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糖尿病中胰島素與骨鈣素的交互作用*

2015-02-01 13:18:37劉婷張豐正王鴻度
關(guān)鍵詞:骨鈣素羧基骨質(zhì)疏松癥

劉婷 張豐正 王鴻度

糖尿病中胰島素與骨鈣素的交互作用*

劉婷①?gòu)堌S正①王鴻度①

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),骨鈣素與胰島素存在著一定的交互關(guān)系,胰島素可影響骨鈣素的合成,反之,骨鈣素對(duì)胰島素的生成及外周細(xì)胞、組織、器官對(duì)胰島素的敏感度有調(diào)節(jié)作用。兩者之間交互關(guān)系的發(fā)現(xiàn)也為糖尿病及糖尿病伴骨質(zhì)異常的臨床診斷和治療提供了新思路。本文主要針對(duì)胰島素與骨鈣素之間影響關(guān)系及其臨床應(yīng)用進(jìn)行綜述。

骨質(zhì)疏松; 骨鈣素; 糖尿病; 胰島素

糖尿病是以長(zhǎng)期持續(xù)性高血糖為主要特征,同時(shí)伴有多飲、多食、多尿或形體消瘦等一系列臨床表現(xiàn)的一類(lèi)代謝性疾病。根據(jù)發(fā)病機(jī)制的不同可分為1型糖尿病和2型糖尿病:1型糖尿病為胰腺的β細(xì)胞損害而導(dǎo)致胰島素分泌絕對(duì)缺乏[1];2型糖尿病則為胰島素抵抗和胰腺β細(xì)胞分泌功能缺陷兩個(gè)環(huán)節(jié),其胰島素分泌相對(duì)不足。胰島素是由胰腺β細(xì)胞分泌的唯一一種有降血糖作用的激素,可影響人體內(nèi)多種物質(zhì)的活性,同時(shí)它的分泌也受到多種因素的調(diào)控。其中骨鈣素便是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種與胰島素存在交互關(guān)系的物質(zhì)。本文主要就胰島素與骨鈣素之間互調(diào)關(guān)系綜述如下。

1 胰島素對(duì)骨鈣素的作用

骨質(zhì)疏松是糖尿病常見(jiàn)的并發(fā)癥之一,糖尿病所致骨質(zhì)疏松主要表現(xiàn)為:骨形態(tài)結(jié)構(gòu)學(xué)改變,骨密度下降,骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。早在1996年Leite等[2]用26位50~89歲的2型糖尿病患者與正常人比較,患者的骨體積、皮質(zhì)厚度、表面成骨細(xì)胞等骨結(jié)構(gòu)參數(shù)明顯下降,認(rèn)為此類(lèi)骨質(zhì)疏松可能與骨量及成骨細(xì)胞數(shù)量減少、活性降低等所致骨轉(zhuǎn)換異常有關(guān)。而骨鈣素是由成骨細(xì)胞合成并分泌的一種小分子蛋白,屬于γ-羧基谷氨酸包含蛋白類(lèi),此類(lèi)蛋白具有維生素K依賴(lài)性,大部分可經(jīng)過(guò)羧化修飾為羧基化骨鈣素,小部分為可進(jìn)入血液的非羧基化骨鈣素,其中羧基化骨鈣素被認(rèn)為是骨形成和骨轉(zhuǎn)換的標(biāo)志物[3]。有研究認(rèn)為骨鈣素與骨代謝關(guān)系密切,它能維持正常的生長(zhǎng)軟骨的骨礦化速度。同時(shí),骨鈣素的羧化末端對(duì)破骨細(xì)胞的前體也有化學(xué)誘導(dǎo)作用,可能具有調(diào)節(jié)骨吸收的作用[4]。有研究發(fā)現(xiàn)檢測(cè)血液中骨鈣素水平,不僅可以反應(yīng)骨形成情況,預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松和骨折發(fā)生的可能性,還可作為一種檢測(cè)骨質(zhì)疏松治療情況的參考標(biāo)準(zhǔn)[5]。

骨鈣素形成受人體內(nèi)多種激素、維生素、酶等的影響,而有研究表明胰島素就是一種影響骨鈣素的合成的激素。胰島素受體廣泛地存在于成骨細(xì)胞膜上,當(dāng)胰島素作用于其受體時(shí)對(duì)成骨細(xì)胞有直接刺激作用,對(duì)骨鈣素的合成亦有明顯的影響。馬艷芬等[6]通過(guò)體外培養(yǎng)人成骨樣細(xì)胞MG63,并用胰島胰、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1經(jīng)行干預(yù),用17-β雌二醇做陽(yáng)性對(duì)照,觀察對(duì)MG63細(xì)胞骨鈣素基因表達(dá)的影響。結(jié)果顯示骨鈣素的基因表達(dá)都有增長(zhǎng)趨勢(shì),而胰島素組的增長(zhǎng)率明顯高于其他兩組。說(shuō)明胰島素有增強(qiáng)骨鈣素的基因表達(dá),從而促進(jìn)人成骨樣細(xì)胞MG63細(xì)胞分化的作用。另有調(diào)查發(fā)現(xiàn)[7],2型糖尿病患者的骨鈣素水平與血糖正常相比明顯降低,骨鈣素水平值處于上四分位數(shù)者的空腹血糖和糖化血紅蛋白水平明顯比下四分位數(shù)者偏于正常,骨鈣素水平與葡萄糖、胰島素、糖化血紅蛋白呈負(fù)相關(guān)。黃云飛等[8]對(duì)比研究2型糖尿病合并甲亢患者和甲狀腺功能正常的2型糖尿病患者發(fā)現(xiàn),兩者都存在N-端中段骨鈣素異常情況,且伴有骨量減少,骨質(zhì)疏松發(fā)生率上升。總之,糖尿病患者可能存在因體內(nèi)胰島素分泌絕對(duì)或相對(duì)減少,其與受體的結(jié)合也減少,成骨細(xì)胞活性下降,骨鈣素分泌減少,這時(shí)骨吸收大于骨形成,從而引起骨量減少,骨脆性增加,易發(fā)骨折疏松、骨折等現(xiàn)象[9]。

2 骨鈣素對(duì)胰島素的影響

骨鈣素與胰島之間存在著互調(diào)作用,胰島素對(duì)骨鈣素的分泌有明顯的調(diào)控作用,相對(duì)而言,骨鈣素對(duì)胰島素亦有影響。骨鈣素對(duì)胰島素的作用主要表現(xiàn)在促進(jìn)胰島素的生成和提高外周細(xì)胞、組織、器官對(duì)胰島素的敏感度兩方面。

目前普遍認(rèn)為對(duì)胰島素最具調(diào)節(jié)作用的是那小部分非羧基化骨鈣素,它存在于血液系統(tǒng)中,與在骨中的羧基化骨鈣素相比,更具有激素的特性,與胰腺、胰島素關(guān)系更密切[10]。目前關(guān)于骨鈣素對(duì)胰腺、胰島素作用的研究主流也是偏向于這種非羧基化骨鈣素。Lee等[11]通過(guò)觀察經(jīng)過(guò)一種Esp基因(胚胎干細(xì)胞磷酸酶基因,一種可編碼催化骨鈣素羧基化的酶——成骨細(xì)胞蛋白酪氨酸磷酸酶的基因)敲除干預(yù)的小鼠發(fā)現(xiàn),因Esp基因缺失,使骨鈣素不能完成羧基化修飾,血液中游離的非羧基化骨鈣素含量上升。這種基因敲除小鼠出現(xiàn)體內(nèi)的胰腺β細(xì)胞增殖,胰島素分泌增加、敏感度增強(qiáng)現(xiàn)象。而進(jìn)一步將骨鈣素基因敲除后,這種現(xiàn)象逐漸消失。他們編碼了一個(gè)新的能使Esp過(guò)度表達(dá)的酪氨酸磷酸蛋白,Esp過(guò)度表達(dá)的小鼠出現(xiàn)羧化不全骨鈣素含量減少,進(jìn)而出現(xiàn)肥胖、高血糖、胰島素抵抗等現(xiàn)象。另外,這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)骨鈣速基因敲除的小鼠比正常小鼠更肥胖,它們的骨鈣素水平下降,同時(shí)伴有血糖水平增高,胰島素分泌量和敏感度下降,葡萄糖耐受(糖代謝方面和Esp過(guò)度表達(dá)小鼠表現(xiàn)類(lèi)似)。他們還用體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了非羧基化骨鈣素的作用,將這種骨鈣素作用于胰島細(xì)胞和脂肪細(xì)胞,結(jié)果顯示其可以促進(jìn)β細(xì)胞增殖、提高胰島素和脂肪細(xì)胞上脂聯(lián)素的表達(dá)。目前認(rèn)為脂聯(lián)素是有增加胰島素的敏感性、降低胰島素抵抗的作用[12],非羧基化骨鈣素除了直接作用于胰腺細(xì)胞外,還可通過(guò)脂聯(lián)素途徑對(duì)胰島素的敏感度有調(diào)節(jié)作用。但也有少量研究證明[13],羧基化骨鈣素也能誘導(dǎo)脂聯(lián)素在脂肪細(xì)胞中的表達(dá)來(lái)提高胰島素的敏感度的作用,增強(qiáng)胰腺β細(xì)胞的功能。這說(shuō)明無(wú)論是羧基化骨鈣素還是非羧基化骨鈣素對(duì)胰腺細(xì)胞和胰島素都有調(diào)節(jié)作用,而對(duì)于胰島素敏感度的調(diào)節(jié)都主要通過(guò)脂聯(lián)素途徑而發(fā)揮作用。事實(shí)上,哪種形式的骨鈣素對(duì)胰島素的作用更優(yōu)勢(shì),目前還缺乏更多的直接證據(jù),而且羧基化骨鈣素在破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收過(guò)程中也會(huì)脫羧生成一部分的非羧基化骨鈣素[14],兩者關(guān)系本身就密不可分,各自的具體作用偏向還有待于進(jìn)一步研究論證。

3 臨床應(yīng)用

目前關(guān)于骨鈣素和胰島素的關(guān)系也有大量的臨床研究。高慧禎等[15]針對(duì)220例糖尿病患者及60例年齡匹配的健康人作對(duì)照研究,測(cè)定他們的骨鈣素和糖脂代謝指標(biāo),并計(jì)算相應(yīng)的體重指數(shù)(BMI)、穩(wěn)定模式C肽抵抗指數(shù)(HOMA-CR)、C肽分泌指數(shù)(HOMA-β)等。結(jié)果經(jīng)多重線性回歸分析發(fā)現(xiàn),C肽分泌指數(shù)、穩(wěn)定模式C肽抵抗指數(shù)、糖化血紅蛋白是骨鈣素的獨(dú)立影響因子,反之,骨鈣素也是胰島素抵抗及胰島功能的獨(dú)立影響因子。糖尿病患者骨鈣素分泌減少而易出現(xiàn)骨質(zhì)疏松,骨鈣素也能促進(jìn)胰島素分泌、減輕胰島素抵抗,從而降低血糖,抑制糖尿病發(fā)展,兩者關(guān)系密切。糖尿病患者易發(fā)骨質(zhì)疏松,血清骨鈣速的水平與骨密度密切相關(guān),其水平被認(rèn)為是可作為早期篩查糖尿病骨質(zhì)疏松的敏感生化指標(biāo),結(jié)合血清骨鈣素水平和骨密度檢查可以更好的預(yù)測(cè)糖尿病患者發(fā)生骨質(zhì)疏松和骨折的風(fēng)險(xiǎn)[16]。田勇等[17]研究老年糖尿病并骨質(zhì)疏松血清胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)、骨鈣素(BGP)的水平變化與胰島素抵抗及骨密度(BMD)的關(guān)系發(fā)現(xiàn),糖尿病并骨質(zhì)疏松的觀察組患者伴有明顯的胰島素抵抗和血脂異常,而低濃度的 IGF-1、BGP水平伴有較重的胰島素抵抗,而高胰島素血癥與骨密度呈明顯的負(fù)相關(guān)。低血清IGF-I水平、低血清BGP水平及胰島素抵抗是糖尿病并骨質(zhì)疏松癥發(fā)生發(fā)展的危險(xiǎn)因素,通過(guò)監(jiān)測(cè)IGF-I、BGP的水平可對(duì)糖尿病并骨質(zhì)疏松癥發(fā)生、發(fā)展及治療情況進(jìn)行判斷。也有將中醫(yī)的辨證分型和血清骨鈣素、甲狀旁腺素做相關(guān)性研究分析,發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者的血清骨鈣素、甲狀旁腺素水平顯著高于正常人(P<0.01)。而2型糖尿病陰虛熱盛型、氣陰兩虛型、陰陽(yáng)兩虛型等不同證型組之間也存在著顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,陰陽(yáng)兩虛型組血清骨鈣素顯著低于氣陰兩虛型組及陰虛熱盛型組(P<0.05),氣陰兩虛型組血清骨鈣素顯著低于陰虛熱盛型組(P<0.05)。從“腎主骨”的角度考慮,血清骨鈣素的水平可能反應(yīng)了2型糖尿病各中醫(yī)證型“腎虛”的程度,這可能為2型糖尿病的中醫(yī)辨證分型提供客觀指標(biāo)[18]。

在治療上,一方面,使用骨鈣素之類(lèi)的制劑也可以用于治療糖尿病及其并發(fā)癥。Ferron等[19]發(fā)現(xiàn)每日給喂食高脂飲食的糖尿病小鼠注射骨鈣素,能部分恢復(fù)其胰島素的敏感度和葡萄糖耐受性,同時(shí)還可治愈高脂飲食誘導(dǎo)出的脂肪肝,防治糖尿病的病程進(jìn)展。另外,對(duì)左鏈尿菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠腹腔注射骨鈣素,能抑制糖尿病視網(wǎng)膜病變?cè)斐傻难軡B漏,保護(hù)血-視網(wǎng)膜屏障,防治糖尿病對(duì)這個(gè)屏障的破壞作用[20]。另一方面,通過(guò)控制血糖也可以改變血清骨鈣素的水平。黃麗芳等[21]用胰島素泵強(qiáng)化治療44位2型糖尿病患者12~15 d,同時(shí)聯(lián)合調(diào)脂、降壓等綜合治療。經(jīng)過(guò)治療后,患者空腹血糖水平下降,而血清骨鈣素水平卻比治療前明顯升高。這對(duì)患者骨質(zhì)狀態(tài)的改善來(lái)說(shuō),有了一個(gè)良性信號(hào)。但目前治療應(yīng)用多集中在小范圍的科研研究領(lǐng)域,還有待于對(duì)其療效評(píng)價(jià)、作用機(jī)制做進(jìn)一步研究,為最終的臨床推廣打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

中醫(yī)療法具有多途徑、多靶點(diǎn)的優(yōu)勢(shì),是目前現(xiàn)代合成化學(xué)藥物單因素、單靶點(diǎn)所不及的。而在治療糖尿病這種并發(fā)癥多的全身代謝性疾病時(shí),更應(yīng)從“多”的角度出發(fā),因此,中醫(yī)預(yù)防治療糖尿病伴骨質(zhì)疏松有一定的優(yōu)勢(shì)。但中醫(yī)古籍中并無(wú)糖尿病骨質(zhì)疏松癥一說(shuō),而其臨床表現(xiàn),與中醫(yī)的“骨痹”、“骨枯”、“骨繇”等病證類(lèi)似。就有從腎主骨、少陽(yáng)主骨等角度出發(fā),用電針、方藥等治療骨質(zhì)疏松,且療效顯著[22-24]。楊延林[25]在控制血糖及補(bǔ)充骨營(yíng)養(yǎng)等常規(guī)治療的基礎(chǔ)上予補(bǔ)腎活血湯治療糖尿病骨質(zhì)疏松癥,并從骨密度和腰背部疼痛癥狀積分角度對(duì)有效性進(jìn)行判斷。與常規(guī)治療組相比,前者治療的總有效率明顯高于后者,且前后骨鈣素水平有顯著的差異(P<0.05)。補(bǔ)腎活血湯正是從“腎主骨”的角度出發(fā),提高骨鈣素水平,增加骨密度,改善骨質(zhì)疏松的臨床癥狀,且具有很好的療效。

4 小結(jié)

胰島素和骨鈣素的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),為糖尿病及其常見(jiàn)并發(fā)癥——骨質(zhì)疏松的治療提供了一個(gè)新的方向。只是目前這類(lèi)研究還處于實(shí)驗(yàn)階段,療效評(píng)估還需進(jìn)一步規(guī)范,作用機(jī)制也是眾說(shuō)紛紜,有待于進(jìn)一步的規(guī)劃化深入研究。目前臨床應(yīng)用推廣也還比較少,可在前期研究的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的推廣。

中醫(yī)療法治療糖尿病及糖尿病伴骨質(zhì)疏松癥的療效評(píng)價(jià)多片面的集中在血糖等糖代謝指標(biāo)或骨密度等骨代謝指標(biāo)上。少有同時(shí)從糖尿病和骨質(zhì)疏松癥兩者的角度同時(shí)出發(fā),研究糖代謝指標(biāo)和骨代謝指標(biāo)的變化,并討論兩者之間的關(guān)系,亟待于進(jìn)一步研究探討。治療思路也多從“腎主骨”的角度出發(fā),少有從“少陽(yáng)主骨”的角度思考,而已有實(shí)驗(yàn)研究及臨床應(yīng)用證明以“少陽(yáng)主骨”理論為指導(dǎo)的治療方案對(duì)于骨質(zhì)疏松癥的治療確有很好的療效[26-27]。但以“少陽(yáng)主骨”為理論指導(dǎo)的治療措施在糖尿病及糖尿病伴骨質(zhì)疏松癥中的作用研究,這一領(lǐng)域還比較空白,還有待于進(jìn)一步的研究、補(bǔ)充。

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10.3969/j.issn.1674-4985.2015.36.046

2015-08-24) (本文編輯:蔡元元)

國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目(81241108);四川省科技廳-瀘州市人民政府-瀘州醫(yī)學(xué)院聯(lián)合項(xiàng)目(2014-10-84)

①四川醫(yī)科大學(xué) 四川 瀘州 646000

劉婷

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