骨鈣素與男性遲發性性腺功能減退癥相關性的研究進展

于騏瑋 郭海彬

河南大學人民醫院 河南省人民醫院生殖中心，河南鄭州 450003

男性遲發性性腺功能減退癥（late-onset hypogonadism，LOH）是指一種與男性年齡增長相關，以血清睪酮分泌減少為主要癥狀的臨床綜合征。主要表現為性欲減退、性功能障礙；其他表現有骨質疏松和骨密度降低、向心性肥胖、代謝綜合癥等全身癥狀[1]。目前LOH 的發病機制尚未明確，但有研究表明，LOH 是衰老過程中下丘腦-垂體功能惡化和睪丸間質細胞分泌睪酮能力下降的結果[2]。隨著世界上老齡化問題日益嚴重，LOH 作為影響中老年男性健康的重要疾病之一，是近幾年來學者研究的熱點。

骨鈣素（osteocalcin，OC），是成骨細胞分化成熟后特異表達的標志蛋白，被視為骨更新和骨轉化的標志物。骨鈣素在人體內有羧化完全的骨鈣素（cOC）有和羧化不全的骨鈣素（ucOC）兩種表達形式。成熟的骨鈣素含有49 個氨基酸殘基，在骨鈣素的第17、21、24 位上各自含有一個α-羧谷氨基酸殘基，這三個殘基是在受體樣跨膜蛋白酪氨酸磷酸酶（osteoblast protein tyrosine phosphatase，OSTPTP）和維生素K 依賴的-谷氨酸羧化酶（γ-glutamyl carboxylase，GGCX）的共同作用下由谷氨酸羧化而來的，這種完全羧化的骨鈣素能夠幫助其與羥基磷灰石的結合，維持骨的正常礦化速率，在骨代謝中起到重要作用。另一部分羧化不全（包括未羧化）的骨鈣素被釋放在血液中，具有生物學活性，是調節體內能量代謝的重要角色，能夠調節葡萄糖穩態和雄性生殖功能[3-4]。而LOH 患者也常伴有骨密度改變及代謝性全身癥狀，越來越多的學者將視線轉向骨鈣素作為代謝因子與LOH 的相關聯系上，本文綜述了OC 的分子生物學的特征和功能及其與LOH 的相關性。

1 骨鈣素與睪酮分泌

睪酮分泌減少是LOH 極為重要的特征之一，同時也是LOH 診斷的必要條件[5]。睪酮是促進男性內、外生殖器的發育，并維持其生理功能的重要雄激素之一。男性體內95%的睪酮由睪丸間質細胞合成，睪丸間質細胞分泌合成睪酮主要受到下丘腦-垂 體-性 腺（hypothalamic-pituitary-gonadal axis，HPGA）調節下的促性腺激素誘導分泌[6]。下丘腦合成促性腺激素釋放GNRH（gonadotropinreleasing hormone），GNRH 通 過 下 丘 腦-垂 體 門脈循環至腦垂體，刺激垂體分泌卵泡刺（folliclestimulating hormone，FSH）和黃體生成素（luteinizing hormone，LH），LH 刺激Leydig 細胞產生睪丸激素。睪丸激素再通過負反饋抑制LH 分泌[7]。最近的研究表明，存在與下丘腦-垂體-性腺軸平行的內分泌通路，該通路能夠作用于睪丸的內分泌功能，其中涉及骨源性激素骨鈣素（OC）[8]。

Oury 等在早期研究中發現在體外培養的睪丸間質細胞中添加野生型小鼠成骨細胞培養液上清可促進其分泌睪酮，而雌激素和孕激素水平無顯著變化，但不能促進體外培養的卵巢組織和腎上腺組織分泌睪酮。OC 基因敲除小鼠成骨細胞培養液上清則不能促進體外培養的睪丸間質細胞及睪丸組織分泌睪酮；添加OC 可促進體外培養的睪丸間質細胞分泌睪酮，注射OC 后小鼠的血清睪酮水平也可顯著提高。Oury 在此基礎上深入研究后發現骨鈣素以G 蛋白偶聯受體，依賴環磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）依賴性方式調節睪酮合成所需酶的表達，從而促進睪丸間質細胞睪酮的分泌[9]。也有研究發現在Leydig Gprc6a -/-雄性小鼠中，睪丸，附睪和精囊的大小和重量，以及精子數量，循環睪酮水平和Leydig 細胞的表達均降低。根據該模型，大多數學者認為ucOC 將通過CREB 介導的途徑作用于GPRC6A，直接抑制Leydig 細胞凋亡并刺激類固醇生成和睪酮生成。Pi 等[10]在后續提供了ucOC和GPRC6A 直接相互作用的分子證據后驗證了這一說法。Yang 等[11]的研究證實OC 與男性特發性性腺功能減退患者睪丸對促性腺激素的反應性呈正相關。從普通人群到性腺功能減退、骨質疏松癥、代謝綜合征或肥胖癥患者，在廣泛的男性受試者中發現了類似的關聯。所有這些數據加在一起，都支持了在小鼠和人類中都存在相似的假說，即睪丸間質細胞是兩個主要激素軸的靶標，且LH/LH-受體和OC/GPRC6A 這兩個回路都有助于刺激睪酮產生和精子生成。

通過上述我們不難發現，骨骼通過OC 調節Leydig 細胞功能，并通過睪酮水平的變化影響睪丸的生精功能，對男性生殖系統起著重要的調節作用。但目前針對骨鈣素調節睪丸功能的研究以動物實驗居多，這種調節作用在男性體內是否同樣存在，尤其是OC 在LOH 患者血清睪酮水平下降中的作用有待進一步研究。

2 骨鈣素與能量代謝

有研究表明，LOH 與2 型糖尿病和代謝綜合征有著相似的臨床表現和病理生理學特點[12]，男性睪酮水平下降會導致代謝綜合征的出現，高胰島素血癥和肥胖則會引起睪酮分泌減少。睪酮可通過影響雄激素受體和相關炎癥細胞因子對胰島β 細胞產生保護效應[13]。同樣有文獻證明骨鈣素與2 型糖尿病和代謝綜合征相關[14-15]，雖然其中的機制尚未明確，但2 型糖尿病和代謝綜合癥無疑是與能量代謝相關的。下面我們分析一下骨鈣素在能量代謝中的作用。

Lee 等的早期研究首次推論骨鈣素能夠調節能量代謝。實驗建立了兩種小鼠模型：ESP-/-（ESP基因敲除）小鼠模型和OC-/-小鼠模型（oc 基因敲除）。Esp 是成骨細胞表達的一種基因，編碼名為OST-PTP 的受體樣蛋白酪氨酸磷酸酶，OC 是受Esp 調控的蛋白質。給予野生型小鼠及ESP-/-小鼠輸注葡萄糖（經下丘腦引起攝食過量），結果顯示Esp-/-小鼠β 細胞增殖及胰島素分泌增加，Esp-/-小鼠胰島素敏感性較野生型小鼠顯著增加，ucOC 的濃度也明顯升高。與之相反的是，OC-/-小鼠表現為：血糖升高、體脂升高、胰島細胞數目、大小均下調、靶器官的胰島素受體減少、胰島素分泌下降，OC 濃度下降。這表明Esp 可能通過促進骨鈣素的羧化，使得未羧化的骨鈣素減少，從而對糖代謝產生負向調控的作用。隨后，劉冬梅等發現用重組ucOC 處理28d 的野生型小鼠可以使其免受高脂飲食引起的葡萄糖代謝，并證實骨鈣素可以增加胰島β 細胞的增殖，刺激胰島β 細胞的胰島素表達和分泌，增加能量消耗[16]。這個過程受成骨細胞中胰島素信號通路的控制，先前研究表明在 β 細胞上存在著介導骨鈣素調節作用的受體（GPRC6A)，通過研究β 細胞中條件缺失GPRC6A基因的小鼠的發育，發現條件β 細胞GPRC6A 基因敲除的小鼠可表現為胰島的大小和數量減少，胰島素分泌減少，胰島素抵抗，糖耐量的減低，基本確定了骨鈣素是通過作用于胰島素β 細胞中的GPRC6A，進而調節胰島β 細胞的增殖和胰島素的分泌，從而影響能量代謝。

骨鈣素對脂肪代謝也具有調節作用。除了改善胰腺的內分泌功能外，還發現ucOC 可通過直接和間接作用改善與代謝相關的多個器官的胰島素敏感性，脂肪組織則是OC 作用目標[17]。有研究發現，正常小鼠注射重組骨鈣素蛋白后，小鼠胰島β細胞增多、胰島素分泌增加、脂聯素表達增加，而體重、脂肪含量、血漿三酰甘油水平均下降；代謝紊亂的肥胖小鼠在注射未羧化的骨鈣素后，代謝和體重恢復至正常水平[18]。

綜上所述，我們認為骨鈣素通過對胰腺、脂肪等的調節作用來實現對生物體整體能量代謝的調節。一方面，未羧化的骨鈣素通過血液循環系統作用于胰腺，促進胰島β 細胞的增殖和胰島素的產生，調節葡萄糖代謝；同時骨鈣素也能夠促進脂肪組織分泌脂連素，增強胰島素敏感性。另一方面，作為骨鈣素的潛在作用組織，脂肪組織也是與葡萄糖代謝的“重要器官”。

3 骨鈣素在治療男性遲發性性腺功能減退癥的應用前景及展望

目前國際公認對LOH 的治療為睪丸激素替代治療（TRT）[19]，但近年來有文獻說明，這種方法存在各種副作用，例如紅細胞增多癥，肌肉力量和性功能下降，心血管疾病，腎衰竭等[20-21]。所以目前對LOH 的治療也在不斷的探索當中，由于LOH 的診斷標準存在爭議，且發病機制尚未明確闡明，關于骨鈣素和LOH 治療方面的研究相對較少。我們已知骨鈣素通過胰腺-骨-睪丸軸途徑在能量代謝和男性生育能力方面起到重要作用，這種激素途徑相關的藥理學研究有相當大的前景，可能對治療性腺功能減退和其相關代謝性疾病起到新的作用。

Gulfidan 將雄性大鼠分為兩組：青春期前正常大鼠和成年EDS（EDS 是一種烷基化劑，可特異性殺死成年Leydig 細胞而不會影響其他睪丸細胞類型）注射大鼠。每組分為4 個亞組，分別應用GnRH 拮抗劑或OC 注射，待成年大鼠Leydig 細胞完成發育后，通過光電子顯微鏡，免疫組織化學和生化方法檢查從處死的大鼠獲得的睪丸組織樣品，測定3βHSD，INSL3，GPRC6A 等相關因子的表達。對所有結果進行評估后得出結論：盡管骨鈣素治療對Leydig 細胞的數量沒有顯著影響，但它可以通過改善正常發育過程的leydig 細胞和EDS 后再生過程中成年Leydig 細胞的功能來增加睪丸激素的水平，且骨鈣素-睪丸激素和骨鈣素-INSL3 之間的這種正相關獨立于LH。近年來的研究表明在因衰老或睪丸受損而被診斷為性腺功能減退的男性中使用外源性睪丸激素可減少長期LH 分泌和內源性睪丸激素的產生，在此基礎上，他推測對于關于性腺功能低下的治療（尤其是針對原發性性腺功能低下），與睪丸激素替代治療相比，外源性骨鈣素可能是一種新的副作用更小的治療途徑[22]。

Mizokami 等實驗證明長期間歇或每日口服GluOC 可降低小鼠的空腹血糖水平并改善其糖耐量，而不會影響胰島素敏感性，還增加了空腹血清胰島素濃度以及胰腺中的β 細胞面積。這種途徑可能通過從腸腔和全身循環中起作用而改善了對葡萄糖的處理，為口服gluOC 治療相關代謝疾病做出了開創性的研究[23]。在后續研究中，Mizokami等[24]制備了一種含有gluOC 的豬肉提取物酸鹽緩沖液，并考察了該提取物對肥胖小鼠代謝的改善作用。將實驗小鼠喂食高糖，高脂飼料并每日口服該提取物連續4周，與對照組小鼠相比（未口服提取液），實驗組小鼠血糖水平降低，糖耐量以及胰島素敏感性提高。首次表明，煮熟的豬肉骨頭可以作為骨鈣素的來源，進行大規模生產改善糖代謝的補充劑。

而Pi 等[10]和De Toni 等[15]的最新研究證明了骨鈣素相關GPRC6A 作為計算模型的可用性，它可能是未來開發具有激動劑或拮抗劑性質的新小分子的合適平臺。以上這些都為骨鈣素對性腺功能減退治療的臨床應用做出了開創性的貢獻，但具體關于口服治療性蛋白的實用性和療效還需進一步研究討論，關于激動劑和拮抗劑研究目前也只是理論猜想，但這方面的研究具有相當大的前景。

4 結論

在近期的研究中，越來越多的證據表明骨鈣素作為一種內分泌調節激素，對糖脂甚至整個能量調節以及男性生殖方面起到重要的調節作用。尤其是骨鈣素對男性生殖方面的調節在小鼠和體外模型中已經進行了大量研究，并且在人類雄性動物中得到了一定程度的證實，但仍存在各種爭議，骨鈣素具體在人體內對男性生殖的調節還有待發掘。我們綜述了最近關于OC 和LOH 最近的相關研究，希望可以進一步研究OC 在LOH 中的作用機制，為LOH 相關的預防和治療提供新的思路。