腎素血管緊張素系統(tǒng)與糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展

章鴻雁 黃琪 卜瑞芳

南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，江蘇 無錫 214000

糖尿病性骨質(zhì)疏松癥(diabetic osteoporosis，DOP)是指糖尿病并發(fā)單位體積內(nèi)骨量減少、骨組織顯微結(jié)構(gòu)異常、骨強(qiáng)度降低和骨脆性增加的全身代謝性疾病，是糖尿病在骨骼系統(tǒng)的重要并發(fā)癥之一，也是致殘率最高的疾病。糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，除了眾所周知的長期高血糖、胰島素缺乏、胰島素樣生長因子-1 (IGF-1)缺乏、鈣磷代謝異常、骨鈣素、性激素等直接或間接影響骨代謝，有研究者通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)骨組織局部RAS活性升高也參與了糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生與發(fā)展[1]。

流行病學(xué)調(diào)查顯示，在中國2007年DOP患者約1300萬且逐年升高，而本病目前在藥物治療方面存在很大的局限性，因此我們需要尋找新的潛在的治療靶點(diǎn)為DOP提供新的治療措施，本文從RAS在糖尿病性骨質(zhì)疏松癥病程中的生物學(xué)作用作一綜述。

1 腎素血管緊張素對骨胰島素抵抗的影響

眾所周知，胰島素抵抗和胰島素分泌不足是2型糖尿病發(fā)生的主要機(jī)制。近年來許多報(bào)道證實(shí)了RAS可以調(diào)節(jié)胰島素敏感性[2]。骨骼肌是機(jī)體葡萄糖攝取和利用的主要器官，是外周胰島素抵抗的重要靶位，故而我們認(rèn)為骨骼肌在胰島素抵抗的發(fā)生過程中起重要作用[3]。近年來有研究發(fā)現(xiàn)，在骨骼肌上存在有局部AngⅠ和AngⅡ的產(chǎn)生[4,5]，另外在骨骼肌細(xì)胞膜及其局部毛細(xì)血管內(nèi)皮上也檢測到了ACE的活性及ATIR基因的表達(dá)[6]，表明在骨骼肌上存在相對獨(dú)立的局部RAS通過旁分泌或自分泌發(fā)揮作用。其主要機(jī)制可能如下：AngⅡ和胰島素共享一段細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，即 PI3K激酶途徑，AngⅡ可以在多個水平抑制胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)骨骼肌胰島素抵抗的發(fā)生，如AngⅡ可以通過抑制IRS-1酪氨酸磷酸化、促進(jìn)胰島素受體B亞基或IRS-1絲氨酸磷酸化而抑制IRS-1對PI3K的激活，因此抑制胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)胰島素抵抗的發(fā)生[7]。Ogihara等[8]認(rèn)為AngⅡ能通過氧化損傷改變PI3K下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而參與AngⅡ引起的胰島素抵抗。進(jìn)一步研究后，高巖等[9]認(rèn)為PI3K途徑在骨生成和骨重建的過程中也發(fā)揮著重要作用。Akt1是PI3K的主要下游分子。在Akt1敲除的小鼠中發(fā)現(xiàn)其和對照組相比骨量減少，骨吸收活性和骨形成明顯降低，二次骨化中心形成明顯延遲，骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素、Ⅰ型膠原交聯(lián)氨基末端肽等成骨細(xì)胞分化指標(biāo)均降低，表明PI3K途徑參與了糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。骨組織和骨骼肌都屬于外周組織，最近在體內(nèi)研究中，發(fā)現(xiàn)RAS各組分在骨組織中皆有表達(dá)[10,11]；在體外研究中，發(fā)現(xiàn)Ang Ⅱ受體在小鼠顱蓋骨成骨細(xì)胞中有所表達(dá)[12]，所以其RAS各組分在胰島素抵抗的過程中也可能發(fā)揮著重要作用。

2 胰島素抵抗對骨代謝的影響

許多國內(nèi)外研究均表明，胰島素敏感性降低或血胰島素水平不足是糖尿病性骨質(zhì)疏松發(fā)生的重要原因[13]。其機(jī)制可能如下：①胰島素敏感性降低引起蛋白質(zhì)代謝障礙，即蛋白質(zhì)合成受抑制，而分解增加，造成負(fù)氮平衡。蛋白質(zhì)是構(gòu)成骨架的基本物質(zhì), 其減少可導(dǎo)致骨質(zhì)減少，鈣、磷在骨骼中的沉積相應(yīng)減少，形成骨質(zhì)疏松。國內(nèi)一臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[14]糖尿病組和健康對照組相比較，糖尿病組骨質(zhì)疏松發(fā)生率明顯升高，其中骨質(zhì)疏松癥患者FINS(胰島素)、IS(胰島素分泌指數(shù))降低，提示胰島素抵抗導(dǎo)致了胰島素敏感性降低及糖代謝異常，從而引起骨質(zhì)疏松，這在糖尿病早期就已存在明顯影響，這可能是胰島素與成骨細(xì)胞膜表面的胰島素受體相結(jié)合，促進(jìn)其骨細(xì)胞內(nèi)氨基酸蓄積，刺激核苷酸合成和骨膠原形成。胰島素抵抗使成骨細(xì)胞表面的胰島素受體數(shù)目下降，成骨活性降低，影響骨的形成和轉(zhuǎn)化，最終影響其骨強(qiáng)度。②骨鈣素 (BGP) 是成骨細(xì)胞合成和分泌的一種非膠原蛋白，在骨礦化峰期后積聚，沉積在骨基質(zhì)中，能保持骨正常礦化，可直接反應(yīng)骨形成的狀況。近年來很多動物和臨床試驗(yàn)均證實(shí)了胰島素抵抗時抑制了成骨細(xì)胞合成骨鈣素，引起骨質(zhì)疏松[15,16]。③1, 25- (OH)2D3可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生更多的骨形成蛋白，具有促進(jìn)成骨的作用。IR影響1α-羥化酶的活性，使得骨形成蛋白產(chǎn)生減少，從而導(dǎo)致骨形成減少，同時影響鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)和維生素D的代謝，降低鈣、磷等微量元素在腸道的吸收作用，引起低血鈣、低血鎂的發(fā)生，可刺激甲狀旁腺激素分泌，致破骨細(xì)胞活性增加，骨吸收增加，骨形成減少，骨更新率降低[17]。國內(nèi)一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)[18]發(fā)現(xiàn)，胰島素抵抗組(IR)大鼠骨密度(BMD)和正常對照組相比明顯降低，與糖尿病組(DM)相比明顯提高，在DM組和IR組中葡萄糖輸注速率(GIR)與BMD 均呈正相關(guān)，提示IR可以單獨(dú)導(dǎo)致骨量降低，參與了骨質(zhì)疏松的發(fā)生。而在國外的一些臨床觀察[19，20]發(fā)現(xiàn)糖尿病患者骨量快速丟失，可能與胰島素抵抗相關(guān)，這些都支持胰島素抵抗在骨代謝中發(fā)揮著重要的生物學(xué)作用。

3 RAS對骨代謝的影響

RAS 由AngⅠ、AngⅡ及其相應(yīng)受體AT1R、AT2R、腎素、ACE等組成，AngⅡ是RAS系統(tǒng)的主要活性物質(zhì)。最近在體內(nèi)研究中，發(fā)現(xiàn)RAS各組分在骨組織中皆有表達(dá)[10,11]。在體外研究中，發(fā)現(xiàn)AngⅡ受體在小鼠顱蓋骨成骨細(xì)胞中有所表達(dá)[12]，這些都支持RAS各組分在骨組織微環(huán)境中的表達(dá)。國外流行病學(xué)研究報(bào)道，對3887例中國老年人開展的橫斷面研究[21]和對50名圍絕經(jīng)期婦女進(jìn)行的隊(duì)列研究[22]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用血管緊張素II受體抑制劑(ARB)和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)后，骨量增加，骨折風(fēng)險(xiǎn)降低，這些都支持RAS在骨組織的代謝活動中發(fā)揮著作用。

3.1 AngⅡ?qū)谴x的調(diào)控

AngⅡ作為RAS系統(tǒng)的主要活性物質(zhì)，在對骨代謝的調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用[23]。①體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，小鼠成骨細(xì)胞中存AngⅡ受體，AngⅡ與其相結(jié)合，抑制堿性磷酸酶的活性，降低成骨細(xì)胞骨鈣素mRNA水平，von Kossa染色結(jié)果表明，礦化總面積和礦化結(jié)節(jié)數(shù)減少，表明AngⅡ直接調(diào)控成骨細(xì)胞，有抑制成骨細(xì)胞礦化的能力[24]。②近年來有研究報(bào)道，AngⅡ能夠間接調(diào)控成骨細(xì)胞，通過 ERK1/2 和 cAMP 信號通路促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-6(IL-6)，可直接刺激骨吸收[25]。③國外研究[12]報(bào)道AngⅡ通過作用于成骨細(xì)胞來刺激破骨細(xì)胞的生成，調(diào)控骨更新率。AngⅡ促進(jìn)成骨細(xì)胞合成分泌核因子 κB 受體，間接作用于破骨細(xì)胞，加速骨量丟失，同時可分泌保護(hù)素(OPG)來調(diào)控破骨細(xì)胞的成熟[26]。此外體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)AngⅡ還能夠提高成骨細(xì)胞分泌血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，從而實(shí)現(xiàn)對破骨細(xì)胞的生成、成熟、分化的調(diào)控[12]。

3.2 AT1R和AT2R對骨代謝的調(diào)控

在體外研究中，Asaba等[12]使用SiRNA技術(shù)將原代培養(yǎng)的成骨細(xì)胞敲除AT1R，發(fā)現(xiàn)AngⅡ刺激破骨細(xì)胞生成的作用有所增強(qiáng)。在體內(nèi)研究[27]中也發(fā)現(xiàn)，AT1受體敲除的小鼠其脛骨近端松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)參數(shù)沒有明顯改變, 而對照組小鼠骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率明顯提高, 直接說明AT1受體在AngⅡ誘導(dǎo)骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生過程中發(fā)揮著重要作用。臨床研究中發(fā)現(xiàn)使用低強(qiáng)度脈沖超聲(LIPUS)可以促進(jìn)骨愈合[28]。當(dāng)LIPUS作用于不同成熟階段的成骨細(xì)胞幾個小時后，發(fā)現(xiàn)ATl受體的基因和蛋白表達(dá)有所上調(diào)，這些都提示AT1受體介導(dǎo)了骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。AT2受體同樣在骨形成的過程中發(fā)揮重要作用。動物試驗(yàn)[29]發(fā)現(xiàn)，給小鼠喂服AT2 受體抑制劑后，骨小梁數(shù)明顯提高，骨小梁間隙名稱減少。同時越來越多的研究證實(shí)，AT1受體和AT2受體在調(diào)控骨代謝的過程中相互制約，在介導(dǎo)的生理功能中存在交互作用。研究發(fā)現(xiàn)，在給自發(fā)性高血壓小鼠喂服AT1受體拮抗劑洛沙坦后，和對照組相比其骨質(zhì)疏松癥的程度明顯升高。體外試驗(yàn)中，AT1受體敲除的成骨細(xì)胞與對照組比較，其成骨細(xì)胞形成明顯增多，可能與AT1R通路抑制AT2R通路有關(guān)[12]。以上研究結(jié)果表明，AngⅡ作用于成骨細(xì)胞來刺激破骨細(xì)胞的分化主要是通過AT2R介導(dǎo)，而AT1R通路可能對AT2R通路起抑制作用。

4 RAS拮抗劑對DOP的影響

國內(nèi)研究[30]將去卵巢骨質(zhì)疏松小鼠隨機(jī)分為ACEI組、模型組、假手術(shù)組，行常規(guī)治療后三個月發(fā)現(xiàn)治療組和假手術(shù)組骨小梁數(shù)目、骨小梁厚度、骨體積分?jǐn)?shù)均高于模型組，骨小梁間隙、骨表面積體積比均顯著低于模型組(P<0.05)，RANKL mRNA表達(dá)均較模型組低(P<0.05)，治療組骨組織中OPG及RANKL mRNA表達(dá)與假手術(shù)組比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，表明RAS拮抗劑可改善骨代謝。目前RAS拮抗劑改善骨代謝的機(jī)制還不清楚，可能與其下調(diào)AngⅡ水平相關(guān)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中用ACEI干預(yù)去卵巢小鼠后，骨OPG的表達(dá)較模型組明顯升高，而RANKL 的表達(dá)明顯降低，說明ACEI可能通過作用于骨組織局部 OPG、RANKL 而改善小鼠高骨轉(zhuǎn)換狀態(tài)。而也有實(shí)驗(yàn)表明RAS拮抗劑不能有效改善骨代謝。

刁騰月等[31]對實(shí)驗(yàn)小鼠注射鏈脲佐菌素(STZ)或生理鹽水誘發(fā)糖尿病小鼠，1w后根據(jù)血糖值將其分為糖尿病模型組和洛沙坦口服給藥組(AT1R拮抗劑)，給藥8w后，Micro-CT顯示糖尿病組小鼠松質(zhì)骨骨密度顯著降低，H&E染色、Safranin O染色結(jié)果也顯示，糖尿病組小鼠脛骨軟骨連接和軟骨量減少，股骨遠(yuǎn)端生長板處軟骨厚度減少。分子結(jié)果顯示糖尿病組小鼠骨組織RAS各組分表達(dá)明顯升高，直接表明RAS介導(dǎo)了DOP的發(fā)生發(fā)展。而洛沙坦給藥未能明顯改善DOP的病理改變，可能是與其負(fù)反饋性引起小鼠骨組織RAS活性增強(qiáng)相關(guān)。而臨床上也尚且缺乏RAS拮抗劑改善骨代謝的證據(jù)，可能受到用藥時間、性別、年齡等相關(guān)因素的影響[1,32]。

由此可見我們需要進(jìn)一步去探索RAS在糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的過程中的作用。相信隨著科學(xué)的進(jìn)步，相關(guān)研究的深入，RAS的臨床應(yīng)用前景會更好。最近，RAS的新成員Ang(1-7)及其受體MAS、以及ACE2成為研究的熱點(diǎn)。對RAS的成員系統(tǒng)深入研究，明確其在DOP發(fā)生、發(fā)展中的病理機(jī)制，為藥物研制提供病理生理基礎(chǔ)，為DOP的綜合防治帶來新的曙光。