二甲雙胍對SD大鼠骨密度和體成分作用的研究

張書 蔡勁薇 梁敏

廣西醫科大學第一附屬醫院內分泌科，廣西 南寧 530021

骨質疏松癥是中老年人常見的一種全身性骨骼疾病，所導致的骨折嚴重影響中老年人的生活質量，也給社會醫療保健系統造成了巨大的經濟負擔。雙膦酸鹽藥物是目前抗骨質疏松的一線用藥，但存在一些不良反應，影響了患者的依從性。因此迫切需要尋找更安全、更有效的治療骨質疏松藥物。目前二甲雙胍對骨代謝的作用仍存在爭議，需要進一步研究。本研究旨在探討二甲雙胍對SD大鼠骨密度和體成分的影響，不同干預劑量、不同干預時間是否影響不同，為二甲雙胍能否可能成為治療骨質疏松的新藥提供依據。

1 材料和方法

1.1動物實驗與分組

3月齡雌性SPF級SD大鼠60只，購自廣西醫科大學實驗中心，合格證號：SCXK桂 2014-0002，體質量 250～290 g。按隨機數字法分為對照組、二甲雙胍100 mg/(kg·d)組、二甲雙胍200 mg/(kg·d)組、二甲雙胍300 mg/(kg·d)組、二甲雙胍500 mg/(kg·d)組。每組12只。大鼠在灌胃前適應性飼養1周。對照組用生理鹽水灌胃，實驗組分別用100 mg/(kg·d)、200 mg/(kg·d)、300 mg/(kg·d)、500 mg/(kg·d)二甲雙胍灌胃，每日1次。每周稱重一次并記錄。SD大鼠在廣西醫科大學實驗SPF清潔級動物房飼養，標準顆粒飼料喂養，自由攝食進水，動物房溫度(22 ± 1) ℃，濕度(59%～61%)，12 h晝夜照明節律。

1.2骨密度和體成分的測定

二甲雙胍干預前、干預后4周，8周，12周，分別測定大鼠全身骨密度(g/cm2)及體成分(脂肪含量(g)和肌肉含量(g))。將固態的水合氯醛溶于生理鹽水中配成10%的水合氯醛溶液。按3 mL/kg腹腔注射麻醉。將麻醉好的大鼠俯臥位放置于藍色治療墊單上。采用PLODIGY型(Lunar公司)雙能X線骨密度儀測定大鼠全身骨密度及體成分。設置掃描參數，設置掃描寬度25 cm，掃描長度為37 cm。

1.3統計學處理

2 結果

2.1不同劑量二甲雙胍干預不同時間大鼠全身骨密度的變化

干預4周，不同劑量二甲雙胍組與對照組大鼠骨密度差異無統計學意義(P>0.05)。干預8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠骨密度均較對照組增加(P<0.05)，但不同劑量組之間骨密度差異無統計學意義。干預12周，不同劑量二甲雙胍組骨密度均較對照組增加(P<0.05)，但不同劑量組之間骨密度差異無統計學意義。干預8周，不同劑量二甲雙胍組骨密度均較干預4周組增加(P<0.05)；干預12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組大鼠骨密度均高于8周組(P<0.01)。見表1。

2.2不同劑量二甲雙胍干預不同時間大鼠體重的變化

干預4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠體重與對照組差異無統計學意義(P>0.05)。干預12周，不同劑量二甲雙胍組的體重均低于對照組(P<0.01)，二甲雙胍500 mg/(kg·d)組大鼠體重低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組和200 mg/(kg·d)組(P<0.05)。見表2。

2.3不同劑量二甲雙胍干預不同時間的大鼠全身脂肪含量的變化

干預4周，不同劑量二甲雙胍組大鼠脂肪含量與對照組差異無統計學意義(P>0.05)。干預8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠脂肪含量均較對照組減少(P<0.05)，但不同劑量組之間脂肪含量差異無統計學意義。干預12周，不同劑量二甲雙胍組大鼠脂肪含量均較對照組減少(P<0.05)，二甲雙胍300 mg/(kg·d)組大鼠脂肪含量低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組和200 mg/(kg·d)組(P<0.01)，二甲雙胍300 mg/(kg·d)組和500 mg/(kg·d)組大鼠脂肪含量低于8周組(P<0.05)。見表3。

2.4不同劑量二甲雙胍干預不同時間大鼠全身肌肉含量的變化

干預4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠肌肉含量與對照組差異無統計學意義(P>0.05)。干預12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組大鼠肌肉含量均高于對照組(P<0.05)。見表4。

表1 不同劑量二甲雙胍干預不同時間對大鼠骨密度的影響Table 1 Effects of different doses of metformin on bone mineral density in rats at different treatment

注：與對照組比較，*P<0.05，與干預4周比較，aP<0.05，與干預8周比較，bP<0.05。

表2 不同劑量二甲雙胍干預不同時間對大鼠體質量的影響Table 2 Effects of different doses of metformin on body mass of rats at different treatment duration

注：與對照組比較，*P<0.05，與二甲雙胍500 mg/kg/d干預組比較，γP<0.05。

表3 不同劑量二甲雙胍干預不同時間對大鼠全身脂肪含量的影響Table 3 Effects of different doses of metformin on body fat content in rats at different treatment duration

注：與對照組比較，*P<0.05，與二甲雙胍300 mg/(kg·d)組比較，aP<0.05，與干預8周比較，bP<0.05。

表4 不同劑量二甲雙胍干預不同時間對大鼠全身肌肉含量的影響Table 4 Effects of different doses of metformin on muscle content in rats at different treatment duration

注：與對照組比較，*P<0.05，與干預12周比較，aP<0.05。

3 討論

骨質疏松的主要特征是骨礦物質含量下降，骨結構破壞，骨強度降低和易發生骨折。近年來發現，作為降糖藥的二甲雙胍可能對骨代謝產生影響。臨床研究顯示二甲雙胍能提高2型糖尿病患者的骨密度[1-2]。另有研究顯示2型糖尿病患者使用二甲雙胍治療18個月后，二甲雙胍組與安慰劑組的脊柱與髖關節骨密度均下降，二甲雙胍并無增加骨密度的作用[3]。至今為止，二甲雙胍對骨密度的影響尚未明確。

本研究用二甲雙胍干預SD大鼠，第4周時不同劑量二甲雙胍組大鼠全身骨密度與對照組差異無統計學意義(P>0.05)；第8周和第12周時，不同劑量二甲雙胍組大鼠全身骨密度均較對照組增加，并且干預8周時不同劑量二甲雙胍組骨密度均較干預4周組增加，說明隨干預時間延長，二甲雙胍能夠提高SD大鼠的骨密度。研究發現，代謝綜合征大鼠使用二甲雙胍治療后，能阻止骨小梁成骨細胞丟失和胞外基質礦化的減少[4]。同時，二甲雙胍對骨密度的影響與劑量有關。我們的研究發現，干預12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組的骨密度高于干預8周組，提示隨著作用時間的延長，二甲雙胍200 mg/(kg·d)和300 mg/(kg·d)這兩個劑量增加骨密度的作用更明顯。有研究發現用甲強龍聯合二甲雙胍[200 mg/(kg·d)]干預大鼠9個月，二甲雙胍可抑制骨吸收、促進骨形成，阻止糖皮質激素導致的骨質流失[5]。二甲雙胍治療組(0.5 g/次，3次/d)較對照組(0.5 g/次，2次/d)更能改善老年男性2型糖尿病患者骨密度[6]。用二甲雙胍治療2型糖尿病患者3個月后，腰椎和股骨頸的密度明顯增加，其中二甲雙胍高劑量組(0.5 g/次，每日4次)和中劑量組(0.5 g/次，每日3次)的骨密度均高于低劑量組(0.5 g/次，每日2次)，但二甲雙胍高劑量組與中劑量組骨密度差異無統計學意義[1]。本研究結果也提示，繼續增加二甲雙胍劑量至500 mg/(kg·d)并沒有進一步提高SD大鼠的骨密度。

關于糖尿病預防的項目顯示，二甲雙胍預防糖尿病的發生中，減重占據了64%的獲益效果[7]。二甲雙胍對超重和肥胖的糖尿病風險個體有適度的減肥作用[8]。肌肉更有利于提高骨密度[9]。細胞研究發現，二甲雙胍通過AMPK依賴途徑和非AMPK依賴途徑抑制脂肪生成，有利于骨生成[10]。臨床研究發現二甲雙胍能降低肥胖2型糖尿病患者體重，體質指數越高，二甲雙胍降體重的效果越明顯[11]。我們的研究提示，干預4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠體重與對照組比較差異無統計學意義(P>0.05)。干預12周，不同劑量二甲雙胍組的體重均低于對照組(P<0.01)，二甲雙胍500 mg/(kg·d)組大鼠體重低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組和200 mg/(kg·d)組(P<0.01)，提示隨著時間的延長，二甲雙胍可降低大鼠的體重，劑量越大，作用越明顯。這可能與二甲雙胍能抑制食欲，增加飽腹感，減少攝食有關[12]。同時二甲雙胍對大鼠的脂肪也產生影響。干預8周和12周，不同劑量二甲雙胍組的大鼠全身脂肪含量均低于對照組(P<0.05)，說明隨著干預時間延長，二甲雙胍能夠抑制脂肪生成。二甲雙胍300 mg/(kg·d)組大鼠脂肪含量低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組(P<0.05)與二甲雙胍200 mg/(kg·d)組(P<0.05)，提示二甲雙胍300 mg/(kg·d)劑量作用更明顯。有研究發現二甲雙胍通過對神經食欲通路和外周脂肪代謝的多級作用，促進體重減輕[8]。我們的研究還發現，干預4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠全身肌肉含量與對照組差異無統計學意義(P>0.05)。干預12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組大鼠肌肉含量均高于對照組(P<0.05)。提示隨著干預時間延長，200 mg/(kg·d)與300 mg/(kg·d)二甲雙胍可增加SD大鼠全身肌肉含量。這與200 mg/(kg·d)二甲雙胍及300 mg/(kg·d)二甲雙胍能增加大鼠全身的骨密度是一致的。有學者發現肌肉含量的變化與骨密度存在相關性，這與我們的研究結果一致[13]。

綜上所述，二甲雙胍可增加SD大鼠的骨密度，減少SD大鼠體重和脂肪含量，增加肌肉含量，其作用程度與不同干預時間及不同干預劑量有關。二甲雙胍未來有可能成為治療骨質疏松的新藥。