利拉魯肽治療糖尿病性骨質疏松機制的研究進展＊

李能芳 ,王曉暉 ,王亞萍

（1.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省中醫院，甘肅 蘭州 730050）

糖尿病（diabetes mellitus,DM）是一種常見的慢性代謝性疾病，由各種原因致脂類、糖類、蛋白質類三大物質的代謝紊亂，使全身各臟器、系統發生功能減退及衰竭等慢性進行性病變[1]。骨質疏松癥（osteoporosis,OP）作為臨床上最常見的骨代謝性疾病，主要是以骨量減少、骨強度減低，導致骨脆性增加、易發生骨折為特征的疾病[2]。糖尿病性骨質疏松（diabetic osteoporosis DOP）作為糖尿病慢性并發癥之一，嚴重影響著糖尿病患者的生活質量。DOP 主要是在糖尿病的基礎上并發骨骼的顯微結構被破壞、骨量減少，致其脆性增加，易發生骨折的一種全身代謝性骨病，主要的臨床表現為疼痛，門診患者大多以腰酸背痛、活動受限及骨折等為主訴前來就診[3]。調控血糖的同時預防和治療骨質疏松的發生是治療該病的關鍵。利拉魯肽作為一種新型的降糖藥物，不僅可以控制血糖，且自身對骨質疏松癥有一定的治療作用。

內源性的GLP-1 來源于腸黏膜L 細胞，與胰高血糖素肽-1 受體（GLP-1R）結合后，伴隨血中葡萄糖濃度的變化而起降糖作用，入血后由二肽基肽酶-4（DPP-4）滅活。基于此對血糖的調控包括GLP-1 受體激動劑及DPP-4 抑制劑兩大類，前者有艾塞那肽和利拉魯肽，后者包括沙汀類，如西格列汀、沙格列汀等。二者降血糖皆是通過改善循環中GLP-1的水平來實現[4]。利拉魯肽是一種人工合成的酰化胰高血糖素肽-1 受體激動劑，與體內天然GLP-1 相比，序列的相似性約占97%，非同源的僅占3%。二者分子結構的主要區別在于前者是在后者的基礎上將其分子結構中第34 位賴氨酸被精氨酸取代，且在第26 位賴氨酸上增加了一個脂肪酸側鏈[5]。與天然的GLP-1 相比，人工的GLP-1 受體激動劑利拉魯肽既保留了治療作用，又彌補了天然GLP-1 的不足，故而在降糖領域得到廣泛的運用。目前，臨床上對于GLP-1 受體激動劑治療DM、OP、DOP 的機制均有一定的研究，本文就利拉魯肽對糖尿病性骨質松的治療可能的機制進行總結。

1 利拉魯肽治療骨質疏松的機制

1.1 利拉魯肽對成骨細胞的影響

骨骼是一個動態組織，要想維持其正常的功能和形態的完整性，則必須通過成骨細胞介導的骨形成及破骨細胞介導的骨吸收耦聯形成的骨轉換或骨重建來實現。多種因素影響著骨重建的過程，其中GLP-1 可能是影響骨重建的因素之一。在對大鼠及人骨髓間充質干細胞（Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）體外培養實驗中發現，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽對成骨細胞特異性轉錄因子Runx2的基因表達起到上調作用，據此得出GLP-1 受體激動劑利拉魯肽可能是通過調解BMSCs 向成骨細胞的轉化來實現對骨代謝的保護作用。有研究[6]顯示：GLP-1 受體激動劑利拉魯肽可以上調股骨組織中Runt 相關轉錄因子2（Runx2）、Ⅰ型膠原mRNA（Coll m RNA）等成骨標志物的表達，同時使成骨細胞數目增加，促進新生骨小梁形成，增加骨小梁厚度，改善骨小梁結構。由此可見，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽對成骨細胞有一定的作用。Ma 等[7]也通過檢測基因表達發現，GLP-1 顯著增加骨形成標志物Runx2、堿性磷酸酶（ALP）、Coll 及成骨細胞mRNA的表達。另有研究[8]表明：經利拉魯肽干預4 周的2型糖尿病大鼠血清中的I 型膠原交聯羧基端CTX-1以及抗酒石酸酸性磷酸酶TrACP 水平可降低，這與楊麗娜[9]等對GLP-1 受體激動劑利拉魯肽對糖皮質激素性骨質疏松大鼠的研究結果一致。綜上，GLP-1受體激動劑利拉魯肽對糖尿病性骨質疏松的治療機制可能是通過對成骨細胞的正向調節。

1.2 利拉魯肽對破骨細胞的影響

破骨細胞對骨組織中有機質和無機礦物質有降解作用，破骨細胞的形成障礙及其活性異常均能導致骨質疏松。作為影響破骨細胞功能的重要信號轉導通路之一的保護素（osteoprotegerin，OPG）、細胞核因子kB 受體活化因子配基（recepyor activator of nuclear factor-k B ligand,RANKL）、細胞核因子kB受體活化因子（recepyor activator of nuclear factor-k B,RANK）是目前研究的熱點。該通路中OPG 是一種蛋白，由成骨細胞產生，屬腫瘤壞死因子（TNFR）一員，主要促進骨正常礦化，通過競爭抑制作用，使破骨細胞的不能正常的分化，致其成熟的部分走向凋亡，骨吸收減少。RANKL 的作用則正好與OPG 相反，此二者的平衡是維持正常骨重建穩態的關鍵。故而OPG/RANKL 比率通過直接影響破骨細胞的功能及細胞分化程度，影響骨代謝。有研究[10]發現：用GLP-1 受體激動劑利拉魯肽高、低劑量干預糖尿病大鼠4W 后其骨密度無明顯變化，但二者血清中OPG/RANKL 的比率增高，認為GLP-1 受體激動劑利拉魯肽可以影響循環OPG、RANKL 的表達水平，推測GLP-1 類似物利拉魯肽對骨代謝的影響是通過該通路抑制骨吸收，促進骨形成。另RANKL 與破骨前體細胞和成熟的破骨細胞表面表達的RANKL 受體相結合，促進破骨細胞的活化及分化，并抑制其凋亡[11]，故其高表達可影響骨代謝。GLP-1受體激動劑利拉魯肽能夠影響破骨細胞的數量和功能，分別給卵巢切除模型小鼠予以利拉魯肽、艾塞那肽和生理鹽水干預后發現：艾塞那肽組中破骨數量增加與其劑量有關；利拉魯肽組出現破骨細胞數量增加時的劑量為100nmol/L，這與上面一實驗中的GLP-1 對破骨細胞的數量影響結果雖不同，但在該實驗中破骨細胞的骨吸收率降低，總的來說仍然減少了骨吸收[12]。

2 利拉魯肽治療糖尿病的機制

2.1 降血糖

作為新一代以腸促胰素為基礎的降糖藥，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽無論單用還是和其他類型的降糖藥聯用，均具有良好的降糖效果，能迅速、高效的降低糖化血紅蛋白水平及血糖。研究[13]顯示其降糖作用主要與以下幾個方面相關：①抑制餐后胰高血糖素的分泌，減少肝糖原的釋放；②使胰島素敏感性增強；③通過影響飲食相關的中樞降低食欲；④增加組織對葡萄糖的攝取。血糖的升高不僅會會使骨代謝紊亂，同時血中葡萄糖的升高，會導致原尿中的糖也升高，超過腎小球重吸收的能力，進而終尿中葡萄糖升高，滲透壓升高，出現滲透性利尿，使鈣離子隨尿大量丟失；還抑制了腎小管對鈣離子的重吸收，從而引發甲狀旁腺素（PTH）增加，使破骨細胞的活性及鈣磷動員增加，造成骨質脫鈣，骨密度下降，最終導致DOP[14]。而GLP-1 受體激動劑利拉魯肽能使細胞內cAMP 升高，鈣離子通道開放，鉀離子通道關閉，細胞內鈣離子的濃度升高，促進胰腺細胞的增生，合成胰島素增加，降低血糖[15]。綜上，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽通過以上機制來降低血糖，進而降低糖尿病性骨質疏松的發生。

2.2 保護β 細胞

在2 型糖尿病患者的研究中[16]顯示，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽改善血糖作用不僅僅是通過胰島素分泌來調節，更重要它可以與β 細胞膜上相應的受體相結合，激活β 細胞新生和分化，并阻礙β細胞的凋亡，進而使β 細胞數目增加。在糖耐量功能修復中，GLP-1 類似物利拉魯肽有加快胰島素分泌多肽降解的作用，從而加速胰島β 細胞再生[17]。其相關的動物實驗表明[18]，體內外皆提示，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽通過抑制氧化應激及內質網應激抑制β 細胞凋亡，促進β 細胞再生和修復，進而提高β 細胞質量和數量。也有研究[19]表明，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽改善胰島素β 細胞功能的作用機制可能是通過提高β 細胞分泌空腹胰島素（Fins）,抑制胰高血糖素分泌，抑制葡萄糖依賴促胰島素釋放多肽降解，促進胰島β 細胞再生。另有實驗[20]表明，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽保護胰島β 細胞的作用機制也可能是通過上調B 淋巴細胞瘤-2 基因（Bcl-2）的表達水平，下調Bcl-2-AssociateX 蛋白（Bax）及Caspase-3 表達水平，從而抑制胰島β 細胞的凋亡。同時GLP-1 類似物利拉魯肽能夠抑制糖尿病患者肝糖原的輸出量，阻礙糖異生進行，刺激胰島β 細胞可以更好的增殖，控制β 細胞的凋亡[21]。

3 利拉魯肽治療糖尿病性骨質疏松的其他機制

3.1 利拉魯肽對瘦素的影響

越來越多的數據證明:肥胖導致骨密度降低，這可能與瘦素分泌過多有關，且瘦素與肥胖呈正相關。伴隨年齡的增長，老年人體內瘦體組織與內臟脂肪的比例發生改變，特別是老年絕經女性。且調查發現骨質疏松在肥胖女性老年人的發生率大于非肥胖者，因此認為骨質疏松發病機制的一個重要調節因素可能是瘦素。它同時作為糖尿病和骨質疏松癥的誘因，使糖尿病伴有肥胖的患者患DOP 的風險大大提高。瘦素是由肥胖基因編碼并由脂肪細胞分泌的一種蛋白質激素，瘦素對體質量的影響，可通過下丘腦調節中樞攝食減少，增加能量消耗[23]。瘦素要發揮其生理功能需要與其特異性受體相結合，現已證實瘦素存在于多種骨細胞，說明瘦素骨組織也有作用[24]。瘦素的中樞作用可能是通過其對下丘腦神經肽影響而實現，瘦素在下丘腦與受體結合，直接抑制神經肽Y mRNA 表達，使神經肽Y 的產生降低，通過與下丘腦受體結合而阻止骨形成[25]。Hogan 等[26]實驗結果也顯示：GLP-1 受體激動劑利拉魯肽可以使肥胖2 型糖尿病患者血清瘦素呈降低趨勢，可能與利拉魯肽降低炎性反應相關。這進一步證明了利拉魯肽通過對瘦素的下調作用，進而影響骨質疏松的發生。GLP-1 受體激動劑利拉魯肽對瘦素的調節主要是通過以下幾個方面：（1）調節胰島素抵抗，改善脂肪、葡萄糖的利用；（2）通過中樞效應抑制食欲；（3）改善瘦素的利用及反應；（4）通過脂肪細胞減少，使瘦素分泌降低。

3.2 利拉魯肽對降鈣素、糖基化終末產物的影響

降鈣素能有效防止骨量的損失，并可以擴充骨量，主要機制是通過降低破骨細胞的數目及生物活性[27]。有推論[28]示：GLP-1 受體激動劑利拉魯肽通過對甲狀腺C 細胞分泌降鈣素，從而間接抑制骨吸收。另糖基化終產物是糖尿病性骨質疏松的重要致病因素，能激活炎癥反應，增加破骨細胞的吸收性，抑制成骨細胞的活性。近年來有研究[29]證明GLP-1受體激動劑利拉魯肽通過對糖基化終末產物的影響進而對骨量代謝起到保護作用。綜上，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽對糖尿病性骨質疏松的治療可能是其對降鈣素和糖基化終產物的影響有關。

3.3 利拉魯肽對炎性因子的影響

白介素6（IL-6）、白介素1（IL-1）及腫瘤壞死因子（TNF-α）在骨重建中起到至關重要的作用，其中IL-6 可影響破骨細胞形成和骨吸收；IL-1 與其受體結合形成復合物而啟動信號級聯反應，最終激活NF-kB，使破骨細胞形成基因的轉錄增多，導致破骨細胞生成增加；TNF-α 影響破骨細胞前體及骨細胞特異性轉錄因子Rnux2 誘導破骨細胞的生成，抑制成骨細胞的功能[30]。有研究[31]證明GLP-1 受體激動劑利拉魯肽可以降低糖尿病患者血清中的IL-6、TNF-α 水平。也有實驗[32]提示：GLP-1 受體激動劑利拉魯肽對大鼠肺損傷模型中的IL-6、TNF-α 等炎性因子有下調作用。有學者[33]提出:GLP-1 受體激動劑利拉魯肽對IL-6、TNF-α 等炎性因子的下調作用可能與其抑制了TLR4（Toll 受體4）/MyD88(髓樣細胞分化因子88)信號通路有關。

4 小結與展望

綜上所述，GLP-1 受體激動劑利拉魯肽在臨床使用過程中有自己獨特的優勢。它可以通過調節血脂，保護心血管，進而預防和降低糖尿病大血管并發癥的發生。同時GLP-1 受體激動劑利拉魯肽在臨床使用過程中，相較于胰島素，其降糖效果更優，且低血糖發生率低，臨床應用更為安全可靠[34]。另研究[35]表明：GLP-1 受體激動劑利拉魯肽可使胃腸蠕動及胃排空減緩，增加飽腹感，同時刺激下丘腦食欲中樞的胰島血糖素樣樣肽受體，通過反饋作用，進而抑制食欲降低體重，同時減少脂質沉積，預防糖尿病并發大血管的發生。一項關于GLP-1 受體激動劑對2 型糖尿病患者骨折風險影響的Meta 分析發現[36]：利拉魯肽相較于艾塞那肽等其他GLP-1 受體激動劑，具有降低2 型糖尿病患者骨折的風險，而其他的GLP-1 受體激動劑與2 型糖尿病患者骨折的發生無明顯的相關性。利拉魯肽作為一種新型的降糖藥物，治療糖尿病性骨質疏松的機制主要是通過對成骨細胞、破骨細胞、及血糖本身等的影響實現的，但具體哪一種機制在治療中占主導優勢目前尚不明確，且利拉魯肽對糖尿病性骨質疏松治療的相關機制的研究尚不夠深入，從分子機制、轉錄控制及信號傳導通路等因素進行全面研究的較少，未來可以此為切入點，進行深一步的研究。另該藥的副作用還不可知，還需要進行長期、大樣本的臨床觀察，以期為臨床用藥提供參考和客觀依據。