馮 元 劉洪臣

二甲雙胍是一種降低血糖水平而不增加胰島素分泌的胰島素增敏型藥物[1]。其降糖機(jī)制主要是通過抑制葡萄糖生成與肝糖輸出，抑制腸道對(duì)葡萄糖的吸收，且可使體重減輕，抑制脂肪組織分解，改善胰島素抵抗[2]，增加周圍血糖攝取，同時(shí)改善胰島素分泌[2]。另外，英國(guó)前瞻性糖尿病研究(UKPDS)中發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可通過調(diào)節(jié)脂代謝，降低纖溶酶原激活物抑制劑 -1(plasminogenactivator inhibitor-1)的濃度和活性，減少血小板的聚集和黏附，增強(qiáng)血纖維蛋白溶酶原激活劑活性，內(nèi)皮功能失調(diào)，從而減少發(fā)生血栓的傾向，降低了患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

最近，二甲雙胍對(duì)由糖尿病引起的骨改建失衡的影響，引起了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。正常情況下，骨改建過程是由骨形成和骨吸收兩部分組成；成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞分別為骨形成和骨吸收過程中的重要功能細(xì)胞。在細(xì)胞因子調(diào)控下，兩者相互作用，使骨形成和骨吸收過程達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。而在病理情況下，如糖尿病患者，其自身骨代謝發(fā)生紊亂，致使骨形成與骨吸收過程之間失衡，造成病理性牙槽骨吸收，顱面部發(fā)育異常等。目前，糖尿病患者的口腔健康問題越來越受到重視，本綜述重點(diǎn)回顧近年來在二甲雙胍對(duì)骨改建中功能細(xì)胞作用及其可能參與的相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路的研究進(jìn)展，對(duì)其在口腔臨床中的相關(guān)性運(yùn)用作以展望。

1.對(duì)成骨細(xì)胞的生物學(xué)作用

1.1 對(duì)正常血糖水平下成骨細(xì)胞的影響

成骨細(xì)胞是骨改建中的重要功能細(xì)胞之一。其在骨改建過程中參與膠原I型蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)的合成及礦化過程[3]。同時(shí)，成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞間相互接觸，并通過分泌各種細(xì)胞因子，如白介素-6、NF-kB受體激活劑受體配體(RANKL)和前列腺素E2[4]，抑制破骨細(xì)胞分化，從而起到間接調(diào)節(jié)骨吸收的作用。

體外實(shí)驗(yàn)顯示，二甲雙胍在一定濃度下(200-1000μmol/L)呈劑量依賴性促進(jìn)成骨細(xì)胞生長(zhǎng),但作用微弱。濃度為400μmol/L時(shí),達(dá)到最大效應(yīng)在24h和48h的細(xì)胞增殖率為非加藥組的1.13倍和1.18倍[5];同時(shí)也證實(shí)二甲雙胍可作為一種相對(duì)微弱的促有絲分裂劑刺激成骨樣細(xì)胞UMR106和MC3T3-E1增殖，并呈劑量依賴性促進(jìn)I型膠原合成；培養(yǎng)MC3T3-E1細(xì)胞三周后，二甲雙胍可顯著誘導(dǎo)其礦化結(jié)節(jié)的形成；結(jié)果提示，在正常血糖水平下，二甲雙胍不僅可以刺激成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，而且還可促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的礦化[6]。另有研究顯示[7]，二甲雙胍可通過激活三磷酸腺苷活化蛋白酶(AMPK)，抑制成骨細(xì)胞分化過程中Runx2等關(guān)鍵基因的表達(dá)，從而影響成骨細(xì)胞的分化過程。結(jié)果提示，二甲雙胍可通過不同作用方式對(duì)成骨細(xì)胞的生物學(xué)活性及功能產(chǎn)生影響。最近研究報(bào)道[8]，在牙周炎模型中二甲雙胍可通過促進(jìn)成骨細(xì)胞的礦化能力，有效地提高牙周組織的骨愈合能力。

國(guó)內(nèi)研究人員報(bào)道，二甲雙胍還能夠顯著增加下頜骨成骨細(xì)胞的葡萄糖攝取率,攝取的水平隨著濃度的增加而增加。與此相應(yīng),二甲雙胍同時(shí)也顯著增強(qiáng)下頜骨成骨細(xì)胞的GLUT-1蛋白表達(dá)水平。GLUT-1蛋白表達(dá)水平與細(xì)胞的葡萄糖攝取率的一致,說明二甲雙胍對(duì)下頜骨成骨細(xì)胞的葡萄糖攝取率的影響,可能是通過調(diào)節(jié)GLUT-1蛋白的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的[9]。

1.2 對(duì)高糖環(huán)境下成骨細(xì)胞的影響

目前糖尿病病因尚不完全清楚。研究顯示，糖尿病的病理變化如微血管病變、免疫低下、膠原分解等因素，可使軟硬組織對(duì)局部致病因子的抵抗力下降，使種植體周圍骨量減少、骨密度降低[10-12]。

體外實(shí)驗(yàn)顯示，高糖環(huán)境下培養(yǎng)的成骨細(xì)胞骨鈣素分泌水平下降，鈣吸收延遲，堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)，活性水平下降明顯遲滯，礦化小結(jié)形態(tài)不規(guī)則和鈣沉積異常，提示高糖環(huán)境可延遲成骨細(xì)胞的分化和礦化[5]。已證明二甲雙胍除能有效的降低血糖，改善胰島素抵抗之外，還可減輕種植體周圍因?yàn)楦哐嵌l(fā)生的病理變化，增強(qiáng)種植體周圍骨愈合能力[5]。另有研究顯示，在高糖條件下，二甲雙胍可促進(jìn)成骨細(xì)胞的ALP活性，I型膠原基因表達(dá)，但抑制骨鈣素的分泌、鈣吸收、礦化小結(jié)的形成及鈣沉積，結(jié)果提示在高糖條件下，二甲雙胍也能促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化但抑制其礦化[10]。同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)二甲雙胍能有效抑制成骨細(xì)胞中半胱天冬酶-3活性、細(xì)胞凋亡和由晚期糖基化終末產(chǎn)物引起的胞內(nèi)氧化應(yīng)激的改變[13]。綜上所述，二甲雙胍對(duì)正常血糖水平和高糖環(huán)境下的骨代謝均可發(fā)揮一定的調(diào)節(jié)作用。

1.3 在成骨細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn)

在藥物轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍順濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的滲透系數(shù)Papp值隨藥物濃度增加而下降，說明二甲雙胍跨成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)不依賴化合物濃度；另外，在成骨細(xì)胞對(duì)二甲雙胍攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)的經(jīng)時(shí)曲線上，隨藥物濃度增大，曲線線性部分的斜率變小，即轉(zhuǎn)運(yùn)速率在底物濃度低時(shí)增加快，隨著底物濃度的升高，轉(zhuǎn)運(yùn)速率不再增加，表明二甲雙胍在成骨細(xì)胞中的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)主要是由載體介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散；此外，對(duì)溫度敏感也是載體轉(zhuǎn)運(yùn)的共同特征；轉(zhuǎn)運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)抑制和非競(jìng)爭(zhēng)抑制實(shí)驗(yàn)證明了介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)的載體為Octs家族；RT-PCR、免疫組化和免疫蛋白印跡實(shí)驗(yàn)證明了這種載體為Oct1。而維拉帕米抑制實(shí)驗(yàn)表明，二甲雙胍是通過P-gp蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明成骨細(xì)胞具有轉(zhuǎn)運(yùn)二甲雙胍的能力，且以O(shè)ct1轉(zhuǎn)運(yùn)載體為介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散和P-gp介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸，為其臨床運(yùn)用提供了重要依據(jù)[14]。

2.對(duì)骨改建相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路及因子的影響

2.1 MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路

骨改建過程中的動(dòng)態(tài)平衡是在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外及細(xì)胞相互間的多種信號(hào)傳導(dǎo)通路參與調(diào)節(jié)下完成的。MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路被廣泛認(rèn)為參與調(diào)節(jié)多種轉(zhuǎn)錄因子活性，從而在細(xì)胞增殖、分化、凋亡過程中發(fā)揮作用[15]。研究已證實(shí)，多種影響骨細(xì)胞生物學(xué)活性的因素，如二磷酸鹽、雌激素、甲狀旁腺激素和應(yīng)力刺激，其已明確的傳導(dǎo)機(jī)制均與細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶-1/2(ERK-1/2)的磷酸化和細(xì)胞內(nèi)重分配密切相關(guān)[16-18]。已有研究報(bào)道，應(yīng)用二甲雙胍治療時(shí)，骨細(xì)胞中的ERK-1/2被磷酸化并呈現(xiàn)時(shí)間依從性；將二甲雙胍加入體外培養(yǎng)成骨細(xì)胞的培養(yǎng)液中，15-30分鐘后發(fā)現(xiàn)P-ERK胞核易位(nuclear translocation)并于90分鐘后回于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)[19]。目前認(rèn)為MAPK信號(hào)通路對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的作用及持續(xù)時(shí)間的正常調(diào)節(jié)是骨細(xì)胞增殖與分化過程中的重要環(huán)節(jié)之一。同時(shí)，MAPK信號(hào)通路還與雌激素對(duì)多種骨細(xì)胞凋亡的影響過程密切相關(guān)，已有報(bào)道，ERK磷酸化程度及聚集時(shí)間的長(zhǎng)短是雌激素對(duì)骨細(xì)胞凋亡作用的基礎(chǔ)[20]。由此可見，經(jīng)由加入二甲雙胍引起的ERK-1/2磷酸化和重置與促進(jìn)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。

2.2 內(nèi)皮型一氧化氮與誘導(dǎo)分化一氧化氮亞型(he enzymatic generation of NO by endothelial and inducible isoforms of NOS)

成骨細(xì)胞可產(chǎn)生一氧化氮(NO)，并使其參與到調(diào)節(jié)骨改建過程中[21]。已有研究顯示，NO對(duì)成骨細(xì)胞具有雙向作用[22];少量狀態(tài)下的NO，可對(duì)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)分化其正調(diào)節(jié)作用；而過量產(chǎn)生NO會(huì)導(dǎo)致對(duì)成骨細(xì)胞生物學(xué)活性的損傷。目前研究顯示，二甲雙胍可呈劑量依賴型增強(qiáng)成骨細(xì)胞中一氧化氮合酶亞型(iNOs)的表達(dá)，并在藥物濃度達(dá)到100μM時(shí)，使iNOs表達(dá)最強(qiáng)；此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與二甲雙胍促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖的情況很接近，提示二甲雙胍可能是通過影響NO的合成參與到成骨細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育過程中[23]。eNOs表達(dá)于成骨細(xì)胞中，實(shí)驗(yàn)證明，eNOs缺乏的小鼠骨形成顯著減少[24]。因此，eNOs可通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞功能在骨代謝中發(fā)揮重要作用。另外，骨形成蛋白家族(BMPs)主要負(fù)責(zé)于促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，這其中包括刺激骨結(jié)構(gòu)蛋白Col-1和OCN的表達(dá)，以及骨基質(zhì)的礦化[25]。已有研究證實(shí)，二甲雙胍可以劑量和時(shí)間依賴型，顯著激活A(yù)MPK通路，從而增強(qiáng)eNOs和BMP-2的表達(dá)；研究人員隨后加入AMPK抑制劑Ara-A，發(fā)現(xiàn)二甲雙胍對(duì)eNOs和BMP-2的作用受到了抑制。提示，二甲雙胍可能激活A(yù)MPK信號(hào)通路，來刺激成骨細(xì)胞的分化和礦化過程[26]。

2.3 晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)-RAGE

已有研究證實(shí)，二甲雙胍能抑制成骨細(xì)胞培養(yǎng)中由晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)引起的凋亡和壞死[27]。此結(jié)果與先前Cortizo[23]等人發(fā)現(xiàn)的當(dāng)二甲雙胍濃度達(dá)到500μM時(shí)，可在不引起成骨細(xì)胞死亡的情況下刺激細(xì)胞增殖的情況相一致。與此同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可抑制由AGEs引起的細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的改變[27]。由此推斷，二甲雙胍可能阻斷或抑制AGEs對(duì)骨細(xì)胞的作用。另有報(bào)道[28]，二甲雙胍可抑制內(nèi)皮細(xì)胞中AGEs受體RAGE的表達(dá),而在成骨細(xì)胞中可上調(diào)RAGE的表達(dá)。研究人員推測(cè)，二甲雙胍可能通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞上AGEs受體RAGE的表達(dá)，來減少AGEs產(chǎn)生的毒性作用[29]。

3.對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化作用的影響

老齡化引起的骨量減少總會(huì)同時(shí)伴隨著骨髓脂肪組織的增加。正常的骨代謝中，骨形成和脂肪形成達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，而兩過程的平衡狀態(tài)取決于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的趨向分化。

Cbfa1/Runx2已被證實(shí)是一組與成骨細(xì)胞分化相關(guān)的重要轉(zhuǎn)錄因子。其作用是調(diào)節(jié)多種負(fù)責(zé)成骨細(xì)胞活性的基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可通過上調(diào)Cbfa1/Runx2的表達(dá)對(duì)成骨細(xì)胞分化產(chǎn)生正調(diào)節(jié)作用。

PPARg與C/EBPa是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向脂肪細(xì)胞分化過程中重要元素。兩種因子的表達(dá)程度直接影響脂肪細(xì)胞的分化過程[30,31]。研究顯示，將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分別向成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的培養(yǎng)，同時(shí)各加入100μM的二甲雙胍。孵育21天后，發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中成骨細(xì)胞標(biāo)志性物質(zhì)的mRNA表達(dá)增加而脂肪細(xì)胞的標(biāo)志性物質(zhì)mRNA表達(dá)減少；另外，二甲雙胍顯著刺激了礦化結(jié)節(jié)的形成且阻止了細(xì)胞質(zhì)脂滴的形成；增強(qiáng)了Cbfa1的表達(dá)，且明顯減少了PPARg的表達(dá)。由成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞分化過程間的相互關(guān)系可以推測(cè)，二甲雙胍可通過抑制PPARg的功能來調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的分化過程[32]。

4.研究展望

糖尿病可引起患者牙周病變及牙槽骨喪失，并對(duì)種植體骨結(jié)合造成一定影響。二甲雙胍已在臨床應(yīng)用多年，其不僅能調(diào)整血糖水平，而且在大量的體外實(shí)驗(yàn)中已證實(shí)，其能通過影響成骨細(xì)胞的增殖和分化過程，改善因糖尿病引起的骨改建失衡。目前，二甲雙胍對(duì)骨改建的影響機(jī)制尚不完全清楚，其也可能通過直接或間接影響破骨細(xì)胞分化成熟，或參與其它骨代謝相關(guān)重要信號(hào)通路，調(diào)節(jié)骨改建過程。綜上所述，由于二甲雙胍對(duì)成骨細(xì)胞的生物學(xué)作用，可將其考慮為種植體周圍局部給藥，以便減輕因糖尿病而引發(fā)的牙周病理變化，增強(qiáng)種植體周圍骨愈合能力。然而，二甲雙胍能否到達(dá)預(yù)期治療效果，仍需進(jìn)一步研究，結(jié)合體內(nèi)與體外實(shí)驗(yàn)，為下一步研究糖尿病患者的牙種植治療提供重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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