于騏瑋 郭海彬

河南大學(xué)人民醫(yī)院 河南省人民醫(yī)院生殖中心，河南鄭州 450003

男性遲發(fā)性性腺功能減退癥（late-onset hypogonadism，LOH）是指一種與男性年齡增長(zhǎng)相關(guān)，以血清睪酮分泌減少為主要癥狀的臨床綜合征。主要表現(xiàn)為性欲減退、性功能障礙；其他表現(xiàn)有骨質(zhì)疏松和骨密度降低、向心性肥胖、代謝綜合癥等全身癥狀[1]。目前LOH的發(fā)病機(jī)制尚未明確，但有研究表明，LOH是衰老過(guò)程中下丘腦-垂體功能惡化和睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌睪酮能力下降的結(jié)果[2]。隨著世界上老齡化問(wèn)題日益嚴(yán)重，LOH作為影響中老年男性健康的重要疾病之一，是近幾年來(lái)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

骨鈣素（osteocalcin，OC），是成骨細(xì)胞分化成熟后特異表達(dá)的標(biāo)志蛋白，被視為骨更新和骨轉(zhuǎn)化的標(biāo)志物。骨鈣素在人體內(nèi)有羧化完全的骨鈣素（cOC）有和羧化不全的骨鈣素（ucOC）兩種表達(dá)形式。成熟的骨鈣素含有49個(gè)氨基酸殘基，在骨鈣素的第17、21、24位上各自含有一個(gè)α-羧谷氨基酸殘基，這三個(gè)殘基是在受體樣跨膜蛋白酪氨酸磷酸酶（osteoblast protein tyrosine phosphatase，OSTPTP）和維生素K依賴的-谷氨酸羧化酶（γ-glutamyl carboxylase，GGCX）的共同作用下由谷氨酸羧化而來(lái)的，這種完全羧化的骨鈣素能夠幫助其與羥基磷灰石的結(jié)合，維持骨的正常礦化速率，在骨代謝中起到重要作用。另一部分羧化不全（包括未羧化）的骨鈣素被釋放在血液中，具有生物學(xué)活性，是調(diào)節(jié)體內(nèi)能量代謝的重要角色，能夠調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)和雄性生殖功能[3-4]。而LOH患者也常伴有骨密度改變及代謝性全身癥狀，越來(lái)越多的學(xué)者將視線轉(zhuǎn)向骨鈣素作為代謝因子與LOH的相關(guān)聯(lián)系上，本文綜述了OC的分子生物學(xué)的特征和功能及其與LOH的相關(guān)性。

1 骨鈣素與睪酮分泌

睪酮分泌減少是LOH極為重要的特征之一，同時(shí)也是LOH診斷的必要條件[5]。睪酮是促進(jìn)男性內(nèi)、外生殖器的發(fā)育，并維持其生理功能的重要雄激素之一。男性體內(nèi)95%的睪酮由睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成，睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌合成睪酮主要受到下丘腦-垂 體-性 腺（hypothalamic-pituitary-gonadal axis，HPGA）調(diào)節(jié)下的促性腺激素誘導(dǎo)分泌[6]。下丘腦合成促性腺激素釋放GNRH（gonadotropinreleasing hormone），GNRH通過(guò)下丘腦-垂體門脈循環(huán)至腦垂體，刺激垂體分泌卵泡刺（folliclestimulating hormone，F(xiàn)SH）和黃體生成素（luteinizing hormone，LH），LH刺激Leydig細(xì)胞產(chǎn)生睪丸激素。睪丸激素再通過(guò)負(fù)反饋抑制LH分泌[7]。最近的研究表明，存在與下丘腦-垂體-性腺軸平行的內(nèi)分泌通路，該通路能夠作用于睪丸的內(nèi)分泌功能，其中涉及骨源性激素骨鈣素（OC）[8]。

Oury等在早期研究中發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)的睪丸間質(zhì)細(xì)胞中添加野生型小鼠成骨細(xì)胞培養(yǎng)液上清可促進(jìn)其分泌睪酮，而雌激素和孕激素水平無(wú)顯著變化，但不能促進(jìn)體外培養(yǎng)的卵巢組織和腎上腺組織分泌睪酮。OC基因敲除小鼠成骨細(xì)胞培養(yǎng)液上清則不能促進(jìn)體外培養(yǎng)的睪丸間質(zhì)細(xì)胞及睪丸組織分泌睪酮；添加OC可促進(jìn)體外培養(yǎng)的睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌睪酮，注射OC后小鼠的血清睪酮水平也可顯著提高。Oury在此基礎(chǔ)上深入研究后發(fā)現(xiàn)骨鈣素以G 蛋白偶聯(lián)受體，依賴環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）依賴性方式調(diào)節(jié)睪酮合成所需酶的表達(dá)，從而促進(jìn)睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮的分泌[9]。也有研究發(fā)現(xiàn)在Leydig Gprc6a -/-雄性小鼠中，睪丸，附睪和精囊的大小和重量，以及精子數(shù)量，循環(huán)睪酮水平和Leydig細(xì)胞的表達(dá)均降低。根據(jù)該模型，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為ucOC將通過(guò)CREB介導(dǎo)的途徑作用于GPRC6A，直接抑制Leydig細(xì)胞凋亡并刺激類固醇生成和睪酮生成。Pi等[10]在后續(xù)提供了ucOC和GPRC6A直接相互作用的分子證據(jù)后驗(yàn)證了這一說(shuō)法。Yang等[11]的研究證實(shí)OC與男性特發(fā)性性腺功能減退患者睪丸對(duì)促性腺激素的反應(yīng)性呈正相關(guān)。從普通人群到性腺功能減退、骨質(zhì)疏松癥、代謝綜合征或肥胖癥患者，在廣泛的男性受試者中發(fā)現(xiàn)了類似的關(guān)聯(lián)。所有這些數(shù)據(jù)加在一起，都支持了在小鼠和人類中都存在相似的假說(shuō)，即睪丸間質(zhì)細(xì)胞是兩個(gè)主要激素軸的靶標(biāo)，且LH/LH-受體和OC/GPRC6A這兩個(gè)回路都有助于刺激睪酮產(chǎn)生和精子生成。

通過(guò)上述我們不難發(fā)現(xiàn)，骨骼通過(guò)OC調(diào)節(jié)Leydig細(xì)胞功能，并通過(guò)睪酮水平的變化影響睪丸的生精功能，對(duì)男性生殖系統(tǒng)起著重要的調(diào)節(jié)作用。但目前針對(duì)骨鈣素調(diào)節(jié)睪丸功能的研究以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)居多，這種調(diào)節(jié)作用在男性體內(nèi)是否同樣存在，尤其是OC在LOH患者血清睪酮水平下降中的作用有待進(jìn)一步研究。

2 骨鈣素與能量代謝

有研究表明，LOH與2型糖尿病和代謝綜合征有著相似的臨床表現(xiàn)和病理生理學(xué)特點(diǎn)[12]，男性睪酮水平下降會(huì)導(dǎo)致代謝綜合征的出現(xiàn)，高胰島素血癥和肥胖則會(huì)引起睪酮分泌減少。睪酮可通過(guò)影響雄激素受體和相關(guān)炎癥細(xì)胞因子對(duì)胰島β細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)效應(yīng)[13]。同樣有文獻(xiàn)證明骨鈣素與2型糖尿病和代謝綜合征相關(guān)[14-15]，雖然其中的機(jī)制尚未明確，但2型糖尿病和代謝綜合癥無(wú)疑是與能量代謝相關(guān)的。下面我們分析一下骨鈣素在能量代謝中的作用。

Lee等的早期研究首次推論骨鈣素能夠調(diào)節(jié)能量代謝。實(shí)驗(yàn)建立了兩種小鼠模型：ESP-/-（ESP基因敲除）小鼠模型和OC-/-小鼠模型（oc基因敲除）。Esp是成骨細(xì)胞表達(dá)的一種基因，編碼名為OST-PTP的受體樣蛋白酪氨酸磷酸酶，OC是受Esp調(diào)控的蛋白質(zhì)。給予野生型小鼠及ESP-/-小鼠輸注葡萄糖（經(jīng)下丘腦引起攝食過(guò)量），結(jié)果顯示Esp-/-小鼠β細(xì)胞增殖及胰島素分泌增加，Esp-/-小鼠胰島素敏感性較野生型小鼠顯著增加，ucOC的濃度也明顯升高。與之相反的是，OC-/-小鼠表現(xiàn)為:血糖升高、體脂升高、胰島細(xì)胞數(shù)目、大小均下調(diào)、靶器官的胰島素受體減少、胰島素分泌下降，OC濃度下降。這表明Esp 可能通過(guò)促進(jìn)骨鈣素的羧化，使得未羧化的骨鈣素減少，從而對(duì)糖代謝產(chǎn)生負(fù)向調(diào)控的作用。隨后，劉冬梅等發(fā)現(xiàn)用重組ucOC處理28d的野生型小鼠可以使其免受高脂飲食引起的葡萄糖代謝，并證實(shí)骨鈣素可以增加胰島β細(xì)胞的增殖，刺激胰島β細(xì)胞的胰島素表達(dá)和分泌，增加能量消耗[16]。這個(gè)過(guò)程受成骨細(xì)胞中胰島素信號(hào)通路的控制，先前研究表明在 β 細(xì)胞上存在著介導(dǎo)骨鈣素調(diào)節(jié)作用的受體（GPRC6A)，通過(guò)研究β細(xì)胞中條件缺失GPRC6A基因的小鼠的發(fā)育，發(fā)現(xiàn)條件β細(xì)胞GPRC6A 基因敲除的小鼠可表現(xiàn)為胰島的大小和數(shù)量減少，胰島素分泌減少，胰島素抵抗，糖耐量的減低，基本確定了骨鈣素是通過(guò)作用于胰島素β細(xì)胞中的GPRC6A，進(jìn)而調(diào)節(jié)胰島β細(xì)胞的增殖和胰島素的分泌，從而影響能量代謝。

骨鈣素對(duì)脂肪代謝也具有調(diào)節(jié)作用。除了改善胰腺的內(nèi)分泌功能外，還發(fā)現(xiàn)ucOC可通過(guò)直接和間接作用改善與代謝相關(guān)的多個(gè)器官的胰島素敏感性，脂肪組織則是OC作用目標(biāo)[17]。有研究發(fā)現(xiàn)，正常小鼠注射重組骨鈣素蛋白后，小鼠胰島β細(xì)胞增多、胰島素分泌增加、脂聯(lián)素表達(dá)增加，而體重、脂肪含量、血漿三酰甘油水平均下降；代謝紊亂的肥胖小鼠在注射未羧化的骨鈣素后，代謝和體重恢復(fù)至正常水平[18]。

綜上所述，我們認(rèn)為骨鈣素通過(guò)對(duì)胰腺、脂肪等的調(diào)節(jié)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體整體能量代謝的調(diào)節(jié)。一方面，未羧化的骨鈣素通過(guò)血液循環(huán)系統(tǒng)作用于胰腺，促進(jìn)胰島β細(xì)胞的增殖和胰島素的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)葡萄糖代謝；同時(shí)骨鈣素也能夠促進(jìn)脂肪組織分泌脂連素，增強(qiáng)胰島素敏感性。另一方面，作為骨鈣素的潛在作用組織，脂肪組織也是與葡萄糖代謝的“重要器官”。

3 骨鈣素在治療男性遲發(fā)性性腺功能減退癥的應(yīng)用前景及展望

目前國(guó)際公認(rèn)對(duì)LOH的治療為睪丸激素替代治療（TRT）[19]，但近年來(lái)有文獻(xiàn)說(shuō)明，這種方法存在各種副作用，例如紅細(xì)胞增多癥，肌肉力量和性功能下降，心血管疾病，腎衰竭等[20-21]。所以目前對(duì)LOH的治療也在不斷的探索當(dāng)中，由于LOH的診斷標(biāo)準(zhǔn)存在爭(zhēng)議，且發(fā)病機(jī)制尚未明確闡明，關(guān)于骨鈣素和LOH治療方面的研究相對(duì)較少。我們已知骨鈣素通過(guò)胰腺-骨-睪丸軸途徑在能量代謝和男性生育能力方面起到重要作用，這種激素途徑相關(guān)的藥理學(xué)研究有相當(dāng)大的前景，可能對(duì)治療性腺功能減退和其相關(guān)代謝性疾病起到新的作用。

Gulfidan 將雄性大鼠分為兩組：青春期前正常大鼠和成年EDS（EDS是一種烷基化劑，可特異性殺死成年Leydig細(xì)胞而不會(huì)影響其他睪丸細(xì)胞類型）注射大鼠。每組分為4個(gè)亞組，分別應(yīng)用GnRH拮抗劑或OC注射，待成年大鼠Leydig細(xì)胞完成發(fā)育后，通過(guò)光電子顯微鏡，免疫組織化學(xué)和生化方法檢查從處死的大鼠獲得的睪丸組織樣品，測(cè)定3βHSD，INSL3，GPRC6A等相關(guān)因子的表達(dá)。對(duì)所有結(jié)果進(jìn)行評(píng)估后得出結(jié)論：盡管骨鈣素治療對(duì)Leydig細(xì)胞的數(shù)量沒(méi)有顯著影響，但它可以通過(guò)改善正常發(fā)育過(guò)程的leydig細(xì)胞和EDS后再生過(guò)程中成年Leydig細(xì)胞的功能來(lái)增加睪丸激素的水平，且骨鈣素-睪丸激素和骨鈣素-INSL3之間的這種正相關(guān)獨(dú)立于LH。近年來(lái)的研究表明在因衰老或睪丸受損而被診斷為性腺功能減退的男性中使用外源性睪丸激素可減少長(zhǎng)期LH分泌和內(nèi)源性睪丸激素的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上，他推測(cè)對(duì)于關(guān)于性腺功能低下的治療（尤其是針對(duì)原發(fā)性性腺功能低下），與睪丸激素替代治療相比，外源性骨鈣素可能是一種新的副作用更小的治療途徑[22]。

Mizokami等實(shí)驗(yàn)證明長(zhǎng)期間歇或每日口服GluOC可降低小鼠的空腹血糖水平并改善其糖耐量，而不會(huì)影響胰島素敏感性，還增加了空腹血清胰島素濃度以及胰腺中的β細(xì)胞面積。這種途徑可能通過(guò)從腸腔和全身循環(huán)中起作用而改善了對(duì)葡萄糖的處理，為口服gluOC治療相關(guān)代謝疾病做出了開(kāi)創(chuàng)性的研究[23]。在后續(xù)研究中，Mizokami等[24]制備了一種含有g(shù)luOC的豬肉提取物酸鹽緩沖液，并考察了該提取物對(duì)肥胖小鼠代謝的改善作用。將實(shí)驗(yàn)小鼠喂食高糖，高脂飼料并每日口服該提取物連續(xù)4周，與對(duì)照組小鼠相比（未口服提取液），實(shí)驗(yàn)組小鼠血糖水平降低，糖耐量以及胰島素敏感性提高。首次表明，煮熟的豬肉骨頭可以作為骨鈣素的來(lái)源，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)改善糖代謝的補(bǔ)充劑。

而Pi等[10]和De Toni等[15]的最新研究證明了骨鈣素相關(guān)GPRC6A作為計(jì)算模型的可用性，它可能是未來(lái)開(kāi)發(fā)具有激動(dòng)劑或拮抗劑性質(zhì)的新小分子的合適平臺(tái)。以上這些都為骨鈣素對(duì)性腺功能減退治療的臨床應(yīng)用做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，但具體關(guān)于口服治療性蛋白的實(shí)用性和療效還需進(jìn)一步研究討論，關(guān)于激動(dòng)劑和拮抗劑研究目前也只是理論猜想，但這方面的研究具有相當(dāng)大的前景。

4 結(jié)論

在近期的研究中，越來(lái)越多的證據(jù)表明骨鈣素作為一種內(nèi)分泌調(diào)節(jié)激素，對(duì)糖脂甚至整個(gè)能量調(diào)節(jié)以及男性生殖方面起到重要的調(diào)節(jié)作用。尤其是骨鈣素對(duì)男性生殖方面的調(diào)節(jié)在小鼠和體外模型中已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，并且在人類雄性動(dòng)物中得到了一定程度的證實(shí)，但仍存在各種爭(zhēng)議，骨鈣素具體在人體內(nèi)對(duì)男性生殖的調(diào)節(jié)還有待發(fā)掘。我們綜述了最近關(guān)于OC和LOH最近的相關(guān)研究，希望可以進(jìn)一步研究OC在LOH中的作用機(jī)制，為L(zhǎng)OH 相關(guān)的預(yù)防和治療提供新的思路。