中医药基于骨髓脂肪组织能量代谢防治绝经后骨质疏松症机制探讨*

郭 晛，任艳玲

辽宁中医药大学，辽宁 沈阳 110847

脂肪组织是参与调控全身能量代谢的重要器官，骨髓中亦有脂肪组织。既往对绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis，PMOP）防治机制的研究多着眼于成骨细胞、破骨细胞及骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）。而骨髓脂肪组织（bone marrow adipose tissue，MAT）与骨代谢和能量代谢密切相关。近年来，对中医药干预脂肪能量代谢作用机制的研究在各种内分泌疾病中已初步开展，但在PMOP 中较少涉及。故现从MAT 能量代谢出发探讨中医药防治PMOP的机制，为临床治疗PMOP提供新的思路与方法。

1 脂肪组织、MAT与能量代谢

1.1 脂肪组织与能量代谢人体脂肪组织包括白色脂肪组织（white adipose tissue，WAT）和棕色脂肪组织（brown adipose tissue，BAT），两者均参与机体能量代谢。WAT 中含有少量细胞质和线粒体，产热能力低，主要功能是将多余的能量以脂肪形式贮存起来，脂质合成、脂肪酸酯化等过程都依赖于线粒体［1］。而BAT中含有较多线粒体，主要功能是通过非战栗性产热来维持体温恒定［2］。非战栗性产热又称代谢性产热，是依靠提高代谢率来增加产热的一种方式。BAT 中线粒体内膜表达解耦联蛋白1（uncoupling protein-1，UCP-1），其作用是使线粒体的氧化呼吸链解藕联，即呼吸作用与氧化磷酸化作用解藕联，从而阻碍ATP 生成，使化学势能以热能的形式释放［3］。

与此同时，脂肪组织增多也会影响能量代谢。例如肥胖，不仅抑制脂肪组织线粒体的生物合成，还能使线粒体自噬增加［4］。过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助活化因子1α（eroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator 1α，PGC-1α）及 核 呼 吸 因 子（nuclear respiratory factors，NRF）是参与线粒体生物合成的重要核基因编码转录因子。二者在高脂喂养超重大鼠的脂肪组织中表达降低［5］。肥胖还可通过下调白色脂肪细胞中线粒体DNA数量和核基因编码转录因子表达水平来抑制线粒体蛋白质转录，从而抑制线粒体生物合成［6］。线粒体自噬是一种选择性清除功能失调或受损线粒体的自噬过程，在调节细胞内线粒体数量、保障线粒体功能正常和维持细胞内环境稳态等方面发挥作用。肥胖患者白色脂肪细胞中功能失调或受损的线粒体增加可明显增强自噬［7］。有研究发现，敲除小鼠脂肪细胞中自噬相关基因Atg7可抑制白色脂肪细胞自噬，减少白色脂肪细胞质量，并伴随棕色脂肪细胞扩张［8］。

1.2 MAT 与能量代谢MAT 由脂肪细胞在骨髓腔内聚集形成，MAT通过分泌相关因子调节成骨细胞与破骨细胞的分化及其功能，并参与机体能量代谢。MAT 与WAT 和BAT 相比，既有相似之处又有一定差别。在发现初期，MAT被认为与BAT相似，因其可表达与BAT类似的特异性基因标志，如PGC-1α，但其表达水平低于BAT［9］。MAT 亦可表达与WAT 类似的因子，如脂联素、瘦素、脂肪酸结合蛋白4（fatty acid-binding protein 4，FABP4）与CCAAT增强子结合蛋白（CCAAT/enhancer-binding protein，C/EBP）。但与WAT 相比，前三者表达水平降低，后者表达水平增高。另外，MAT 中单不饱和脂肪酸含量低于皮下脂肪组织［10］，说明骨髓脂肪细胞与白色脂肪细胞在组成成分方面存在差异。

骨髓脂肪细胞主要由BMSCs 分化生成。研究表明，BMSCs 分化时依赖线粒体氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）获取能量［11-12］。在BMSCs 成脂分化过程中，线粒体数量、线粒体转录因子A（mitochondria transcription factor A，TFAM）、PGC-1α、解偶联蛋白1 和2、OXPHOS 复合物及耗氧率均增加，但ATP 含量下降［13-14］。说明在BMSCs 向脂肪细胞分化过程中，线粒体氧化代谢增强。在骨髓来源的人间充质干细胞（human mesenchymal stem cells，hMSCs）成脂分化过程中，通过创造低氧环境、敲减TFAM等方法抑制减弱线粒体氧化代谢，导致hMSCs 成脂分化被抑制［13］。以上结果表明，线粒体功能增强是MSCs 成脂分化的基本条件。因此，通过干预MSCs 能量代谢可能改变其向骨髓脂肪细胞分化。

2 脂肪组织能量代谢与中医学阴阳理论

阴阳学说是中医理论的重要组成部分。张景岳云：“阳动而阴散，故化气；阴静而凝，故成形”。中医学认为：阳主动，具有温煦、推动、发散的作用，凡物质在其作用之下表现为无形的、肉眼不见的弥漫状态，皆属“阳化气”特性；阴主静，具有凉润、凝滞、收敛作用，凡物质在其作用下表现为有形的、肉眼可见的聚集状态，皆属“阴成形”特性。“阳化气”着重于人体生命活动，是物质从“有形”向“无形”的转化过程；“阴成形”则突出在人的形体变化，是物质从“无形”向“有形”转化过程。

能量代谢包括同化作用和异化作用。同化作用又称合成代谢，是利用能量形成物质过程。在该过程中，ATP 及产热减少，物质储存增多，血肉筋骨等有形成分增多。在营养充足、能量过剩时，脂肪酸被酯化为甘油三酯（triglyceride，TG）储存在WAT 中，ATP 也转移到WAT 中。在这个过程中，线粒体中的丙酮酸羧化酶参与合成3-磷酸甘油，而丙酮酸在线粒体内氧化脱羧为乙酰辅酶A，为脂质合成提供关键中间产物，促进脂肪酸和TG合成［15］。WAT 主要分布于皮下组织和内脏周围，其过度积累形成肥胖。可见，这是一个从“无形”向“有形”转化的过程。异化作用又称分解代谢，是消耗物质释放能量过程。在该过程中，ATP 及产热增加，物质储存减少，血肉筋骨等有形成分减少。在营养匮乏、能量不足时，储存在WAT中的TG会进行脂肪动员，在脂肪酶作用下分解为游离脂肪酸和甘油，进而生成乙酰辅酶A 氧化供能，以用作细胞能量来源。同时，棕色脂肪细胞中的线粒体可通过调节脂肪酸氧化使脂质保持动态平衡，有助于机体抵抗能量摄入过多引起的脂肪堆积，从而抑制肥胖发生［2］。但由于肥胖患者棕色脂肪细胞线粒体功能障碍，导致脂肪酸氧化和能量消耗减少，从而促进异位脂质积累［16］。可见，这是一个从“有形”向“无形”转化的过程。

因此，在脂质代谢范围内，WAT属阴，BAT属阳；WAT 的功能属“阴成形”，BAT 的功能属“阳化气”；WAT 形成的过程属“阴成形”，WAT 分解的过程属“阳化气”。故中医学阴阳理论与脂肪组织能量代谢之间有密切联系，因此通过调整阴阳可能会改变它们的能量代谢。

3 中医药干预脂肪组织能量代谢的机制研究

目前可见到中药或中药提取物通过干预能量来调节脂肪代谢的研究报道，但多数研究是对非酒精性脂肪肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的防治，且主要集中在PGC-1α信号通路、PPAR信号通路和AMPK信号通路方面。

PGC-1α是机体能量代谢的关键调节因子［17］，主要在骨骼肌、心脏、肝脏、肾脏和BAT 等线粒体分布丰富的组织中表达。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。PGC-1α在与NRF-1 结合后能将其转录激活，同时转录激活TFAM表达，进而调节线粒体转录［18］。TFAM是参与线粒体DNA 转录激活的重要因子，但TFAM的近端启动子高度依赖NRF-1结合。TFAM表达水平下降，直接抑制线粒体DNA 的转录及增殖过程［19］。辛温通阳中药葱白提取物可通过提高PGC-1α表达，促进NRF-1、TFAM 表达，从而促进肝线粒体生物合成，改善NAFLD肝脂肪变性［20］。

过氧化物酶体增殖剂激活受体（peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR）是调节机体能量代谢的关键因子，在肝细胞中大量表达。PPAR 能增强与脂质代谢有关的酶和蛋白转录，进而提高肝脏氧化脂肪酸能力［21］。同时，PGC-1α是PPAR 的辅激活因子。在敲除PGC-1α小鼠实验中可观察到脂肪酸氧化基因表达下调，肝细胞中脂肪酸氧化速率降低，线粒体呼吸率降低［22］。何首乌、三七提取物可降低非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）大鼠血清、肝脏脂质合成与聚积，与模型组相比，中药组PPARαmRNA 和PGC-1αmRNA 表达增多，从而调节肝脏脂质代谢，使细胞内脂质合成减少，达到防治NASH的目的［23］。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是参与糖脂代谢不可缺少的蛋白激酶［24］，广泛分布于肝脏、脂肪、骨骼肌等能量代谢旺盛组织，被称为“细胞能量平衡的感受器”。真核生物通过AMPK 复合体可快速有效感受细胞内ATP 水平变化来调节能量代谢［25］。AMPK 在促进线粒体生物合成和调节线粒体自噬中占重要地位。

在应激情况下，AMPK 可激活PGC-1α，PGC-1α与PPARγ或雌激素相关受体的相互作用可促进线粒体生物合成［25］。当线粒体受损、ATP下降时，AMPK同样被激活，核心因子线粒体分裂因子（mitochondrial fission factor，MFF）的磷酸化可促进受损线粒体分离，并通过线粒体自噬清除受损部分［25］。同时。AMPK 亦是细胞内调节脂肪代谢的关键分子［26］。有研究表示，AMPK 通过抑制肝脏中脂肪生成、增加肝脏中脂肪酸氧化和促进脂肪组织中线粒体功能完整性3种途径来防治NAFLD［27］。乙酰辅酶A 羧化酶（acetylcoa carboxylase，ACC）是脂肪酸合成过程中的关键酶，也是AMPK 的靶蛋白之一。ACC 是丙二酸单酰辅酶A 合成过程中的限速酶，后者既是脂肪酸合成的前体，可通过抑制肉碱棕榈酰转移酶-1 的活性阻止长链脂酰辅酶A 进入线粒体，最终抑制线粒体脂肪酸氧化［28］。葛根素能增加AMPK、PPARα表达，降低脂肪酸合酶转录活性，从而抑制肝脏脂肪合成［29］。祛湿化瘀方（茵陈、虎杖、田基黄、姜黄、生栀子）可使肝组织TG、游离脂肪酸含量降低，并升高肝组织AMPK、ACC 蛋白磷酸化水平，从而改善高脂饮食诱导的大鼠肝脏脂肪代谢［30］。

4 展望

中医学无PMOP 病名，但根据其临床表现，该病属“骨痿”“骨痹”“骨枯”等范畴。中医学认为“肾主骨，藏精生髓，精伤则骨痿”。女性由于衰老，肾精逐渐亏虚，以致筋骨失养，发生骨痿。现代医学认为，由于绝经后雌激素水平降低，破骨细胞主导的骨吸收大于成骨细胞主导的骨形成，造成骨量丢失，是形成PMOP 的主要原因，这与中医学对本病的认识不谋而合。同时，中医学认为五脏皆有阴阳，故肾精蕴含阴精、阳精，即肾阴、肾阳。阴阳失调是各种疾病的基本病理变化，肾阴、肾阳在生理上相互制约、彼此依存，若某一方出现偏盛或偏衰，就会发生病变。因此骨痿发生的病因以肾精亏虚，阴阳失衡为主，故中医学对骨痿的治法多从补益肾精、调整阴阳出发。

左、右归丸是目前临床治疗PMOP 的两个常用方剂。两方均有益精填髓功效，其中左归丸为壮水之剂，右归丸为益火之剂。本课题组前期研究发现，补阴方左归丸与补阳方右归丸及其拆方均能抑制BMSCs 的成脂分化，且右归丸的作用优于左归丸［31］。目前虽无报道能证实中医药可通过干预MAT 的能量代谢，但有研究证实中药可干预骨髓能量代谢防治骨质疏松。补肾健脾化瘀方（淫羊藿、鹿角胶、龟板胶、骨碎补、生地黄、山药、水蛭）可能通过提高骨髓组织中PGC-1α mRNA 表达，降低雌激素受体相关受体（estrogen-related receptor，ERR）mRNA 表达，从而提高去势大鼠骨密度［32］。因此，通过应用补阳药或补阴药干预MAT的能量代谢，可能是防治PMOP的新靶点。