丁海璇 李鐵力 田園 楊麗

湖南師范大學附屬第一醫(yī)院 湖南省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖南 長沙410000

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是一種骨微結(jié)構(gòu)改變、骨密度降低、骨強度降低的代謝性骨病[1]。當下，全球骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率呈上升趨勢，據(jù)估計，全世界的骨質(zhì)疏松患者近2億人，其中老年男性發(fā)病率約為60.72 %，老年女性的發(fā)病率高于男性，已高達90.87 %[2]。骨質(zhì)疏松癥引起的疼痛和骨折嚴重的降低了患者的生活質(zhì)量，并給家庭和社會造成巨大負擔，而目前骨質(zhì)疏松癥的治療仍是有限的，GLP-1類似物及激動劑是一種新型降糖藥物，而近年來GLP-1在骨質(zhì)疏松癥中的研究中越來越多，本文以GLP-1在骨質(zhì)疏松癥中的影響及作用機制作一簡單綜述，以期為骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防與醫(yī)治提供新的思路。

1 GLP-1的生物學功能

GLP-1是一種30或31個氨基酸長的肽激素，最早于1981年在琵琶魚身上發(fā)現(xiàn)[3]，1987年，在人類、大鼠和豬身上發(fā)現(xiàn)了由膳食誘導(dǎo)的GLP-1分泌[4]。GLP -1主要定位于L細胞[5]，除了腸內(nèi)分泌L細胞外，GLP-1蛋白還在大鼠、猴子和人類腦干孤束核中被發(fā)現(xiàn)[6]。此外，GLP-1的產(chǎn)生發(fā)生在胰島內(nèi)的α細胞中，口服碳水化合物和脂肪誘導(dǎo)GLP-1分泌，通過GLP-1受體(GLP-1 receptor，GLP-1R)在胰腺、腎臟、心臟、肺、脂肪、平滑肌等多個組織以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特定核中發(fā)揮作用[5]。研究[7-8]發(fā)現(xiàn)，GLP-1具有抑制食欲、延緩胃排空、改善心功能、減輕神經(jīng)炎癥、促進神經(jīng)生長、調(diào)節(jié)血糖、血脂、骨代謝等多種生物學作用。而天然的GLP-1的半衰期很短，在被腎臟清除及二肽基肽酶-4識別裂解后，半衰期約1～2 min[9]。GLP-1RAs可與GLP-1Rs結(jié)合，發(fā)揮與GLP-1相同的作用，現(xiàn)在GLP-1RAs因其減輕體重、保護胰島細胞、不良反應(yīng)小等特性而被廣泛應(yīng)用于2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)的治療，同時也具有神經(jīng)保護、抗感染、心血管保護、代謝調(diào)節(jié)等作用[10]，在骨質(zhì)疏松癥中治療應(yīng)用及潛在價值已成為研究熱點，具有良好的應(yīng)用前景。

2 GLP-1在骨質(zhì)疏松癥中的保護作用機制

2.1 GLP-1通過調(diào)節(jié)糖代謝減緩骨質(zhì)疏松

高血糖條件可損害成骨細胞和破骨細胞的形成[11-12]，因為在長期的高血糖狀態(tài)下，蛋白質(zhì)、磷脂和核酸的非酶糖基化作用會導(dǎo)致晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)的不斷形成和積累。過量的AGEs可能導(dǎo)致膠原蛋白的非酶交聯(lián)，破壞成骨細胞與細胞外基質(zhì)的粘連，導(dǎo)致骨脆性[13]。這些發(fā)現(xiàn)提示骨中AGEs的積累可能導(dǎo)致成骨細胞功能障礙。另一方面，AGEs也被認為可以增加破骨細胞的活性，AGEs受體在人破骨細胞中表達，刺激破骨細胞中核因子Kappa B的激活，從而增加細胞因子和活性氧的產(chǎn)生。而相關(guān)的促炎細胞因子和活性氧的不斷積累，打破了破骨細胞與成骨細胞之間的平衡，增加了破骨細胞的分化，導(dǎo)致骨量丟失[14]。一些體外研究報道了AGEs刺激骨細胞產(chǎn)生白細胞介素-6[15]，抑制成骨細胞表型表達[16]，增加破骨細胞吸收[17]。在動物模型中，糖尿病控制的改善逆轉(zhuǎn)了糖尿病引起的組織形態(tài)骨改變[18]。觀察性研究[19]指出，當血糖水平得到更好的控制后，可以減少尿液中鈣的流失，改善骨密度。因此有效的血糖控制對糖尿病相關(guān)性骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防和治療具有重要意義。GLP-1主要通過刺激胰島素和抑制胰高血糖素的分泌、調(diào)節(jié)胃排空的生理作用來調(diào)節(jié)血糖水平，從而促進骨形成[20]。研究[21]發(fā)現(xiàn)GLP-1RAs及其類似物具有緩解糖尿病骨質(zhì)疏松癥的作用。因此，在臨床研究中觀察到的GLP-1RAs的合成骨效應(yīng)可能是改善血糖控制的一個次要結(jié)果。

2.2 GLP-1通過調(diào)節(jié)脂代謝減緩骨質(zhì)疏松

骨質(zhì)疏松癥與高脂血癥密切相關(guān)[22]，大多數(shù)骨質(zhì)疏松癥患者會發(fā)展為高脂血癥[23]。脂質(zhì)代謝紊亂導(dǎo)致極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)和總膽固醇(total cholesterol，TC)水平升高，導(dǎo)致VLDL和TC在內(nèi)皮細胞下層和內(nèi)皮細胞層積聚。慢性脂肪的積累會導(dǎo)致動脈粥樣硬化和血管管腔狹窄，血管結(jié)構(gòu)和功能受損會影響血液流向許多器官，如視網(wǎng)膜、心臟、腎臟、中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元等重要組織和器官，其中也包括骨骼，導(dǎo)致骨血供不足，骨組織將不能正常運作，并可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常，如微裂紋[13]。

幾項體外研究表明，GLP-1能夠刺激脂肪來源的干細胞(adipose-derived stem cells，ADSC)[24]和骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cell，BMMSC)[25]，進而促進成骨細胞分化，而抑制脂肪細胞分化。Meng等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在BMMSC分化過程中，艾塞那肽通過β-catenin途徑抑制脂肪形成并促進成骨細胞形成，對骨骼產(chǎn)生潛在的有益作用。此外，GLP-1R在脂肪細胞中表達，GLP-1RAs下調(diào)脂肪組織外植體和培養(yǎng)脂肪細胞上的成脂基因，同時增加脂溶標志物和脂聯(lián)素的表達[27-29]。在高脂肪喂養(yǎng)的大鼠中，GLP-1逆轉(zhuǎn)了高脂血癥引起的骨量減少[30]。以上結(jié)果提示，GLP-1可以通過調(diào)節(jié)脂代謝在一定程度上改善骨代謝。

2.3 GLP-1通過改善骨血流減緩骨質(zhì)疏松

研究表明血流對骨血管功能和成骨至關(guān)重要[31]，而骨供血中斷與骨量減少、骨壞死和骨再生受損關(guān)系密切[32]。然而，很少有人研究糖尿病患者骨血管和骨血流是否減少，以及是否有可能通過使用抗糖尿病藥物來恢復(fù)其骨血管和骨血流。Fajardo[33]回顧了有關(guān)糖尿病骨微血管并發(fā)癥的文獻，但仍缺乏證據(jù)支持糖尿病骨骼脆弱性與這些血管并發(fā)癥之間的聯(lián)系。GLP-1RAs增強血管功能的潛力已在幾項研究中得到證實[34-35]。目前腸促胰島素的治療在預(yù)防糖尿病血管并發(fā)癥方面很有前景[36]。在一個T2DM合并肥胖的小鼠模型中，4周艾塞那肽的使用顯著增加了脛骨血流，且觀察到的骨形成增加可能部分歸因于骨骼灌注增加[37]。目前還沒有研究檢驗利拉魯肽對骨血流的影響，因此，需要更多的研究來驗證骨骼灌注是否與糖尿病的骨形成有關(guān)，以及GLP-1RAs是否可以通過增加血管形成，來用于治療骨折愈合不良的糖尿病患者。

2.4 GLP-1通過與受體結(jié)合減緩骨質(zhì)疏松

GLP-1已經(jīng)被證明通過與甲狀腺C細胞的GLP-1R結(jié)合，刺激降鈣素的產(chǎn)生，從而間接抑制骨吸收[38]。因此，胰腺GLP-1R缺失的小鼠發(fā)生皮質(zhì)性骨質(zhì)減少，并通過相關(guān)通路促進破骨細胞的形成[39]。另一項研究[40]顯示，激活GLP-1R對骨骼強度和質(zhì)量有類似的積極影響，因為缺乏GLP-1R的小鼠顯示出明顯的機械性能受損，皮質(zhì)厚度和骨外徑減少，膠原基質(zhì)成熟度降低。GLP-1的糖調(diào)節(jié)作用不僅通過胰腺GLP-1R發(fā)揮作用，也在成骨細胞上發(fā)揮作用[41]。沒有GLP-1R的小鼠骨強度降低，破骨細胞數(shù)量和骨吸收活動增加，且膠原基質(zhì)的成熟度顯著降低[40]。艾塞那肽最近也被報道通過抑制骨吸收和促進老年切除卵巢的大鼠的骨形成來提高骨強度和改善骨微結(jié)構(gòu)[42]。所有這些結(jié)果都表明GLP-1受體的激活可能具有直接的成骨作用。因此，可以預(yù)期GLP-1RAs在動物中的抗骨質(zhì)疏松作用。

2.5 GLP-1刺激降鈣素、硬化蛋白、骨鈣素分泌減緩骨質(zhì)疏松

GLP-1可能通過降鈣素依賴的途徑間接抑制骨吸收[43]。當GLP-1或其類似物激活時，對嚙齒動物的降鈣素分泌產(chǎn)生刺激作用[44]，降鈣素是一種有效的骨吸收抑制劑。Mabilleau等[40]提出，GLP-1激動劑對骨的作用可能是間接的，其間接途徑主要通過靶向甲狀腺降鈣素的分泌來影響骨代謝，降鈣素可以抑制破骨細胞的活性。有研究[45]表明，艾塞那肽刺激降鈣素分泌，而利拉魯肽對降鈣素分泌沒有影響，但兩者均能促進體外破骨細胞分化，輕微減少每個破骨細胞的吸收面積。而有研究[44]報道，艾塞那肽和利拉魯肽都刺激降鈣素分泌。降鈣素在骨轉(zhuǎn)換中發(fā)揮著重要的作用，可能是GLP-1治療的潛在靶點，但仍需要更多的研究來驗證骨質(zhì)疏松癥患者的骨生成是否受到影響。

小鼠的高脂飲食導(dǎo)致血清硬化蛋白的增加和骨細胞網(wǎng)絡(luò)組織的顯著改變[46]。而很少有人研究GLP-1RAs是否會影響骨細胞產(chǎn)生硬化蛋白。雖然GLP-1R主要由未成熟的成骨細胞表達，但它也可能存在于與硬化蛋白共定位的骨細胞中[47]，這表明GLP-1RAs可能影響硬化蛋白的產(chǎn)生。Kim等[47]證實糖尿病大鼠與對照組相比硬化蛋白水平升高，艾塞那肽治療可以下調(diào)硬化蛋白水平。Pereira等[45]研究結(jié)果顯示艾塞那肽降低了老年切除卵巢小鼠的硬化蛋白水平，而利拉魯肽沒有?？偟膩碚f，盡管存在一些爭議，但大多數(shù)臨床和實驗研究表明，硬化蛋白可能在T2DM患者骨轉(zhuǎn)換減少中發(fā)揮作用，并可能是GLP-1治療的潛在靶點。但血清中硬化蛋白的來源尚不清楚，并且需要更多的研究來探討GLP-1是否對T2DM患者硬化蛋白及骨生成產(chǎn)生影響。

腸促胰島素通過調(diào)節(jié)成骨細胞的骨鈣素合成促進全身能量代謝。一項體外研究[48]表明腸促胰島素抑制了成骨細胞中甲狀腺激素刺激的骨鈣素合成，表明腸促胰島素可以通過降低骨鈣素水平來刺激骨形成。雖然有許多研究[45,49-50]證實艾塞那肽在T2DM大鼠中可增加血清骨鈣素水平，但利拉魯肽治療的情況并非如此。

盡管許多骨細胞體外和動物模型的報道表明GLP-1RAs可影響骨骼釋放骨鈣素、硬化素等激素影響其他器官，但臨床方面的證據(jù)仍然非常缺乏。

2.6 GLP-1通過分子機制減緩骨質(zhì)疏松

2.6.1Wnt/β-catenin信號通路：Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有經(jīng)典的β-catenin途徑、平面細胞極性途徑和Wnt/Ca2+途徑等，其中β-catenin的細胞核內(nèi)含量的變化是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵步驟[51]。Ma等[42]揭示GLP-1的激活通過cAMP/PKA/β-catenin和PKA/PI3K/AKT/GSK3β信號，一方面能調(diào)節(jié)成骨細胞分化，另一方面能抑制BMMSC成脂分化。Meng等[26]的研究表明，使用GLP-1激動劑exendin-4激活GLP-1受體，引導(dǎo)BMMSC向成骨細胞分化，并通過促進β-catenin信號改善骨量。這一發(fā)現(xiàn)與最近的一項研究[52]相似，該研究表明GLP-1的促成骨作用依賴于典型的Wnt信號。

2.6.2Hedgehog/Gli1信號通路：Hedgehog-Gli1信號通路與骨質(zhì)疏松疾病的發(fā)生聯(lián)系緊密[53]，研究[54]表明，激活Hedgehog/Gli1信號通路可以通過上調(diào)Runx2等促骨細胞因子的表達來促進骨形成，Runx2可增加骨代謝和質(zhì)量。Gao等[55]用艾塞那肽處理成骨細胞，Hedgehog和Gli1的表達隨艾塞那肽濃度的增加而增加，結(jié)果提示艾塞那肽可能通過上調(diào)Hedgehog和Gli1的表達來調(diào)節(jié)骨代謝，促進成骨細胞的分化，也證明了在成骨細胞分化過程中Hedgehog-Gli信號通路發(fā)揮著重要作用。然而Hedgehog-Gli1信號通路的作用機制尚未完全清楚，后續(xù)需要投入更多的研究來挖掘該信號通路在骨質(zhì)疏松疾病中的潛力。

2.6.3OPG/RANKL信號通路：OPG/RANKL的表達比例被認為是破骨細胞生成活性的關(guān)鍵決定因素[42]。在一項鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病和雙側(cè)卵巢切除的大鼠用利拉魯肽治療8周的研究中，結(jié)果提示利拉魯肽或GLP-1信號可能通過調(diào)節(jié)RANKL/OPG比值抑制破骨細胞,推測利拉魯肽可能通過調(diào)控OPG、RANKL的表達，從而影響OPG與RANKL水平[56]。在Ma等[42]的研究中評估了艾塞那肽對卵巢切除的老年大鼠誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥的影響，研究發(fā)現(xiàn)艾塞那肽增加了OPG mRNA的表達，降低了RANKL mRNA的表達，這表明艾塞那肽通過增加OPG/RANKL比例抑制破骨細胞分化。

3 GLP-1RAs對骨質(zhì)疏松癥的治療

GLP-1RAs被認為是治療T2MD的新型降糖藥，具有降低血壓、降低空腹血糖水平、降低HbA1c、誘導(dǎo)體重減輕、低血糖發(fā)生率低等優(yōu)點[57]。目前已上市的的GLP-1RAs包括利拉魯肽(Liraglutide)、艾塞那肽(Exenatide)、利司那肽(Lixisenatide)、阿必魯肽(Albiglutide)、度拉魯肽(Dulaglutide)、索馬魯肽(Semaglutide)、貝那魯肽(Beinaglutide)、聚乙二醇洛塞那肽(PEG-loxenatide)等，而Supaglutide現(xiàn)在臨床試驗中[58]。此外，GLP-1RAs因其具有神經(jīng)保護、心血管保護和代謝調(diào)節(jié)作用，在治療和預(yù)防神經(jīng)心血管系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌疾病和代謝性疾病方面具有重要價值。除了降低血糖水平，GLP-1RAs還對多種人體組織有積極的影響，一些研究[58]也表明GLP-1RAs對降低心血管事件風險、肥胖、肝病、多囊卵巢綜合征、預(yù)防和治療老年癡呆癥、帕金森病及某些腫瘤的治療有積極作用。

這些藥物對T2DM等疾病的治療益處，引起了人們對它們是否影響骨代謝機制的興趣[21,59]。一些研究已經(jīng)證明GLP-1激動劑影響骨轉(zhuǎn)換。有報道稱，GLP-1RAs可增強糖尿病患者的骨密度，改善骨質(zhì)量，預(yù)防骨折。細胞和動物實驗進一步發(fā)現(xiàn)，GLP-1RAs對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松、糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松和老年性骨質(zhì)疏松具有極好的潛在抗骨質(zhì)疏松作用[1,59-60]。一項薈萃分析[61]納入了38項隨機對照試驗，共39 795例T2DM患者，結(jié)果顯示，GLP-1RAs的使用可顯著降低患者骨折風險。Zhang等[59]的研究分析了54個GLP-1RAs治療的T2DM患者，結(jié)果顯示艾塞那肽治療可能預(yù)防T2DM患者骨折。Montes等[62]也發(fā)現(xiàn)，非糖尿病絕經(jīng)后女性餐后GLP-1水平與骨質(zhì)疏松風險相關(guān)。我國白婧等[63]也有研究發(fā)現(xiàn)，利拉魯肽能夠提高2型糖尿病合并骨質(zhì)疏松患者的骨密度。這些結(jié)果為目前用于糖尿病的GLP-1RAs可能成為治療骨質(zhì)疏松癥的替代藥物提供了方向。而在現(xiàn)在的臨床實踐中，GLP-1RAs能否預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松癥和脆性骨折仍存在爭議，需投入更多的研究。

圖1 GLP-1在骨質(zhì)疏松癥中的作用Fig.1 The role of GLP-1 in osteoporosis

4 小結(jié)與展望

綜上所述，GLP-1在骨質(zhì)疏松癥中的影響和機制研究眾多，可能通過調(diào)節(jié)血糖、血脂，改善骨血流，與相關(guān)受體結(jié)合，刺激降鈣素、骨鈣素、硬化素分泌，調(diào)節(jié)信號通路等相關(guān)途徑延緩骨質(zhì)疏松的進展。盡管GLP-1對骨折風險和骨質(zhì)疏松疾病的具體作用尚未得到明確的定義和證明。但隨著近年來越來越多的深入研究表明，GLP-1RAs在骨質(zhì)疏松癥治療領(lǐng)域具有很大的研究潛力。在目前，我們對骨質(zhì)疏松癥的治療是有限的，但在未來，GLP-1RAs能否作為治療骨質(zhì)疏松癥的新型藥物上市，是一件令人期待的事情。