降糖药与骨代谢相关性研究进展

白秋芳 冯正平

重庆医科大学附属第一医院内分泌科，重庆 400016

根据国际糖尿病联盟 (International Diabetes Federation，IDF)的调查数据，全球糖尿病患者将从2014年的3.87亿升至2035年的5.92亿[1]。糖尿病患者骨折风险明显增加，1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)患者髋部骨折风险是非糖尿病患者的4～6倍[2]，2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者虽然多数无骨密度下降，但骨折风险仍增加。其机制可能与持续高糖引起的氧化应激、糖基化终末产物 (advanced glyca-tion end products，AGEs)对骨基质和成骨细胞的毒性及胰岛素抵抗、低骨转换等有关。目前新型降糖药层出不穷，其大量应用于临床，可能对糖尿病患者骨代谢有一定的影响，本文就目前临床常用降糖药与骨代谢相关性作一综述。

1 胰岛素

有关胰岛素对骨代谢影响的研究目前有不同的结论。大多数研究认为胰岛素有促进骨形成、增加骨密度的作用。Thrailkill等[3]进行的细胞试验发现胰岛素能增加成骨细胞的增殖、抑制破骨细胞活性。Abd等[4]对给予胰岛素治疗的糖尿病小鼠进行研究，发现与对照组相比，胰岛素治疗的糖尿病小鼠股骨骨密度明显增加。此外有研究发现无论T1DM还是T2DM患者骨折风险是增加的，而降糖药 (包括胰岛素)的应用可以降低骨折风险，其中胰岛素可显著降低椎骨骨折的风险 (OR:0.21～0.53)[5]。但有部分研究表明胰岛素可能增加骨折风险。Losada-Grande等[6]研究53853例予胰岛素治疗的T2DM患者，发现胰岛素治疗的T2DM患者发生骨折的风险增加38%。另一项研究亦得出了相同的结论[7]。其机制尙不清楚，可能与持续高胰岛素血症降低成骨细胞活性，抑制骨形成有关。

目前使用的胰岛素有人胰岛素及胰岛素类似物，针对各种胰岛素类似物对骨代谢影响的相关研究较少。Losada-Grande等[6]研究发现胰岛素类似物与人胰岛素在骨折风险方面无显著差异。Stage等[8]对371名给予短效或长效人胰岛素治疗的T2DM患者进行比较，发现短效与长效人胰岛素对骨转换标志物的影响无明显差异。另一项针对德国10596例予胰岛素治疗的T2DM患者进行回顾性分析，发现甘精胰岛素与地特胰岛素在骨折发生率上差异无统计学意义[9]。

总之，目前大部分研究证实胰岛素或胰岛素类似物有促进骨形成，增加骨量作用。机制可能为胰岛素通过激活丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)磷酸化途径抑制过氧化物酶体增生物激活受体 -γ(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR-γ)的转录活性，促进成骨细胞相关基因的表达，从而增加成骨细胞增殖。其次，胰岛素可以活化25-羟化酶，增加1,25-(OH)2D3水平，促进骨钙素(osteocalcin，OC)等成骨物质的合成，增加骨密度。此外，胰岛素还可能与胰淀素(amylin)、甲状旁腺素或胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor，IGF)-1等产生协同作用抑制骨吸收减少骨质丢失。

2 二甲双胍

二甲双胍是目前国内外指南推荐的首选降糖药。大量研究证实二甲双胍对骨代谢有积极的促进作用。Araújo等[10]观察二甲双胍治疗组及对照组大鼠骨量变化，发现二甲双胍治疗(50 mg/kg)可以减少骨质丢失。Tolosa等[11]研究发现胰岛素缺乏的糖尿病大鼠股骨骨小梁面积减少，骨密度显著降低，二甲双胍治疗能够逆转上述改变。另一项回顾性临床研究针对14671名T2DM患者数据进行分析，发现二甲双胍治疗可显著降低骨折风险[12]。其机制可能为通过调节AMPK-mTORC2和AKT-mTORC1信号转导及促进SIRT6表达、抑制OCT4基因表达，增加成骨细胞增殖、分化，促进骨形成；此外亦可能与增加 Runx2基因表达从而促进骨形成有关。

3 磺脲类

磺脲类(sulfonylurea，SU)是最早的一类口服降糖药，为促胰岛素分泌剂，主要通过三磷酸腺苷 (adenosine triphosphate，ATP) 敏感的 K+通道发挥降糖作用。目前针对SU对骨代谢的影响有不同的结论。Ma等[13]研究表明格列美脲可以促进大鼠成骨细胞增殖。Fronczek等[14]研究发现格列美脲的应用可以降低卵巢去势(ovariectomized，OVX)大鼠的骨折风险，类似的，Kanazawa等[15]对344名患有T2DM的绝经后女性进行研究，发现SU可致椎体骨折风险降低。然而另一项回顾性分析得出了不同的结论。研究者分析了给予4年降糖治疗的T2DM患者的数据，发现SU使用者有226例髋部骨折(1.7%)，而非SU使用者有157例(1.2%)，表明SU可能与髋部骨折风险增加有关，男性T2DM患者更为明显[16]。尽管如此，大部分研究均证实SU可促进成骨细胞增殖，促进骨形成及降低骨折风险。其机制可能与刺激PI3K/Akt/eNOS通路的活化、促进成骨细胞分化，并抑制成骨细胞凋亡有关。

4 噻唑烷二酮类(Thiazolidinediones，TZDs)

目前绝大部分研究证实TZDs(罗格列酮、吡格列酮)与骨折风险增加有关。Mori等[17]比较了吡格列酮和二甲双胍对T2DM患者骨代谢的影响，发现吡格列酮显著提高血清骨吸收标志物尿I型胶原N-末端肽(type I collagen protein N-terminal crosslinking peptide，NTX)、血清和尿I型胶原C-末端肽(type I collagen protein C-terminal crosslinking peptide，CTX)水平，增加骨折风险，女性患者尤为明显。Colhoun等[18]对苏格兰37479名予TZDs治疗的T2DM患者进行观察，发现与对照组相比髋部骨折风险明显增加，且吡格列酮与罗格列酮引起的骨折风险无显著差异。但是有研究发现新型TZDs可能并不增加骨折风险。Kim等[19-20]进行的两项研究均发现洛贝格列酮对小鼠成骨细胞没有显著抑制，对骨密度没有不利影响。TZDs增加骨折风险的机制可能为TZDs导致成骨细胞PPARγ mRNA的过度表达，促进骨髓间质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCS)向脂肪细胞分化，从而减少成骨细胞增殖、分化；其次可降低Wnt mRNA水平，抑制Wnt信号通路，通过降低血钙和磷酸盐水平抑制骨形成标志物骨保护素(osteoprotegerin，OPG)、骨碱性磷酸酶(bone alkaline phosphatase，BALP)的表达和活性。此外，TZDs可减少Runx2因子转录抑制成骨细胞增殖、分化。

5 胰高血糖素样肽-1(glucagon like peptide-1 receptor agonist，GLP-1)受体激动剂

目前在国内外有6种GLP-1受体激动剂被批准用于临床：艾塞那肽、利拉鲁肽、阿必鲁肽、度拉糖肽、利司拉肽、索马鲁肽。

大量研究证实GLP-1受体激动剂可以增加成骨细胞数量、促进骨形成、改善骨密度。Meng等[21]通过组织学分析观察到给予GLP-1受体激动剂16周的OVX大鼠骨小梁表面的成骨细胞数显著增加。Yamada等[22]发现将胰腺GLP-1受体敲除后的实验鼠骨密度下降，而艾塞那肽能够逆转。另一项针对OVX小鼠的研究发现，利拉鲁肽、艾塞那肽治疗均可增加骨强度，改善骨小梁微结构[23]。

而针对 GLP-1受体激动剂对骨折风险的影响则有不同的结论。Driessen等[24]对英国临床实践研究数据链(clinical practice research datalink，CPRD)(2007-2012)进行队列研究发现，GLP-1受体激动剂(艾塞那肽或利拉鲁肽)的使用与减少骨质疏松性骨折风险无关。Mabilleau等[25]进行的一项Meta分析亦证实了上述结论。然而Su等[26]的研究得出了不同的结论，他们发现与安慰剂或其他降糖药相比，利拉鲁肽可能降低骨折风险(OR=0.38，95%CI为0.17～0.87)，而艾塞那肽可能增加骨折风险(OR=2.09，95%CI为1.03～4.21)。所以，GLP-1受体激动剂对骨折的影响还需要更多的临床研究证实。

总之，目前大部分研究表明GLP-1受体激动剂有促进骨形成、改善骨密度的积极作用。其机制可能为激活Wnt/catenin途径和增加OPG/RANKL比，刺激成骨细胞分化，并通过降低骨硬化蛋白(sclerostin)水平抑制破骨细胞形成。其次，GLP-1受体激动剂可提高成骨样细胞株SaOs2细胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，CAMP)的水平和细胞内钙水平，促进I型胶原mRNA的表达，提高OC及BALP水平，促进骨形成。此外，GLP-1受体激动剂还可能激活PI3K/AKT、ERK1/2、cAMP/PKA/β-cat-Ser675转导通路影响骨代谢。

6 二肽基肽酶-IV(dipeptide peptidase IV，DPP-4)抑制剂

目前有5种DPP-4抑制剂已被批准用于临床：维格列汀、西格列汀、利格列汀、沙格列汀、阿格列汀。DPP-4可降解体内多种激素如 GLP-1、GLP-2、葡萄糖依赖性促胰岛素多肽 (glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP)等。成骨细胞和破骨细胞均可表达GIP受体，GIP与成骨细胞表面GIP受体结合，增加细胞Ⅰ型胶原表达和血清碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性，并抑制成骨细胞凋亡；与破骨细胞表面的GIP受体结合，可抑制破骨细胞活性，从而抑制骨吸收。因此，DDP-4 抑制剂可能提高多种对骨代谢有益的激素水平，降低糖尿病患者骨折风险。其次，DPP-4抑制剂还可以提高25-羟维生素D3浓度，增加骨密度。除此之外,DPP-4抑制剂对骨骼影响可能还与瘦素(leptin)、脂联素(adiponectin)、胃促生长素(ghrelin)等代谢因子有关。

目前研究证实DPP-4抑制剂可改善骨密度、降低骨折风险。Zheng等[27]对744名中国桂林绝经后妇女进行分析，发现DPP-4活性最高的受试者腰椎和股骨颈的骨密度较低，表明DPP-4抑制剂可能增加骨密度。Hegazy等[28]观察40名绝经后的糖尿病女性，予西格列汀治疗12周后测定血清骨吸收标志物尿脱氧吡啶啉(deoxypyridinoline，DPD)水平，发现尿DPD明显下降，表明西格列汀可减少骨吸收，增加骨强度。另一项针对德国2008年至2014年期间予DPP-4抑制剂联合二甲双胍及二甲双胍单药治疗的4160名糖尿病患者的研究，发现DPP-4抑制剂治疗可显著降低骨折风险(HR=0.67, 95% CI 0.54-0.84)[29]。

但Bunck等[30]研究发现，给予59例T2DM患者维格列汀治疗50周后测定ALP、钙、磷酸盐无明显变化，表明维格列汀对骨代谢无明显影响。Sbaraglini等[31]给予大鼠口服沙格列汀3周，发现大鼠股骨骨密度显著下降，其机制可能为沙格列汀抑制MSC和MC3T3E1成骨细胞Runx2基因和OC的表达及胶原蛋白1的产生，同时增加PPAR-γ表达，降低成骨细胞分化，减少骨形成。

所以，不同的DPP-4抑制剂对骨密度、骨折风险的影响不同。西格列汀、阿格列汀可能增加骨密度、降低骨折风险，维格列汀无上述积极作用，而沙格列汀可能降低骨密度，有关利格列汀对骨代谢影响的研究较少。

7 钠-葡萄糖协同转运蛋白2(sodium-glucose cotransporter 2，SGLT-2)抑制剂

SGLT-2几乎完全表达在近端肾小管中，并负责肾脏90%的葡萄糖吸收。SGLT-2抑制剂通过阻止肾脏对葡萄糖的再吸收而增加尿糖排泄降低血糖。目前有7种SGLT-2抑制剂用于临床：达格列净、卡格列净、恩格列净、埃格列净、伊格列净、托格列净、鲁格列净。

研究发现不同种类SGLT2抑制剂对骨代谢的影响不同。Blevins等[32]研究发现，卡格列净治疗可降低髋关节骨密度，增加骨折风险，尤其是上肢和下肢骨。因此在2015年9月，FDA加强了对卡格列净增加骨折风险的警告。但是Toulis等[33]对给予达格列净治疗的4548名T2DM患者进行观察，发现达格列净的使用并不增加骨折风险。另外两项研究亦发现恩格列净、埃格列净也不增加骨折风险[34-35]。

卡格列净增加骨折风险的机制可能与促进甲状旁腺激素的分泌、调节钙/磷酸盐稳态有关。其次，还可能通过与SGLT-1受体结合干扰钙的代谢，致钙吸收增强、1,25-羟维生素D水平减低和高钙尿，导致骨折风险增加。此外，亦可能通过增加成纤维细胞因子(fibroblast growth factor，FGF)23 表达，引起胃肠道钙吸收减少、骨骼钙化，增加骨折风险。

目前大多数研究证实，卡格列净可以增加骨折风险，而达格列净、恩格列净、埃格列净与骨代谢和骨密度变化无显著相关性，其他种类的SGL-2抑制剂对骨的影响尙需要更多的研究证实。

8 其他新型药物

8.1 SR10171

SR10171是一种新型胰岛素增敏剂，是一种优化的2-苯氧基丙酸。Stechschulte等[36]研究发现SR10171有增加骨量和骨转换的作用，机制可能与它作为PPARγ和PPARα反向激动剂有关，通过抑制MSCS向脂肪细胞分化和增殖，增加成骨细胞合成，并抑制破骨细胞活性。

8.2 Fexaramine

Fexaramine是一种选择性的法尼醇X受体(farnesoid X receptor，FXR)激动剂，可通过改善胰岛素敏感性达到降糖作用。Zheng等[37]研究了FXR缺乏的大鼠，发现破骨细胞的数量显著增加，机制可能为FXR缺乏抑制了氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)活性、干扰素β(interferon-β，IF-β)表达及抑制JAK3-STAT1信号转导促进破骨细胞的形成，从而说明Fexaramine作为FXR激动剂可能有抑制破骨细胞活性的作用。

综上所述，绝大部分研究证实二甲双胍、磺脲类、利拉鲁肽、艾塞那肽及西格列汀、阿格列汀有促进骨形成、增加骨密度，降低骨折风险作用。而罗格列酮、吡格列酮及沙格列汀、卡格列净可能降低骨密度，增加骨折风险。各种胰岛素类似物对骨代谢的影响无显著差异。新型药物SR10171、Fexaramine可能有抑制破骨细胞活性、促进成骨作用，仍需更多的研究证实。总之，深入了解降糖药对骨代谢的影响，对糖尿病患者选择适宜的降糖药有重要意义。