利拉鲁肽治疗糖尿病性骨质疏松机制的研究进展＊

李能芳 ,王晓晖 ,王亚萍

（1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730030；2.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050）

糖尿病（diabetes mellitus,DM）是一种常见的慢性代谢性疾病，由各种原因致脂类、糖类、蛋白质类三大物质的代谢紊乱，使全身各脏器、系统发生功能减退及衰竭等慢性进行性病变[1]。骨质疏松症（osteoporosis,OP）作为临床上最常见的骨代谢性疾病，主要是以骨量减少、骨强度减低，导致骨脆性增加、易发生骨折为特征的疾病[2]。糖尿病性骨质疏松（diabetic osteoporosis DOP）作为糖尿病慢性并发症之一，严重影响着糖尿病患者的生活质量。DOP 主要是在糖尿病的基础上并发骨骼的显微结构被破坏、骨量减少，致其脆性增加，易发生骨折的一种全身代谢性骨病，主要的临床表现为疼痛，门诊患者大多以腰酸背痛、活动受限及骨折等为主诉前来就诊[3]。调控血糖的同时预防和治疗骨质疏松的发生是治疗该病的关键。利拉鲁肽作为一种新型的降糖药物，不仅可以控制血糖，且自身对骨质疏松症有一定的治疗作用。

内源性的GLP-1 来源于肠黏膜L 细胞，与胰高血糖素肽-1 受体（GLP-1R）结合后，伴随血中葡萄糖浓度的变化而起降糖作用，入血后由二肽基肽酶-4（DPP-4）灭活。基于此对血糖的调控包括GLP-1 受体激动剂及DPP-4 抑制剂两大类，前者有艾塞那肽和利拉鲁肽，后者包括沙汀类，如西格列汀、沙格列汀等。二者降血糖皆是通过改善循环中GLP-1的水平来实现[4]。利拉鲁肽是一种人工合成的酰化胰高血糖素肽-1 受体激动剂，与体内天然GLP-1 相比，序列的相似性约占97%，非同源的仅占3%。二者分子结构的主要区别在于前者是在后者的基础上将其分子结构中第34 位赖氨酸被精氨酸取代，且在第26 位赖氨酸上增加了一个脂肪酸侧链[5]。与天然的GLP-1 相比，人工的GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽既保留了治疗作用，又弥补了天然GLP-1 的不足，故而在降糖领域得到广泛的运用。目前，临床上对于GLP-1 受体激动剂治疗DM、OP、DOP 的机制均有一定的研究，本文就利拉鲁肽对糖尿病性骨质松的治疗可能的机制进行总结。

1 利拉鲁肽治疗骨质疏松的机制

1.1 利拉鲁肽对成骨细胞的影响

骨骼是一个动态组织，要想维持其正常的功能和形态的完整性，则必须通过成骨细胞介导的骨形成及破骨细胞介导的骨吸收耦联形成的骨转换或骨重建来实现。多种因素影响着骨重建的过程，其中GLP-1 可能是影响骨重建的因素之一。在对大鼠及人骨髓间充质干细胞（Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）体外培养实验中发现，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽对成骨细胞特异性转录因子Runx2的基因表达起到上调作用，据此得出GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽可能是通过调解BMSCs 向成骨细胞的转化来实现对骨代谢的保护作用。有研究[6]显示：GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽可以上调股骨组织中Runt 相关转录因子2（Runx2）、Ⅰ型胶原mRNA（Coll m RNA）等成骨标志物的表达，同时使成骨细胞数目增加，促进新生骨小梁形成，增加骨小梁厚度，改善骨小梁结构。由此可见，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽对成骨细胞有一定的作用。Ma 等[7]也通过检测基因表达发现，GLP-1 显著增加骨形成标志物Runx2、碱性磷酸酶（ALP）、Coll 及成骨细胞mRNA的表达。另有研究[8]表明：经利拉鲁肽干预4 周的2型糖尿病大鼠血清中的I 型胶原交联羧基端CTX-1以及抗酒石酸酸性磷酸酶TrACP 水平可降低，这与杨丽娜[9]等对GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽对糖皮质激素性骨质疏松大鼠的研究结果一致。综上，GLP-1受体激动剂利拉鲁肽对糖尿病性骨质疏松的治疗机制可能是通过对成骨细胞的正向调节。

1.2 利拉鲁肽对破骨细胞的影响

破骨细胞对骨组织中有机质和无机矿物质有降解作用，破骨细胞的形成障碍及其活性异常均能导致骨质疏松。作为影响破骨细胞功能的重要信号转导通路之一的保护素（osteoprotegerin，OPG）、细胞核因子kB 受体活化因子配基（recepyor activator of nuclear factor-k B ligand,RANKL）、细胞核因子kB受体活化因子（recepyor activator of nuclear factor-k B,RANK）是目前研究的热点。该通路中OPG 是一种蛋白，由成骨细胞产生，属肿瘤坏死因子（TNFR）一员，主要促进骨正常矿化，通过竞争抑制作用，使破骨细胞的不能正常的分化，致其成熟的部分走向凋亡，骨吸收减少。RANKL 的作用则正好与OPG 相反，此二者的平衡是维持正常骨重建稳态的关键。故而OPG/RANKL 比率通过直接影响破骨细胞的功能及细胞分化程度，影响骨代谢。有研究[10]发现：用GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽高、低剂量干预糖尿病大鼠4W 后其骨密度无明显变化，但二者血清中OPG/RANKL 的比率增高，认为GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽可以影响循环OPG、RANKL 的表达水平，推测GLP-1 类似物利拉鲁肽对骨代谢的影响是通过该通路抑制骨吸收，促进骨形成。另RANKL 与破骨前体细胞和成熟的破骨细胞表面表达的RANKL 受体相结合，促进破骨细胞的活化及分化，并抑制其凋亡[11]，故其高表达可影响骨代谢。GLP-1受体激动剂利拉鲁肽能够影响破骨细胞的数量和功能，分别给卵巢切除模型小鼠予以利拉鲁肽、艾塞那肽和生理盐水干预后发现：艾塞那肽组中破骨数量增加与其剂量有关；利拉鲁肽组出现破骨细胞数量增加时的剂量为100nmol/L，这与上面一实验中的GLP-1 对破骨细胞的数量影响结果虽不同，但在该实验中破骨细胞的骨吸收率降低，总的来说仍然减少了骨吸收[12]。

2 利拉鲁肽治疗糖尿病的机制

2.1 降血糖

作为新一代以肠促胰素为基础的降糖药，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽无论单用还是和其他类型的降糖药联用，均具有良好的降糖效果，能迅速、高效的降低糖化血红蛋白水平及血糖。研究[13]显示其降糖作用主要与以下几个方面相关：①抑制餐后胰高血糖素的分泌，减少肝糖原的释放；②使胰岛素敏感性增强；③通过影响饮食相关的中枢降低食欲；④增加组织对葡萄糖的摄取。血糖的升高不仅会会使骨代谢紊乱，同时血中葡萄糖的升高，会导致原尿中的糖也升高，超过肾小球重吸收的能力，进而终尿中葡萄糖升高，渗透压升高，出现渗透性利尿，使钙离子随尿大量丢失；还抑制了肾小管对钙离子的重吸收，从而引发甲状旁腺素（PTH）增加，使破骨细胞的活性及钙磷动员增加，造成骨质脱钙，骨密度下降，最终导致DOP[14]。而GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽能使细胞内cAMP 升高，钙离子通道开放，钾离子通道关闭，细胞内钙离子的浓度升高，促进胰腺细胞的增生，合成胰岛素增加，降低血糖[15]。综上，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽通过以上机制来降低血糖，进而降低糖尿病性骨质疏松的发生。

2.2 保护β 细胞

在2 型糖尿病患者的研究中[16]显示，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽改善血糖作用不仅仅是通过胰岛素分泌来调节，更重要它可以与β 细胞膜上相应的受体相结合，激活β 细胞新生和分化，并阻碍β细胞的凋亡，进而使β 细胞数目增加。在糖耐量功能修复中，GLP-1 类似物利拉鲁肽有加快胰岛素分泌多肽降解的作用，从而加速胰岛β 细胞再生[17]。其相关的动物实验表明[18]，体内外皆提示，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽通过抑制氧化应激及内质网应激抑制β 细胞凋亡，促进β 细胞再生和修复，进而提高β 细胞质量和数量。也有研究[19]表明，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽改善胰岛素β 细胞功能的作用机制可能是通过提高β 细胞分泌空腹胰岛素（Fins）,抑制胰高血糖素分泌，抑制葡萄糖依赖促胰岛素释放多肽降解，促进胰岛β 细胞再生。另有实验[20]表明，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽保护胰岛β 细胞的作用机制也可能是通过上调B 淋巴细胞瘤-2 基因（Bcl-2）的表达水平，下调Bcl-2-AssociateX 蛋白（Bax）及Caspase-3 表达水平，从而抑制胰岛β 细胞的凋亡。同时GLP-1 类似物利拉鲁肽能够抑制糖尿病患者肝糖原的输出量，阻碍糖异生进行，刺激胰岛β 细胞可以更好的增殖，控制β 细胞的凋亡[21]。

3 利拉鲁肽治疗糖尿病性骨质疏松的其他机制

3.1 利拉鲁肽对瘦素的影响

越来越多的数据证明:肥胖导致骨密度降低，这可能与瘦素分泌过多有关，且瘦素与肥胖呈正相关。伴随年龄的增长，老年人体内瘦体组织与内脏脂肪的比例发生改变，特别是老年绝经女性。且调查发现骨质疏松在肥胖女性老年人的发生率大于非肥胖者，因此认为骨质疏松发病机制的一个重要调节因素可能是瘦素。它同时作为糖尿病和骨质疏松症的诱因，使糖尿病伴有肥胖的患者患DOP 的风险大大提高。瘦素是由肥胖基因编码并由脂肪细胞分泌的一种蛋白质激素，瘦素对体质量的影响，可通过下丘脑调节中枢摄食减少，增加能量消耗[23]。瘦素要发挥其生理功能需要与其特异性受体相结合，现已证实瘦素存在于多种骨细胞，说明瘦素骨组织也有作用[24]。瘦素的中枢作用可能是通过其对下丘脑神经肽影响而实现，瘦素在下丘脑与受体结合，直接抑制神经肽Y mRNA 表达，使神经肽Y 的产生降低，通过与下丘脑受体结合而阻止骨形成[25]。Hogan 等[26]实验结果也显示：GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽可以使肥胖2 型糖尿病患者血清瘦素呈降低趋势，可能与利拉鲁肽降低炎性反应相关。这进一步证明了利拉鲁肽通过对瘦素的下调作用，进而影响骨质疏松的发生。GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽对瘦素的调节主要是通过以下几个方面：（1）调节胰岛素抵抗，改善脂肪、葡萄糖的利用；（2）通过中枢效应抑制食欲；（3）改善瘦素的利用及反应；（4）通过脂肪细胞减少，使瘦素分泌降低。

3.2 利拉鲁肽对降钙素、糖基化终末产物的影响

降钙素能有效防止骨量的损失，并可以扩充骨量，主要机制是通过降低破骨细胞的数目及生物活性[27]。有推论[28]示：GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽通过对甲状腺C 细胞分泌降钙素，从而间接抑制骨吸收。另糖基化终产物是糖尿病性骨质疏松的重要致病因素，能激活炎症反应，增加破骨细胞的吸收性，抑制成骨细胞的活性。近年来有研究[29]证明GLP-1受体激动剂利拉鲁肽通过对糖基化终末产物的影响进而对骨量代谢起到保护作用。综上，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽对糖尿病性骨质疏松的治疗可能是其对降钙素和糖基化终产物的影响有关。

3.3 利拉鲁肽对炎性因子的影响

白介素6（IL-6）、白介素1（IL-1）及肿瘤坏死因子（TNF-α）在骨重建中起到至关重要的作用，其中IL-6 可影响破骨细胞形成和骨吸收；IL-1 与其受体结合形成复合物而启动信号级联反应，最终激活NF-kB，使破骨细胞形成基因的转录增多，导致破骨细胞生成增加；TNF-α 影响破骨细胞前体及骨细胞特异性转录因子Rnux2 诱导破骨细胞的生成，抑制成骨细胞的功能[30]。有研究[31]证明GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽可以降低糖尿病患者血清中的IL-6、TNF-α 水平。也有实验[32]提示：GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽对大鼠肺损伤模型中的IL-6、TNF-α 等炎性因子有下调作用。有学者[33]提出:GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽对IL-6、TNF-α 等炎性因子的下调作用可能与其抑制了TLR4（Toll 受体4）/MyD88(髓样细胞分化因子88)信号通路有关。

4 小结与展望

综上所述，GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽在临床使用过程中有自己独特的优势。它可以通过调节血脂，保护心血管，进而预防和降低糖尿病大血管并发症的发生。同时GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽在临床使用过程中，相较于胰岛素，其降糖效果更优，且低血糖发生率低，临床应用更为安全可靠[34]。另研究[35]表明：GLP-1 受体激动剂利拉鲁肽可使胃肠蠕动及胃排空减缓，增加饱腹感，同时刺激下丘脑食欲中枢的胰岛血糖素样样肽受体，通过反馈作用，进而抑制食欲降低体重，同时减少脂质沉积，预防糖尿病并发大血管的发生。一项关于GLP-1 受体激动剂对2 型糖尿病患者骨折风险影响的Meta 分析发现[36]：利拉鲁肽相较于艾塞那肽等其他GLP-1 受体激动剂，具有降低2 型糖尿病患者骨折的风险，而其他的GLP-1 受体激动剂与2 型糖尿病患者骨折的发生无明显的相关性。利拉鲁肽作为一种新型的降糖药物，治疗糖尿病性骨质疏松的机制主要是通过对成骨细胞、破骨细胞、及血糖本身等的影响实现的，但具体哪一种机制在治疗中占主导优势目前尚不明确，且利拉鲁肽对糖尿病性骨质疏松治疗的相关机制的研究尚不够深入，从分子机制、转录控制及信号传导通路等因素进行全面研究的较少，未来可以此为切入点，进行深一步的研究。另该药的副作用还不可知，还需要进行长期、大样本的临床观察，以期为临床用药提供参考和客观依据。