二甲雙胍對(duì)SD大鼠骨密度和體成分作用的研究

張書 蔡勁薇 梁敏

廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，廣西 南寧 530021

骨質(zhì)疏松癥是中老年人常見的一種全身性骨骼疾病，所導(dǎo)致的骨折嚴(yán)重影響中老年人的生活質(zhì)量，也給社會(huì)醫(yī)療保健系統(tǒng)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。雙膦酸鹽藥物是目前抗骨質(zhì)疏松的一線用藥，但存在一些不良反應(yīng)，影響了患者的依從性。因此迫切需要尋找更安全、更有效的治療骨質(zhì)疏松藥物。目前二甲雙胍對(duì)骨代謝的作用仍存在爭(zhēng)議，需要進(jìn)一步研究。本研究旨在探討二甲雙胍對(duì)SD大鼠骨密度和體成分的影響，不同干預(yù)劑量、不同干預(yù)時(shí)間是否影響不同，為二甲雙胍能否可能成為治療骨質(zhì)疏松的新藥提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與分組

3月齡雌性SPF級(jí)SD大鼠60只，購(gòu)自廣西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，合格證號(hào)：SCXK桂 2014-0002，體質(zhì)量 250～290 g。按隨機(jī)數(shù)字法分為對(duì)照組、二甲雙胍100 mg/(kg·d)組、二甲雙胍200 mg/(kg·d)組、二甲雙胍300 mg/(kg·d)組、二甲雙胍500 mg/(kg·d)組。每組12只。大鼠在灌胃前適應(yīng)性飼養(yǎng)1周。對(duì)照組用生理鹽水灌胃，實(shí)驗(yàn)組分別用100 mg/(kg·d)、200 mg/(kg·d)、300 mg/(kg·d)、500 mg/(kg·d)二甲雙胍灌胃，每日1次。每周稱重一次并記錄。SD大鼠在廣西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)SPF清潔級(jí)動(dòng)物房飼養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)顆粒飼料喂養(yǎng)，自由攝食進(jìn)水，動(dòng)物房溫度(22 ± 1) ℃，濕度(59%～61%)，12 h晝夜照明節(jié)律。

1.2骨密度和體成分的測(cè)定

二甲雙胍干預(yù)前、干預(yù)后4周，8周，12周，分別測(cè)定大鼠全身骨密度(g/cm2)及體成分(脂肪含量(g)和肌肉含量(g))。將固態(tài)的水合氯醛溶于生理鹽水中配成10%的水合氯醛溶液。按3 mL/kg腹腔注射麻醉。將麻醉好的大鼠俯臥位放置于藍(lán)色治療墊單上。采用PLODIGY型(Lunar公司)雙能X線骨密度儀測(cè)定大鼠全身骨密度及體成分。設(shè)置掃描參數(shù)，設(shè)置掃描寬度25 cm，掃描長(zhǎng)度為37 cm。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間大鼠全身骨密度的變化

干預(yù)4周，不同劑量二甲雙胍組與對(duì)照組大鼠骨密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。干預(yù)8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠骨密度均較對(duì)照組增加(P<0.05)，但不同劑量組之間骨密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。干預(yù)12周，不同劑量二甲雙胍組骨密度均較對(duì)照組增加(P<0.05)，但不同劑量組之間骨密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。干預(yù)8周，不同劑量二甲雙胍組骨密度均較干預(yù)4周組增加(P<0.05)；干預(yù)12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組大鼠骨密度均高于8周組(P<0.01)。見表1。

2.2不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間大鼠體重的變化

干預(yù)4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠體重與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。干預(yù)12周，不同劑量二甲雙胍組的體重均低于對(duì)照組(P<0.01)，二甲雙胍500 mg/(kg·d)組大鼠體重低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組和200 mg/(kg·d)組(P<0.05)。見表2。

2.3不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間的大鼠全身脂肪含量的變化

干預(yù)4周，不同劑量二甲雙胍組大鼠脂肪含量與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。干預(yù)8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠脂肪含量均較對(duì)照組減少(P<0.05)，但不同劑量組之間脂肪含量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。干預(yù)12周，不同劑量二甲雙胍組大鼠脂肪含量均較對(duì)照組減少(P<0.05)，二甲雙胍300 mg/(kg·d)組大鼠脂肪含量低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組和200 mg/(kg·d)組(P<0.01)，二甲雙胍300 mg/(kg·d)組和500 mg/(kg·d)組大鼠脂肪含量低于8周組(P<0.05)。見表3。

2.4不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間大鼠全身肌肉含量的變化

干預(yù)4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠肌肉含量與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。干預(yù)12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組大鼠肌肉含量均高于對(duì)照組(P<0.05)。見表4。

表1 不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間對(duì)大鼠骨密度的影響Table 1 Effects of different doses of metformin on bone mineral density in rats at different treatment

注：與對(duì)照組比較，*P<0.05，與干預(yù)4周比較，aP<0.05，與干預(yù)8周比較，bP<0.05。

表2 不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間對(duì)大鼠體質(zhì)量的影響Table 2 Effects of different doses of metformin on body mass of rats at different treatment duration

注：與對(duì)照組比較，*P<0.05，與二甲雙胍500 mg/kg/d干預(yù)組比較，γP<0.05。

表3 不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間對(duì)大鼠全身脂肪含量的影響Table 3 Effects of different doses of metformin on body fat content in rats at different treatment duration

注：與對(duì)照組比較，*P<0.05，與二甲雙胍300 mg/(kg·d)組比較，aP<0.05，與干預(yù)8周比較，bP<0.05。

表4 不同劑量二甲雙胍干預(yù)不同時(shí)間對(duì)大鼠全身肌肉含量的影響Table 4 Effects of different doses of metformin on muscle content in rats at different treatment duration

注：與對(duì)照組比較，*P<0.05，與干預(yù)12周比較，aP<0.05。

3 討論

骨質(zhì)疏松的主要特征是骨礦物質(zhì)含量下降，骨結(jié)構(gòu)破壞，骨強(qiáng)度降低和易發(fā)生骨折。近年來發(fā)現(xiàn)，作為降糖藥的二甲雙胍可能對(duì)骨代謝產(chǎn)生影響。臨床研究顯示二甲雙胍能提高2型糖尿病患者的骨密度[1-2]。另有研究顯示2型糖尿病患者使用二甲雙胍治療18個(gè)月后，二甲雙胍組與安慰劑組的脊柱與髖關(guān)節(jié)骨密度均下降，二甲雙胍并無增加骨密度的作用[3]。至今為止，二甲雙胍對(duì)骨密度的影響尚未明確。

本研究用二甲雙胍干預(yù)SD大鼠，第4周時(shí)不同劑量二甲雙胍組大鼠全身骨密度與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；第8周和第12周時(shí)，不同劑量二甲雙胍組大鼠全身骨密度均較對(duì)照組增加，并且干預(yù)8周時(shí)不同劑量二甲雙胍組骨密度均較干預(yù)4周組增加，說明隨干預(yù)時(shí)間延長(zhǎng)，二甲雙胍能夠提高SD大鼠的骨密度。研究發(fā)現(xiàn)，代謝綜合征大鼠使用二甲雙胍治療后，能阻止骨小梁成骨細(xì)胞丟失和胞外基質(zhì)礦化的減少[4]。同時(shí)，二甲雙胍對(duì)骨密度的影響與劑量有關(guān)。我們的研究發(fā)現(xiàn)，干預(yù)12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組的骨密度高于干預(yù)8周組，提示隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，二甲雙胍200 mg/(kg·d)和300 mg/(kg·d)這兩個(gè)劑量增加骨密度的作用更明顯。有研究發(fā)現(xiàn)用甲強(qiáng)龍聯(lián)合二甲雙胍[200 mg/(kg·d)]干預(yù)大鼠9個(gè)月，二甲雙胍可抑制骨吸收、促進(jìn)骨形成，阻止糖皮質(zhì)激素導(dǎo)致的骨質(zhì)流失[5]。二甲雙胍治療組(0.5 g/次，3次/d)較對(duì)照組(0.5 g/次，2次/d)更能改善老年男性2型糖尿病患者骨密度[6]。用二甲雙胍治療2型糖尿病患者3個(gè)月后，腰椎和股骨頸的密度明顯增加，其中二甲雙胍高劑量組(0.5 g/次，每日4次)和中劑量組(0.5 g/次，每日3次)的骨密度均高于低劑量組(0.5 g/次，每日2次)，但二甲雙胍高劑量組與中劑量組骨密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[1]。本研究結(jié)果也提示，繼續(xù)增加二甲雙胍劑量至500 mg/(kg·d)并沒有進(jìn)一步提高SD大鼠的骨密度。

關(guān)于糖尿病預(yù)防的項(xiàng)目顯示，二甲雙胍預(yù)防糖尿病的發(fā)生中，減重占據(jù)了64%的獲益效果[7]。二甲雙胍對(duì)超重和肥胖的糖尿病風(fēng)險(xiǎn)個(gè)體有適度的減肥作用[8]。肌肉更有利于提高骨密度[9]。細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過AMPK依賴途徑和非AMPK依賴途徑抑制脂肪生成，有利于骨生成[10]。臨床研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍能降低肥胖2型糖尿病患者體重，體質(zhì)指數(shù)越高，二甲雙胍降體重的效果越明顯[11]。我們的研究提示，干預(yù)4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠體重與對(duì)照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。干預(yù)12周，不同劑量二甲雙胍組的體重均低于對(duì)照組(P<0.01)，二甲雙胍500 mg/(kg·d)組大鼠體重低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組和200 mg/(kg·d)組(P<0.01)，提示隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，二甲雙胍可降低大鼠的體重，劑量越大，作用越明顯。這可能與二甲雙胍能抑制食欲，增加飽腹感，減少攝食有關(guān)[12]。同時(shí)二甲雙胍對(duì)大鼠的脂肪也產(chǎn)生影響。干預(yù)8周和12周，不同劑量二甲雙胍組的大鼠全身脂肪含量均低于對(duì)照組(P<0.05)，說明隨著干預(yù)時(shí)間延長(zhǎng)，二甲雙胍能夠抑制脂肪生成。二甲雙胍300 mg/(kg·d)組大鼠脂肪含量低于二甲雙胍100 mg/(kg·d)組(P<0.05)與二甲雙胍200 mg/(kg·d)組(P<0.05)，提示二甲雙胍300 mg/(kg·d)劑量作用更明顯。有研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍通過對(duì)神經(jīng)食欲通路和外周脂肪代謝的多級(jí)作用，促進(jìn)體重減輕[8]。我們的研究還發(fā)現(xiàn)，干預(yù)4周、8周，不同劑量二甲雙胍組大鼠全身肌肉含量與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。干預(yù)12周，二甲雙胍200 mg/(kg·d)組和300 mg/(kg·d)組大鼠肌肉含量均高于對(duì)照組(P<0.05)。提示隨著干預(yù)時(shí)間延長(zhǎng)，200 mg/(kg·d)與300 mg/(kg·d)二甲雙胍可增加SD大鼠全身肌肉含量。這與200 mg/(kg·d)二甲雙胍及300 mg/(kg·d)二甲雙胍能增加大鼠全身的骨密度是一致的。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肌肉含量的變化與骨密度存在相關(guān)性，這與我們的研究結(jié)果一致[13]。

綜上所述，二甲雙胍可增加SD大鼠的骨密度，減少SD大鼠體重和脂肪含量，增加肌肉含量，其作用程度與不同干預(yù)時(shí)間及不同干預(yù)劑量有關(guān)。二甲雙胍未來有可能成為治療骨質(zhì)疏松的新藥。