謝保城 徐永祥 胡潤凱 陳占玲 丁少波

(南方醫(yī)科大學(xué)附屬東莞醫(yī)院 1藥學(xué)部，廣東 東莞 523000；2內(nèi)分泌科)

目前，隨著生活水平的改善，高脂肪飲食攝入增多，導(dǎo)致糖尿病的發(fā)病率持續(xù)上升，高血糖及其所致的各種并發(fā)癥嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。糖尿病基礎(chǔ)上合并骨骼系統(tǒng)損害的全身代謝性骨病稱為糖尿病性骨質(zhì)疏松，是糖尿病導(dǎo)致的嚴(yán)重并發(fā)癥之一〔1〕。糖尿病患者易發(fā)生骨礦含量減少、骨密度降低的情況，但由于早期臨床癥狀不明顯而易被忽略。骨質(zhì)疏松已成為糖尿病患者致骨折、致殘的重要原因〔2〕。胰高血糖素樣肽(GLP)-1受體激動劑因其獨特的作用優(yōu)勢，在降糖及減重領(lǐng)域的市場份額越來越大。自2005年艾塞那肽被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)上市以來，多種 GLP-1 受體激動劑都陸續(xù)上市。研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1及其類似物通過結(jié)合GLP-1受體(GLP-1R)以發(fā)揮降血糖作用〔3〕。近年來有臨床研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1受體激動劑及其類似物可以顯著改善糖尿病患者的骨代謝，促進成骨分化，發(fā)揮抗糖尿病性骨質(zhì)疏松作用，且細(xì)胞水平和動物實驗進一步發(fā)現(xiàn)，GLP-1受體激動劑及其類似物對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松、糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松和老年性骨質(zhì)疏松均具有較好的抗骨質(zhì)疏松作用〔4,5〕。但不同的GLP-1受體激動劑及其類似物可能有著不同的分子作用機制。本研究對GLP-1受體激動劑及其類似物減緩骨質(zhì)疏松作用的研究進展進行綜述。

1 GLP-1受體激動劑及其類似物的生物學(xué)功能

GLP-1是一種由小腸L細(xì)胞分泌的內(nèi)源性腸促胰島素激素。內(nèi)源性的GLP-1存在 2 種主要活性形式，分別為 GLP-1(7-36)酰胺和 GLP-1(7-37)。與傳統(tǒng)治療糖尿病藥物相比，GLP-1可作用于胰島α及β細(xì)胞來發(fā)揮降血糖、調(diào)節(jié)體內(nèi)葡萄糖穩(wěn)態(tài)的作用。其作用主要包括：促進胰島素相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，刺激胰島素的合成與分泌；促進胰島β細(xì)胞的增殖和新生；抑制胰島β細(xì)胞的凋亡；抑制胰高血糖素的分泌。同時可以促進肝臟、骨骼肌和脂肪組織的合成代謝，舒張血管、降低血壓，抑制胃腸道蠕動和胃液分泌、延遲胃排空等作用。GLP-1通過結(jié)合GLP-1R以發(fā)揮其生物學(xué)作用。GLP-1R屬于7次跨膜G蛋白耦聯(lián)受體B家族中的胰高血糖素受體亞家族，廣泛分布于胰腺、腦及骨等組織和器官〔6〕。在臨床實踐中，GLP-1受體激動劑能夠模擬GLP-1的生物學(xué)活性和功能，被廣泛用于糖尿病患者的治療。目前，已上市GLP-1 激動劑藥物主要有利拉魯肽(liraglutide)、艾塞那肽、阿必魯肽、杜拉魯肽和索馬魯肽等〔7〕。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1 受體激動劑不僅可以促進胰島素分泌、控制血糖，還可通過多種途徑影響機體骨代謝，起到預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松的作用。

2 GLP-1受體激動劑及其類似物對骨質(zhì)疏松的作用

2.1GLP-1受體激動劑及其類似物對糖尿病性骨質(zhì)疏松的作用 糖尿病合并骨質(zhì)疏松是臨床常見的糖尿病并發(fā)癥，屬于繼發(fā)性骨質(zhì)疏松。糖尿病性骨質(zhì)疏松的發(fā)生發(fā)展機制復(fù)雜，主要是：(1)高血糖狀態(tài)，糖尿病性骨質(zhì)疏松患者過多的葡萄糖會經(jīng)尿液中排出，引起滲透性利尿，導(dǎo)致機體內(nèi)鈣、磷排除增加，血液中鈣濃度降低，會激活破骨細(xì)胞活性和增殖，骨吸收增強，骨量減少。同時機體長期高血糖狀態(tài)會抑制成骨細(xì)胞的增殖分化，促進破骨細(xì)胞分化，破骨細(xì)胞分化增多，可能是糖尿病性骨質(zhì)疏松的主要發(fā)病機制〔1〕；(2)胰島素缺乏，機體胰島素可促進合成代謝、維持血糖濃度穩(wěn)態(tài)的作用。胰島素的缺乏或者敏感性下降會影響到成骨細(xì)胞活性改變，骨吸收及骨形成的平衡破壞，骨吸收大于骨形成，最終導(dǎo)致骨密度下降，形成骨質(zhì)疏松。(3)晚期糖基化終末代謝產(chǎn)物(AEGs)大量生成，會誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子等炎性介質(zhì)增加，增加破骨細(xì)胞活性；同時，AGEs不斷蓄積會使骨基質(zhì)中的Ⅰ型膠原變硬，增加骨脆性，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松〔1,8〕。(4)不同種類的降糖藥，有證據(jù)表明，降糖藥物對骨代謝的影響較大，患者服用噻唑烷二酮類(TZD)類降糖藥物后，骨折發(fā)生率反而升高。目前，臨床上治療主要以限制患者的飲食，控制血糖，加強日常鍛煉，補充鈣劑及維生素，使用骨形成促進劑和骨丟失抑制劑等綜合治療。已有研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1受體激動劑其類似物具有緩解糖尿病性骨質(zhì)疏松的作用〔9〕。Yamada等〔10〕通過建立GLP-1受體基因敲除GLP-1R(-/-)小鼠模型，研究GLP-1在骨代謝調(diào)節(jié)中的作用。研究結(jié)果與對照組相比，GLP-1R(-/-)模型組小鼠皮質(zhì)骨骨密度下降、骨脆性增加、破骨細(xì)胞數(shù)量和骨吸收活性增加。同時發(fā)現(xiàn)GLP-1R(-/-)模型組小鼠骨吸收指標(biāo)尿脫氧吡啶啉升高和降鈣素mRNA轉(zhuǎn)錄水平降低。表明GLP-1受體與骨質(zhì)疏松密切相關(guān)。Cheng等〔11〕，評估GLP-1受體激動劑與T2DM患者骨折風(fēng)險之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與安慰劑和其他抗糖尿病藥相比，GLP-1受體激動劑利拉魯肽和利西拉來肽與骨折風(fēng)險降低有關(guān)，其有益效果取決于治療的持續(xù)時間。Zhang等〔12〕，分析GLP-1受體激動劑對2型糖尿病患者骨折風(fēng)險的影響。薈萃分析表明，與使用安慰劑或其他抗高血糖藥的2型糖尿病患者相比，GLP-1受體激動劑與降低的骨折風(fēng)險相關(guān)，并且艾塞那肽在治療2型糖尿病所致骨折的風(fēng)險最低。王春雷等〔13〕研究GLP-1對糖尿病大鼠模型骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)成骨分化能力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)BMSCs中存在GLP-1受體，并且GLP-1可促進糖尿病大鼠模型中BMSCs向成骨細(xì)胞分化并調(diào)節(jié)Wnt通路部分基因的表達及骨保護素/核因子(NF)-κB受體活化因子配體/NF-κB受體活化因子(OPG/RANK/RANKL軸的動態(tài)平衡。Zhang等〔14〕進一步研究利拉魯肽和維達立汀對骨代謝的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利拉魯肽能顯著降低小鼠的AEGs和甲狀旁腺激素(PTH)，提示利拉魯肽可改善骨代謝，起到緩解骨質(zhì)疏松作用。

2.2GLP-1受體激動劑及其類似物對絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松作用 絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松主要絕經(jīng)期后婦女由于雌激素缺乏，導(dǎo)致骨量減少及骨微結(jié)構(gòu)退化，使骨脆性增加，易于骨折的一種全身性骨骼疾病。近年來發(fā)現(xiàn)，GLP-1受體激動劑在治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松方面效果顯著。Lu等〔15〕研究GLP-1受體激動劑利拉魯肽對卵巢切除(OVX)誘導(dǎo)絕經(jīng)期后骨質(zhì)疏松大鼠的骨密度的影響和對BMSCs的成脂和成骨分化的影響。結(jié)果顯示，利拉魯肽可改善OVX大鼠股骨骨小梁體積、厚度和數(shù)目、增加骨密度、減少骨小梁間距。同時利拉魯肽可以增加Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(Runx)2和Ⅰ型膠原蛋白表達。結(jié)果表明抗糖尿病藥物利拉魯肽對OVX誘導(dǎo)絕經(jīng)期后骨質(zhì)疏松大鼠具有骨保護作用。同時Ma等〔4〕研究艾塞那肽對OVX誘導(dǎo)的絕經(jīng)期大鼠骨質(zhì)疏松的影響。艾塞那肽給藥16 w后，顯著增強骨強度，防止骨小梁微結(jié)構(gòu)的惡化，同時提高血清堿性磷酸酶(ALP)、骨鈣素(OC)表達水平。綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1受體激動劑對OVX大鼠具有抗骨質(zhì)疏松作用，提示GLP-1受體激動劑是治療老年絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的潛在候選藥物。

2.3GLP-1受體激動劑及其類似物對老年性骨質(zhì)疏松的作用 老年骨質(zhì)疏松是原發(fā)性骨質(zhì)疏松，其特點是骨微觀結(jié)構(gòu)改變、骨密度降低、骨強度下降。老年骨質(zhì)疏松已成為老年婦女和男性的一個重要公共衛(wèi)生問題，因為它會導(dǎo)致骨折、殘疾和較高的社會經(jīng)濟成本。Zhang等〔16〕采用衰老的成骨細(xì)胞模型評估了艾塞那肽4的抗骨質(zhì)疏松作用。艾塞那肽4是一種強效GLP-1受體激動劑。研究結(jié)果表明，GLP-1受體激動劑艾塞那肽4上調(diào)骨代謝基因(OPG、RANKL、BGP)表達，下調(diào)衰老相關(guān)基因(p16、p21、p53)表達，可能激活I(lǐng)GF-1/磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號通路，促進衰老成骨細(xì)胞增殖，從而預(yù)防老年骨質(zhì)疏松。王寧等〔17〕進一步研究艾塞那肽對老齡大鼠骨質(zhì)疏松的防治作用。研究結(jié)果顯示，艾塞那肽可以顯著增加老齡大鼠骨密度、骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁數(shù)目、骨小梁厚度、堿性磷酸酶、骨鈣素等骨質(zhì)疏松相關(guān)指標(biāo)，說明艾塞那肽對老齡大鼠骨質(zhì)疏松具有明顯的防治作用。

2.4GLP-1受體激動劑及其類似物對糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松的作用 糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松(GIOP)主要是患者在使用糖皮質(zhì)激素治療疾病過程中引起的骨量快速丟失，以骨量減少、骨微結(jié)構(gòu)破壞、骨強度下降為特征的一種疾病〔18,19〕。糖皮質(zhì)激素過量會導(dǎo)致骨脆性增強，是患者發(fā)生骨折的高風(fēng)險因素。GIOP 在各種骨質(zhì)疏松中發(fā)生率較高且多數(shù)患者不易發(fā)現(xiàn)，癥狀隱匿?；颊唛L期使用糖皮質(zhì)激素治療會導(dǎo)致骨骼礦物質(zhì)密度下降并引發(fā)骨折的風(fēng)險，高危人群應(yīng)盡早開始骨保護治療〔20,21〕。研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1受體激動劑及其類似物梔子苷可通過激活 GLP-1受體緩解地塞米松所致成骨分化的抑制，增強成骨分化的活性發(fā)揮抗GIOP作用〔22〕。提示GIOP與胰島素分泌和 GLP-1受體之間有著密切關(guān)系。隨后 Yang等〔5〕研究利用利拉魯肽對糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松大鼠模型中骨代謝標(biāo)志物的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利拉魯肽治療后，骨密度、骨微結(jié)構(gòu)和骨生物力學(xué)指標(biāo)均得到明顯改善。提示GLP-1受體激動劑及其類似物具有抗GIOP作用。

3 GLP-1受體激動劑其類似物減緩骨質(zhì)疏松的相關(guān)機制

3.1GLP-1受體/絲分裂原活化的蛋白激酶(MAPK)信號通路 有MAPK屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶，主要包括細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2，c-Jun氨基末端激酶/應(yīng)激活化蛋白激酶(JNK/SAPK)，p38 MAPK和ERK5，主要通過級聯(lián)效應(yīng)將信號從表面受體傳導(dǎo)至細(xì)胞核內(nèi)部，ERK1/2磷酸化激活會由胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核內(nèi)，進而介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子ETS樣蛋白(ELK)-1、激活蛋白(Ap)-1、原癌基因蛋白(c-fos)和c-Jun等轉(zhuǎn)錄活化，參與細(xì)胞增殖與分化、細(xì)胞骨架的構(gòu)建、細(xì)胞凋亡等多種生物學(xué)反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，ERK MAPK信號通路在骨質(zhì)疏松方面發(fā)揮著重要的作用。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，ERK抑制劑U0126和GLP-1受體拮抗藥艾塞那肽9-39能抑制梔子苷誘導(dǎo)的 ERK的活化并抑制了梔子苷對糖皮質(zhì)激素所致成骨分化抑制的作用，表明GLP-1受體激動劑及其類似物梔子苷可以通過GLP-1受體激活ERK MAPK信號發(fā)揮抗GIOP作用〔22〕。Feng等〔23〕研究GLP-1受體激動劑艾塞那肽對小鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E1細(xì)胞增殖，分化和礦化的影響，表明艾塞那肽增加ALP、膠原蛋白Ⅰ、OC和Runx2表達，進一步研究發(fā)現(xiàn)艾塞那肽上調(diào)ERK1/2，p38和JNK的磷酸化，使用選擇性MAPK抑制劑，PD98059，SB203580，SP600125可以阻斷艾塞那肽對ERK1/2，p38和JNK MAPK信號通路的激活及細(xì)胞增殖和分化。提示艾塞那肽可能通過激活MAPK途徑促進成骨細(xì)胞MC3T3-E1的增殖和分化。

3.2GLP-1受體/PI3K/Akt信號通路 PI3K-AKt信號通路調(diào)控各種不同細(xì)胞功能包括細(xì)胞代謝、生長、增殖、存活、轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)合成的各個方面。Wu等〔24〕研究發(fā)現(xiàn)MC3T3-E1中存在GLP-1R，并證明利拉魯肽可促進成骨細(xì)胞增殖，在各個階段上調(diào)成骨細(xì)胞生物標(biāo)志物的表達并刺激成骨細(xì)胞礦化。研究發(fā)現(xiàn)利拉魯肽提高細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cAMP)水平和Akt磷酸化，用PI3Kα/δ/β的抑制劑LY294002和沉默GLP-1受體處理細(xì)胞可部分阻斷利拉魯肽誘導(dǎo)的信號激活，并減弱利拉魯肽對MC3T3-E1細(xì)胞的促進作用。利拉魯肽能夠通過GLP-1受體激活PI3K/Akt，cAMP/PKA作用于成骨細(xì)胞，促進成骨分化。

3.3Wnt/β-catenin通路 Wnt/β-catenin 信號通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、凋亡及組織的修復(fù)方面發(fā)揮重要作用，同時能夠促進間充質(zhì)干細(xì)胞及成骨細(xì)胞的增殖及分化，增加細(xì)胞的活性和促進成骨分化。Meng等〔25〕研究證明，GLP-1受體激動劑艾塞那肽通過激活GLP-1受體促進成骨分化，艾塞那肽通過調(diào)節(jié)PKA/β-catenin和PKA/PI3K/Akt/糖原合成酶激酶(GSK)-3β信號促進骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化。Wu等〔24〕研究發(fā)現(xiàn)，利拉魯肽會增加β-catenin水平并且增加核內(nèi)β-catenin含量和轉(zhuǎn)錄活性，進一步沉默β-catenin后可以部分阻斷利拉魯肽誘導(dǎo)的信號激活，并減弱利拉魯肽對MC3T3-E1細(xì)胞的促進作用。提示利拉魯肽能夠通過GLP-1受體激活β-catenin作用于成骨細(xì)胞，促進成骨分化。

3.4OPG/RANKL/RANK通路 RANKL是連RANK的一種分泌型破骨細(xì)胞形成抑制因子，二者結(jié)合后被激活，導(dǎo)致NF-κB 轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，促進破骨細(xì)胞成熟。研究表明，OPG與RANKL在破骨細(xì)胞發(fā)育的終末階段和維持機體骨代謝平衡發(fā)揮重要作用。OPG/RANKL/RANK通路在破骨細(xì)胞分化和調(diào)節(jié)骨代謝過程中的一個重要信號傳導(dǎo)通路〔26〕。Ma等〔4〕研究發(fā)現(xiàn)，艾塞那肽不僅抑制骨吸收增加OPG/RANKL比值，發(fā)揮抗老年OVX大鼠骨質(zhì)疏松作用。

4 小分子化合物調(diào)控GLP-1受體發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用

目前，已經(jīng)上市的GLP-1受體激動劑均為多肽類制劑，大分子蛋白，需要皮下注射，很大程度限制了其被廣泛應(yīng)用且患者依從性差，患者更愿意選擇口服藥物治療。因此，口服GLP-1受體激動劑已成為糖尿病新藥研究的熱點。其中，尋找到有效的小分子GLP-1受體激動劑具有巨大的應(yīng)用前景，和大分子GLP-1受體激動劑相比，小分子GLP-1受體激動劑分子量小，可以口服，避免皮下注射，而且服藥不受飲食和劑量的限制，將提高患者的用藥依從性。輝瑞開發(fā)的首個小分子GLP-1受體激動劑Danuglipron (PF-06882961)率先完成1期臨床試驗，結(jié)果表明Danuglipron能夠降低2型糖尿病患者的血糖水平，還能減輕糖尿病患者體重〔27〕。這可能成為替代注射制劑和其他口服制劑的新的治療選擇。本課題組初步的研究發(fā)現(xiàn)Danuglipron具有促進MC3T3-E1細(xì)胞成骨分化的作用。已發(fā)現(xiàn)的小分子GLP-1受體激動劑梔子苷可以通過介導(dǎo)MC3T3-E1細(xì)胞中的GLP-1R/ABCA1軸改善地塞米松誘導(dǎo)的大鼠骨小梁微結(jié)構(gòu)損傷和細(xì)胞分化抑制，降低地塞米松誘導(dǎo)的膽固醇積累，增強細(xì)胞分化〔28〕。同時也有研究發(fā)現(xiàn)一種基于喹喔啉的小分子化合物DMB可以激活GLP-1受體，并且研究采用OVX建立骨質(zhì)疏松小鼠模型，OVX 小鼠腹腔內(nèi)給予DMB， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)DMB 主要通過誘導(dǎo)骨形成來改善骨丟失，表明該小分子化合物可用于治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松〔29〕。提示小分子GLP-1受體激動劑在骨質(zhì)疏松治療中具有較好的應(yīng)用前景。

綜上，GLP-1受體激動劑及其類似物可能成為治療糖尿病性骨質(zhì)疏松藥物，同時GLP-1受體激動劑及其類似物在絕經(jīng)期后骨質(zhì)疏松和糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松等同樣具有良好的應(yīng)用前景。它能增加骨量、骨小梁和骨皮質(zhì)厚度、增強骨強度和影響骨膠原；可以通過影響骨細(xì)胞釋放的激素從而發(fā)揮其對骨代謝的調(diào)節(jié)作用；不同的GLP-1受體激動劑及其類似物可能有著不同的分子作用機制。但以上研究多為細(xì)胞實驗和動物實驗研究數(shù)據(jù)，缺乏臨床數(shù)據(jù)，今后尚需更大樣本和更長期的臨床研究來證實GLP-1受體激動劑及其類似物對骨代謝的影響并探討其確切機制。