噻唑烷二酮類藥物與骨代謝

樊永平 李玉坤

近來動物實驗研究表明PPARγ配體羅格列酮等能減少骨量、降低骨密度，且2型糖尿病(T2DM)患者應用噻唑烷二酮類藥物(TZDs)增加骨量丟失和骨折風險。骨組織能表達PPARγ，治療劑量TZDs調節PPARγ活性后對骨組織帶來不良影響，相關基礎研究和臨床研究已經證實TZDs負性調節骨代謝，本文從不同方面就其對骨代謝影響作一綜述。

1 TZDs與 PPARγ

TZDs作為PPARγ激動劑通過激活PPARγ降低外周胰島素抵抗、增加外周葡萄糖利用、減少肝糖輸出。PPARγ是一種對脂肪形成起重要作用核轉錄因子，參與調節糖代謝和骨代謝，由來自不同啟動子四種轉錄子構成，PPARγ基因分為PPARγ1、PPARγ2和 PPARγ3、PPARγ3 表 達 形 式 不 清 楚，PPARγ1在骨、脂肪、肌肉等組織中廣泛表達，而PPARγ2在脂肪細胞中特異性表達。內源性或外源性激活此受體會增加胰島素敏感性影響能量平衡。T2DM主要是由胰島素敏感性降低導致血糖升高，其病因很復雜，是一種多重復雜原因導致的異質性疾?。?］，可能與個體遺傳背景和生活方式有關［2］。TZDs包括曲格列酮、吡格列酮、羅格列酮、環格列酮、尼格列酮、達格列酮等，曲格列酮由于其肝毒性退出市場，羅格列酮是PPARγ高親和性配體和激活物，并作為胰島素增敏劑被廣泛用于治療T2DM。

2 TZDs、PPARγ和骨代謝基礎研究

2．1 TZDs、PPARγ與分子表達 羅格列酮激活PPARγ后抑制骨髓基質細胞和大鼠肝臟細胞胰島素樣生長因子Ⅰ(IGF-Ⅰ)、胰島素樣生長因子Ⅰ受體(IGFIR)和胰島素樣生長因子結合蛋白4(IGFBP-4)表達，且羅格列酮使小鼠循環中IGF-Ⅰ濃度降低25%［3］。循環中IGF-Ⅰ變化發生于治療開始后前4 d，與肝臟和外周脂肪 IGF-Ⅰ轉錄體降低有關［4］。IGF-Ⅰ、IGFIR 等組成主要生長促進信號系統調節胚胎期骨骼生長和生后骨骼生長。在遠系雜交雄性和雌性小鼠中若IGF-Ⅰ單倍劑量不足會導致體重下降、股骨長度變短骨密度(BMD)降低。血清IGF-Ⅰ水平與體重和骨骼形態呈正相關，指出IGF-Ⅰ決定出生后骨骼大小和骨量多少［5］。羅格列酮還會使成骨細胞特異性基因Runx2/Cbfa1、Dlx5和α-1(Ⅰ)型膠原表達減少而脂肪細胞特異性脂肪酸結合蛋白aP2表達增加［6］。激活PPARγ后通過抑制轉錄因子核結合蛋白A1(Cbfa1)表達和DNA結合活性降低骨鈣素表達。PPARγ天然配體15d-PGJ2和環格列酮還抑制BMP2 表達［7］。

2．2 TZDs、PPARγ與成骨細胞、破骨細胞 最初認為PPARγ調節脂代謝和內環境穩定，然而近來研究強調其在炎性反應、細胞增殖和分化［8］，以及在成骨和成脂之間的調節作用［4］。成骨細胞在骨形成中起不可替代作用，PPARγ在成骨細胞中表達，脂肪細胞和成骨細胞之間失衡與骨質疏松有關，尤其年齡相關性骨質疏松常伴隨骨髓脂肪細胞增加，而且在間充質細胞激活 PPARγ促進脂肪細胞形成抑制成骨細胞形成，并且PPARγ信號過度表達能誘導成骨細胞向脂肪細胞轉分化［9］。細胞培養中較高濃度TZDs曲格列酮和環格列酮抑制成骨細胞分化。在老齡小鼠和糖尿病嚙齒類動物PPARγ2活性增加，且其增強表達與骨髓脂肪過多相關［10］。Sorocéanu 等［11］指出羅格列酮治療小鼠堿性磷酸酶(ALP)活性較對照組明顯下降，且成骨細胞數目減少，認為羅格列酮影響成骨細胞數目和功能，通過細胞培養還發現低劑量羅格列酮并不影響骨髓前體細胞向成骨分化，而影響成骨細胞/骨細胞存活率，TUNEL染色后成骨細胞和骨細胞凋亡數目增加，與對照組相比增加近5倍。Lecko-Czernik等［3］通過體內外實驗證實羅格列酮抑制骨和肝臟IGF-Ⅰ表達，從而影響成骨細胞分化。破骨細胞來自造血前體細胞單核-巨噬細胞，負責骨吸收。TZDs可能對不同時期破骨細胞作用不同，TZDs抑制體外破骨細胞前體細胞向破骨細胞分化，阻止骨吸收。羅格列酮增加1，25(OH)2D3誘導TRAP陽性破骨細胞樣細胞及細胞核數目［12］，應用達格列酮8周后小鼠破骨細胞表面積和數目明顯增加［13］，可見TZDs可能負性調節成熟破骨細胞數目。Wang等［14］認為羅格列酮增加體外核因子配體激活物受體kB(RANKL)誘導破骨細胞分化和骨吸收，PPARγ基因缺失影響破骨細胞分化和骨吸收，導致骨硬化癥和髓外造血，相反通過配體激活PPARγ以受體依賴方式加速破骨細胞分化和骨吸收。環格列酮通過下調TNFα調節破骨細胞分化［15］。

2．3 TZDs、PPARγ與骨形態 應用微型計算機斷層掃描分析骨微結構提示TZDs使骨容積縮小、骨小梁厚度變薄和骨小梁數目減少，骨小梁間隙增加［6］。PPARγ雜合缺陷小鼠骨小梁容積增大，骨髓脂肪明顯缺乏，年齡相關骨丟失減慢。Sorocéanu等［11］發現低劑量羅格列酮治療3個月小鼠松質骨容積縮小，松質骨較薄，松質骨間隙增加同時骨髓間隙明顯增加，組織形態定量松質骨容積BV/TV下降22．6%，且差異有統計學意義;皮質骨容積也明顯減少但較對照組差異無統計學意義。有報道非糖尿病小鼠應用羅格列酮會導致骨小梁結構明顯損壞、BMD降低［16］。Lazarenko等［12］分別給予1 月齡(幼鼠)、6 月齡(成年鼠)、24月齡(老齡鼠)小鼠羅格列酮后微螺旋CT觀察近端脛骨骨小梁變化發現:成年鼠由于老齡和使用羅格列酮減少骨容積、骨小梁數目和骨小梁厚度，增加骨小梁間隙，幼鼠骨微結構無變化，然而老齡鼠松質骨太少以至于影響微螺旋CT分析結果。6月齡雄性小鼠應用達格列酮后松質骨容積縮小，骨小梁數目減少，骨小梁間隙增加［13］。

2．4 TZDs、PPARγ與骨密度 PPARγ在骨量獲得和維持中作用逐漸成為研究熱點，羅格列酮主要通過抑制成骨細胞分化降低小鼠骨密度［6］。FABP4-Wnt10b轉基因小鼠中也出現PPARγ表達和骨量之間類似關系［16］。體內研究表明口服羅格列酮導致骨量明顯減少。當給予6月齡非糖尿病C57BL/6小鼠應用羅格列酮7周，發現全身 BMD 明顯下降［6］。Syversen等［17］給予大鼠吡格列酮4個月后全身BMD和骨礦物含量(BMC)明顯降低，并進一步證實松質骨容積縮小、股骨骨髓面積增加等組織形態學改變，這些表面骨內膜骨吸收增加，與PPARγ配體羅格列酮對嚙齒類骨骼不良影響一致。Sorocéanu等［11］給予小鼠低劑量羅格列酮90 d分別測定腰椎、髂/骶骨和全身BMD均較對照組明顯下降，且差異有統計學意義(P＜0．05)。羅格列酮使成年組小鼠和老齡組小鼠BMD下降，但幼齡組小鼠BMD無變化，然而各組小鼠BMC減少，且老齡組小鼠骨量減少較成年組小鼠發生早［12］。

在大量臨床研究中有關TZDs對女性和男性糖尿病患者骨代謝影響不完全一致。Schwartz等［18］報道老年女性糖尿病患者接受TZDs治療加速骨丟失，且女性患者長期應用羅格列酮骨折風險增加，Li等［19］通過回顧性研究發現長期應用TZD類藥物增加中國絕經后女性T2DM患者骨量丟失，在男性T2DM患者中結果相反，需要進一步研究證實TZD對男性患者BMD是否有保護作用。女性長期應用TZDs導致全身骨量丟失，腰椎BMD下降，且差異有統計學意義(P ＜0．05)，男性應用TZDs全身骨量丟失、腰椎、全髖BMD下降但差異無統計意義(P ＞0．05)［18］。男性糖尿病患者服用后 BMD 降低［20］，健康絕經后女性應用羅格列酮使骨形成減少和BMD降低［21］。Grey等［21］在健康絕經后女性中進行了一項持續14周隨機對照試驗發現服用羅格列酮后成骨細胞特異性標記物PINP和骨鈣素(OC)明顯下降，血清骨吸收指標β-CTX沒有明顯變化，腰椎和全髖BMD下降，但與安慰劑組腰椎BMD比較差異無統計學意義(P＞0．05)。羅格列酮降低絕經后糖尿病患者血清骨特異性堿性磷酸酶活性［22］。Solomn等［23］指出與口服磺脲類和雙胍類藥物相比，TZDs與骨折風險增加更相關。

通過研究TZDs對骨骼不良影響應引起對T2DM患者應用TZDs治療重視，對絕經后女性T2DM且骨折風險較高患者需更加慎重使用TZDs類藥物。應用TZDs治療T2DM和胰島素抵抗可能通過抑制骨形成和增加骨吸收導致骨質疏松癥，從另一方面這也表明應用選擇性PPARγ抑制劑可能會對破骨細胞活性增加引起的代謝性骨病如骨質疏松癥和類風濕性關節炎治療提供了新策略。

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