膝酸软、畏寒肢冷、齿摇发脱、下肢抽筋、腿软困重、夜尿频多等“肾精亏虚”的表现，还能够整体调节机体的NEIC网络稳态，改善肾功能，恢复骨髓间充质干细胞中信号传导通路的平衡，调节骨髓间充质干细胞的数量和状态，从而达到既调肾精，又治病的综合作用，体现了中医“肾主骨”理论和整体观在肾骨系统相关疾病中的应用[2]。

近年来，随着系统论与系统生物学的兴起，器官与器官相互作用的研究逐渐深入，系统性地处理人体这个复杂巨系统成为主流医学思考的方法之一，将有助于发现继发性疾病的潜在机制、提高早期预防和治疗水平、延缓或减轻疾病，使今后的治疗措施更加系统有效。在中医“肾主骨”理论的指导下，以系统论的方法对肾骨两个器官进行探索，部分揭示了“肾主骨”理论的科学内涵，并从分子机制验证了肾骨系统的科学内涵，对临床治疗肾骨系统相关疾病具有重要的指导价值。理论上，用系统论的方法进行中医药研究更符合中医整体观、系统观的本质特点，为中医的现代化研究提供了参考，使东方的古老智慧迸发出现代光芒。