赵瑞 林贤灿 黄宏兴 万雷 林燕平 黄佳纯 杨昊霖 杨志杰 吴建军

1.广州中医药大学第三临床医学院,广东 广州 510405

2.广州中医药大学第三附属医院,广东 广州 510378

“后天养先天”理论是中医防病治病的观点,该理论认为:脾为“后天之本”,在体合肉,主四肢,生化气血。肾为“先天之本”,在体合骨,封藏精气。脾肾二脏相互滋生、互为依赖,彼此间存在先天生后天,后天养先天的关系。先后天理论为脾肾相关疾病的病机阐述提供了理论支撑,也为补肾健脾实现肌骨同治提供了可行的思路。肌少症(sarcopenia)是以肌力和肌量进行性、广泛性减少为特征的疾病[1]。骨质疏松症(osteoporosis,OP)是以全身骨量减少、骨微结构受损,进而导致骨脆性增加,易发生脆性骨折的代谢性骨病[2]。研究已证实肌肉与骨骼间存在正相关性,年龄相关的肌肉流失多数伴随骨量丢失[3]。肌少-骨质疏松症(sarco-osteoporosis)的提出对于肌骨相关性研究、指导临床用药、提高老年人生活质量等方面具有重大意义[4]。肠道菌群,具有维持人体内环境平衡,延缓机体衰老的作用[5],被称为“人体第二基因库”。肌肉减少症、骨质疏松症在中医理论体系中均归属“痿证”范畴,为肌骨同治提供了理论基础。目前,肌少-骨质疏松症的共同发病机制尚未明确,随着肠道微生物领域研究进展的不断深入,越来越多证据表明[6-7],肠道微生物具有调节肌骨代谢的作用。本文旨在通过“后天养先天”理论探讨肠道菌群在肌少-骨质疏松症中的作用,以期指导临床诊疗工作。

1 “后天养先天”理论

1.1 “后天养先天”理论与肌少-骨质疏松症的关系

肌少症属于中医“肌痿”病,病脏在脾,《素问·太阴阳明论》提出:“今脾病不能为胃行其津液……故不用焉。”认为脾气健旺,则肌肉强劲,脾胃虚弱,运化失司,升降无常,导致肌肉瘦削,痿软无力,甚至四肢不用等肌少症症状。骨质疏松症属于“骨痿”病,《素问·六节藏象论》记载:“肾者……其充在骨。”病脏在肾,其发病多与血瘀,脾虚,肾虚三种因素相关[8]。脾胃亏虚,气血生化乏源,骨骼失濡,发为骨痿。肾虚方面,《素问·上古天真论》提到:“八八……肾脏衰。”患者年老体弱,精气亏虚则髓海空虚,骨骼失养,发为骨痿;血瘀的发生多是因虚致瘀,在脾肾亏虚的基础上,因气虚导致推动无力,血虚导致血运不畅,骨髓失养,发为骨痿,血瘀方面,络脉空虚,因虚致瘀,骨痿病甚,脆性增加,骨微结构受损,严重者可并发脆性骨折,络脉受损,血溢脉外,瘀血加重,形成恶性循环。

1.2 “后天养先天”理论与肠道菌群的关系

肌少-骨质疏松症同是以虚为本的疾病,同归为中医“痿证”范畴,《素问·痿论》提出:“治痿独取阳明。”强调了脾胃在治疗痿证方面的重要作用。足阳明胃经入属于胃,联络于脾,是多气多血之经。肠道菌群参与营养代谢、调节免疫功能、维持人体内环境平衡等方面的作用,与脾胃受纳水谷、生化气血、“治中央,常以四时长四脏”(《素问·太阴阳明论》)等观点不谋而合。这印证了肠道菌群与脾胃间存在相关性,通过调节肠道菌群改善脾胃功能,治疗肌少-骨质疏松症是有据可循的。值得注意的是,“独取阳明”是治以阳明为主,临床诊疗时要辨证论治,在注重养护脾胃协调关系的基础上,做到脾肾兼顾[9],以达到先后天共治的目的。

2 肠道菌群参与肌骨代谢的研究进展

肠道菌群是长期存在于肠道中,与人类形成共生关系的微生物群。研究表明,肠道菌群的种类极为庞大,众多细菌、病毒、真菌以及其他微生物共同组成了这个复杂的生态系统[10]。肠道菌群多层面、多领域的参与人体新陈代谢,在维持肌肉、骨骼正常生理代谢方面具有积极作用。然而,肠稳态的平衡一旦打破,条件致病菌会大量繁殖,改变菌群结构和分布情况。肠道菌群及其代谢产物与人体衰弱存在相关性[11],这意味着年龄相关性衰弱的发生与菌群改变密不可分,菌群紊乱造成的免疫异常调节、炎性反应、代谢失调等[10]一系列异常反映在肌少-骨质疏松发病过程中具有重大影响。

2.1 肠-肌轴对肌少症的影响

肠-肌轴指宿主体内的肠道菌群对骨骼肌功能和代谢的影响,肠道菌群多样性随着年龄增长而下降[12],这种影响多由于内分泌紊乱造成。健康的肠道菌群能将营养物质转化为代谢介质,发挥抑制炎症反应,上调胰岛素敏感性,提高合成代谢和抗氧化能力[13]。肠道菌群失调则会造成慢性炎症和合成代谢抵抗[14],降低肠道吸收功能,导致老年人肌量减少,肌力降低等症状加重。菌群紊乱对骨骼肌产生影响表现为以下几方面。

2.1.1肠黏膜屏障受损:在肠-肌轴导致肌少症的过程中,年龄相关性肠黏膜屏障功能受损发挥着重要作用,Kennedy RJ等[15]研究认为衰老的哺乳动物由于体内抗炎因子IL-10缺乏,会增加结肠炎和代谢性内毒素血症的患病风险。短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)由菌群产生,是肠道内未消化的碳水化合物的代谢性产物,包括丁酸盐等六种亚型。丁酸盐缺乏会降低肠道上皮细胞间的完整性,增加肠道通透性,血清炎症因子水平升高,以内毒素为代表的大量微生物代谢副产物进入循环系统,引发恶性疾病[16-17]。Ghosh S等[18]认为代谢性内毒素血症通过肌肉中TLR4-NFκB-MAPK网络的信号传导上调,导致老年人股四头肌肌力下降、肌量减少。因此,以丁酸盐为代表的SCFA亚型是维持肠稳态的重要因素,抑制肠源性内毒素介导的细胞焦亡信号通路能改善肌肉减少症的症状。

2.1.2营养代谢障碍:胰岛素能促进骨骼肌合成、限制骨骼肌分解,对维持人体肌量平衡具有重要作用。研究表明胰岛素与酪氨酸激酶受体相结合,促进胰岛素底物募集激活下游PKB/Akt通路,参与蛋白质合成[19]。长期高脂肪、低纤维素饮食会导致拟杆菌属等菌群数量下降,机会致病菌数量增加,促进全身炎性疾病和胰岛素代谢抵抗,增加肌少症等代谢疾病发病概率[20]。健康的肠道菌群能够分泌大量叶酸、维生素B12、核黄素、色氨酸、SCFA等物质,这些物质是骨骼肌合成代谢过程中必不可少的营养元素,其中,丁酸盐能通过激活PGC1-α增加三磷酸腺苷合成,并抑制组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC),达到预防细胞凋亡和减少肌蛋白分解代谢的目的。因此,肠道菌群是极为重要的内源性营养来源。

2.1.3年龄相关性衰弱:年龄是影响肠道菌群及其代谢产物水平的重要因素,衰老导致的菌群紊乱不仅会加重老年人身体虚弱,而且是不容忽视的致病因素。陈宇涛[21]研究认为,与年轻人相比,老年人肠道内的普拉梭菌、长双歧杆菌等菌种、甲基赤藓糖醇磷酸等代谢通路均表现为不同程度的差异。菌群结构性改变及代谢信号通路的异常表达揭示了年龄相关性衰弱的潜在机制。肠道纤维化是肠道长期炎性损伤的不良转归[22],由此引发的后果是肠吸收能力进一步下降,出现营养匮乏等方面的虚弱表现,周而复始,形成恶性循环。

2.2 肠-骨轴对骨质疏松症的影响

肠-骨轴指肠道菌群对骨骼功能和代谢的影响,成骨细胞和破骨细胞是维持骨稳态平衡的重要细胞,维持骨稳态对骨骼健康具有重要意义。骨稳态一旦被打破,将大大提高骨质疏松症的发病概率。现代研究发现菌群失调与骨矿物质的流失密切相关,其对骨骼的影响主要表现为以下几方面。

2.2.1内分泌代谢紊乱:胰岛素样生长因子-1(insulin like growth factor-1,IGF-1)是肠-骨轴中重要的代谢产物,IGF-1主要由肝脏、脂肪等场所分泌。Yan J等[23]研究认为,SCFA可以恢复抗生素处理后小鼠肠道内微生物的微生物定殖,显著增加血清中IGF-1的含量,并增加了小鼠的总体骨量、纵向和径向骨生长。另有证据认为:人体骨量与血清IGF-1和骨吸收标志物Ⅰ型胶原C端肽呈负相关性[24]。这证明了IGF-1可以促进骨骼生长发育,并在维持生理代谢、促进成骨、抑制破骨等方面具有积极作用,是重要的骨调节因子。尽管如此,IGF-1并非唯一的肠-骨轴代谢产物,已有研究发现类固醇激素、甲状旁腺素、维生素D等均能在肠-骨轴中扮演代谢产物的角色,这些物质与肠道菌群之间的机制有待进一步研究探明[25]。以丁酸盐为代表的SCFA亚型可能是联系肌少-骨质疏松症共同发病机制的桥梁与纽带,通过日常饮食及药物干预体内SCFA的分泌,也为寻找肌骨共同治理的有效方法提供了理论支持。

2.2.2骨免疫调节失衡:菌群失调导致的骨免疫调节失衡是诱发骨质疏松的另一重要因素,HDAC是一类能调控基因表达的蛋白酶。研究认为,HDAC抑制剂通过调节破骨细胞的特异性信号降低大鼠骨髓前破骨细胞样细胞和多核破骨细胞样细胞的形成[26]。杨雪等[27]认为SCFA具有调节骨代谢的作用,其机制与抑制HDAC和激活G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPRs)两种信号转导相关。因此,肠道菌群参与骨免疫调节,并通过SCFA调节破骨细胞的分化,而菌群失调会导致破骨功能亢进,此过程激发骨髓效应因子CD4+T细胞造血的免疫调节作用,并伴随肝脏中促炎性先天免疫细胞因子增加。考虑到肝脏是产生IGF-1的主要场所,并在骨免疫调节方面的重要作用,近几年一些学者在肠-骨轴假说的基础上对理论进行创新性发展,形成肠-肝-骨轴学说[23,28]。以肝脏为靶向器官探索骨免疫调节机制有助于更深入地解读肠道菌群与骨骼的联系。

2.2.3菌群结构性差异:研究发现骨质疏松组患者拟杆菌门、拟杆菌属和艾森伯格属的绝对丰度和相对丰度均较高,提示骨质疏松症患者与健康人的肠道菌群存在显著差异性[29],Wen K等[30]发现绝经后骨质疏松组小鼠伴随尿苷、B-假尿苷等代谢物水平升高,甘氨酰-L-亮氨酸、利他酸等代谢物水平降低,说明肠道菌群对骨骼的影响存在着菌群结构的变化以及体内代谢物水平改变等方面的客观证据。然而,通过检测敏感性较强的代谢产物指标,帮助临床工作者诊治骨质疏松症的可行性有待进一步研究。

3 改善肠道菌群治疗肌少-骨质疏松症

肌少-骨质疏松症是一种代谢综合征,兼具肌少症和骨质疏松症的特征,表现为骨量减少、骨脆性增加、肌力下降、肌量减少等症状,导致身体的平衡能力下降,跌倒风险增加,对老年人的生活质量有较大影响[31]。研究表明,骨骼肌与骨骼在解剖位置上毗邻,在内分泌调节、分子信号调节通路、治疗靶点及药物等多方面具有相同性[32]。Lambert MNT等[33]研究发现益生菌联合补充剂(钙、镁和骨化三醇)治疗骨质疏松症优于仅使用补充剂。Ren G等[34]认为肠道菌群在肌肉代谢调节过程中起到重要作用,经过营养干预治疗后,肠道益生菌如瘤胃球菌、韦荣氏球菌的丰度提高,与肌肉质量呈正相关性。因此,这一结论为益生菌共同治疗肌少-骨质疏松症的可行性提供了理论支持。

中医药作为民族瑰宝,在协同治疗肌少-骨质疏松症方面具有积极作用。补肾健脾活血方基于“后天养先天”理论,以补肾、健脾、活血为法,达到脾肾兼顾、肌骨同治的目的[35]。方中补骨脂、淫羊藿、肉苁蓉、熟地、菟丝子温肾填精,壮骨强腰,黄芪、大枣补中益气,健脾强肌,熟地、丹参、当归、白芍活血化瘀。王芮[36]研究发现补肾健脾活血方通过活化AKT激活AKT/GSK-3β和AKT/mTOR/P70S6K信号通路,调节肌蛋白合成,增加肌肉含量。刘治军等[37]研究表明补肾健脾活血方提高转化生长因子β、骨形态发生蛋白2 mRNA和蛋白表达水平,对绝经后骨质疏松症具有防治作用。现代研究认为,黄芪通过激活IL-22信号通路促进肠干细胞再生,上调小肠菌群中乳酸杆菌丰度,恢复肠稳态[38]。菟丝子能降低小鼠炎性因子的表达、改善肠道菌群结构,修复肠黏膜损伤[39]。肉苁蓉水提物的抗氧化作用,能够纠正肠道菌群紊乱[40]。丹参茎叶总酚酸调节部分产SCFA菌群含量回调肠道内SCFA的含量,维持肠稳态[41]。研究发现,人参、山药、刺五加、益智仁、黄精等归脾肾二经的中药在调节肠道菌群,维持胃肠道生理功能方面具有治疗作用[42-46]。因此,中医药在治疗肌少-骨质疏松症的潜力巨大,“后天养先天”理论指导下的肌骨共同治理理念也需要更深层次的探索。

4 小结

本文通过讨论“后天养先天”理论、肠道菌群、肌少-骨质疏松症的研究进展,阐述了“微生物-肠-肌骨”理论的机制及肌骨共治的可行性,得出如下结论:①肠道菌群广泛参与肌骨代谢,维持肠稳态,防治肠道菌群紊乱在肌少-骨质疏松症共同治疗过程中具有重要作用;②基于“后天养先天”理论,以补肾、健脾、活血为法的方药对于该病的治疗具有明显的疗效。本文旨在通过综述目前的相关研究进展,为深度探讨肠道菌群与肌肉、骨骼分子间的联系,探究肌骨相关性的关键机制,发挥中医药共同治疗肌少-骨质疏松症的优势提供思路。