SGLTs抑制剂对骨代谢的影响及其机制

乾贝贝 闫彩凤

1大连医科大学研究生院 116044; 2江苏省苏北人民医院内分泌科，扬州 225001

糖尿病是一种以高血糖为特征的慢性代谢性疾病。糖尿病患者骨折风险升高，提示疾病本身以及降糖药物对骨骼的潜在影响[1]。因此，研究降糖药物对骨代谢的影响对临床实践中的药物选择有重要意义。钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT2)抑制剂是一种新型降糖药物，主要作用于肾脏近曲小管的SGLT2受体，抑制肾小管内葡萄糖重吸收，增加肾脏尿糖排泄，以非胰岛素依赖机制降低血糖及糖化血红蛋白水平，并有多项研究证实具有心血管及肾脏获益，已成为治疗2型糖尿病(T2DM)的新支柱[2-3]。最近，欧盟批准索格列净(Sotagliflozin)作为1型糖尿病(T1DM)治疗中胰岛素的辅助用药[4]。虽然索格列净具体的心血管结局试验仍在进行中，但目前的研究显示，其似乎具有SGLT2抑制剂的所有优点，并且与SGLT2抑制剂相比具有延缓肠道葡萄糖吸收的额外优势，在降低餐后血糖方面效果更优，提示SGLT1/2双抑制剂是未来降糖药物市场发展的新方向，但它们对骨代谢及糖尿病患者骨折结局的影响尚不清楚[5-6]。本文就SGLT抑制剂对骨代谢的影响及其潜在机制进行综述。

1 SGLT的生物学特性

肾脏对葡萄糖的重吸收与SGLT和葡萄糖转运蛋白(GLUT)有关，其中SGLT1主要分布于肠黏膜上皮细胞的刷状缘，在肠道葡萄糖和半乳糖的吸收中发挥重要作用，亦表达于肾脏近曲小管远端S3段，重吸收葡萄糖，是一种低转运能力、高亲和力的转运蛋白。SGLT2主要分布在肾脏近曲小管S1段，是一种低亲和力、高转运能力的转运蛋白，其主要生理功能是在肾脏近曲小管完成肾小球滤过液90%葡萄糖的重吸收，其余10%由SGLT1完成，可见SGLT2在葡萄糖重吸收中起主要作用[7]。

目前国内上市的SGLT2抑制剂包括达格列净(Dapagliflozin)、恩格列净(Empagliflozin)、卡格列净(Canagliflozin)。

2 SGLT抑制剂对矿物质代谢的影响

现有的研究表明，SGLT抑制剂通过影响矿物质水平间接调节骨吸收。Blau等[8]认为，SGLT2抑制剂通过抑制钠和葡萄糖的共转运和再吸收，增加肾小管上皮细胞膜内外钠的电化学梯度，使钠、磷共转运增强，刺激近端小管的磷酸盐重吸收，增加的血清磷酸盐触发成纤维细胞生长因子23(FGF23)分泌，FGF23通过抑制1-25(OH)2维生素D3减少胃肠道对钙的吸收，从而促进甲状旁腺激素(PTH)分泌，使骨吸收增强。研究者进行的一项单盲、随机、交叉研究，共有25名健康志愿者接受卡格列净或安慰剂治疗5 d，结果与安慰剂组相比，卡格列净组钠排泄增加与血清磷酸盐明显升高相关，尿钙排泄量增加，但未引起明显血清钙的变化，FGF23和PTH水平升高，且与磷酸盐增加相关，而1-25(OH)2维生素D3水平持续下降。对T2DM患者的研究显示，卡格列净与血清磷酸盐水平升高有关[9]。此外，在T1DM小鼠模型中，与对照组相比，卡格列净组血清FGF23水平升高[10]。

在一项对T2DM合并早期糖尿病肾病患者进行的双盲、随机、交叉试验中也得出相似的结果，与安慰剂组相比，达格列净组血清磷酸盐、PTH和FGF23水平分别升高了9%、16%和19%[11]。

与此相反，Samadfam等[12]研究发现，使用SGLT1/2双抑制剂SAR7226处理Sprague-Dawley鼠，其尿钙水平增加，血钙维持正常，血磷略有升高，PTH、1，25(OH)2维生素D3和骨转换标志物(BTM)显著减少，骨密度增加，提示SGLT1/2抑制剂SAR7226对钙、磷稳态有显著影响，对骨量和骨强度有正向影响，并且在使用SGLT1抑制剂SAR474832处理后的Sprague-Dawley鼠中也观察到相似的结果。

SGLT2抑制剂可促进骨吸收，这可能是由于血清钠浓度降低对破骨细胞的直接影响导致的。实验研究表明，低钠血症可以刺激破骨细胞，使其活性增强和数量增加，促进骨吸收[13]。另外，骨骼中高表达的电压门控Na+通道作用增强也可以刺激破骨细胞，使其活性增强[14]。Barsony等[13]研究发现，持续的低钠血症使破骨细胞作用增强，Na+从骨骼中释放，而骨骼中高表达的电压门控Na+通道易受骨组织细胞外液变化的影响，因此骨质疏松可能与骨骼中可交换Na+增多有关。低钠血症时，破骨细胞促进骨吸收，使Na+从骨骼中释放，以维持血浆Na+平衡，其作用机制与低钙血症时Ca2+由骨骼中释放很相似[15]。

此外，低钠血症还会增加氧化应激生物标志物如8-羟基-2′-脱氧鸟嘌呤核苷(8-OHDG)水平，而氧化应激增加可能与骨质疏松和骨折风险有关[16]。

3 SGLTs抑制剂对BTM的影响

骨质量主要由破骨细胞骨吸收的速率和成骨细胞骨形成的速率决定。BTM能及时反映全身骨骼的代谢状态，分为骨形成标志物和骨吸收标志物，前者反映成骨细胞的活性和骨形成的状态，包括Ⅰ型前胶原N端前肽、Ⅰ型前胶原C端前肽、碱性磷酸酶、骨特异性碱性磷酸酶、骨钙素和骨保护素；后者代表破骨细胞活性和骨吸收水平，包括Ⅰ型胶原交联羧基端肽区(CTX)、Ⅰ型胶原交联氨基端肽区、抗酒石酸酸性磷酸酶-5b、脱氧吡啶啉、吡啶啉和羟脯氨酸。骨吸收标志物异常与骨折风险增加有关[17]。在一项对T2DM患者为期104周的临床药物试验研究显示，卡格列净治疗组在52周时出现CTX和骨钙素的增多[18]。在对糖尿病小鼠的研究中，与对照组相比，卡格列净组骨吸收标志物RatLAPs增加[10, 19]。然而，也有研究显示，与安慰剂组相比，达格列净组P1NP、CTX水平没有变化[20]。

到目前为止，还没有证据表明这些BTM的改变是SGLT2抑制剂与骨组织直接结合的结果。研究发现，在破骨细胞中未检测到SGLT1和SGLT2，在任何成骨细胞中均未检测到SGLT2，在分化的成骨细胞MC3T3-E1中检测到SGLT1，但其水平仅为肾脏中观察到的水平的1%[10]。另一项研究显示，用4-[18F]氟-达格列净正电子发射断层扫描绘制啮齿类动物SGLT2功能蛋白的分布，未见骨组织与静脉注射的4-[18F]氟-达格列净结合[21]。因此，与SGLT2相关的骨骼效应可能是骨骼-矿物质稳态和血糖的变化间接导致的，而不是骨细胞中SGLT2依赖的葡萄糖转运破坏导致的；与SGLT1相关的骨骼效应是否与骨细胞中SGLT1依赖的葡萄糖转运相关需进一步的研究证实。

4 SGLT2抑制剂对骨密度的影响

低骨密度是骨折发生的一个独立危险因素。在一项对T2DM患者的随机、双盲、对照试验中，卡格列净100 mg和300 mg在治疗104周后全髋部骨密度与安慰剂组相比分别下降0.9%和1.2%，差异有统计学意义，但股骨颈、腰椎和前臂远端的骨密度差异无统计学意义。体重变化在该统计分析中是一个重要的协变量(P=1.2×10-8)，其可以解释约40%的全髋关节骨密度下降。因此研究者认为，全髋部骨密度下降的原因可能是由体重减轻导致的，而不是药物直接对骨密度的影响[18]。此外，雌二醇水平降低可能是导致骨密度下降的一个原因，已有研究显示，卡格列净可以降低女性患者的雌二醇水平，但其机制尚未完全阐明[18]。然而，也有研究显示达格列净组与安慰剂组在腰椎、股骨颈和全髋部骨密度差异均无统计学意义[20]。Rosenstock等[22]报道，埃格列净(ertugliflozin)治疗26周后对腰椎、股骨颈、髋部和前臂远端的骨密度无影响。

5 SGLT2抑制剂对骨微结构的影响

研究显示，长期糖尿病与股骨小梁骨微结构缺损有关，包括骨小梁数目减少、小梁间距增加、皮质厚度减少、皮质孔隙度增加[23]。糖尿病骨病小鼠应用卡格列净治疗10周后，血糖水平改善了约35%，但血糖改善没有修复糖尿病相关的骨缺损，也没有提高股骨或腰椎的抗骨折能力[23]。在非糖尿病小鼠中，与赋形剂对照组相比，卡格列净组股骨小梁体积分数、小梁数目和小梁组织矿物密度降低，小梁间距增加，因此卡格列净可能对骨微结构有不利影响[23]。然而，目前尚缺乏SGLT2抑制剂对人类骨微结构改变的研究，以及其如何影响骨基质矿化和胶原纤维分布的研究。

6 SGLT2抑制剂减轻体重，间接加速骨转换

SGLT2抑制剂可通过减轻体重间接加速骨转换。据报道，SGLT2抑制剂可以适度减轻体重[24]。体重减轻可显著增加骨钙素和CTX浓度，加速骨转换，促进骨吸收，并且骨吸收增加与体重减轻的程度正相关[18]。脂肪组织产生的脂联素和瘦素对成骨细胞和破骨细胞有一定的作用[25-26]。在肥胖青少年中，脂联素/瘦素比值与骨钙素呈正相关，促进骨形成[27]。一项对非糖尿病肥胖患者的研究显示，瑞格列净(remogliflozin)治疗8周后显著降低瘦素/脂联素比值[28]。此外，研究表明，体重下降可以不依赖瘦素调节骨量[29]。目前尚无SGLT2抑制剂影响脂联素和瘦素的综合数据。脂联素/瘦素比值与骨钙素的关系有助于临床上了解骨转换情况。

7 SGLT2抑制剂对骨折结局的影响

目前SGLT2抑制剂对骨折风险的影响尚无一致结论。卡格列净心血管评估研究(CANVAS)随机临床试验(RCT)显示，卡格列净可降低髋关节骨密度，增加骨折风险[30]。Watts等[31]指出，CANVAS中卡格列净组观察的剂量相关性血容量不足导致的不良事件(如体位性眩晕、直立性低血压、晕厥)可能和卡格列净治疗早期发生的跌倒相关的骨折有关，但报道的跌倒相关的不良事件发生率很低，并且没有系统地收集关于跌倒的数据，因此该研究的数据不能作为最终结论。一项纳入9项RCT的荟萃分析显示，与安慰剂、格列美脲或西格列汀相比，卡格列净明显增加骨折风险[31]。然而，一项队列研究显示，与胰高血糖素样肽1受体激动剂相比，卡格列净不增加肱骨、前臂、骨盆和髋部的骨折风险(总HR=0.98，95%CI: 0.75～1.26)[32]。Wiviott等[33]对接受达格列净治疗的17 160例T2DM患者进行观察，发现达格列净组和安慰剂组的骨折风险相似。Toulis等[34]对22 618例T2DM患者为期12个月的随访发现，达格列净不增加骨折风险。研究显示，恩格列净组和安慰剂组的骨折风险相似[35]。在一项巢式病例对照研究中，与二甲双胍+二肽基肽酶4抑制剂相比，使用二甲双胍+SGLT2抑制剂不增加上肢或下肢骨折风险(OR=1.00，95%CI：0.72～1.39；OR=0.99，95%CI：0.71～1.37)[36]。一项纳入27项RCT的荟萃分析显示，SGLT2抑制剂不增加骨折风险(总RR=1.02，95%CI: 0.81～1.28)，进一步亚组分析发现，不同类型的SGLT2抑制剂与骨折风险无关，达格列净、卡格列净、恩格列净及埃格列净的RR分别为1.33(95%CI:0.70～2.51)、1.21(95%CI: 0.74～1.97)、0.89(95%CI: 0.67～1.20)及1.16(95%CI: 0.39～3.49)[37]。有4篇荟萃分析均未发现使用SGLT2抑制剂对骨折风险有影响[38-41]。

综上，作为新型降糖药物，SGLT2抑制剂对T2DM患者的血糖、心血管和肾脏预后等均有显著改善作用，其在临床中的使用地位逐步上升。虽然一些研究证实SGLT2抑制剂能改变人体骨代谢水平，促进骨吸收，但是这些改变与骨折风险之间的相关性仍然存在争议。上述大量的荟萃分析和其他多项研究显示，在一些研究中观察到的骨折风险增加很可能是偶然发生的，尚未得到证实。考虑到骨骼健康问题和骨折带来的巨大经济和社会负担，在缺乏充分证据的情况下，应在使用该药物前充分评估患者跌倒风险，对血容量减少患者应先纠正血容量，对有骨折史或老年糖尿病患者应考虑检测骨密度、评估椎体骨折风险及治疗骨质疏松症，建议对高骨折风险、糖尿病晚期及肾功能不全的患者慎用SGLT2抑制剂。SGLT1/2双抑制剂和选择性SGLT1抑制剂对骨量和骨强度有正向影响，但相关研究很少且仅限于动物实验水平。目前，SGLTs抑制剂对骨骼的影响及其机制尚未完全阐明，因此，仍需进一步研究。