低密度脂蛋白在2型糖尿病骨質(zhì)疏松中的作用研究進(jìn)展

彭婭萍 戴麗芬 劉騰雁

昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，云南 昆明 650106

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生活方式的改變以及人口老齡化的出現(xiàn)，代謝性相關(guān)疾病已成為威脅人類健康、增加社會(huì)衛(wèi)生負(fù)擔(dān)的主要問題。糖尿病(diabetes mellitus，DM)是威脅人類健康最主要的代謝性相關(guān)疾病。近年來我國(guó)糖尿病患病率呈逐年上升趨勢(shì)。以WHO 糖尿病專家委員會(huì)1999提出的診斷標(biāo)準(zhǔn)為參考，2002年我國(guó)18歲及以上的人群中，城市人口的糖尿病患病率為4.5%，農(nóng)村人口的患病率為1.8%。2007-2008年我國(guó)20歲及以上人群的糖尿病患病率為 9.7%。2015-2017年我國(guó)18歲及以上人群的糖尿病患病率為11.2%[1]。

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者因高糖毒性、晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)增多、胰島素的相對(duì)或絕對(duì)缺乏、低鈣血癥、微血管病變、血脂代謝異常等因素增加了患骨質(zhì)疏松的風(fēng)險(xiǎn)。糖尿病性骨質(zhì)疏松(diabetic osteoporosis，DOP)是指在糖尿病的基礎(chǔ)上發(fā)生的一種慢性并發(fā)癥，其主要特征為骨量降低、骨骼微結(jié)構(gòu)破壞、骨脆性增加以及骨折風(fēng)險(xiǎn)增加[2]。一項(xiàng)薈萃分析顯示中國(guó)大陸T2DM患者骨質(zhì)疏松的患病率為37.8%[3]。另外，一項(xiàng)針對(duì)我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)3 331例T2DM患者的隊(duì)列研究顯示，在13.6年的中位隨訪期內(nèi)，有792例發(fā)展為骨質(zhì)疏松癥，是不伴T2DM患者的1.37倍[4]。近年來有研究顯示血脂可通過多種方式影響骨密度[5-7]。本文擬從低密度脂蛋白對(duì)T2DM骨密度的影響研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 T2DM在骨質(zhì)疏松中的作用

T2DM主要通過以下幾個(gè)方面影響骨代謝：(1)糖尿病患者高糖狀態(tài)可直接刺激非典型的Wnt途徑以及上調(diào)過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator activated receptor gamma，PPARγ)的表達(dá)，作用于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)抑制成骨分化[8]。高糖狀態(tài)會(huì)加速AGEs的產(chǎn)生，AGEs與相關(guān)受體結(jié)合，產(chǎn)生大量骨代謝的負(fù)調(diào)控因子，如IL-6、脂聯(lián)素、硬化素等，同時(shí)增加核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-Kappa B，RANK)的表達(dá)從而促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成，增強(qiáng)破骨細(xì)胞的功能[8-11]。同時(shí)AGEs在骨組織積聚時(shí)與骨小梁和皮質(zhì)骨中的膠原纖維交聯(lián)，改變骨膠原原有的物理性質(zhì)，使膠原蛋白合成減少，降解增多，致骨脆性增加[9,11]。(2)T2DM患者因胰島素的相對(duì)或絕對(duì)缺乏，導(dǎo)致三大物質(zhì)代謝紊亂，機(jī)體處于負(fù)氮平衡狀態(tài)使骨膠原蛋白代償性的分解增加，影響骨代謝[12]。同時(shí)胰島素的缺乏可通過降低對(duì)腺苷酸環(huán)化酶及對(duì)破骨細(xì)胞的抑制，使骨吸收加速[12]。其次通過下調(diào)腎臟1-α羥化酶的活性，影響活性維生素D的生成，減少胃腸道對(duì)鈣的吸收及腎小管對(duì)鈣的重吸收，減弱骨重建作用[13]。(3)糖尿病高滲狀態(tài)引起的滲透性利尿及糖尿病引起的腎功能不全，導(dǎo)致鈣排泄增加，血鈣濃度降低。血鈣濃度的降低可導(dǎo)致繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)，甲狀旁腺激素分泌增多，從而使骨鈣動(dòng)員，骨質(zhì)脫鈣，影響骨代謝[14]。(4)T2DM患者發(fā)生微血管病變時(shí)，可導(dǎo)致骨組織供血不足、營(yíng)養(yǎng)障礙等，從而影響骨代謝[15]。(5)T2DM患者異常的脂代謝可通過抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化、促進(jìn)破骨細(xì)胞功能增加患骨質(zhì)疏松的風(fēng)險(xiǎn)[16]。

2 T2DM對(duì)脂質(zhì)代謝的影響

T2DM是胰島素抵抗(insulin resistance，IR)及胰島素分泌不足所致的一組以慢性高血糖為特征的代謝性疾病。糖尿病患者常伴有脂質(zhì)代謝異常，其特征是高密度脂蛋白(HDL)降低，甘油三酯(TG)及低密度脂蛋白(LDL)升高。而IR及胰島素分泌不足是脂質(zhì)代謝紊亂的主要原因[17]。主要機(jī)制包括：①FOXO1是胰島素-PI3K-AKt信號(hào)傳導(dǎo)途徑重要的下游分子，IR的糖尿病患者中存在AKT1失活及FOXO1激活，其可上調(diào)ApoC-Ⅲ的表達(dá)[18]，ApoC-Ⅲ可抑制脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase，LPL)介導(dǎo)的脂解作用[19]。②ApoB100是LDL合成的載脂蛋白，而胰島素抵抗可誘導(dǎo)肝HMG-COA還原酶的合成，從而促進(jìn)膽固醇的生成，后者可刺激機(jī)體合成ApoB100、ApoB48等載脂蛋白[20]，胰島素可能通過P-I-3激酶相關(guān)途徑及處理肝細(xì)胞中高水平的氧化應(yīng)激等方式，靶向降解ApoB100[21]，故IR個(gè)體常伴有ApoB100濃度的升高，從而增加LDL的合成。③低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)通過與LDL結(jié)合，從而調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)平衡的作用。LDLR啟動(dòng)區(qū)由3個(gè)相連的重復(fù)序列組成，其中序列2為膽固醇調(diào)節(jié)元件1(SRE-1)，通過與膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBPs)結(jié)合，從而促進(jìn)SP與重復(fù)序列3上SP1結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合，從而發(fā)揮其作用[22]。胰島素可通過SREBP介導(dǎo)的LDLR啟動(dòng)子的激活，上調(diào)LDLR mRNA表達(dá)。從而可推斷IR個(gè)體可能存在LDLR表達(dá)水平下調(diào)，從而減少機(jī)體LDL的降解[23-24]。④Flotillin-1可上調(diào)syndecan-1作用，syndecan-1屬于粘附分子整聯(lián)蛋白跨膜硫酸蛋白多糖家族成員，其介導(dǎo)了脂蛋白的分解代謝。有研究顯示肥胖、糖尿病小鼠的肝臟與非糖尿病小鼠相比Flotillin-1 mRNA和蛋白減少60%～70%，同時(shí)解除糖尿病動(dòng)物體內(nèi)Flotillin-1缺失可以改善肝臟對(duì)apoB48和apoB100殘余脂蛋白的清除[25]。胡永亮等[26]研究顯示胰島素可上調(diào)syndecan-1的表達(dá)。由此可推斷IR個(gè)體可通過下調(diào)Flotillin-1 mRNA及syndecan-1的表達(dá)促進(jìn)脂代謝紊亂。綜上所述，糖尿病患者因IR等原因常伴隨著脂質(zhì)代謝的異常。同時(shí)脂質(zhì)代謝異常又會(huì)加劇糖尿病患者的病情進(jìn)展[27-29]。一項(xiàng)針對(duì)中國(guó)4577名非糖尿病者的隊(duì)列研究顯示，隨訪3年后，基線血脂異常者發(fā)展為糖尿病前期的風(fēng)險(xiǎn)是血脂正常者的2.29倍，患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)是血脂正常者的3.52倍[30]。T2DM患者的糖脂代謝相互作用相互影響，最終導(dǎo)致一系列并發(fā)癥及臨床癥狀。

3 LDL在T2DM骨質(zhì)疏松中的作用

T2DM常伴有血脂代謝紊亂的發(fā)生，近年來血脂與骨密度之間的關(guān)系已成為新的研究熱點(diǎn)[31]。一項(xiàng)針對(duì)中國(guó)糖尿病人群的多因素回歸分析顯示，LDL與男性T2DM患者腰椎、股骨頸骨密度成負(fù)相關(guān)，與女性T2DM患者腰椎骨密度成負(fù)相關(guān)[32]。而T2DM血脂紊亂常表現(xiàn)為高LDL，由此可推斷高LDL可能是導(dǎo)致T2DM骨質(zhì)疏松的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。其可能的作用機(jī)制有：

3.1 通過抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化調(diào)節(jié)骨量

BMSCs是脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞的共同祖細(xì)胞。LDL可通過Runx2因子、Wnt/β-catenin信號(hào)通路、PPARγ等信號(hào)通路影響B(tài)MSCs成骨與成脂分化之間的平衡。

3.1.1通過TAZ-Runx2因子調(diào)節(jié)骨量：TAZ是帶有PDZ結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄共激活因子，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的分化、增值和發(fā)育。核心結(jié)合因子(Runx2)是調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化的重要轉(zhuǎn)錄因子。TAZ與Runx2相互作用，并通過Runx2介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄來促進(jìn)BMSC成骨細(xì)胞分化，抑制破骨細(xì)胞分化。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示，高LDL及高糖可下調(diào)Runx2和TAZ的表達(dá)。從而減弱其促進(jìn)BMSC向成骨分化的作用，同時(shí)減弱對(duì)破骨細(xì)胞分化抑制的作用[33-34]，但其具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究證明。

3.1.2通過Wnt/β-catenin信號(hào)通路調(diào)節(jié)骨量：Wnt/β-catenin信號(hào)通路在骨代謝中發(fā)揮著重要的作用，Wnt蛋白通過經(jīng)典與非經(jīng)典途徑與卷曲蛋白(Frizzled)、LRP5/6結(jié)合并激活啟動(dòng)下游信號(hào)，使GSK-3β磷酸化并破壞其穩(wěn)定性，抑制β-catenin磷酸化并促進(jìn)其穩(wěn)定，并使其定位至細(xì)胞核上，從而激活Wnt靶基因的表達(dá)[35-36]。有研究顯示[37]LDL通過上調(diào)GSK-3β的表達(dá)，下調(diào)β-catenin的表達(dá)來抑制BMSCs的成骨分化，促進(jìn)成脂分化。倪菊花等[38]發(fā)現(xiàn)糖基化LDL可下調(diào)成骨細(xì)胞中低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5(low-density lipoprotein receptor-related protein 5，LRP5)的表達(dá)，上調(diào)DKK1 mRNA的表達(dá)。而LRP5 是Wnt的輔助受體，是Wnt觸發(fā)下游信號(hào)所必需的，LRP5與Dickkh3蛋白結(jié)合可抑制Wnt-LRP5-Fzz復(fù)合物的形成，從而抑制Wnt靶基因的表達(dá)[34,39]。DKK1可與LRP受體結(jié)合，或與Kremen蛋白受體結(jié)合后再與LRP5/6結(jié)合形成三聚體，誘導(dǎo)快速的細(xì)胞內(nèi)吞，減少細(xì)胞膜上LRP5/6，從而阻斷Wnt信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)傳遞[38]。CD36屬于B類清道夫受體，是識(shí)別天然內(nèi)源性分子的一類受體，其受體包括ox-LDL、晚期糖化終末產(chǎn)物。在ox-LDL處理的細(xì)胞中CD36的表達(dá)上調(diào)，有研究顯示ox-LDL以CD36依賴的方式干擾典型的Wnt信號(hào)通路，導(dǎo)致成骨細(xì)胞的抑制[40]，但具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3.1.3通過PPARγ轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)骨量：PPARγ是配體誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子核受體家族的成員。PPARγ的表達(dá)是由CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBP)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員直接誘導(dǎo)的，PPARγ的表達(dá)刺激了C/EBP的表達(dá)，其又進(jìn)一步促進(jìn)PPARγ的產(chǎn)生，形成一個(gè)穩(wěn)定的自我強(qiáng)化的調(diào)節(jié)環(huán)[41]。PPARγ與C/EPBα可誘導(dǎo)脂肪相關(guān)基因的表達(dá)[42]。大量研究表明PPARγ轉(zhuǎn)錄因子可刺激BMSCs成脂分化，抑制成骨分化，同時(shí)可促進(jìn)破骨細(xì)胞的骨吸收[43-44]。同時(shí)PPARγ可通過刺激蛋白酶體降解β-catenin來抑制Wnt信號(hào)，這可能是PPARγ促進(jìn)前體細(xì)胞成脂分化機(jī)制之一[41-45]。而ox-LDL是PPARγ的天然配體，與之結(jié)合啟動(dòng)PPARγ調(diào)節(jié)骨量的作用[46]。

3.2 通過促進(jìn)破骨細(xì)胞形成調(diào)節(jié)骨量

成骨細(xì)胞參與的骨形成和破骨細(xì)胞參與的骨吸收之間的動(dòng)態(tài)平衡是維持正常骨代謝的基礎(chǔ)。當(dāng)骨吸收超過骨形成，將導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的形成。LDL可通過RANK/RNAKL/OPG信號(hào)通路及炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞，從而影響骨代謝。

3.2.1通過RANK/RNAKL/OPG信號(hào)通路調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞：成骨前體細(xì)胞表面表達(dá)的核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-Kappa B ligand，RANKL)與RANK相結(jié)合介導(dǎo)破骨細(xì)胞的形成。骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)由成骨細(xì)胞分泌與RANKL結(jié)合可阻斷上述作用。有研究顯示LDL與脂聯(lián)素呈正相關(guān)，而脂聯(lián)素可直接誘導(dǎo)骨細(xì)胞增殖分化，刺激RANKL抑制OPG生成[47-48]。亦有研究顯示ox-LDL可直接誘導(dǎo)破骨前細(xì)胞向RANKL依賴的破骨細(xì)胞分化[49]。破骨細(xì)胞樣細(xì)胞(osteoclast-like cell，OCL)的細(xì)胞-細(xì)胞融合與磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)依賴的LDL的攝取高度相關(guān)。LDL通過RANKL/RANK信號(hào)途徑上調(diào)Abcg1mRNA表達(dá)，增加細(xì)胞表面的磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)的分布，Abcg1是OCL通過PE動(dòng)力學(xué)與細(xì)胞表面融合所必需的。從而促進(jìn)OCL細(xì)胞-細(xì)胞融合，增加破骨細(xì)胞的數(shù)量，從而增加骨質(zhì)疏松的風(fēng)險(xiǎn)[50]。

3.2.2通過炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞：氧化型的低密度脂蛋白在微血管中的聚集促進(jìn)炎癥因子的釋放，進(jìn)而引發(fā)骨骼微環(huán)境的變化，最終導(dǎo)致成骨障礙。1-磷酸鞘氨醇(sphingosine 1-phosphate，S1P)是一種具有生物活性的信號(hào)分子，S1P與骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥、心血管疾病、惡性腫瘤、糖尿病等多種疾病相關(guān)[51-52]。有研究顯示在2型糖尿病伴高脂血癥的人群中S1P表達(dá)升高，血漿S1P濃度與低密度脂蛋白呈正相關(guān)，甘油三酯、膽固醇、低密度脂蛋白的增加可能控制了S1P的產(chǎn)生[53]，但其機(jī)制有待進(jìn)一步研究。S1P可刺激TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)和IL-6的基因表達(dá)，炎癥細(xì)胞因子TNF-α和IL-6直接或間接調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞生成。更重要的是，S1P可以動(dòng)員破骨細(xì)胞前體進(jìn)入骨髓腔，導(dǎo)致骨吸收增強(qiáng)，血漿CTX和S1P水平呈正相關(guān)，表明LDL通過上調(diào)S1P的表達(dá)，促進(jìn)骨質(zhì)疏松的發(fā)生[34]。

綜上所述，T2DM患者LDL的異常升高可能是骨質(zhì)疏松的危險(xiǎn)因素。LDL對(duì)T2DM骨質(zhì)疏松的影響涵蓋了骨形成及骨吸收兩個(gè)主要方面(圖1)，其影響面較廣，相關(guān)臨床指標(biāo)也更易獲得，故監(jiān)測(cè)并控制血脂情況是骨質(zhì)疏松防治的必要舉措。但其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣，仍需更多的研究去探索，從而為預(yù)防和治療DOP提供依據(jù)。