腎素血管緊張素系統與糖尿病性骨質疏松癥的研究進展

章鴻雁 黃琪 卜瑞芳

南京醫科大學附屬無錫人民醫院內分泌科，江蘇 無錫 214000

糖尿病性骨質疏松癥(diabetic osteoporosis，DOP)是指糖尿病并發單位體積內骨量減少、骨組織顯微結構異常、骨強度降低和骨脆性增加的全身代謝性疾病，是糖尿病在骨骼系統的重要并發癥之一，也是致殘率最高的疾病。糖尿病性骨質疏松癥的發病機制復雜，除了眾所周知的長期高血糖、胰島素缺乏、胰島素樣生長因子-1 (IGF-1)缺乏、鈣磷代謝異常、骨鈣素、性激素等直接或間接影響骨代謝，有研究者通過實驗發現骨組織局部RAS活性升高也參與了糖尿病性骨質疏松癥的發生與發展[1]。

流行病學調查顯示，在中國2007年DOP患者約1300萬且逐年升高，而本病目前在藥物治療方面存在很大的局限性，因此我們需要尋找新的潛在的治療靶點為DOP提供新的治療措施，本文從RAS在糖尿病性骨質疏松癥病程中的生物學作用作一綜述。

1 腎素血管緊張素對骨胰島素抵抗的影響

眾所周知，胰島素抵抗和胰島素分泌不足是2型糖尿病發生的主要機制。近年來許多報道證實了RAS可以調節胰島素敏感性[2]。骨骼肌是機體葡萄糖攝取和利用的主要器官，是外周胰島素抵抗的重要靶位，故而我們認為骨骼肌在胰島素抵抗的發生過程中起重要作用[3]。近年來有研究發現，在骨骼肌上存在有局部AngⅠ和AngⅡ的產生[4,5]，另外在骨骼肌細胞膜及其局部毛細血管內皮上也檢測到了ACE的活性及ATIR基因的表達[6]，表明在骨骼肌上存在相對獨立的局部RAS通過旁分泌或自分泌發揮作用。其主要機制可能如下：AngⅡ和胰島素共享一段細胞信號轉導途徑，即 PI3K激酶途徑，AngⅡ可以在多個水平抑制胰島素信號轉導，促進骨骼肌胰島素抵抗的發生，如AngⅡ可以通過抑制IRS-1酪氨酸磷酸化、促進胰島素受體B亞基或IRS-1絲氨酸磷酸化而抑制IRS-1對PI3K的激活，因此抑制胰島素信號轉導，促進胰島素抵抗的發生[7]。Ogihara等[8]認為AngⅡ能通過氧化損傷改變PI3K下游信號轉導而參與AngⅡ引起的胰島素抵抗。進一步研究后，高巖等[9]認為PI3K途徑在骨生成和骨重建的過程中也發揮著重要作用。Akt1是PI3K的主要下游分子。在Akt1敲除的小鼠中發現其和對照組相比骨量減少，骨吸收活性和骨形成明顯降低，二次骨化中心形成明顯延遲，骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素、Ⅰ型膠原交聯氨基末端肽等成骨細胞分化指標均降低，表明PI3K途徑參與了糖尿病性骨質疏松癥的發生。骨組織和骨骼肌都屬于外周組織，最近在體內研究中，發現RAS各組分在骨組織中皆有表達[10,11]；在體外研究中，發現Ang Ⅱ受體在小鼠顱蓋骨成骨細胞中有所表達[12]，所以其RAS各組分在胰島素抵抗的過程中也可能發揮著重要作用。

2 胰島素抵抗對骨代謝的影響

許多國內外研究均表明，胰島素敏感性降低或血胰島素水平不足是糖尿病性骨質疏松發生的重要原因[13]。其機制可能如下：①胰島素敏感性降低引起蛋白質代謝障礙，即蛋白質合成受抑制，而分解增加，造成負氮平衡。蛋白質是構成骨架的基本物質, 其減少可導致骨質減少，鈣、磷在骨骼中的沉積相應減少，形成骨質疏松。國內一臨床試驗發現[14]糖尿病組和健康對照組相比較，糖尿病組骨質疏松發生率明顯升高，其中骨質疏松癥患者FINS(胰島素)、IS(胰島素分泌指數)降低，提示胰島素抵抗導致了胰島素敏感性降低及糖代謝異常，從而引起骨質疏松，這在糖尿病早期就已存在明顯影響，這可能是胰島素與成骨細胞膜表面的胰島素受體相結合，促進其骨細胞內氨基酸蓄積，刺激核苷酸合成和骨膠原形成。胰島素抵抗使成骨細胞表面的胰島素受體數目下降，成骨活性降低，影響骨的形成和轉化，最終影響其骨強度。②骨鈣素 (BGP) 是成骨細胞合成和分泌的一種非膠原蛋白，在骨礦化峰期后積聚，沉積在骨基質中，能保持骨正常礦化，可直接反應骨形成的狀況。近年來很多動物和臨床試驗均證實了胰島素抵抗時抑制了成骨細胞合成骨鈣素，引起骨質疏松[15,16]。③1, 25- (OH)2D3可誘導細胞產生更多的骨形成蛋白，具有促進成骨的作用。IR影響1α-羥化酶的活性，使得骨形成蛋白產生減少，從而導致骨形成減少，同時影響鈣的轉運和維生素D的代謝，降低鈣、磷等微量元素在腸道的吸收作用，引起低血鈣、低血鎂的發生，可刺激甲狀旁腺激素分泌，致破骨細胞活性增加，骨吸收增加，骨形成減少，骨更新率降低[17]。國內一項動物實驗[18]發現，胰島素抵抗組(IR)大鼠骨密度(BMD)和正常對照組相比明顯降低，與糖尿病組(DM)相比明顯提高，在DM組和IR組中葡萄糖輸注速率(GIR)與BMD 均呈正相關，提示IR可以單獨導致骨量降低，參與了骨質疏松的發生。而在國外的一些臨床觀察[19，20]發現糖尿病患者骨量快速丟失，可能與胰島素抵抗相關，這些都支持胰島素抵抗在骨代謝中發揮著重要的生物學作用。

3 RAS對骨代謝的影響

RAS 由AngⅠ、AngⅡ及其相應受體AT1R、AT2R、腎素、ACE等組成，AngⅡ是RAS系統的主要活性物質。最近在體內研究中，發現RAS各組分在骨組織中皆有表達[10,11]。在體外研究中，發現AngⅡ受體在小鼠顱蓋骨成骨細胞中有所表達[12]，這些都支持RAS各組分在骨組織微環境中的表達。國外流行病學研究報道，對3887例中國老年人開展的橫斷面研究[21]和對50名圍絕經期婦女進行的隊列研究[22]發現，應用血管緊張素II受體抑制劑(ARB)和血管緊張素轉化酶抑制劑(ACEI)后，骨量增加，骨折風險降低，這些都支持RAS在骨組織的代謝活動中發揮著作用。

3.1 AngⅡ對骨代謝的調控

AngⅡ作為RAS系統的主要活性物質，在對骨代謝的調控中發揮著重要的作用[23]。①體內研究發現，小鼠成骨細胞中存AngⅡ受體，AngⅡ與其相結合，抑制堿性磷酸酶的活性，降低成骨細胞骨鈣素mRNA水平，von Kossa染色結果表明，礦化總面積和礦化結節數減少，表明AngⅡ直接調控成骨細胞，有抑制成骨細胞礦化的能力[24]。②近年來有研究報道，AngⅡ能夠間接調控成骨細胞，通過 ERK1/2 和 cAMP 信號通路促進成骨細胞分泌白細胞介素-6(IL-6)，可直接刺激骨吸收[25]。③國外研究[12]報道AngⅡ通過作用于成骨細胞來刺激破骨細胞的生成，調控骨更新率。AngⅡ促進成骨細胞合成分泌核因子 κB 受體，間接作用于破骨細胞，加速骨量丟失，同時可分泌保護素(OPG)來調控破骨細胞的成熟[26]。此外體內外實驗證實AngⅡ還能夠提高成骨細胞分泌血管內皮生長因子(VEGF)，從而實現對破骨細胞的生成、成熟、分化的調控[12]。

3.2 AT1R和AT2R對骨代謝的調控

在體外研究中，Asaba等[12]使用SiRNA技術將原代培養的成骨細胞敲除AT1R，發現AngⅡ刺激破骨細胞生成的作用有所增強。在體內研究[27]中也發現，AT1受體敲除的小鼠其脛骨近端松質骨的結構參數沒有明顯改變, 而對照組小鼠骨質疏松癥的發生率明顯提高, 直接說明AT1受體在AngⅡ誘導骨質疏松癥的發生過程中發揮著重要作用。臨床研究中發現使用低強度脈沖超聲(LIPUS)可以促進骨愈合[28]。當LIPUS作用于不同成熟階段的成骨細胞幾個小時后，發現ATl受體的基因和蛋白表達有所上調，這些都提示AT1受體介導了骨質疏松癥的發生。AT2受體同樣在骨形成的過程中發揮重要作用。動物試驗[29]發現，給小鼠喂服AT2 受體抑制劑后，骨小梁數明顯提高，骨小梁間隙名稱減少。同時越來越多的研究證實，AT1受體和AT2受體在調控骨代謝的過程中相互制約，在介導的生理功能中存在交互作用。研究發現，在給自發性高血壓小鼠喂服AT1受體拮抗劑洛沙坦后，和對照組相比其骨質疏松癥的程度明顯升高。體外試驗中，AT1受體敲除的成骨細胞與對照組比較，其成骨細胞形成明顯增多，可能與AT1R通路抑制AT2R通路有關[12]。以上研究結果表明，AngⅡ作用于成骨細胞來刺激破骨細胞的分化主要是通過AT2R介導，而AT1R通路可能對AT2R通路起抑制作用。

4 RAS拮抗劑對DOP的影響

國內研究[30]將去卵巢骨質疏松小鼠隨機分為ACEI組、模型組、假手術組，行常規治療后三個月發現治療組和假手術組骨小梁數目、骨小梁厚度、骨體積分數均高于模型組，骨小梁間隙、骨表面積體積比均顯著低于模型組(P<0.05)，RANKL mRNA表達均較模型組低(P<0.05)，治療組骨組織中OPG及RANKL mRNA表達與假手術組比較，差異無統計學意義(P>0.05)，表明RAS拮抗劑可改善骨代謝。目前RAS拮抗劑改善骨代謝的機制還不清楚，可能與其下調AngⅡ水平相關。這項實驗中用ACEI干預去卵巢小鼠后，骨OPG的表達較模型組明顯升高，而RANKL 的表達明顯降低，說明ACEI可能通過作用于骨組織局部 OPG、RANKL 而改善小鼠高骨轉換狀態。而也有實驗表明RAS拮抗劑不能有效改善骨代謝。

刁騰月等[31]對實驗小鼠注射鏈脲佐菌素(STZ)或生理鹽水誘發糖尿病小鼠，1w后根據血糖值將其分為糖尿病模型組和洛沙坦口服給藥組(AT1R拮抗劑)，給藥8w后，Micro-CT顯示糖尿病組小鼠松質骨骨密度顯著降低，H&E染色、Safranin O染色結果也顯示，糖尿病組小鼠脛骨軟骨連接和軟骨量減少，股骨遠端生長板處軟骨厚度減少。分子結果顯示糖尿病組小鼠骨組織RAS各組分表達明顯升高，直接表明RAS介導了DOP的發生發展。而洛沙坦給藥未能明顯改善DOP的病理改變，可能是與其負反饋性引起小鼠骨組織RAS活性增強相關。而臨床上也尚且缺乏RAS拮抗劑改善骨代謝的證據，可能受到用藥時間、性別、年齡等相關因素的影響[1,32]。

由此可見我們需要進一步去探索RAS在糖尿病性骨質疏松癥的過程中的作用。相信隨著科學的進步，相關研究的深入，RAS的臨床應用前景會更好。最近，RAS的新成員Ang(1-7)及其受體MAS、以及ACE2成為研究的熱點。對RAS的成員系統深入研究，明確其在DOP發生、發展中的病理機制，為藥物研制提供病理生理基礎，為DOP的綜合防治帶來新的曙光。