鈉-葡萄糖協同轉運蛋白2抑制劑類降糖藥物致骨代謝異常非臨床和臨床安全相關性分析

李 崢，尹茂山，王 寅，尹華靜，吳 爽，戴學棟，王慶利，黃芳華，于 冰

（國家藥品監督管理局藥品審評中心，北京 100022）

鈉-葡萄糖協同轉運蛋白2（sodium-glucose co-transporter 2，SGLT2）（又稱 SLC5A2）抑制劑類降糖藥物因不影響胰島素和胰高血糖素分泌調節通路，低血糖風險相對較小，因此近年來全球糖尿病治療藥物研發的熱點，且已有多個產品在中國和歐美等國家和地區上市。該類藥物對經飲食和鍛煉控制不佳的2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者具有降低體重、改善血糖和血脂及保護血管等作用，但存在影響骨代謝的風險。骨代謝是一個動態過程，骨代謝平衡是保證骨骼健康的關鍵因素。參與骨代謝過程的細胞中，成骨細胞主要參與骨形成過程，而破骨細胞則決定了骨吸收過程。成骨細胞和破骨細胞等通過分泌因子以旁分泌的方式互相調控，維持骨細胞代謝的動態平衡，以保證骨骼的健康。同時，這些細胞分泌的細胞因子參與調控其他組織器官的功能，骨骼起到內分泌器官的作用，如骨細胞分泌的成纖維生長因子23調節腎中磷酸鹽代謝和維生素D3的合成，抑制甲狀旁腺合成和分泌甲狀旁腺激素。由成骨細胞合成、破骨細胞羧化產生的骨鈣素進入血液循環，可作用于脂肪、肝、肌肉和胰腺等組織器官，刺激胰島素的分泌和合成，增加對胰島素的敏感性，增強對糖原和脂肪酸的消耗來調控機體的能量代謝[1]。目前SGLT2抑制劑類降糖藥物對糖尿病患者骨代謝影響的機制尚不明確，成為開發過程中重點關注的問題。在SGLT2抑制劑類降糖藥物的早期開發中，通過非臨床毒理學試驗可提示骨增生、鈣穩態失衡和骨轉換標志物等方面的變化，從而有效開展藥物結構改善、限制藥物劑量或終止藥物開發，以優化藥物研發、預防或降低毒性發生并降低藥物開發風險，為臨床用藥安全提供依據。以下以已上市SGLT2抑制劑類降糖藥物為例，基于非臨床安全性數據討論該類藥物對骨代謝標志物、骨密度和骨折率的影響，分析非臨床研究對臨床風險的提示作用。

1 SGLT2抑制劑的作用機制

SGLT在葡萄糖重吸收中發揮作用，主要包括SGLT1和SGLT2 2種[2]。SGLT1分布于小腸、骨骼肌、心臟和腎等，SGLT2幾乎僅在腎近曲小管的頂膜表達[3-4]。SGLT1和SGLT2在腎葡萄糖重吸收中發揮重要作用。在人和嚙齒類動物腎中，SGLT2位于腎近端小管S1和S2段的刷狀緣膜（brush border membrane），SGLT1位于遠端小管S3段的刷狀緣膜[4-5]。高容量、低親和力的SGLT2以1∶1比例轉運Na+和葡萄糖進入基底細胞，經基底側的葡萄糖轉運蛋白2（glucose transporter 2，GLUT2）將葡萄糖交換至組織間隙，Na+經Na+-K+-ATP酶排出基底細胞；低容量和高親和力的SGLT1以 2∶1 比例轉運 Na+和葡萄糖[4，6-7]。SGLT2 利用Na+的電化學梯度勢能逆濃度梯度轉運葡萄糖重新入血，SGLT2介導≥90%葡萄糖的重吸收，而＜10%則由SGLT1完成重吸收[8]。SGLT2抑制劑通過降低腎對葡萄糖的重吸收，降低T2DM患者血糖水平。SGLT2屬于溶質載體，不依賴于葡萄糖依賴的胰島素途徑，單藥治療和聯合用藥均能有效控制T2DM患者血糖。與其他降糖類藥物相比，其低血糖和體重增加等不良反應風險降低，可用于不同程度胰島素耐受和β細胞功能受損患者的治療。

2 已上市的SGLT2抑制劑類降糖藥物

全球已獲批上市的SGLT2抑制劑類降糖藥物有 達格列凈（dapagliflozin）、卡格列凈（canagliflozin）、托 格列 凈（tofogliflozin）、魯 格列 凈（luseogliflozin）、依格列凈（ipragliflozin）、恩格列凈（empagliflozin）、艾格列凈（ertugliflozin）和索格列凈（sotagliflozin）單藥及其組成的復方制劑，另有多個尚處于臨床研究階段。美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準上市的此類藥物分別是：①卡格列凈（Invokana）和卡格列凈/鹽酸二甲雙胍（canagliflozin/metformin hydrochloride，Invokamet/Invokamet XR）；② 達格列凈（Farxiga）、達格列凈/鹽酸二甲雙胍（dapagliflozin/metformin，Xigduo XR）、達格列凈/沙格利平（dapagliflozin/saxaglipin，Qtern）和達格列凈/沙格利平/鹽酸二甲雙胍（dapagliflozin/saxaglipin/metformin hydrochloride，Qternmet XR）；③ 恩格列凈（Jardiance）、恩格列凈/利納格列汀/鹽酸二甲雙胍（empagliflozin/linagliptin/metformin hydrochloride，Trijardy XR）和恩格列凈/鹽酸二甲雙胍（empagliflozin/metformin hydrochloride，Synjardy/Synjardy XR）、恩格列凈/利納格列汀（empagliflozin/linagliptin，Glyxambi）；④ 艾格列凈（Steglatro）、艾格列凈/鹽酸二甲雙胍（ertugliflozin/metformin hydrochloride，Segluromet）和艾格列凈/西他列汀（ertugliflozin/sitagliptin，Steglujan）。多項此類藥物臨床試驗結果表明，SGLT2抑制劑不僅可降低T2DM的血糖，還能降低患者收縮壓和舒張壓，減輕體重，改善蛋白尿和尿酸，增加血細胞比容；此外，該類藥物還能通過調節腎血流灌注、抑制腎炎癥及降低腎間質纖維化來改善腎功能的轉歸[9]。

目前，恩格列凈、恩格列凈/二甲雙胍片、卡格列凈、達格列凈、達格列凈/二甲雙胍緩釋片和艾格列凈等原研產品已在國內獲批上市。部分SGLT2抑制劑類降糖藥物的國內仿制藥已有上市，如達格列凈片、恩格列凈片和卡格列凈片。國內企業開發的同類藥物包括萬格列凈（wanpagliplozin）、焦谷氨酸榮格列凈（rongliflozin）、泰格列凈（tianagliflozin）、艾格列凈（alligliflozin）、加格列凈（janagliflozin）和脯氨酸恒格列凈（henagliflozein proline）等。

此外，首個SGLT1/SGLT2雙效口服抑制劑索格列凈于2019年4月26日獲歐洲藥物管理局（European Medicines Agency，EMA）批準上市，商品名為Zynquista，獲批用作胰島素的輔助藥物，用于接受最優劑量胰島素治療仍血糖控制不佳的T1DM患者（體重指數≥27 kg·m-2）。部分藥企正在開發SGLT2抑制劑用于T1DM的治療。2018年12月，安斯泰來的伊格列凈L-脯氨酸（ipragliflozin L-proline，Suglat）獲日本批準用于治療T1DM患者，阿斯利康的達格列凈（Forxiga）獲歐盟和日本批準治療T1DM患者。

3 已上市SGLT2抑制劑類降糖藥物骨代謝相關不良反應

T2DM導致骨折風險升高的機制尚未明確，可能是一系列因素（包括跌倒的風險增加、局部骨量減少以及骨質受損）綜合作用的結果[10-11]。另外，治療糖尿病的藥物也可能增加骨折風險，深入研究治療糖尿病藥物對骨代謝的影響及其作用機制有助于指導T2DM患者的臨床用藥[11]。從已上市SGLT2抑制劑類降糖藥物的臨床數據分析，該類藥物存在骨折和截肢風險等骨代謝相關不良反應[12-15]。SGLT2抑制劑類降糖藥物可能通過促進磷酸鹽重吸收、刺激甲狀旁腺激素分泌及降低骨密度而增加骨折的風險[16-17]。使用SGLT2抑制劑聯合用藥治療糖尿病時可能會發生低血糖，可能會增加跌倒和骨折的風險。SGLT2抑制劑類降糖藥物一般不引起低血糖，當與其他降糖藥物聯合應用時需調整胰島素或磺脲類藥物等聯合用藥的劑量，以最大限度地降低低血糖風險[18]。此外，SGLT2抑制劑類降糖藥物可誘導滲透性利尿，導致體位性低血壓，也可能加重跌倒風險[19]。美國FDA分別于2015和2016年要求強生公司的糖尿病治療藥物卡格列凈說明書中補充增加骨折和下肢（主要是腳趾）截肢風險[20]，而2020年8月宣布刪除卡格列凈說明書中有關截肢風險的黑框警告，涉及產品包括卡格列凈、卡格列凈/二甲雙胍和卡格列凈/緩釋二甲雙胍，美國FDA刪除黑框警告的決定是基于對3個新的臨床試驗的審查[18，21]。但卡格列凈的截肢風險仍然存在，并在說明書“警告和注意事項”部分進行了描述。因此，對擬使用該類藥物的高危糖尿病患者（如高齡、心血管高危風險和低腎小球濾過率）應進行相關風險評估。

4 SGLT2抑制劑類降糖藥物骨相關的非臨床安全性案例分析

非臨床研究中動物年齡如老齡動物（骨骼穩定生長期）和幼齡動物（骨骼快速成長期）、動物種屬如大鼠和犬、給藥劑量及相關指標檢測時間等，在骨代謝方面的毒性表現可能存在較大差異。非臨床研究結果多用于提示臨床相關風險，但這些骨代謝異常與臨床的相關性尚不清楚。

4.1 卡格列凈

卡格列凈對大鼠的主要毒性靶器官為腎和骨，其中骨的改變包括在骨小梁（骨松質）中的急性作用和在骨密質中的慢性作用[22]。對骨小梁的急性作用僅見于大鼠由高鈣吸收引起的毒性作用，而老齡大鼠和犬的骨密度和強度下降可能與體重減輕和鈣代謝相關。卡格列凈高劑量組〔≥人用最大推薦劑量的12倍（12 times maximum recommended dose for human use，12×MRHD〕給藥4 d即可見大鼠骨質增生，低劑量組（＜1×MRHD）發生時間較遲，對成長期大鼠更為明顯，并對鈣和骨代謝標志物產生影響。幼齡大鼠于出生后第21～90天經口給予卡格列凈≥20 mg·kg-1組可見胸骨和膝關節骨小梁增生的發生率和嚴重程度呈劑量依賴性，大鼠和犬分別給予卡格列凈高達每天100 mg·kg-1均可見鈣穩態破壞，其中大鼠可見股骨和（或）脛骨骨小梁增生（≥20 mg·kg-1）、軟組織鈣化、高鈣尿和骨代謝標志物變化，血清1，25-二羥維生素D和甲狀旁腺激素水平持續降低，降鈣素和骨鈣素降低，血清磷、鎂呈劑量依賴性增加；骨脆性和骨折增加。犬骨代謝相關標志物和骨組織未見明顯變化。綜上分析，卡格列凈誘導的鈣吸收增加可能是骨質增生的主要原因，而防止由卡格列凈引起的碳水化合物吸收不良可能預防骨質增生和鈣尿的發生[23]。

4.2 達格列凈

大鼠連續6個月每天經口給予達格列凈5，25和150 mg·kg-1，主要毒性包括骨小梁及組織鈣化增加，可能與鈣穩態調節和尿鈣排泄增加相關。而對大鼠腸道SGLT1的脫靶抑制，可能增加鈣吸收，使血鈣水平升高、骨小梁及組織鈣化增加。但與大鼠相比，達格列凈對人SGLT1的親和力較低，因此對人SGLT1的脫靶抑制作用較弱。大鼠2年致癌性試驗中可見骨小梁增加（暴露量約為臨床人用劑量下暴露量的129倍），導致骨量、骨密度和骨強度增加，對骨的影響呈劑量和時間依賴性。在犬1年毒理學試驗中，高劑量（每天120 mg·kg-1）組未見犬骨骼的結構變化，但可見血清1，25-二羥維生素D和尿脫氧吡啶啉降低，各劑量組尿鈣排泄增加[24]。達格列凈在幼齡大鼠重復2個月給藥毒性試驗中，75 mg·kg-1（1086×MRHD）組可見骨小梁輕度增生[25]。SGLT1的脫靶抑制作用也可能是骨代謝相關毒性反應的影響因素之一。

4.3 恩格列凈

恩格列凈對動物骨骼的影響并不典型，僅在大鼠2年致癌性試驗中可見鈣穩態破壞。大鼠經口給予恩格列凈每天300和700 mg·kg-1，可見骨小梁增生、軟組織鈣化、高鈣尿和骨骼生物標志物等變化，血清1，25-二羥維生素D和甲狀旁腺激素水平持續下降[26]。犬52周重復給藥毒性試驗中，經口給予恩格列凈每天300和700 mg·kg-1，可見骨代謝標志物骨鈣素和堿性磷酸酶增加，但未見骨組織病理改變[27]。有研究報道，繼發于腸道SGLT1抑制的碳水化合物吸收不良和滲透性利尿導致的鈣或磷酸鹽流失均是鈣穩態失衡的原因[27]。

4.4 艾格列凈

艾格列凈的毒理學試驗表明，SD大鼠每天1次經口給予艾格列凈100 mg·kg-1（雄性：288×MRHD；雌性：590×MRHD）（持續給藥6個月）可見鈣穩態破壞及對骨骼的影響，包括血鈣和尿鈣增加，甲狀旁腺激素降低，骨質增生、胸骨和股骨骨小梁增加[28]。幼齡大鼠于出生后第21～90天，每天1次經口給予艾格列凈5，25和250 mg·kg-1。結果表明，25和250 mg·kg-1雌雄幼齡大鼠均可見總骨密度增加，主要歸因于骨小梁密度增加，股骨干骺端總骨、骨小梁和皮質/皮質下骨礦物質含量和骨密度呈劑量依賴性增加[28]。表明艾格列凈對可導致幼齡大鼠骨骼發育、生長和（或）成熟缺陷，且不可逆[28]。

5 已上市SGLT2抑制劑類降糖藥物骨相關的臨床安全性數據分析

非臨床研究表明，卡格列凈和達格列凈給藥后大鼠均可觀察到尿鈣增加、骨質增生（骨小梁體積增加），甲狀旁腺激素、1，25-二羥維生素D等骨代謝標志物水平降低[29]。但在臨床Ⅰ期和Ⅱ期試驗中，受試者血清磷酸或鈣水平未見統計學意義的變化[30]。在Ⅲ期試驗（DIA3010）中，受試者血清骨吸收標志物β膠原特殊序列（β-collagen specific sequence）和骨形成標志物Ⅰ型前膠原N端原肽（N-terminal propeptide of typeⅠprocollagen）呈劑量依賴性升高，但骨密度變化未見明確的臨床意義[31]。一項為期104周、雙盲、安慰劑對照的臨床試驗顯示，與卡格列凈相關的髖骨礦物質密度降低幅度很小，但具有統計學意義（P＜0.05），而對其他部位的骨密度無影響[30，32]。Watts等[19]分析了臨床試驗中卡格列凈對骨折的影響，發現其對人體內骨代謝標志物和髖關節骨密度可見降低趨勢[22，32-33]，但這些改變的臨床意義尚不明確，可能與體重減輕相關性更大[34]。盡管一項關于SGLT2抑制劑卡格列凈心血管安全性的研究（CANVAS）表明，與安慰劑相比，卡格列凈給藥增加骨折風險，但絕大多數試驗和薈萃分析并未證明使用SGLT2抑制劑會增加骨折風險[35]。CANVAS研究中，卡格列凈組受試者的跌倒率高于安慰劑組且多數報道的跌倒伴骨折發生。因此，觀察到的骨折風險增加可能與體重降低相關，而非藥物對骨骼的直接影響，也可能是偶然性因素導致的骨折發生率增加。達格列凈的臨床研究表明，達格列凈組血清鈣、甲狀旁腺激素和1，25-二羥維生素D的平均濃度未見明顯變化[15，36-37]；為期50周的隨訪中達格列凈組與安慰劑組之間的骨密度未見統計學差異[36]，總體骨折發生率略低于對照組或與對照組基本一致。恩格列凈臨床試驗未見血清鈣、甲狀旁腺激素和1，25-二羥維生素D等鈣穩態標志物顯著改變[38]。恩格列凈非臨床研究中觀察到的骨毒性，在治療劑量時對受試者的風險很低[39]。

6 結語

骨質疏松是糖尿病患者的常伴并發癥，嚴重影響患者的生活質量。SGLTs蛋白家族作為治療糖尿病領域的重要靶點，隨著新型降糖SGLT2抑制劑大量應用于臨床，其對骨代謝的影響也受到廣泛關注。該靶點相關藥物雖然在降糖、降壓等方面表現良好，卻可能影響骨代謝，增加骨折風險，尤其是在早期臨床開發中往往伴隨著骨代謝異常表現。從現有的動物研究發現分析，骨代謝異常可能是由于SGLT2抑制劑對SGLT1等相關靶點也存在抑制作用，而造成的非靶效應或脫靶毒性。在SGLT1被抑制條件下，低水平的甲狀旁腺激素與成骨細胞活性的激活和破骨細胞活性的抑制相關。在高血糖狀態下，由于SGLT1抑制和糖發酵導致腸道pH值降低等共同作用，從而導致鈣吸收增加等相關適應性反應，低水平的甲狀旁腺激素可降低血清鈣（激活成骨細胞和抑制破骨細胞活性）并增加血清磷濃度[28]。因此，骨代謝相關異常發現可能是繼發于SGLT1等非靶抑制作用，這種抑制對大鼠比對人類可能更敏感。因此，但這些骨代謝異常發現，在非臨床動物試驗中與臨床試驗表現可能存在一定差異。

綜上，非臨床研究中卡格列凈、達格列凈和恩格列凈的大鼠毒理研究結果均可見鈣穩態破壞、骨代謝物及骨轉換生物標志物的改變，但臨床研究中僅卡格列凈可增加骨折風險（CANVAS研究），達格列凈、恩格列凈均未見有統計學意義的骨折風險增加。這種差異的產生可能是因為大鼠的骨組織比人的更為敏感，導致SGLT2抑制劑類降糖藥物的骨毒性在臨床試驗中無法得到驗證；其次，SGLT2抑制劑類降糖藥物臨床研究中骨代謝物、骨密度和骨折率并非為主要的觀察終點，所以目前的結論還存在很多不確定性。在未來的臨床研究中，需考慮SGLT2抑制劑類降糖藥物對骨的潛在影響，進行藥物對骨的影響（骨代謝物、骨折率、骨密度和骨轉換）的前瞻性研究，以明確SGLT2抑制劑類降糖藥物對骨的影響。在獲得更多臨床安全性數據之前，臨床研究應充分考慮SGLT2抑制劑類降糖藥物潛在的不良反應風險，應將其納入風險控制計劃，謹慎用于糖尿病晚期、腎功能不全及高骨折風險的患者。