降糖藥與骨代謝相關性研究進展

白秋芳 馮正平

重慶醫科大學附屬第一醫院內分泌科，重慶 400016

根據國際糖尿病聯盟 (International Diabetes Federation，IDF)的調查數據，全球糖尿病患者將從2014年的3.87億升至2035年的5.92億[1]。糖尿病患者骨折風險明顯增加，1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)患者髖部骨折風險是非糖尿病患者的4～6倍[2]，2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者雖然多數無骨密度下降，但骨折風險仍增加。其機制可能與持續高糖引起的氧化應激、糖基化終末產物 (advanced glyca-tion end products，AGEs)對骨基質和成骨細胞的毒性及胰島素抵抗、低骨轉換等有關。目前新型降糖藥層出不窮，其大量應用于臨床，可能對糖尿病患者骨代謝有一定的影響，本文就目前臨床常用降糖藥與骨代謝相關性作一綜述。

1 胰島素

有關胰島素對骨代謝影響的研究目前有不同的結論。大多數研究認為胰島素有促進骨形成、增加骨密度的作用。Thrailkill等[3]進行的細胞試驗發現胰島素能增加成骨細胞的增殖、抑制破骨細胞活性。Abd等[4]對給予胰島素治療的糖尿病小鼠進行研究，發現與對照組相比，胰島素治療的糖尿病小鼠股骨骨密度明顯增加。此外有研究發現無論T1DM還是T2DM患者骨折風險是增加的，而降糖藥 (包括胰島素)的應用可以降低骨折風險，其中胰島素可顯著降低椎骨骨折的風險 (OR:0.21～0.53)[5]。但有部分研究表明胰島素可能增加骨折風險。Losada-Grande等[6]研究53853例予胰島素治療的T2DM患者，發現胰島素治療的T2DM患者發生骨折的風險增加38%。另一項研究亦得出了相同的結論[7]。其機制尙不清楚，可能與持續高胰島素血癥降低成骨細胞活性，抑制骨形成有關。

目前使用的胰島素有人胰島素及胰島素類似物，針對各種胰島素類似物對骨代謝影響的相關研究較少。Losada-Grande等[6]研究發現胰島素類似物與人胰島素在骨折風險方面無顯著差異。Stage等[8]對371名給予短效或長效人胰島素治療的T2DM患者進行比較，發現短效與長效人胰島素對骨轉換標志物的影響無明顯差異。另一項針對德國10596例予胰島素治療的T2DM患者進行回顧性分析，發現甘精胰島素與地特胰島素在骨折發生率上差異無統計學意義[9]。

總之，目前大部分研究證實胰島素或胰島素類似物有促進骨形成，增加骨量作用。機制可能為胰島素通過激活絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)磷酸化途徑抑制過氧化物酶體增生物激活受體 -γ(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR-γ)的轉錄活性，促進成骨細胞相關基因的表達，從而增加成骨細胞增殖。其次，胰島素可以活化25-羥化酶，增加1,25-(OH)2D3水平，促進骨鈣素(osteocalcin，OC)等成骨物質的合成，增加骨密度。此外，胰島素還可能與胰淀素(amylin)、甲狀旁腺素或胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor，IGF)-1等產生協同作用抑制骨吸收減少骨質丟失。

2 二甲雙胍

二甲雙胍是目前國內外指南推薦的首選降糖藥。大量研究證實二甲雙胍對骨代謝有積極的促進作用。Araújo等[10]觀察二甲雙胍治療組及對照組大鼠骨量變化，發現二甲雙胍治療(50 mg/kg)可以減少骨質丟失。Tolosa等[11]研究發現胰島素缺乏的糖尿病大鼠股骨骨小梁面積減少，骨密度顯著降低，二甲雙胍治療能夠逆轉上述改變。另一項回顧性臨床研究針對14671名T2DM患者數據進行分析，發現二甲雙胍治療可顯著降低骨折風險[12]。其機制可能為通過調節AMPK-mTORC2和AKT-mTORC1信號轉導及促進SIRT6表達、抑制OCT4基因表達，增加成骨細胞增殖、分化，促進骨形成；此外亦可能與增加 Runx2基因表達從而促進骨形成有關。

3 磺脲類

磺脲類(sulfonylurea，SU)是最早的一類口服降糖藥，為促胰島素分泌劑，主要通過三磷酸腺苷 (adenosine triphosphate，ATP) 敏感的 K+通道發揮降糖作用。目前針對SU對骨代謝的影響有不同的結論。Ma等[13]研究表明格列美脲可以促進大鼠成骨細胞增殖。Fronczek等[14]研究發現格列美脲的應用可以降低卵巢去勢(ovariectomized，OVX)大鼠的骨折風險，類似的，Kanazawa等[15]對344名患有T2DM的絕經后女性進行研究，發現SU可致椎體骨折風險降低。然而另一項回顧性分析得出了不同的結論。研究者分析了給予4年降糖治療的T2DM患者的數據，發現SU使用者有226例髖部骨折(1.7%)，而非SU使用者有157例(1.2%)，表明SU可能與髖部骨折風險增加有關，男性T2DM患者更為明顯[16]。盡管如此，大部分研究均證實SU可促進成骨細胞增殖，促進骨形成及降低骨折風險。其機制可能與刺激PI3K/Akt/eNOS通路的活化、促進成骨細胞分化，并抑制成骨細胞凋亡有關。

4 噻唑烷二酮類(Thiazolidinediones，TZDs)

目前絕大部分研究證實TZDs(羅格列酮、吡格列酮)與骨折風險增加有關。Mori等[17]比較了吡格列酮和二甲雙胍對T2DM患者骨代謝的影響，發現吡格列酮顯著提高血清骨吸收標志物尿I型膠原N-末端肽(type I collagen protein N-terminal crosslinking peptide，NTX)、血清和尿I型膠原C-末端肽(type I collagen protein C-terminal crosslinking peptide，CTX)水平，增加骨折風險，女性患者尤為明顯。Colhoun等[18]對蘇格蘭37479名予TZDs治療的T2DM患者進行觀察，發現與對照組相比髖部骨折風險明顯增加，且吡格列酮與羅格列酮引起的骨折風險無顯著差異。但是有研究發現新型TZDs可能并不增加骨折風險。Kim等[19-20]進行的兩項研究均發現洛貝格列酮對小鼠成骨細胞沒有顯著抑制，對骨密度沒有不利影響。TZDs增加骨折風險的機制可能為TZDs導致成骨細胞PPARγ mRNA的過度表達，促進骨髓間質干細胞(mesenchymal stem cells，MSCS)向脂肪細胞分化，從而減少成骨細胞增殖、分化；其次可降低Wnt mRNA水平，抑制Wnt信號通路，通過降低血鈣和磷酸鹽水平抑制骨形成標志物骨保護素(osteoprotegerin，OPG)、骨堿性磷酸酶(bone alkaline phosphatase，BALP)的表達和活性。此外，TZDs可減少Runx2因子轉錄抑制成骨細胞增殖、分化。

5 胰高血糖素樣肽-1(glucagon like peptide-1 receptor agonist，GLP-1)受體激動劑

目前在國內外有6種GLP-1受體激動劑被批準用于臨床：艾塞那肽、利拉魯肽、阿必魯肽、度拉糖肽、利司拉肽、索馬魯肽。

大量研究證實GLP-1受體激動劑可以增加成骨細胞數量、促進骨形成、改善骨密度。Meng等[21]通過組織學分析觀察到給予GLP-1受體激動劑16周的OVX大鼠骨小梁表面的成骨細胞數顯著增加。Yamada等[22]發現將胰腺GLP-1受體敲除后的實驗鼠骨密度下降，而艾塞那肽能夠逆轉。另一項針對OVX小鼠的研究發現，利拉魯肽、艾塞那肽治療均可增加骨強度，改善骨小梁微結構[23]。

而針對 GLP-1受體激動劑對骨折風險的影響則有不同的結論。Driessen等[24]對英國臨床實踐研究數據鏈(clinical practice research datalink，CPRD)(2007-2012)進行隊列研究發現，GLP-1受體激動劑(艾塞那肽或利拉魯肽)的使用與減少骨質疏松性骨折風險無關。Mabilleau等[25]進行的一項Meta分析亦證實了上述結論。然而Su等[26]的研究得出了不同的結論，他們發現與安慰劑或其他降糖藥相比，利拉魯肽可能降低骨折風險(OR=0.38，95%CI為0.17～0.87)，而艾塞那肽可能增加骨折風險(OR=2.09，95%CI為1.03～4.21)。所以，GLP-1受體激動劑對骨折的影響還需要更多的臨床研究證實。

總之，目前大部分研究表明GLP-1受體激動劑有促進骨形成、改善骨密度的積極作用。其機制可能為激活Wnt/catenin途徑和增加OPG/RANKL比，刺激成骨細胞分化，并通過降低骨硬化蛋白(sclerostin)水平抑制破骨細胞形成。其次，GLP-1受體激動劑可提高成骨樣細胞株SaOs2細胞內環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，CAMP)的水平和細胞內鈣水平，促進I型膠原mRNA的表達，提高OC及BALP水平，促進骨形成。此外，GLP-1受體激動劑還可能激活PI3K/AKT、ERK1/2、cAMP/PKA/β-cat-Ser675轉導通路影響骨代謝。

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

目前有5種DPP-4抑制劑已被批準用于臨床：維格列汀、西格列汀、利格列汀、沙格列汀、阿格列汀。DPP-4可降解體內多種激素如 GLP-1、GLP-2、葡萄糖依賴性促胰島素多肽 (glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP)等。成骨細胞和破骨細胞均可表達GIP受體，GIP與成骨細胞表面GIP受體結合，增加細胞Ⅰ型膠原表達和血清堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性，并抑制成骨細胞凋亡；與破骨細胞表面的GIP受體結合，可抑制破骨細胞活性，從而抑制骨吸收。因此，DDP-4 抑制劑可能提高多種對骨代謝有益的激素水平，降低糖尿病患者骨折風險。其次，DPP-4抑制劑還可以提高25-羥維生素D3濃度，增加骨密度。除此之外,DPP-4抑制劑對骨骼影響可能還與瘦素(leptin)、脂聯素(adiponectin)、胃促生長素(ghrelin)等代謝因子有關。

目前研究證實DPP-4抑制劑可改善骨密度、降低骨折風險。Zheng等[27]對744名中國桂林絕經后婦女進行分析，發現DPP-4活性最高的受試者腰椎和股骨頸的骨密度較低，表明DPP-4抑制劑可能增加骨密度。Hegazy等[28]觀察40名絕經后的糖尿病女性，予西格列汀治療12周后測定血清骨吸收標志物尿脫氧吡啶啉(deoxypyridinoline，DPD)水平，發現尿DPD明顯下降，表明西格列汀可減少骨吸收，增加骨強度。另一項針對德國2008年至2014年期間予DPP-4抑制劑聯合二甲雙胍及二甲雙胍單藥治療的4160名糖尿病患者的研究，發現DPP-4抑制劑治療可顯著降低骨折風險(HR=0.67, 95% CI 0.54-0.84)[29]。

但Bunck等[30]研究發現，給予59例T2DM患者維格列汀治療50周后測定ALP、鈣、磷酸鹽無明顯變化，表明維格列汀對骨代謝無明顯影響。Sbaraglini等[31]給予大鼠口服沙格列汀3周，發現大鼠股骨骨密度顯著下降，其機制可能為沙格列汀抑制MSC和MC3T3E1成骨細胞Runx2基因和OC的表達及膠原蛋白1的產生，同時增加PPAR-γ表達，降低成骨細胞分化，減少骨形成。

所以，不同的DPP-4抑制劑對骨密度、骨折風險的影響不同。西格列汀、阿格列汀可能增加骨密度、降低骨折風險，維格列汀無上述積極作用，而沙格列汀可能降低骨密度，有關利格列汀對骨代謝影響的研究較少。

7 鈉-葡萄糖協同轉運蛋白2(sodium-glucose cotransporter 2，SGLT-2)抑制劑

SGLT-2幾乎完全表達在近端腎小管中，并負責腎臟90%的葡萄糖吸收。SGLT-2抑制劑通過阻止腎臟對葡萄糖的再吸收而增加尿糖排泄降低血糖。目前有7種SGLT-2抑制劑用于臨床：達格列凈、卡格列凈、恩格列凈、埃格列凈、伊格列凈、托格列凈、魯格列凈。

研究發現不同種類SGLT2抑制劑對骨代謝的影響不同。Blevins等[32]研究發現，卡格列凈治療可降低髖關節骨密度，增加骨折風險，尤其是上肢和下肢骨。因此在2015年9月，FDA加強了對卡格列凈增加骨折風險的警告。但是Toulis等[33]對給予達格列凈治療的4548名T2DM患者進行觀察，發現達格列凈的使用并不增加骨折風險。另外兩項研究亦發現恩格列凈、埃格列凈也不增加骨折風險[34-35]。

卡格列凈增加骨折風險的機制可能與促進甲狀旁腺激素的分泌、調節鈣/磷酸鹽穩態有關。其次，還可能通過與SGLT-1受體結合干擾鈣的代謝，致鈣吸收增強、1,25-羥維生素D水平減低和高鈣尿，導致骨折風險增加。此外，亦可能通過增加成纖維細胞因子(fibroblast growth factor，FGF)23 表達，引起胃腸道鈣吸收減少、骨骼鈣化，增加骨折風險。

目前大多數研究證實，卡格列凈可以增加骨折風險，而達格列凈、恩格列凈、埃格列凈與骨代謝和骨密度變化無顯著相關性，其他種類的SGL-2抑制劑對骨的影響尙需要更多的研究證實。

8 其他新型藥物

8.1 SR10171

SR10171是一種新型胰島素增敏劑，是一種優化的2-苯氧基丙酸。Stechschulte等[36]研究發現SR10171有增加骨量和骨轉換的作用，機制可能與它作為PPARγ和PPARα反向激動劑有關，通過抑制MSCS向脂肪細胞分化和增殖，增加成骨細胞合成，并抑制破骨細胞活性。

8.2 Fexaramine

Fexaramine是一種選擇性的法尼醇X受體(farnesoid X receptor，FXR)激動劑，可通過改善胰島素敏感性達到降糖作用。Zheng等[37]研究了FXR缺乏的大鼠，發現破骨細胞的數量顯著增加，機制可能為FXR缺乏抑制了氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)活性、干擾素β(interferon-β，IF-β)表達及抑制JAK3-STAT1信號轉導促進破骨細胞的形成，從而說明Fexaramine作為FXR激動劑可能有抑制破骨細胞活性的作用。

綜上所述，絕大部分研究證實二甲雙胍、磺脲類、利拉魯肽、艾塞那肽及西格列汀、阿格列汀有促進骨形成、增加骨密度，降低骨折風險作用。而羅格列酮、吡格列酮及沙格列汀、卡格列凈可能降低骨密度，增加骨折風險。各種胰島素類似物對骨代謝的影響無顯著差異。新型藥物SR10171、Fexaramine可能有抑制破骨細胞活性、促進成骨作用，仍需更多的研究證實。總之，深入了解降糖藥對骨代謝的影響，對糖尿病患者選擇適宜的降糖藥有重要意義。