骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物在糖尿病中的研究進(jìn)展

尚芬蘭 徐晶晶 赫榮波 葛曉琴 戴靜 楊濤 何畏

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，江蘇 南京 210029

隨著人口的老齡化，糖尿病和骨質(zhì)疏松癥的患病率迅速增加。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，骨組織微結(jié)構(gòu)改變，骨強(qiáng)度降低、脆性增加等易發(fā)生骨折的一種全身性、代謝性骨病，是糖尿病在骨骼系統(tǒng)的重要并發(fā)癥之一。糖尿病患者骨質(zhì)量下降，骨折風(fēng)險(xiǎn)增加，雙能X線骨密度僅提供骨量的變化，不能完全反映骨質(zhì)量，而骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物具有靈敏性高、特異性強(qiáng)、無創(chuàng)、易重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，較骨密度更早的反映骨量的變化，還反映骨強(qiáng)度。聯(lián)合監(jiān)測骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物和骨密度，為DOP的診斷和治療提供了新思路。

1 糖尿病和骨質(zhì)疏松癥的流行病學(xué)

糖尿病是最常見的內(nèi)分泌代謝紊亂性疾病，全球大約有3.27億人患有此類疾病[1]。隨著人口的老齡化，糖尿病并發(fā)骨質(zhì)疏松癥的患病率呈逐年升高趨勢。流行病學(xué)調(diào)查顯示，1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)患者的骨密度是減低的[2-3]，其骨量減少和骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率為48%～72%[4]。對于2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者，骨密度增高、降低或不變的結(jié)果國內(nèi)外文獻(xiàn)均有報(bào)道[5～8]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者代謝性骨病和骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險(xiǎn)明顯高于普通人群，其骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率可達(dá)20%～60%[7]。

2 骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物

骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物(bone turnover markers，BTMs)[9]，是骨組織本身的代謝(分解與合成)產(chǎn)物，在骨骼重建過程中釋放于血液、尿液中，是能夠被檢測出來的一些活性物質(zhì)。它分為骨形成標(biāo)志物和骨吸收標(biāo)志物，前者代表成骨細(xì)胞活動及骨形成時的代謝產(chǎn)物，后者代表破骨細(xì)胞活動及骨吸收時的代謝產(chǎn)物，特別是骨基質(zhì)降解產(chǎn)物。BTMs的測定具有創(chuàng)傷小、靈敏度和特異性高，判斷骨轉(zhuǎn)換類型，反映骨丟失速率，部分反映骨質(zhì)量、骨強(qiáng)度，早期診斷骨質(zhì)疏松癥，監(jiān)測骨質(zhì)疏松藥物療效，評估骨折風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 常見骨形成標(biāo)志物

2.1.1血清堿性磷酸酶(serum alkaline phosphatase，ALP)和骨堿性磷酸酶(bone alkaline phosphatase，BALP)：ALP通過水解磷脂釋放無機(jī)磷，使局部磷濃度增加，促進(jìn)骨礦化，有利于骨形成，是目前很常用的評價(jià)骨形成的指標(biāo)。但它在全身多個組織均有分布，對骨組織的靈敏度和特異性差，BALP具有較高的骨組織特異性，臨床上多檢測BALP。絕經(jīng)后婦女的BALP隨年齡增加呈負(fù)相關(guān)，與骨密度呈正相關(guān)，證明與骨代謝相關(guān)[10]。BALP為骨化活動指標(biāo)，已在骨代謝性疾病中廣泛使用[11]。

2.1.21型前膠原氨基末端前肽(procollagen 1 N-terminal peptide，P1NP)和 1型前膠原羧基末端前肽(procollagen 1 C-terminal peptide，P1CP)：90%以上的骨基質(zhì)是由Ⅰ型膠原組成，Ⅰ型前膠原分子由成骨細(xì)胞合成，其羧基末端和氨基末端有延伸的多肽，這些多肽在膠原細(xì)胞代謝過程中被蛋白酶分解，產(chǎn)生P1NP和P1CP，因此P1NP和P1CP反映了Ⅰ型膠原的合成和轉(zhuǎn)化，二者水平升高提示Ⅰ型膠原合成加快，骨形成活躍。比起P1CP，P1NP受晝夜節(jié)律和飲食的影響較小[12-13]，且不受激素的影響，是反映骨形成更為特異和靈敏的指標(biāo)。Zhang等的實(shí)驗(yàn)表明，骨質(zhì)疏松組病人P1NP值明顯低于正常對照組[14]。

2.1.3骨鈣素(osteocalcin，OC)：骨鈣素由成骨細(xì)胞分泌，在骨組織含量豐富，大部分沉積于骨基質(zhì)。在骨吸收及骨溶解時，沉積在骨基質(zhì)中的OC就會游離出來，釋放入血。測定血中OC，一方面能反映成骨細(xì)胞的活性，但在更大程度上反映的是骨轉(zhuǎn)換。當(dāng)骨轉(zhuǎn)換升高，血中OC水平升高，反之則下降。骨鈣素的主要功能是維持骨正常礦化速率，抑制異常的羥基磷灰石晶體的形成，抑制生長軟骨礦化的速率，增加破骨細(xì)胞的募集和(或)分化，從而刺激骨的吸收[15]，是成骨細(xì)胞功能和骨質(zhì)礦化的特殊標(biāo)志物。

2.1.4骨保護(hù)素(osteoprotegerin, OPG)：OPG和細(xì)胞核因子kB受體活化因子(RANK)是腫瘤壞死因子受體家族新成員，由成骨細(xì)胞產(chǎn)生。OPG是一種可溶性糖蛋白，能特異性地抑制破骨細(xì)胞形成與分化，增加骨密度。RANK存在于破骨細(xì)胞和前破骨細(xì)胞表面，RANKL是其唯一配體。OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)在骨形成和骨重塑中起著至關(guān)重要的作用[16]。RANK與RANKL相互結(jié)合誘使破骨細(xì)胞分化，而OPG通過與RANKL競爭性結(jié)合，阻止其與RANK的結(jié)合，從而抑制破骨細(xì)胞的形成及分化，抑制骨吸收[17-18]。研究表明[19]，外周循環(huán)中OPG和RANKL水平與BMD成負(fù)相關(guān)，并且促進(jìn)絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松的發(fā)生。

2.2 常見骨吸收標(biāo)志物

2.2.1吡啶啉(pyridinoline，PYD)和脫氧吡啶啉(deoxypyridinoline，DPD)：PYD和DPD存在于I型膠原纖維中，是成熟的I型膠原纖維分子構(gòu)成膠原纖維時分子間的連物，起穩(wěn)定膠原鏈的作用。當(dāng)破骨細(xì)胞活動時PYD和DPD作為I型膠原纖維降解產(chǎn)物釋放入血，不經(jīng)中間代謝直接從尿中排出，且不受飲食影響，是反映骨吸收的一個特異指標(biāo)[20]。已有不少研究[21]表明，尿DPD/Cr測定對骨流失及骨質(zhì)疏松癥的診斷早于骨密度檢測，是反映骨吸收的特異而敏感的指標(biāo)。

2.2.21型膠原蛋白C末端交聯(lián)肽(type 1 collagen protein C-terminal crosslinking peptide，CTX)和1型膠原蛋白N末端交聯(lián)肽(type 1 collagen protein N-terminal crosslinking peptide，NTX)：CTX和NTX是破骨細(xì)胞在骨吸收過程中降解產(chǎn)生的特異性產(chǎn)物，能直觀的反映骨吸收情況。NTX和CTX在血清中和尿液中均可檢出，在血清中的水平受晝夜生理節(jié)律、飲食的影響較大，而24h尿中NTX、CTX可以克服生理節(jié)律的影響， 受飲食的影響也比較小[22]。Bouzid K等[23]認(rèn)為，女性骨質(zhì)疏松患者絕經(jīng)后，測定CTX比ALP、BALP有更高的靈敏度和特異性。

2.2.3抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase，TRACP)：TRACP主要由破骨細(xì)胞釋放，參與骨基質(zhì)中鈣磷礦化底物的降解。TRACP被蛋白酶分解成5a和5b兩個亞型，純化的人破骨細(xì)胞TRACP是TRACP5b。最近在對TRACP5b和骨微結(jié)構(gòu)參數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，骨組織損傷(特別是骨小梁)破壞會導(dǎo)致血清TRACP5b濃度升高，血漿中的TRACP水平可反映破骨細(xì)胞活性及骨吸收的狀態(tài)[24]。血清TRACP5b已大量應(yīng)用于絕經(jīng)后婦女抗骨吸收監(jiān)測及作為乳腺癌患者骨轉(zhuǎn)移的診斷工具[25]。對骨代謝異常的患者監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，2年骨密度下降2.5% 相對的皮質(zhì)區(qū)下降5.8%，與TRACP5b水平呈正相關(guān)，結(jié)果表明，TRACP5b可用于骨代謝異常的早期監(jiān)測[26]。

2.3 T1DM與BTMs

T1DM的骨密度降低，骨質(zhì)疏松及骨折風(fēng)險(xiǎn)增加，可能與骨吸收增強(qiáng)，骨形成減少有關(guān)[27]。一項(xiàng)橫斷面研究認(rèn)為，T1DM的ALP、BALP與非糖尿病組比較沒有差異，但OC水平下降[28-29]。一項(xiàng)包括22篇文章的薈萃分析顯示[30]，與健康對照組相比，T1DM的25羥維生素D3、OC和CTX水平明顯降低。但甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)、鈣、P1CP、BALP和DPD在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有顯著差異。另有研究表明，T1DM患者的OC(28.4±16.4 VS 41.2±14.6ng/mL，P=0.005)和BALP(51.3±118 VS 61.7±10.6U/L，P=0.006)水平較健康對照組明顯降低[31]。

對于T1DM患者，尤其是青年起病的糖尿病患者，青年時期獲得的峰值骨量明顯低于正常同齡人，糖尿病心血管疾病、糖尿病腎病等慢性并發(fā)癥出現(xiàn)早，降低了骨微循環(huán)的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)及對維生素D的轉(zhuǎn)化能力，導(dǎo)致隨年齡增長的骨質(zhì)疏松及骨折風(fēng)險(xiǎn)增加；同時，T1DM由于促骨形成的重要合成類激素-胰島素及胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1，IGF-1)的嚴(yán)重缺乏，使骨形成明顯減少；T1DM患者骨及骨髓中內(nèi)源性的抗氧化物質(zhì)如谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)、過氧化物歧化酶應(yīng)激的SVCT2表達(dá)下調(diào)，T1DM小鼠骨密度明顯下降[32]。此外，T1DM的自身免疫及炎癥狀態(tài)也可以引起骨量丟失以及礦化缺陷[33]。

2.4 T2DM與BTMs

T2DM患者的骨密度多數(shù)增高或無變化，可能與T2DM患者骨轉(zhuǎn)換水平降低有關(guān)[34]。印度的一項(xiàng)研究表明[35]，與健康對照組相比，T2DM的OC水平顯著降低(4.06±1.97 VS 9.62±3.29 ng/mL，P<0.001)。一項(xiàng)橫斷面研究顯示[36]，T2DM與非糖尿病患者相比，TRACP(1.39±0.99 VS 1.85±0.81 UI/L,P<0.05)、CTX(0.20±0.12 VS 0.33±0.15ng/mL，P<0.05)降低；BALP (14.83±6.5 VS 12.96±6.73μg/mL，P=0.11)、OC(1.48±1.25 VS 1.45±1.2 ng/mL，P=0.911)水平?jīng)]有差異。另有研究表明[37]，T2DM的骨形成指標(biāo)(P1NP，P<0.001)和骨吸收指標(biāo)(CTX，P<0.001)顯著降低。也有研究發(fā)現(xiàn)T2DM的OPG水平是升高的[38-39]。

T2DM患者本身的高血糖可導(dǎo)致滲透性利尿，使鈣、磷、鎂等從尿中大量排出，使機(jī)體處于負(fù)鈣平衡；低血鈣及低血鎂促進(jìn)甲狀旁腺功能亢進(jìn)，使破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)，鈣、磷動員增加，骨質(zhì)脫鈣，骨密度下降，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[40-41]。長期高血糖也可使體內(nèi)產(chǎn)生過多的糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end-products，AGEs)，對骨骼形成有負(fù)面作用[42]。AGEs的堆積可以刺激破骨細(xì)胞骨吸收因子白介素-6 (IL-6)、腫瘤壞死因子-α (TNF-α)形成，這些因子可以促進(jìn)破骨細(xì)胞的成熟，導(dǎo)致骨吸收增加[40-42]。OPG/RANKL系統(tǒng)可能干擾了T2DM的骨轉(zhuǎn)換[38]。也有研究[43-44]認(rèn)為，T2DM對骨轉(zhuǎn)換的影響可能是通過改變Wnt通路使骨硬化蛋白的水平升高，增加OPG的表達(dá)，促進(jìn)骨吸收所致。在T2DM晚期，胰島素分泌不足，影響成骨細(xì)胞的分化和形成，并影響骨基質(zhì)的形成和礦化，從而引起骨密度和骨強(qiáng)度的下降。另外大多數(shù)T2DM合并肥胖，血脂聯(lián)素水平升高，脂聯(lián)素水平與骨密度呈負(fù)相關(guān)，與尿NTX的排出呈正相關(guān)[45]。

3 糖尿病腎病與BTMs

一項(xiàng)臨床研究[46]，分別檢測T2DM正常白蛋白尿患者(51例)與糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)患者(微量白蛋白尿組40例，臨床白蛋白尿組28例，腎功能不全組20例)的骨密度及BTMs，結(jié)果顯示25羥維生素D3在正常白蛋白尿組最高，在DN各組間隨著腎功能的惡化逐漸降低(P<0.05)。DN各組OC及P1NP均低于正常白蛋白尿組(P<0.05)。DN各組CTX均高于正常白蛋白尿組(P<0.05)。大量白蛋白尿組及腎功能不全組各部位骨密度值均低于正常白蛋白尿組(P<0.05)。結(jié)論是隨著T2DM患者腎功能逐漸下降，其骨量減少的程度逐漸加重，P1NP、OC、CTX、25羥維生素D3等骨代謝指標(biāo)較骨密度更敏感地反映DN早期骨轉(zhuǎn)換的變化。

DN是糖尿病的主要微血管并發(fā)癥，DN腎小球?yàn)V過膜通透性增加，25羥維生素D3缺乏，體內(nèi)鈣、磷代謝失衡等因素均不斷作用于骨代謝，隨著腎小球?yàn)V過功能的明顯下降，腎小管分泌與重吸收功能消失，鈣、磷代謝紊亂及其引起的繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)等進(jìn)一步加重骨損害，引起一系列代謝性骨病的發(fā)生，從而影響骨轉(zhuǎn)換。

4 新型降糖藥與BTMs

4.1 腸促胰島素治療藥物與BTMs

腸促胰島素治療藥物主要指胰高血糖素樣肽受體激動劑(glucagon-like peptide，GLP)及二肽基肽酶-4抑制劑(dipeptide peptidase - 4 inhibitors，DPP-4抑制劑)。腸促胰島素是腸源性激素，通過激活腸促胰島素受體信號通路發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)， GLP-1、GLP-2以及腸抑胃肽 (gastric inhibitory polypeptide，GIP)在腸細(xì)胞攝入營養(yǎng)時釋放人血。骨細(xì)胞包括成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞上均有GIP和GLP腸促胰島素受體的表達(dá)。研究表明，GIP既可以作為抗骨吸收激素也可作為骨合成代謝激素[47]，GLP主要是作為一種抗骨吸收激素[48]，GLP-l受體對骨吸收的調(diào)節(jié)必不可少，缺少GLP-l受體的小鼠由于破骨細(xì)胞活性增加，從而使其骨皮質(zhì)孔隙度增加。GIP和GLP-2對骨吸收有直接抑制作用，GLP-1則是間接的通過降鈣素依賴性途徑發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)。腸促胰島素在調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)化過程中扮演著重要的角色。Henriksen等[49]在絕經(jīng)后婦女的皮下注射利拉魯肽后，發(fā)現(xiàn)CTX水平下降、OC相應(yīng)增加，表明利拉魯肽對骨形成具有刺激作用。故推斷腸促胰島素在骨代謝中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用DPP-4可使腸促胰島素失活，DPP-4抑制劑則可延長GLP-1的作用時間，其對骨代謝的影響類似于GLP-1的作用。有薈萃分析表明，DPP-4抑制劑可以降低糖尿病患者的骨折風(fēng)險(xiǎn)[50]。

4.2 鈉葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(sodium glucose transporters 2，SGLT2)抑制劑與BTMs

腎臟通過鈉葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(SGLT2)對葡萄糖進(jìn)行重吸收，SGLT2存在于近端腎單位，可獨(dú)立于胰島素將葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)[51]，約90%的葡萄糖通過SGLT2轉(zhuǎn)運(yùn)體重新進(jìn)人血液。SGLT2抑制劑可通過調(diào)節(jié)血中鈣與磷酸鹽的水平，從而影響骨量以及增加骨折的風(fēng)險(xiǎn)。臨床資料顯示，應(yīng)用SGLT-2抑制劑與安慰劑組相比較，血清鈣以及25羥維生素D3的水平未見明顯改變，而血清磷酸鹽、鎂和PTH水平較安慰劑組有所增加，相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[52]。Taylor等[53]提出SGLT2抑制劑可對骨代謝產(chǎn)生不利影響。認(rèn)為SGLT2抑制劑通過阻斷近端小管上皮細(xì)胞上的鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)體2降低鈉轉(zhuǎn)運(yùn)，從而驅(qū)動磷酸鹽和鈉的共同轉(zhuǎn)運(yùn)。血清中升高的磷可促進(jìn)甲狀旁腺PTH分泌從而增強(qiáng)骨吸收。

5 他汀類藥物與BTMs

長期的高血糖可促使動脈硬化，斑塊形成，還有部分肥胖的T2DM患者常合并高脂血癥，這就依賴于他汀類藥物的治療來達(dá)到調(diào)脂穩(wěn)定斑塊的作用。有研究報(bào)道[54]，與使用他汀類藥物治療的健康對照組相比，T2DM患者使用他汀類藥物治療后P1NP、CTX是明顯下降的。而且使用他汀藥物治療3年以上的T2DM患者比使用該藥物3年以下的健康對照組的CTX水平更低。一項(xiàng)隨機(jī)的安慰劑對照交叉試驗(yàn)表明[55]，T2DM患者使用阿托伐他汀治療12周與對照組相比BALP、OC和CTX并無明顯差異。

6 骨轉(zhuǎn)換抑制劑與BTMs

部分糖尿病患者合并代謝性骨病時，常常會使用骨轉(zhuǎn)換抑制劑治療。一項(xiàng)隨機(jī)對照試驗(yàn)表明，使用阿侖膦酸鈉治療的T2DM患者的尿NTX水平比使用維生素D治療的患者明顯降低[56]；與使用安慰劑治療的T2DM患者相比，其CTX、NTX、BALP都是下降的[57]。另有研究表明，使用雷洛昔芬治療的T2DM患者的NTX水平下降，但BALP水平無明顯變化[58]。丹麥的一項(xiàng)隊(duì)列研究表明，T2DM患者使用骨吸收抑制劑有利于預(yù)防骨折的發(fā)生[59]。

7 小結(jié)

骨質(zhì)疏松癥是糖尿病嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，因其致殘率、致死率較高越來越備受關(guān)注。T1DM和T2DM患者均是骨質(zhì)疏松癥和骨折的高危人群，雙能X線骨密度不能完全評估骨密度正?；蛟龈叩倪@部分糖尿病患者骨質(zhì)疏松及骨折風(fēng)險(xiǎn)。近年來，某些BTMs如P1NP、CTX、OC、25羥維生素D3及IGF-1被認(rèn)為可以早期發(fā)現(xiàn)糖尿病患者骨量減少、預(yù)測骨質(zhì)疏松及骨折風(fēng)險(xiǎn)；但各研究之間存在很大的異質(zhì)性，且影響B(tài)TMs與糖尿病關(guān)系的因素很多，可能與年齡、性別、體重、糖尿病類型、糖尿病病程、觀察時間、糖尿病并發(fā)癥及伴發(fā)病、跌倒、糖尿病治療等密切相關(guān)。所以對于高危人群我們需要聯(lián)合監(jiān)測骨密度與BTMs，更全面、合理的評估骨質(zhì)量，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療DOP患者，預(yù)防骨折。目前，雖然BTMs的實(shí)驗(yàn)室檢查方法、正常值范圍不統(tǒng)一，但其獨(dú)特的應(yīng)用潛力及臨床價(jià)值不容忽視，開展BTMs的研究，特別是在糖尿病患者中，這對防治DOP及骨折至關(guān)重要?？傊?，DOP已經(jīng)成為我們必須關(guān)注的健康問題，糖尿病患者骨折風(fēng)險(xiǎn)明顯增加，BTMs為我們提供了DOP早期診斷和療效評估的有效方法。