胰高血糖素樣肽在骨質(zhì)疏松癥中的研究進(jìn)展

徐冰兒， 胡 予

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院老年病科，上海 200032

骨質(zhì)疏松是一種全身代謝性骨骼疾病。其本質(zhì)是骨重建中成骨細(xì)胞(OB)和破骨細(xì)胞(OC)功能失衡而導(dǎo)致的骨量減少，骨組織微觀結(jié)構(gòu)破壞，病理表現(xiàn)為骨顯微結(jié)構(gòu)完整性受損、連接性降低，導(dǎo)致骨強(qiáng)度降低，骨脆性增加，進(jìn)而使骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。目前，骨質(zhì)疏松的治療措施主要是調(diào)節(jié)骨吸收和骨形成平衡，但以往治療骨質(zhì)疏松的藥物以骨吸收抑制為主，促進(jìn)骨形成的藥物僅有甲狀旁腺激素類似物[1]。因此，促進(jìn)骨形成的藥物在骨質(zhì)疏松中具有廣闊的應(yīng)用前景。

近年來(lái)，胃腸激素在骨質(zhì)疏松癥中作用的研究日益增多。胰高血糖素樣肽(glucagon-like peptide,GLP)作為胃腸道激素的重要組成部分近年來(lái)被證明對(duì)骨質(zhì)疏松患者具有保護(hù)作用。GLP分為GLP-1與GLP-2，兩者主要由回腸和結(jié)腸的L細(xì)胞分泌，進(jìn)食后分泌增加，但作用時(shí)間短暫，很快就被二基肽酶-4(DPP-4)降解。GLP-1與GLP-2在體內(nèi)對(duì)代謝的調(diào)控機(jī)制不同，但均對(duì)骨代謝的調(diào)控起著直接或間接的作用。 本文回顧了近年來(lái)GLP-1和GLP-2對(duì)骨代謝的調(diào)控作用研究，重點(diǎn)探討了GLP-1和GLP-2對(duì)老年骨質(zhì)疏松、絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松，及繼發(fā)于糖尿病、短腸綜合征(SBS)、炎癥性腸病(IBD)的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的潛在治療作用，以期尋找骨質(zhì)疏松的診療新思路。

1 GLP-1對(duì)骨代謝的調(diào)控

GLP-1對(duì)骨代謝的調(diào)節(jié)是雙向的，既可以促進(jìn)骨形成，又能抑制骨吸收。其可能通過(guò)促進(jìn)胰島素分泌，改善血糖、血脂，改善微循環(huán)，降低降鈣素的分泌以及直接激活骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMMSCs)上的GLP-1R實(shí)現(xiàn)對(duì)骨代謝的調(diào)節(jié)作用。

1.1 GLP-1通過(guò)促進(jìn)胰島素分泌，改善胰島素抵抗改善骨質(zhì)疏松 研究[2-3]發(fā)現(xiàn)，OB、OC表面均存在胰島素受體；胰島素通過(guò)其受體促進(jìn)骨形成，抑制骨吸收促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMMSCs)向OB轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)證據(jù)[2]表明，OB中的胰島素受體是OB增殖、存活和分化所必需的。生理濃度的胰島素可促進(jìn)OB增殖，增加堿性磷酸酶(ALP)的表達(dá)量，并促進(jìn)OB分泌膠原，吸收和利用葡萄糖，同時(shí)還可通過(guò)促進(jìn)骨保護(hù)素(OPG)分泌來(lái)抑制OC的增殖分化。在胰島素缺乏小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，胰島素缺乏可造成骨礦化減少，骨修復(fù)不良，骨微裂隙增多，進(jìn)而導(dǎo)致骨脆性增加[4]。雖然胰島素抵抗可引起胰島素水平增高，但過(guò)高的血清胰島素水平伴胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)卻對(duì)骨轉(zhuǎn)換起抑制作用[5]。而骨轉(zhuǎn)換水平的降低雖可使骨密度增加，但也可能通過(guò)增加骨微結(jié)構(gòu)中的皮質(zhì)孔隙率或其他缺陷而導(dǎo)致骨脆性增加。這也是糖尿病骨質(zhì)疏松的發(fā)病原因。Nuche-Berenguer等[6]發(fā)現(xiàn)，在2型糖尿病或胰島素抵抗模型大鼠中，GLP-1可增加骨保護(hù)素(OPG)和核因子κB受體活化體配體(RANKL)的比值，進(jìn)而抑制OC增殖、活化，抑制骨吸收。因此，GLP-1可通過(guò)促進(jìn)胰島素分泌及改善胰島素抵抗抑制骨吸收，促進(jìn)骨形成。

1.2 GLP-1可通過(guò)改善血糖、血脂、微循環(huán)改善骨質(zhì)疏松 胰島素抵抗所導(dǎo)致的高血糖可加重組織內(nèi)氧化應(yīng)激，增加晚期糖基化產(chǎn)物(AGEs)產(chǎn)生。而因高血糖引起的AGEs積累、膠原交聯(lián)改變和骨轉(zhuǎn)換抑制是糖尿病骨質(zhì)疏松發(fā)病的重要原因，且AGEs的增加可加重骨組織內(nèi)炎癥反應(yīng)。體外研究發(fā)現(xiàn)，AGEs還可通過(guò)上調(diào)晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)的表達(dá)及抑制wnt、磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)等信號(hào)通路來(lái)抑制OB增殖分化[7-8]，或通過(guò)激活半胱天冬酶3(caspase-3)信號(hào)通路誘導(dǎo)OB凋亡[9]。Tanaka等[10]發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病模型NSY小鼠血糖水平與骨密度負(fù)相關(guān)。GLP-1能降低2型糖尿病患者血糖、糖化血紅蛋白的作用已被證明。

GLP-1還可調(diào)節(jié)體內(nèi)脂代謝，如降低低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、三酰甘油(TG)，提高高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平。既往研究發(fā)現(xiàn)，LDL-C、TG與骨密度負(fù)相關(guān)[11]，HDL-C則與骨密度正相關(guān)[12]。高脂血癥引起的體內(nèi)脂肪的堆積可導(dǎo)致脂肪細(xì)胞過(guò)度膨脹、裂解、內(nèi)容物釋放，激活巨噬細(xì)胞，啟動(dòng)免疫反應(yīng)，促進(jìn)炎癥細(xì)胞聚集和炎癥因子的生成[13]。腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素1β(IL-1β)等促炎因子的增加均可促進(jìn)巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)和RANKL的表達(dá)，進(jìn)而引起OC過(guò)度增殖[14]。此外，高血糖、高血脂狀態(tài)也是心腦血管疾病及微血管病變發(fā)生發(fā)展的重要因素。近年來(lái)研究[15]表明，骨髓微循環(huán)灌注在35歲后逐漸下降，且骨髓微循環(huán)灌注減少與腰椎骨密度降低有關(guān)。因此，GLP-1可通過(guò)改善糖脂代謝、改善微循環(huán)改善骨質(zhì)疏松。

1.3 GLP-1R的胰腺外表達(dá)與骨代謝相關(guān) 既往研究[16]表明，人類GLP-1R在OB、OC上均不存在，但在BMMSCs及脂肪源性干細(xì)胞(ADSCs)上有表達(dá)。Meng 等[16]在體外研究中發(fā)現(xiàn)，GLP-1可通過(guò)與BMMSCs表面的GLP-1R結(jié)合，激活蛋白激酶K(PKA)/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號(hào)通路，進(jìn)而促進(jìn)OB分化相關(guān)基因runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)、鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子、骨特異性堿性磷酸酶(BALP)mRNA的表達(dá)；Lee等[17]發(fā)現(xiàn)，GLP-1可通過(guò)激活A(yù)DSCs表面的GLP-1R而激活ERK信號(hào)通路，進(jìn)而抑制脂肪細(xì)胞分化相關(guān)基因過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)mRNA的表達(dá)。以上結(jié)果說(shuō)明，GLP-1可直接調(diào)節(jié)BMMSCs和ADSCs促其進(jìn)成骨向分化，并抑制成脂向分化。此外，GLP-1R在甲狀腺細(xì)胞中也有表達(dá)。Rosol等[18]發(fā)現(xiàn)，GLP-1可促進(jìn)大鼠甲狀腺分泌降鈣素，間接促進(jìn)骨形成、抑制骨吸收，改善骨密度，但其對(duì)人類甲狀腺C細(xì)胞的作用仍不明確。

2 GLP-2對(duì)骨代謝的調(diào)控

目前研究顯示，GLP-2可抑制骨吸收，但對(duì)骨形成影響的仍不明確。與GLP-1不同，GLP-2并不能促進(jìn)胰島素分泌，但也有調(diào)節(jié)糖、脂代謝的功能。其抑制骨吸收的作用可能是通過(guò)增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、減弱循環(huán)炎癥反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。

2.1 GLP-2促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收 SBS和IBD均被認(rèn)為與骨質(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[19-20]。SBS和IBD患者均存在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收減少及腸道屏障損傷、炎癥反應(yīng)增加的情況。GLP-2可增加液體、電解質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，減少或消除腸外營(yíng)養(yǎng)支持，改善SBS患者的營(yíng)養(yǎng)狀況[21]。Braga等[22]發(fā)現(xiàn)，SBS患者骨密度與血清維生素C、E、K水平正相關(guān)，提示這些維生素可能影響骨健康。SBS、IBD以及老年人和絕經(jīng)后婦女往往伴隨著維生素D3的不足。GLP-2可促進(jìn)VD3的吸收，進(jìn)而改善鈣磷代謝[23]，但對(duì)其他維生素水平的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。SBS患者經(jīng)GLP-2治療52周后，體質(zhì)量基線增加，而較高水平的體質(zhì)指數(shù)(BMI)可能增加骨密度，降低骨折風(fēng)險(xiǎn)[1]。

2.2 GLP-2調(diào)節(jié)糖、脂代謝 Khan等[24]的體外研究發(fā)現(xiàn)，GLP-2R在鼠和人β-細(xì)胞、鼠α細(xì)胞和離體小鼠胰島上均有表達(dá)；GLP-2R能抑制鏈佐霉素引起的人1.14β細(xì)胞的DNA損傷，但對(duì)促進(jìn)其增殖的能力較弱。但其體內(nèi)研究[24]發(fā)現(xiàn)，GLP-2對(duì)小鼠胰島β細(xì)胞及離體小鼠胰島的胰島素分泌無(wú)影響。而Baldassano等[25-26]發(fā)現(xiàn)，GLP-2可促進(jìn)高脂飲食小鼠胰島素分泌，減輕高脂肪飲食小鼠的糖、脂代謝紊亂。因此，GLP-2可能對(duì)糖、脂代謝平衡起保護(hù)作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)骨質(zhì)疏松；故GLP-2可能適用于骨質(zhì)疏松伴高脂血癥或糖代謝紊亂的患者。

2.3 GLP-2減弱循環(huán)炎癥反應(yīng) GLP-2在治療IBD的過(guò)程中，可誘導(dǎo)損傷黏膜的愈合，增加血流灌注量，改善腸道屏障功能，降低炎癥反應(yīng)[27]。本課題組前期實(shí)驗(yàn)[28]發(fā)現(xiàn)，老年大鼠緊密連接蛋白表達(dá)下降、循環(huán)炎癥反應(yīng)增強(qiáng)；而研究[29]發(fā)現(xiàn)，GLP-2可促進(jìn)老齡大鼠腸道緊密連接蛋白的表達(dá)，降低腸道通透性，并降低循環(huán)TNF-α，IL-1β水平。Wu等[30]研究發(fā)現(xiàn)，GLP-2還可降低潰瘍性結(jié)腸炎小鼠模型循環(huán)內(nèi)白介素6(IL-6)水平。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者也常伴隨體內(nèi)炎癥水平的升高和緊密連接蛋白表達(dá)量的下降[31-32]。但目前未發(fā)現(xiàn)GLP-2對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者炎癥水平的改善情況。既往研究[14, 33-34]發(fā)現(xiàn)，慢性炎癥導(dǎo)致的炎癥水平升高引起的RANKL/OPG比例失衡是骨質(zhì)疏松的重要促進(jìn)因素。上述研究表明，GLP-2對(duì)骨質(zhì)疏松的改善可能是同過(guò)改善患者體內(nèi)長(zhǎng)期慢性炎癥反應(yīng)進(jìn)行的。

2.4 GLP-2影響骨質(zhì)疏松的實(shí)驗(yàn)研究 Askov-Hansen等[35]發(fā)現(xiàn)，GLP-2可降低絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者的血清Ⅰ型膠原C端肽(CTX-1)水平，且呈劑量依賴性。Henriksen等[36]對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者長(zhǎng)期應(yīng)用GLP-2治療4個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，GLP-2可提高絕經(jīng)后患者骨密度，并降低CTX-1水平，但對(duì)骨鈣素(OCN)水平無(wú)影響，因此認(rèn)為，GLP-2可抑制骨吸收，但對(duì)骨形成無(wú)影響。然而，GLP-2R的mRNA在骨髓細(xì)胞中并無(wú)表達(dá)[21]。Gottschalck等[37]觀察了GLP-2 對(duì)空腸造口術(shù)或回腸造口術(shù)患者的作用，發(fā)現(xiàn)血清CTX-1水平僅在腸道完整的對(duì)照組中降低，而在空腸或回腸造口術(shù)患者中未見(jiàn)明顯變化。因此，其推測(cè)GLP-2對(duì)骨代謝并無(wú)直接作用，而可能通過(guò)腸道神經(jīng)元的神經(jīng)傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對(duì)骨代謝的調(diào)節(jié)作用。此外，Lu等[38]的體外實(shí)驗(yàn)中，GLP-2可通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β-smad2/3(TGF-β-Smad 2/3)信號(hào)途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，抑制OC增殖。故其推測(cè)GLP-2可直接作用于OC，而不通過(guò)GLP-2R。目前，GLP-2影響骨代謝的研究仍較少，故其具體作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。

3 GLP相關(guān)藥物在骨質(zhì)疏松中的應(yīng)用

3.1 GLP-1受體激動(dòng)劑 GLP-1受體激動(dòng)劑主要包括短效制劑艾塞那肽、利司那肽，長(zhǎng)效制劑利拉魯肽、阿必魯肽等。其中，艾塞那肽已在老齡去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠中被證明可促進(jìn)骨形成并抑制骨吸收[39]。近年來(lái)艾塞那肽也被發(fā)現(xiàn)可直接促進(jìn)BMMSCs成骨向分化[16]。利拉魯肽也可以增加去卵巢小鼠骨密度，但不能促進(jìn)其骨形成[40]；但I(xiàn)epsen等[41]報(bào)道，利拉魯肽可增加肥胖骨質(zhì)疏松婦女骨密度，也可促進(jìn)骨形成、抑制骨吸收。雖然近期有臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利拉魯肽和艾塞那肽并不能降低骨折風(fēng)險(xiǎn)[42]，但這些臨床實(shí)驗(yàn)均存在樣本量不足、骨折病例少或?qū)嶒?yàn)周期短且僅納入糖尿病患者，而缺乏絕經(jīng)后患者及老年患者等問(wèn)題。而其他GLP-1受體激動(dòng)劑對(duì)骨代謝影響的報(bào)道較少，故對(duì)GLP-1改善骨質(zhì)疏松的作用方面仍需進(jìn)一步研究。

相較于其他治療骨質(zhì)疏松的藥物，GLP-1受體激動(dòng)劑可同時(shí)促進(jìn)骨形成、抑制骨吸收，調(diào)節(jié)糖、脂代謝，改善骨組織胰島素抵抗，改善微循環(huán)，降血壓，延緩胃排空、減小體質(zhì)量等。雖然較高的BMI對(duì)骨質(zhì)疏松患者有保護(hù)作用，但也增加了心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)；而長(zhǎng)效GLP-1受體激動(dòng)劑可預(yù)防低熱量飲食減肥后的骨丟失，并使骨形成增加[41]。GLP-1受體激動(dòng)劑還可改善腎血流及腎功能[43]，保護(hù)心血管[44]，并具有神經(jīng)保護(hù)功能(如改善阿爾茨海默癥)[45]，且患者長(zhǎng)期依從性良好[46]。目前應(yīng)用的各種GLP-1受體激動(dòng)劑均易引起腹瀉、惡心、嘔吐等不良反應(yīng)，但這些癥狀具有自愈性[46]。因此，GLP-1受體激動(dòng)劑在骨質(zhì)疏松合并糖、脂代謝紊亂及老年骨質(zhì)疏松的治療中具有潛在的應(yīng)用前景。

3.2 GLP-2受體激動(dòng)劑 目前，上市GLP-2受體激動(dòng)劑的僅有替度魯肽，其已被批準(zhǔn)用于治療SBS。替度魯肽可促進(jìn)腸上皮黏膜增殖，改善腸黏膜屏障功能，降低腸道炎癥反應(yīng)等，同時(shí)可促進(jìn)腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收。一項(xiàng)持續(xù)2年試驗(yàn)顯示，SBS患者長(zhǎng)期使用GLP-2后，自理能力改善，水和電解質(zhì)的流失減少，VD3水平升高，鈣吸收、骨密度增加；雖患者出現(xiàn)腹痛和腸腔狹窄等不良反應(yīng)，但總體仍獲益[23]。因此，GLP-2受體激動(dòng)劑可能通過(guò)改善腸道屏障、循環(huán)炎癥反應(yīng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收來(lái)改善SBS、IBD、老年性及絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松，但目前僅在保留回腸的SBS患者中發(fā)現(xiàn)GLP-2具有引起骨吸收減少、骨密度增加的作用[37]。Henriksen等對(duì)GLP-2應(yīng)用于絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者的研究中納入樣本量少，且僅檢測(cè)了骨密度、OCN、CTX-1，而未研究骨微觀結(jié)構(gòu)、生物力學(xué)及其他骨代謝指標(biāo)的變化。因此仍需對(duì)GLP-2進(jìn)行更深入的研究。

3.3 GLP-1與GLP-2的協(xié)同作用 近年來(lái)，GLP-1與GLP-2被發(fā)現(xiàn)具有協(xié)同效應(yīng)，且兩者聯(lián)合應(yīng)用對(duì)2型糖尿病、SBS患者的治療效果優(yōu)于單藥治療[47]。Madsen 等[48]發(fā)現(xiàn)，GLP-1與GLP-2聯(lián)合應(yīng)用時(shí)在腸道中的吸收更好，且減輕了GLP-1導(dǎo)致的胃腸道反應(yīng)。Wismann等[49]發(fā)現(xiàn)，新型GLP-1受體激動(dòng)劑(GUB09-123) 與GLP-2受體激動(dòng)劑(GUB09-145)的聯(lián)合應(yīng)用改善了SBS患者的葡萄糖耐量，增加了腸道黏膜的有效吸收表面積，且療效優(yōu)于單藥治療。但由于這些實(shí)驗(yàn)周期較短，且未觀察兩者聯(lián)合應(yīng)用對(duì)骨密度的影響，因此須進(jìn)一步研究。

3.4 DPP-4抑制劑(DPP-4i) GLP-1與GLP-2體內(nèi)半衰期極其短暫，其降解主要是通過(guò)DPP-4。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者及糖尿病患者血清DPP4水平均升高[50-52]。在糖尿病患者中，DPP4i與二甲雙胍聯(lián)合應(yīng)用較二甲雙胍單藥能降低發(fā)生骨折的風(fēng)險(xiǎn)[53]。研究[54]發(fā)現(xiàn)，DPP-4i西格列汀可改善糖尿病大鼠及非糖尿病去卵巢大鼠骨質(zhì)疏松，且存在劑量依賴性[54]。因此，DPP4i在骨質(zhì)疏松中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 小結(jié)與展望

傳統(tǒng)的骨質(zhì)疏松治療方法主要是抑制骨吸收，但骨質(zhì)疏松患者常伴骨形成受抑制，且常伴有心腦血管疾病、糖尿病、高脂血癥等疾病，存在腸道屏障功能障礙、腸道吸收功能減退、維生素D和鈣攝入不足、肝腎功能減退等狀態(tài)，因此限制了傳統(tǒng)骨質(zhì)疏松藥物的應(yīng)用[1]。

GLP-1及其受體激動(dòng)劑可改善胰島細(xì)胞功能，改善胰島素抵抗，調(diào)節(jié)血糖、血脂，改善腎功能，在體質(zhì)量減小時(shí)增加骨密度，并可通過(guò)直接作用于BMMSCs表面的GLP-1R等促進(jìn)骨形成，且長(zhǎng)期使用GLP-1受體激動(dòng)劑可改善微循環(huán)、保護(hù)神經(jīng)。GLP-2及其受體激動(dòng)劑可改善腸道屏障功能，降低炎癥反應(yīng)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，調(diào)節(jié)糖、脂代謝，并可能直接作用于OC誘導(dǎo)其凋亡，但對(duì)OB的作用還有待研究。兩者的抑制劑DPP-4i也被證明可改善骨質(zhì)疏松。而且，相較于傳統(tǒng)的抗骨質(zhì)疏松藥物，在原發(fā)性骨質(zhì)疏松及糖尿病、SBS、IBD引起的骨質(zhì)疏松中，兩者具有更廣闊的應(yīng)用前景。然而，GLP-1和GLP-2相關(guān)藥物對(duì)骨質(zhì)疏松作用的機(jī)制及臨床試驗(yàn)研究依然不足，且目前對(duì)GLP-1、GLP-2及其相關(guān)藥物在老年性骨質(zhì)疏松患者中的作用仍未見(jiàn)研究報(bào)道。因此，GLP-1和GLP-2在骨質(zhì)疏松中的應(yīng)用方案、作用機(jī)制等仍須深入研究。