基于成骨细胞与破骨细胞PI3K/Akt信号通路探讨“肾主骨”性别差异的机理

Strong evidence has been detected that there exist “gender differences” during the biological procedure of “kidney governing bone” in our previous project from National Natural Science Foundation of China, Wnt osteoblast regulation pathways and OPG/RANKL osteoclast regulation pathways were indicated to change in different ways in male and female objects. PI3K/Akt signaling pathways are the downstream pathways of Wnt osteoblast regulation and OPG/RANKL osteoclast regulation pathways, respectively, they play the essential roles in regulating the differentiation, proliferation and activity of osteoblast and osteoclast, thus to have great impact in normal bone metabolism. Consequently, the different gender-related changes in osteoblast and osteoclast PI3K/Akt signaling pathways might be responsible for the in-depth mechanisms of the gender differences in “kidney governing bone” procedure. Therefore, in this study we plan to develop the animal experiments combing with cell culture methods to further explore the mechanisms underlying the gender differences in the “kidney governing bone" procedure based on osteoblast and osteoclast PI3K/Akt signaling pathways. The outcomes will certainly facilitate to decipher the mechanisms of the “kidney governing bone” theory in Chinese medicine as well as to provide the experimental supports for the individualized prescription in osteoporosis patients based on gender difference.

本人承担的上一个国家自然科学基金项目的研究结果显示：“肾主骨”存在性别差异，不同性别之间，Wnt成骨细胞调控通路和OPG/RANKL破骨细胞调控通路发生不同改变，是造成这种差异的机理之一。研究表明，PI3K/Akt信号通路分别是Wnt成骨细胞调控通路和OPG/RANKL破骨细胞调控通路的下游通路，在调控成骨细胞和破骨细胞分化、增殖和活性方面发挥着重要作用，是使骨骼进行正常代谢的关键调控通路之一。据此推测，不同性别之间，成骨细胞和破骨细胞PI3K/Akt信号通路发生进一步的不同改变，可能是导致“肾主骨”存在性别差异的更深入的机制之一。基于此，本项目拟采用动物实验与细胞培养相结合的方法，进一步从成骨细胞与破骨细胞PI3K/Akt信号通路角度，深入探讨“肾主骨”性别差异的机理。本研究将有助于进一步阐明 “肾主骨” 理论的科学内涵，并可为针对不同性别骨质疏松症患者进行遣方用药提供实验依据。

该项目采用动物实验与细胞实验相结合的方法，从成骨细胞(OB)与破骨细胞(OC)PI3K/Akt信号通路的角度，深入探讨了“肾主骨”存在性别差异的机理。结果表明：（1）去势可导致同龄雌、雄大鼠发生高转换型骨质疏松症，但去势所导致的雌雄之间骨转换及骨丢失率存在性别差异，OVX大鼠骨转换及骨丢失率明显高于ORX大鼠。去势大鼠骨吸收增加，骨形成代偿性增加，但由于骨吸收大于骨形成而导致骨量丢失。其具体机制是：大鼠去势后，可引起OC的PI3K/Akt信号通路及其关键因子TRAF6、c-Src、NFATc1的mRNA及蛋白表达明显升高，OC活性增强；并可引起OB的PI3K/Akt信号通路及其关键因子GSK3β、β-catenin和Runx2的mRNA及蛋白表达均明显升高，OB活性增强，RANKL/OPG比值增加。但由于OC所致的骨吸收大于OB所致的骨形成，而导致骨质疏松症的发生。OVX大鼠的上述改变明显强于ORX大鼠，这是雌性去势大鼠骨转换及骨丢失率均明显高于雄性的机制之一。（2）右归丸对雌、雄去势大鼠骨质疏松症的作用存在性别差异，右归丸对OVX大鼠的疗效明显优于ORX大鼠。右归丸可使去势大鼠OC的PI3K/Akt信号通路及其关键因子TRAF6、c-Src、NFATc1的蛋白表达明显降低,导致OC活性减弱；并也可使OB的PI3K/Akt信号通路及其关键因子GSK3β、β-catenin和RUNX2的蛋白表达以及RANKL蛋白表达、RANKL/OPG 比值均明显降低。RANKL/OPG 比值降低则表明，右归丸还可通过抑制RANKL/OPG 比值来降低OC的活性。右归丸的以上作用最终导致骨吸收与骨形成均降低，使两者恢复到一个相对的平衡状态，从而抑制骨的高转换状态，防止骨量丢失。右归丸对OVX大鼠OB和OC中PI3K/Akt信号通路抑制作用明显大于ORX大鼠，这是右归丸对雌、雄去势大鼠骨质疏松症治疗作用存在性别差异的机制之一。综上，右归丸对同龄雌雄大鼠OB和OC中PI3K/Akt信号通路的差异调控作用是其对雌雄去势大鼠骨质疏松症治疗产生性别差异的机制之一。这一研究结果进一步阐明了 “肾主骨” 理论的科学内涵，丰富了中医的藏象理论，并为临床治疗骨质疏松症针对不同性别患者进行遣方用药提供了重要的实验依据，不仅具有重要的理论意义，而且还有较高的应用价值。