低密度脂蛋白在2型糖尿病骨質疏松中的作用研究進展

彭婭萍 戴麗芬 劉騰雁

昆明醫科大學第二附屬醫院，云南 昆明 650106

隨著社會經濟的發展、生活方式的改變以及人口老齡化的出現，代謝性相關疾病已成為威脅人類健康、增加社會衛生負擔的主要問題。糖尿病(diabetes mellitus，DM)是威脅人類健康最主要的代謝性相關疾病。近年來我國糖尿病患病率呈逐年上升趨勢。以WHO 糖尿病專家委員會1999提出的診斷標準為參考，2002年我國18歲及以上的人群中，城市人口的糖尿病患病率為4.5%，農村人口的患病率為1.8%。2007-2008年我國20歲及以上人群的糖尿病患病率為 9.7%。2015-2017年我國18歲及以上人群的糖尿病患病率為11.2%[1]。

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者因高糖毒性、晚期糖基化終產物(advanced glycation end products，AGEs)增多、胰島素的相對或絕對缺乏、低鈣血癥、微血管病變、血脂代謝異常等因素增加了患骨質疏松的風險。糖尿病性骨質疏松(diabetic osteoporosis，DOP)是指在糖尿病的基礎上發生的一種慢性并發癥，其主要特征為骨量降低、骨骼微結構破壞、骨脆性增加以及骨折風險增加[2]。一項薈萃分析顯示中國大陸T2DM患者骨質疏松的患病率為37.8%[3]。另外，一項針對我國臺灣地區3 331例T2DM患者的隊列研究顯示，在13.6年的中位隨訪期內，有792例發展為骨質疏松癥，是不伴T2DM患者的1.37倍[4]。近年來有研究顯示血脂可通過多種方式影響骨密度[5-7]。本文擬從低密度脂蛋白對T2DM骨密度的影響研究進展進行綜述。

1 T2DM在骨質疏松中的作用

T2DM主要通過以下幾個方面影響骨代謝：(1)糖尿病患者高糖狀態可直接刺激非典型的Wnt途徑以及上調過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator activated receptor gamma，PPARγ)的表達，作用于骨髓間充質干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)抑制成骨分化[8]。高糖狀態會加速AGEs的產生，AGEs與相關受體結合，產生大量骨代謝的負調控因子，如IL-6、脂聯素、硬化素等，同時增加核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-Kappa B，RANK)的表達從而促進破骨細胞的形成，增強破骨細胞的功能[8-11]。同時AGEs在骨組織積聚時與骨小梁和皮質骨中的膠原纖維交聯，改變骨膠原原有的物理性質，使膠原蛋白合成減少，降解增多，致骨脆性增加[9,11]。(2)T2DM患者因胰島素的相對或絕對缺乏，導致三大物質代謝紊亂，機體處于負氮平衡狀態使骨膠原蛋白代償性的分解增加，影響骨代謝[12]。同時胰島素的缺乏可通過降低對腺苷酸環化酶及對破骨細胞的抑制，使骨吸收加速[12]。其次通過下調腎臟1-α羥化酶的活性，影響活性維生素D的生成，減少胃腸道對鈣的吸收及腎小管對鈣的重吸收，減弱骨重建作用[13]。(3)糖尿病高滲狀態引起的滲透性利尿及糖尿病引起的腎功能不全，導致鈣排泄增加，血鈣濃度降低。血鈣濃度的降低可導致繼發性甲狀旁腺功能亢進，甲狀旁腺激素分泌增多，從而使骨鈣動員，骨質脫鈣，影響骨代謝[14]。(4)T2DM患者發生微血管病變時，可導致骨組織供血不足、營養障礙等，從而影響骨代謝[15]。(5)T2DM患者異常的脂代謝可通過抑制骨髓間充質干細胞的成骨分化、促進破骨細胞功能增加患骨質疏松的風險[16]。

2 T2DM對脂質代謝的影響

T2DM是胰島素抵抗(insulin resistance，IR)及胰島素分泌不足所致的一組以慢性高血糖為特征的代謝性疾病。糖尿病患者常伴有脂質代謝異常，其特征是高密度脂蛋白(HDL)降低，甘油三酯(TG)及低密度脂蛋白(LDL)升高。而IR及胰島素分泌不足是脂質代謝紊亂的主要原因[17]。主要機制包括：①FOXO1是胰島素-PI3K-AKt信號傳導途徑重要的下游分子，IR的糖尿病患者中存在AKT1失活及FOXO1激活，其可上調ApoC-Ⅲ的表達[18]，ApoC-Ⅲ可抑制脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase，LPL)介導的脂解作用[19]。②ApoB100是LDL合成的載脂蛋白，而胰島素抵抗可誘導肝HMG-COA還原酶的合成，從而促進膽固醇的生成，后者可刺激機體合成ApoB100、ApoB48等載脂蛋白[20]，胰島素可能通過P-I-3激酶相關途徑及處理肝細胞中高水平的氧化應激等方式，靶向降解ApoB100[21]，故IR個體常伴有ApoB100濃度的升高，從而增加LDL的合成。③低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)通過與LDL結合，從而調節機體脂質平衡的作用。LDLR啟動區由3個相連的重復序列組成，其中序列2為膽固醇調節元件1(SRE-1)，通過與膽固醇調節元件結合蛋白(SREBPs)結合，從而促進SP與重復序列3上SP1結合位點相結合，從而發揮其作用[22]。胰島素可通過SREBP介導的LDLR啟動子的激活，上調LDLR mRNA表達。從而可推斷IR個體可能存在LDLR表達水平下調，從而減少機體LDL的降解[23-24]。④Flotillin-1可上調syndecan-1作用，syndecan-1屬于粘附分子整聯蛋白跨膜硫酸蛋白多糖家族成員，其介導了脂蛋白的分解代謝。有研究顯示肥胖、糖尿病小鼠的肝臟與非糖尿病小鼠相比Flotillin-1 mRNA和蛋白減少60%～70%，同時解除糖尿病動物體內Flotillin-1缺失可以改善肝臟對apoB48和apoB100殘余脂蛋白的清除[25]。胡永亮等[26]研究顯示胰島素可上調syndecan-1的表達。由此可推斷IR個體可通過下調Flotillin-1 mRNA及syndecan-1的表達促進脂代謝紊亂。綜上所述，糖尿病患者因IR等原因常伴隨著脂質代謝的異常。同時脂質代謝異常又會加劇糖尿病患者的病情進展[27-29]。一項針對中國4577名非糖尿病者的隊列研究顯示，隨訪3年后，基線血脂異常者發展為糖尿病前期的風險是血脂正常者的2.29倍，患糖尿病的風險是血脂正常者的3.52倍[30]。T2DM患者的糖脂代謝相互作用相互影響，最終導致一系列并發癥及臨床癥狀。

3 LDL在T2DM骨質疏松中的作用

T2DM常伴有血脂代謝紊亂的發生，近年來血脂與骨密度之間的關系已成為新的研究熱點[31]。一項針對中國糖尿病人群的多因素回歸分析顯示，LDL與男性T2DM患者腰椎、股骨頸骨密度成負相關，與女性T2DM患者腰椎骨密度成負相關[32]。而T2DM血脂紊亂常表現為高LDL，由此可推斷高LDL可能是導致T2DM骨質疏松的獨立危險因素。其可能的作用機制有：

3.1 通過抑制骨髓間充質干細胞成骨分化調節骨量

BMSCs是脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞的共同祖細胞。LDL可通過Runx2因子、Wnt/β-catenin信號通路、PPARγ等信號通路影響BMSCs成骨與成脂分化之間的平衡。

3.1.1通過TAZ-Runx2因子調節骨量：TAZ是帶有PDZ結構域的轉錄共激活因子，可調節細胞的分化、增值和發育。核心結合因子(Runx2)是調節成骨細胞分化的重要轉錄因子。TAZ與Runx2相互作用，并通過Runx2介導的基因轉錄來促進BMSC成骨細胞分化，抑制破骨細胞分化。有動物實驗研究顯示，高LDL及高糖可下調Runx2和TAZ的表達。從而減弱其促進BMSC向成骨分化的作用，同時減弱對破骨細胞分化抑制的作用[33-34]，但其具體機制有待進一步研究證明。

3.1.2通過Wnt/β-catenin信號通路調節骨量：Wnt/β-catenin信號通路在骨代謝中發揮著重要的作用，Wnt蛋白通過經典與非經典途徑與卷曲蛋白(Frizzled)、LRP5/6結合并激活啟動下游信號，使GSK-3β磷酸化并破壞其穩定性，抑制β-catenin磷酸化并促進其穩定，并使其定位至細胞核上，從而激活Wnt靶基因的表達[35-36]。有研究顯示[37]LDL通過上調GSK-3β的表達，下調β-catenin的表達來抑制BMSCs的成骨分化，促進成脂分化。倪菊花等[38]發現糖基化LDL可下調成骨細胞中低密度脂蛋白受體相關蛋白5(low-density lipoprotein receptor-related protein 5，LRP5)的表達，上調DKK1 mRNA的表達。而LRP5 是Wnt的輔助受體，是Wnt觸發下游信號所必需的，LRP5與Dickkh3蛋白結合可抑制Wnt-LRP5-Fzz復合物的形成，從而抑制Wnt靶基因的表達[34,39]。DKK1可與LRP受體結合，或與Kremen蛋白受體結合后再與LRP5/6結合形成三聚體，誘導快速的細胞內吞，減少細胞膜上LRP5/6，從而阻斷Wnt信號向細胞內傳遞[38]。CD36屬于B類清道夫受體，是識別天然內源性分子的一類受體，其受體包括ox-LDL、晚期糖化終末產物。在ox-LDL處理的細胞中CD36的表達上調，有研究顯示ox-LDL以CD36依賴的方式干擾典型的Wnt信號通路，導致成骨細胞的抑制[40]，但具體機制有待進一步研究。

3.1.3通過PPARγ轉錄因子調節骨量：PPARγ是配體誘導轉錄因子核受體家族的成員。PPARγ的表達是由CCAAT/增強子結合蛋白(C/EBP)轉錄因子家族的成員直接誘導的，PPARγ的表達刺激了C/EBP的表達，其又進一步促進PPARγ的產生，形成一個穩定的自我強化的調節環[41]。PPARγ與C/EPBα可誘導脂肪相關基因的表達[42]。大量研究表明PPARγ轉錄因子可刺激BMSCs成脂分化，抑制成骨分化，同時可促進破骨細胞的骨吸收[43-44]。同時PPARγ可通過刺激蛋白酶體降解β-catenin來抑制Wnt信號，這可能是PPARγ促進前體細胞成脂分化機制之一[41-45]。而ox-LDL是PPARγ的天然配體，與之結合啟動PPARγ調節骨量的作用[46]。

3.2 通過促進破骨細胞形成調節骨量

成骨細胞參與的骨形成和破骨細胞參與的骨吸收之間的動態平衡是維持正常骨代謝的基礎。當骨吸收超過骨形成，將導致骨質疏松的形成。LDL可通過RANK/RNAKL/OPG信號通路及炎癥反應調節破骨細胞，從而影響骨代謝。

3.2.1通過RANK/RNAKL/OPG信號通路調節破骨細胞：成骨前體細胞表面表達的核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-Kappa B ligand，RANKL)與RANK相結合介導破骨細胞的形成。骨保護素(osteoprotegerin，OPG)由成骨細胞分泌與RANKL結合可阻斷上述作用。有研究顯示LDL與脂聯素呈正相關，而脂聯素可直接誘導骨細胞增殖分化，刺激RANKL抑制OPG生成[47-48]。亦有研究顯示ox-LDL可直接誘導破骨前細胞向RANKL依賴的破骨細胞分化[49]。破骨細胞樣細胞(osteoclast-like cell，OCL)的細胞-細胞融合與磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)依賴的LDL的攝取高度相關。LDL通過RANKL/RANK信號途徑上調Abcg1mRNA表達，增加細胞表面的磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)的分布，Abcg1是OCL通過PE動力學與細胞表面融合所必需的。從而促進OCL細胞-細胞融合，增加破骨細胞的數量，從而增加骨質疏松的風險[50]。

3.2.2通過炎癥反應調節破骨細胞：氧化型的低密度脂蛋白在微血管中的聚集促進炎癥因子的釋放，進而引發骨骼微環境的變化，最終導致成骨障礙。1-磷酸鞘氨醇(sphingosine 1-phosphate，S1P)是一種具有生物活性的信號分子，S1P與骨關節炎、骨質疏松癥、心血管疾病、惡性腫瘤、糖尿病等多種疾病相關[51-52]。有研究顯示在2型糖尿病伴高脂血癥的人群中S1P表達升高，血漿S1P濃度與低密度脂蛋白呈正相關，甘油三酯、膽固醇、低密度脂蛋白的增加可能控制了S1P的產生[53]，但其機制有待進一步研究。S1P可刺激TNF-α、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)和IL-6的基因表達，炎癥細胞因子TNF-α和IL-6直接或間接調節破骨細胞生成。更重要的是，S1P可以動員破骨細胞前體進入骨髓腔，導致骨吸收增強，血漿CTX和S1P水平呈正相關，表明LDL通過上調S1P的表達，促進骨質疏松的發生[34]。

綜上所述，T2DM患者LDL的異常升高可能是骨質疏松的危險因素。LDL對T2DM骨質疏松的影響涵蓋了骨形成及骨吸收兩個主要方面(圖1)，其影響面較廣，相關臨床指標也更易獲得，故監測并控制血脂情況是骨質疏松防治的必要舉措。但其發病機制復雜多樣，仍需更多的研究去探索，從而為預防和治療DOP提供依據。