基于腸促胰素效應的2型糖尿病骨代謝異常的致病機制探究

劉虹麗　張帆　洪小瑜　戴亞麗　盧東暉　韓令川　吳佩嫻　彭衛群 林秋訊

【摘要】 目的：探討基于腸促胰素效應的2型糖尿病患者骨代謝異常的致病機制。方法：選取本院于2016年1月-2017年6月收治的210例2型糖尿病患者，其中伴骨代謝異常（骨量減少/骨質疏松癥）組104例，不伴骨代謝異常組106例。檢測患者肝腎功能等一般生化指標、糖化血紅蛋白（HbA1c）;測定骨代謝相關指標包括（1）鈣磷代謝生化指標：血鈣、血磷;（2）骨代謝調節激素：甲狀旁腺激素（PTH）、25羥維生素D3[25-（OH）VD3];（3）骨形成生化指標：N端骨鈣素（N-BGP）、Ⅰ型原膠原N末端前肽（PINP）;（4）骨吸收生化指標：β-Ⅰ型膠原交聯C末端肽（β-CTX）。行二兩饅頭餐糖耐量試驗，測定空腹和餐后1、2 h血糖，以及胰島素、腸促胰素（GIP、GLP-1和GLP-2）。結果：2型糖尿病伴骨代謝異常組HbA1C、PTH、β-CTX均明顯高于2型糖尿病不伴骨代謝異常組，而25-（OH）VD3、N-BGP、PINP均低于2型糖尿病不伴骨代謝異常組，差異均有統計學意義（P<0.05）;兩組血鈣、血磷比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。兩組在空腹和餐后1、2 h血糖均升高，胰島素、GIP、GLP-1、GLP-2均先增后減;2型糖尿病伴骨代謝異常組的血糖在同一時段均比2型糖尿病不伴骨代謝異常組高，而胰島素、GIP、GLP-1、GLP-2均比2型糖尿病不伴骨代謝異常組低，差異均有統計學意義（P<0.05）。結論：腸促胰素可調節成骨細胞與破骨細胞功能，2型糖尿病患者胰島素及腸促胰素水平下降，骨吸收增加，骨形成減少，可能與患者骨代謝異常（骨質疏松或骨量減少）發病有關。

【關鍵詞】 腸促胰素效應; 2型糖尿病; 骨代謝異常

【Abstract】 Objective：To investigate the mechanism of bone metabolism abnormality in type 2 diabetic patients based on the effect of incretin.Method：A total of 210 patients with type 2 diabetes admitted to our hospital from January 2016 to June 2017 were selected.There were 104 cases in the with abnormal bone metabolism（osteopenia/osteoporosis）group and 106 cases in the without abnormal bone metabolism group.Detection of general biochemical indicators such as liver and kidney function of patients glycosylated hemoglobin（HbA1c），the indexes of bone metabolism include：（1）biochemical indexes of calcium and phosphorus metabolism：blood calcium and phosphorus.（2）bone metabolism regulation hormone：parathyroid hormone（PTH），25 hydroxyvitamin D3[25-（OH）VD3].（3）biochemical indexes of bone formation：n-terminal osteocalcin（N-BGP），type I procollagen n-terminal propeptide（PINP）.Biochemical parameters of bone resorption：c-terminal peptide crosslinked with collagen beta type Ⅰ（β-CTX）.The glucose tolerance test of 2 steamed buns was conducted to determine fasting and postprandial blood glucose，as well as Insulin and Incretin（GIP，GLP-1 and GLP-2）.Result：The HbA1C，PTH，β-CTX of type 2 diabetes mellitus with bone metabolism abnormality group were significantly higher than those of type 2 diabetes mellitus without bone metabolism abnormality group，25-（OH）VD3，N-BGP and PINP were lower than those of type 2 diabetes mellitus without abnormal bone metabolism group，the differences were statistically significant（P<0.05）.There were no statistically significant differences in serum calcium and phosphorus between the two groups（P>0.05）.Both groups had elevated blood glucose at fasting and 1，2 h after meal.Insulin，GIP，GLP-1，GLP-2 increased first and then decreased;the blood glucose of type 2 diabetes mellitus with abnormal bone metabolism group was higher than that of type 2 diabetes mellitus without abnormal bone metabolism group at the same time，however，Insulin，GIP，GLP-1，GLP-2 were lower than those of type 2 diabetes mellitus without abnormal bone metabolism group，the differences were statistically significant（P<0.05）.Conclusion：Incretin regulates osteoblast and osteoclast function，Insulin and Incretin levels decrease，bone resorption increases，and bone formation decreases in type 2 diabetes patients，which may be related to abnormal bone metabolism（osteoporosis or osteopenia）in patients.

【Key words】 Incretin effect; Type 2 diabetes; Bone metabolism abnormality

First-authors address：Peking University Shenzhen Hospital，Shenzhen 518000，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.02.011

近年來，糖尿病（DM）患病率逐年升高。糖尿病對健康的危害巨大，且治療費用高、經濟負擔重。骨量減少和骨質疏松癥（OP）是臨床最常見的骨代謝異常疾病，易脆性骨折。糖尿病患者更易合并骨代謝異常（骨量減少/骨質疏松癥），稱為糖尿病性骨質疏松癥（DOP）。我國糖尿病患者骨質疏松的發病率為40%～66%，發病率和骨質疏松性骨折的危險性明顯高于普通人群。DOP的病因和發病機制十分復雜，目前研究提示與胰島素及胰島素樣生長因子-1減少、活性維生素D水平下降等多種因素均有一定相關性[1]。部分研究提示腸促胰素對成骨細胞和破骨細胞有調節作用而影響體內骨代謝[2-3]。我國糖尿病患者數居全球首位，糖尿病性骨質疏松患者眾多，因此防治骨質疏松癥、降低骨折風險刻不容緩[4]。本研究從2型糖尿病患者腸促胰素效應改變入手，選擇多個特異性較高的骨代謝評價指標，探討腸促胰素效應在2型糖尿病患者骨代謝異常發病中的作用，分析可能的致病機制，尋找糖尿病骨代謝異常患者治療的新靶點，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集本院于2016年1月-2017年6月收治的2型糖尿病患者210例，入選標準：所有患者均符合WHO糖尿病診斷標準，空腹血糖≥7.0 mmol/L，糖負荷后2 h血糖≥11.1 mmol/L。排除標準：1型糖尿病;2型糖尿病合并妊娠、急性感染、慢性感染、酮癥酸中毒或高滲性昏迷者;合并心衰，嚴重心率失常、腦血管意外者;合并嚴重肝、腎功能不良、精神疾病、結締組織病或腫瘤者;骨折急性期及近3個月應用影響骨代謝藥物，如糖皮質激素、骨化三醇、二磷酸鹽、抗癲癇藥物等;無明確診斷的除骨質疏松和骨量減少以外的其他代謝性骨病。

1.2 方法 （1）基線調查：性別、年齡、病程、糖尿病治療方式、并發癥及伴發疾病情況、骨折外傷史、家族史（父母糖尿病、骨質疏松癥、骨折等病史）、文化程度、體育運動程度等。（2）檢測患者肝腎功能等一般生化指標、糖化血紅蛋白（HbA1c），采用全自動生化分析儀檢測肝腎功能生化指標;采用糖化血紅蛋白自動分析儀KH-101，利用離子交換HLPC法測定糖化血紅蛋白。（3）采用電化學發光法，使用生化免疫分析儀（Cobas e601模塊）和羅氏公司生產的骨代謝檢測試劑盒測定骨代謝相關指標，①鈣磷代謝生化指標：血鈣、血磷;②骨代謝調節激素：甲狀旁腺激素（PTH）、25羥維生素D3[25-（OH）VD3];③骨形成生化指標：N端骨鈣素（N-BGP）、Ⅰ型原膠原N末端前肽（PINP）;④骨吸收生化指標：β-Ⅰ型膠原交聯C末端肽（β-CTX）。（4）所有患者行二兩饅頭餐糖耐量試驗，測定空腹和餐后1 h、餐后2 h血糖以及胰島素，采用武漢默沙克生物科技有限公司生產的試劑盒測定腸促胰素（GIP、GLP-1和GLP-2）。

1.3 統計學處理 采用SPSS 14.0進行數據的統計學處理，計量資料用（x±s）表示，比較采用t檢驗;計數資料以率（%）表示，比較采用字2檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者一般資料比較 采用雙能X線骨密度測定（DEXA）方法測定腰椎/左股骨頸骨密度，T值≥-1.0為骨量正常，分入2型糖尿病不伴骨代謝異常組;-2.50.05），具有可比性。

2.2 兩組實驗室檢查指標及骨代謝情況比較 2型糖尿病伴骨代謝異常組HbA1C、PTH、β-CTX均明顯高于2型糖尿病不伴骨代謝異常組，而25-（OH）VD3、N-BGP、PINP均低于2型糖尿病不伴骨代謝異常組，差異均有統計學意義（P<0.05）;兩組血鈣、血磷比較，差異均無統計學意義（P>0.05），見表1。

2.3 兩組糖耐量試驗前后血糖、胰島素、腸促胰素比較 在空腹、餐后1 h、餐后2 h，兩組血糖都增加，胰島素、GIP、GLP-1、GLP-2均先增后減;2型糖尿病伴骨代謝異常組的血糖在同一時段均比不伴骨代謝異常組高，而胰島素、GIP、GLP-1、GLP-2均比不伴骨代謝異常組低，差異均有統計學意義（P<0.05），見表2。

3 討論

近年來，隨著全球和我國老齡化的加劇，糖尿病和骨代謝異常疾病的患病人數逐年升高。骨量減少和骨質疏松癥是臨床最常見的骨代謝異常疾病，據統計2006年全國50歲以上人群中約有6 994萬人患有骨質疏松癥，約2億1千萬人存在骨量減少。糖尿病患者合并骨代謝異常（骨量減少/骨質疏松癥），稱為糖尿病性骨質疏松癥。患者的骨質疏松性骨折的危險性明顯高于普通人群。在病因和發病機制方面，目前研究提示不僅與胰島素及胰島素樣生長因子-1減少、活性維生素D水平下降有關，而且和糖基化終末產物堆積、膠原蛋白合成減少、滲透性利尿、細胞因子和腸促胰素作用失衡及遺傳等均有一定相關性[6-7]。

20世紀中期，研究發現口服葡萄糖刺激胰島素分泌的量明顯大于靜脈輸注葡萄糖所引起的胰島素釋放量，這種現象被稱為“腸促胰素效應”，提示營養物質可刺激腸黏膜上皮細胞釋放某種因子。后續研究分離提取出多種腸促胰素，主要包括葡萄糖依賴性胰島素釋放肽（glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP）和胰高血糖素樣肽（glucagon-like peptide，GLP）兩類，后者又可分為GLP-1和GLP-2[8]。腸促胰素可在進餐后促進胰島素分泌，2型糖尿病患者腸促胰素效應減弱是血糖升高的原因之一[9]。由于體內多種器官和細胞表面均有腸促胰素受體，因此這類激素在調節血糖的同時，還具有延緩胃排空、抑制食欲、調節免疫和抗炎等多方面作用[10-11]。

目前，2型糖尿病合并骨質疏松癥患者腸促胰島素的變化及與骨代謝的關系研究較少。本研究同時關注兩大公共健康問題：糖尿病和骨質疏松癥;關注腸促胰素相關研究中的薄弱環節：骨代謝，從2型糖尿病患者腸促胰素效應改變入手，探討腸促胰素效應在2型糖尿病患者骨代謝異常發病中的作用，分析可能的致病機制，尋找糖尿病骨代謝異常患者治療的新靶點。

本研究結果顯示，2型糖尿病伴骨代謝異常組HbA1C、PTH、β-CTX均明顯高于2型糖尿病不伴骨代謝異常組，而25-（OH）VD3、N-BGP、PINP均低于2型糖尿病不伴骨代謝異常組，差異均有統計學意義（P<0.05），兩組血鈣、血磷相似。說明2型糖尿病伴骨代謝異常的特點是：骨形成下降、骨吸收增加。骨鈣素（BGP）水平的高低可直接反映成骨細胞的活性，為測量骨形成或骨轉換的一項特異而敏感的生化指標。BGP在骨的形成和轉換中起重要作用，胰島素缺乏長期得不到改善時，可能使成骨細胞特異性合成與釋放BGP的功能受到抑制，導致骨基質成熟與骨轉換下降。本研究發現2型糖尿病伴骨代謝異常組的血清骨鈣素水平較2型糖尿病不伴骨代謝異常組低，可能是由于長期的糖代謝紊亂，血糖控制不良，胰島素分泌水平及腸促胰素分泌水平相對較低，導致成骨細胞骨形成及骨轉換下降而影響骨代謝所致。2型糖尿病伴骨代謝異常組β-CTX較2型糖尿病不伴骨代謝異常組明顯增高，提示糖尿病患者骨吸收增加。胰島素促進骨細胞攝取氨基酸，增強骨膠原合成，胰島素受體存在于成骨細胞中，胰島素可促進PTH和1，25-（OH）2D3對成骨細胞的作用。糖尿病患者有不同程度的胰島素缺乏或敏感性降低，長期嚴重的糖代謝紊亂，降低蛋白質合成，使蛋白質代謝呈現負平衡，進而影響骨基質的形成，促進骨吸收，使β-CTX增加[12]。

骨轉換是一個動態過程，胃腸道激素（如GLP-1和GIP）參與其調控[6]。本研究結果顯示，兩組患者空腹、餐后1 h、餐后2 h血糖都較正常人升高，胰島素、GIP、GLP-1、GLP-2均先增后減;2型糖尿病伴骨代謝異常組的血糖在同一時段均比不伴骨代謝異常組高，而胰島素、GIP、GLP-1、GLP-2均比不伴骨代謝異常組低，說明2型糖尿病患者血糖升高、胰島素及腸促胰素下降與患者骨代謝異常的發生可能有相關性。已有的一些動物實驗提示，GIP能顯著減少成骨細胞的凋亡率，而抑制GIP信號肽會使成骨細胞介導的骨生成減少、破骨細胞介導的骨吸收增加[13]。Yamada等[14]也得出了相似的結論，缺少GIPR的大鼠骨小梁比正常組的薄，組織學特征類似于骨質疏松，骨生成參數明顯降低，即GIP通過GIPR發揮抑制成骨細胞凋亡的作用，從而促進骨的生成。研究證實，GLP-1R-/-小鼠呈現出明顯的皮質骨BMD降低、脆性增加，骨組織形態學測定發現這些基因改變后的小鼠破骨細胞引發的骨吸收明顯增加[15]。對大鼠的相關研究也得出了類似結論[16]。另外的研究則顯示GLP-1治療使骨鈣素等骨形成指標升高，對實驗大鼠持續皮下泵入GLP-1 3 d后結果顯示：骨鈣素、骨保護素（OPG）mRNA水平以及OPG/RANKL的比值都有了不同程度的提高[17]，這些都提示GLP-1對骨形成過程具有促進作用。有假設認為腸促胰素對骨吸收的調節可能涉及Wnt/β-catenin信號通路，OPG/RANKL比值和硬骨素等[18-20]。

綜上所述，目前的動物試驗和臨床研究均顯示腸促胰素可調節成骨細胞與破骨細胞功能，2型糖尿病患者胰島素及腸促胰素水平下降，骨吸收增加，骨形成減少，可能與患者骨代謝異常（骨質疏松或骨量減少）發病有關[21]。以提高體內腸促胰素水平為基礎的2型糖尿病治療藥物能否促進骨形成并抑制骨吸收，最終使骨強度增加是未來研究的方向。

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（收稿日期：2018-06-06） （本文編輯：張爽）