翟婧秀，李駿然，邢磊

骨質(zhì)疏松癥(osteooporsis，OP)是一種以骨組織微結(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致骨骼脆性增加為特征的全身性骨病[1]，我國60歲以上人群OP患病率為36%[2]，而60歲以上2型糖尿病(type 2 diabetes，T2DM)患者合并OP的發(fā)生率卻超過50%[3]，兩者相差懸殊。由于缺乏高齡患者使用二磷酸鹽類藥物的循證學(xué)依據(jù)，故尚不推薦老年患者長期應(yīng)用二磷酸鹽類藥物治療OP[4]。二甲雙胍對T2DM患者的骨代謝有保護作用[5]，這為高OP發(fā)生率的T2DM患者預(yù)防及治療OP提供了新的方向。本文就二甲雙胍對T2DM患者骨代謝影響的相關(guān)機制綜述如下。

1 降糖作用

血糖增高是T2DM最主要的特征，其對成骨細胞、破骨細胞增殖及鈣、磷代謝有重要影響[6]。短期血糖增高可增加腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及巨噬細胞集落刺激因子(macrophage Colony-stimulating factor，MCSF)等細胞因子水平，激活骨保護素(osteoprotegerin,OPG)/NF-κB受體活化因子配體(receptor activator nuclear factor-κB ligand，RANKL)/NF-κB受體活化因子(receptor activator nuclear factor-κB,RANK)系統(tǒng)，促進破骨細胞增殖，增加骨吸收作用[7]。長期血糖增高則會使血糖相關(guān)的晚期糖基終化末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)大量沉積[8]。AGEs不僅可進一步增加體內(nèi)細胞因子水平，促進破骨細胞分化[9]，還可激活cAMP/PKA/ERK信號通路抑制成骨細胞增殖及功能，削弱骨形成作用[10]。另外，由于T2DM患者血糖升高，導(dǎo)致機體滲透壓變化，通過滲透性利尿作用造成鈣、磷等物質(zhì)流失增加，引起體內(nèi)鈣、磷失衡，危害骨微環(huán)境[11]。

二甲雙胍作為T2DM治療的首選藥物，主要通過抑制肝細胞線粒體功能、激活磷酸腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)等途徑，增加胰島素敏感性[12]。DeFronzo等[13]進行多中心隨機、雙盲、平行對照研究發(fā)現(xiàn)，單獨使用二甲雙胍對T2DM患者進行降糖治療，短期即可使空腹血糖、餐后血糖及糖化血紅蛋白分別降低3.2 mmol/L、4.0 mmol/L及1.8%。因此，二甲雙胍可通過其明顯的降糖作用有效緩解高血糖引起的破骨細胞功能增強、成骨細胞功能受抑制及鈣、磷丟失狀況，降低高血糖對骨代謝產(chǎn)生的負面作用。

2 影響骨髓間充質(zhì)細胞分化

骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchyml stem cell，BMSCs)是具有分化形成骨、軟骨、脂肪等多種分化潛能的細胞亞群，成骨細胞及脂肪細胞均來自BMSCs分化[14]。在模擬T2DM高糖條件下，Barbagallo等[15]通過細胞實驗發(fā)現(xiàn)，人工BMSCs可抑制成骨細胞分化，并誘導(dǎo)BMSCs向脂肪細胞方向分化。王俊成[16]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)，雄性C57小鼠的BMSCs可通過刺激其細胞內(nèi)某種microRNA的水平增加，導(dǎo)致骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(bone morphogenetic protein,BMP-2)水平減少，進而抑制BMSCs向成骨細胞分化。由此說明，BMSCs在高糖狀態(tài)下向成骨細胞方向分化的功能受到抑制。二甲雙胍可通過激活A(yù)MPK及抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptorγ，PPARγ)途徑，促進BMSCs向成骨細胞分化[17]。

AMPK是調(diào)控細胞代謝能量穩(wěn)態(tài)的重要激酶，負責(zé)監(jiān)管細胞輸入和輸出[18]。BMP-2和骨橋蛋白(osteopontin,OPN)是成骨細胞分化、成熟的重要因子[19]。二甲雙胍通過激活A(yù)MPK代謝途徑，不僅可增強BMP-2及OPN的表達與分泌[20]，促進成骨細胞分化及成熟，還能加速核轉(zhuǎn)錄受體相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2與成骨細胞中小異二聚體伴侶蛋白形成復(fù)合物，調(diào)節(jié)成骨細胞相關(guān)靶基因表達水平，誘導(dǎo)BMSCs向成骨細胞方向分化，增強骨形成作用[20-21]。Budoff等[22]還發(fā)現(xiàn)，激活A(yù)MPK途徑可減少同型半胱氨酸誘導(dǎo)的骨細胞凋亡。因此，二甲雙胍在激活A(yù)MPK途徑后，一方面可增加BMSCs向成骨細胞分化，促進成骨細胞增殖，另一方面還可抑制骨細胞凋亡，改善骨代謝。

PPARγ是一種核激素受體，與觸發(fā)OP的關(guān)鍵因子有關(guān)[23]。Akune等[24]發(fā)現(xiàn)，純合子PPARγ缺陷的胚胎干細胞不能分化為脂肪細胞，但可自發(fā)分化成骨細胞，且這些缺陷可通過重新引入PPARγ基因恢復(fù)。動物實驗表明，當PPARγ在成骨細胞中特異性表達時，激活PPARγ會降低雄性小鼠的骨形成和骨密度，并加速雌性小鼠雌激素缺乏相關(guān)性的骨丟失[25]；當PPARγ在成骨細胞缺失時，小鼠破骨細胞分化受損，發(fā)生以骨量增加為特征的骨硬化[26]。這些實驗結(jié)果說明抑制PPARγ介導(dǎo)的信號通路可減少BMSCs向脂肪細胞分化，增加成骨細胞功能，減少骨丟失。蘭天等[27]研究指出，二甲雙胍可通過抑制脂肪代謝基因Galectin-3的mRNA及其蛋白表達，從而抑制PPARγ基因的mRNA及蛋白表達。因此，通過對PPARγ的抑制，二甲雙胍同樣可以誘導(dǎo)BMSCs向成骨細胞分化，改善骨代謝狀況，增加骨量。

總之，二甲雙胍對BMSCs分化方向可產(chǎn)生影響，進而促進成骨細胞增殖，增強骨形成作用，減少骨密度下降，改善T2DM患者骨代謝。

3 減少血糖相關(guān)晚期糖基終化末產(chǎn)物

AGEs是過量的糖和蛋白質(zhì)結(jié)合的產(chǎn)物，在長期高血糖狀態(tài)下，骨膠原中的高糖可以產(chǎn)生高濃度的AGEs，如戊糖苷等[8]。AGEs及其受體一方面可直接抑制成骨細胞功能[28]，還可通過修飾骨周膠原物質(zhì)令骨組織喪失柔韌性和彈性，增加骨骼脆性[29]。Sanguineti等[30]證實，成骨細胞內(nèi)戊糖苷含量增高可致骨轉(zhuǎn)換標志物顯著減少。Schwartz等[31]發(fā)現(xiàn)，尿液中較高的戊糖苷水平是成年T2DM患者骨折的危險因素。這些說明戊糖苷會抑制成骨細胞功能，阻礙骨生成，同時增加骨骼脆性。同時，這些結(jié)論在糖尿病動物模型分離的骨骼中也得到印證。張燕等[32]發(fā)現(xiàn)，AGEs可通過干擾模型小鼠Wnt/LRP5/β-catenin通路阻礙BMSCs向成骨細胞分化。Saito等[33]研究結(jié)果指出，戊糖苷含量增加與模型小鼠骨骼力學(xué)性能受損一致。以上均說明T2DM患者體內(nèi)過量的AGEs，可通過多種途徑抑制成骨細胞增殖及功能，損傷骨膠原，降低骨強度，增加骨骼脆性。

二甲雙胍可削弱AGEs及其受體對骨骼的影響。除經(jīng)發(fā)揮降糖作用減少體內(nèi)AGEs生成及沉積外，二甲雙胍還可抑制AGEs受體的表達，即二甲雙胍在減少AGEs的沉積的同時，還能解除AGEs及其受體對成骨細胞的抑制作用，逆轉(zhuǎn)骨損害[34]。Schurman等[35]還發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍也通過抑制RAGE蛋白表達上調(diào)的途徑，減輕AGEs對原代成骨細胞外基質(zhì)成熟和礦化的抑制作用，促進原代成骨細胞的堿性磷酸酶活性及鈣化。由此說明，二甲雙胍可經(jīng)由多種途徑降低體內(nèi)AGEs及其受體水平，減輕骨骼脆性增加程度，減弱成骨細胞及其細胞外基質(zhì)的抑制作用，促進成骨細胞成熟及骨骼礦化。

4 緩解氧化應(yīng)激作用

氧化應(yīng)激作用是指細胞內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生與清除失衡，導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species,ROS)等氧化應(yīng)激指標在體內(nèi)或細胞內(nèi)蓄積而引起的氧化損傷過程[36]。T2DM患者體內(nèi)過多的血糖可通過各種代謝途徑生成ROS族產(chǎn)物，損傷胰島β細胞功能，發(fā)揮糖毒性[37]。由于氧化應(yīng)激與高血糖互相作用，因此氧化應(yīng)激作用既是T2DM的病因，也是其結(jié)果[37-39]，故T2DM患者體內(nèi)氧化應(yīng)激水平較高。Manolagas等[40]發(fā)現(xiàn)，ROS在骨細胞內(nèi)可抑制骨細胞的生成及存活，在成骨細胞內(nèi)可抑制成骨細胞的發(fā)生并刺激成骨細胞凋亡。姚娜等[41]發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激作用產(chǎn)生的TNF-α可作為刺激破骨細胞增殖及分化的細胞因子，通過多種途徑如促進破骨細胞上V-ATP酶的表達，增加破骨細胞活性。值得注意的是，當氧化應(yīng)激和糖基化增加與衰老及與生活方式有關(guān)的疾病(如T2DM等)相關(guān)時，骨基質(zhì)中的膠原分子之間的非生理交聯(lián)增加，使骨強度減低[42]。因此，T2DM患者(尤其老年患者)體內(nèi)氧化應(yīng)激水平增高，會抑制機體骨細胞及成骨細胞增殖及活性，刺激破骨細胞功能增強，降低骨強度，即在減少骨生成并增加骨吸收作用的同時，還使骨骼脆性增加。以上也說明，T2DM與OP在發(fā)生機制上存在一定聯(lián)系，能夠部分解釋T2DM患者合并OP發(fā)生率較高的原因。

二甲雙胍能夠在多種組織發(fā)揮抗氧化特性[43]。除利用降糖作用減少氧化應(yīng)激產(chǎn)物生成外，Venu等[44]最新研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍還可通過影響小鼠Nr4a1脯氨酸P505/P549序列(對應(yīng)于人類P501/P546)激活A(yù)MKP信號途徑，降低機體ROS水平。此外，甄東戶等[45]還指出，二甲雙胍可通過降低AGEs含量，減少AGEs誘導(dǎo)下成骨細胞內(nèi)ROS的形成。即二甲雙胍可通過降低體內(nèi)氧化應(yīng)激指標ROS的水平，減弱機體氧化應(yīng)激作用，從而增加骨細胞和成骨細胞生成及存活，抑制破骨細胞活性，改善骨質(zhì)及骨質(zhì)量。

5 影響OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)

OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)作為維持骨重建的核心系統(tǒng)，在維持骨代謝平衡及骨免疫應(yīng)答調(diào)控中扮演極其重要的角色[46]。OPG可競爭性抑制RANK與RANKL的結(jié)合，若OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)失衡，則可形成以破骨細胞介導(dǎo)為主的負性骨重建失衡狀態(tài)，此時MCSF與RANKL發(fā)生協(xié)同作用，誘發(fā)OP級聯(lián)的發(fā)生[46-47]。OPG與RANKL的比例是調(diào)節(jié)骨吸收和骨形成平衡的重要因素，當OPG/RANKL比例上調(diào)時，成骨活性增強，骨代謝為正向骨平衡，反之則處于破骨活性效應(yīng)增強下的負性骨平衡[48]。二甲雙胍是RANKL的抑制劑。Lee等[49]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可通過影響AMPK的上游激酶CaMKK和TAK1，使AMPKα亞基172位蘇氨酸磷酸化，從而負調(diào)控RANKL水平。Mai等[50]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍激活A(yù)MPK途徑后可影響OPG/RANKL mRNA和蛋白表達，使成骨細胞OPG上調(diào)并下調(diào)RANKL水平，增加OPG/RANKL比例。即二甲雙胍可通過對AMPK信號通路的影響，引起RANKL水平下降，這有助于提高OPG/RANKL比例，實現(xiàn)骨代謝的正向調(diào)節(jié)。

6 影響去乙?；?表達及B細胞核因子κ-輕鏈增強子水平

B細胞核因子κ-輕鏈增強子(B Nuclear factor kappa - light chain enhancer，NF-κB)是一個關(guān)鍵點轉(zhuǎn)錄因子[51]，其作用較多，其中之一是限制骨祖細胞向成骨細胞、破骨細胞、骨細胞和軟骨細胞的分化[52]。去乙酰化酶(sirtuin，SIRT 6)是沉默配型信息調(diào)節(jié)因子家族的成員，主要在細胞核中表達[53]。SIRT 6與NF-κB在骨代謝中有相互作用，類似OPG/RANKL的相互作用[54-56]，即SIRT 6表達增加，促進正向骨代謝，NK-κB水平增高則出現(xiàn)負向骨代謝。D′Onofrio等[54]研究結(jié)果顯示，SIRT6參與了肥胖糖尿病前期患者腹部皮下脂肪的炎癥通路，但肥胖糖尿病前期患者接受二甲雙胍治療后，其腹部脂肪組織SIRT6表達水平升高，而NF-κB表達水平降低。Mu等[56]通過動物實驗證實，二甲雙胍可通過調(diào)節(jié)AMPK-mTORC2和AKT-mTORC1信號軸促進SIRT6的表達，抑制NF-κB[56]。Sardu等[57]指出，二甲雙胍也可通過降低炎癥參數(shù)、瘦素水平等途徑增加體內(nèi)SIRT6水平。由此可見，二甲雙胍可通過多種途徑增加體內(nèi)SIRT6表達，減弱NK-κB的作用，改善骨代謝狀態(tài)。

綜上所述，雖然研究者已在二甲雙胍對T2DM患者骨代謝產(chǎn)生影響的相關(guān)機制領(lǐng)域方面取得了諸多進展，但T2DM對骨代謝負面影響的機制仍未完全了解，仍需要在許多領(lǐng)域進行深入研究，如從細胞培養(yǎng)和動物模型中獲得的知識需要在人體中得到驗證，而且骨骼中數(shù)量最豐富的骨細胞在糖尿病條件下對骨健康的貢獻仍不明確。另外，臨床還需要更可靠和敏感的骨質(zhì)量生物標記物對骨骼疾病進行早期檢測。臨床試驗證實，運動可改善高危人群的胰島素作用[58]。盡管藥物干預(yù)也有效，但包括運動和飲食在內(nèi)的生活方式管理似乎是防止發(fā)展為T2DM等代謝性疾病的最有效策略[59-60]。有報道稱，在骨質(zhì)疏松高危人群中，一定的運動方案可有效改善骨密度[61-62]。因此，對高?；颊卟扇∵\動、飲食和藥物干預(yù)相結(jié)合的預(yù)防計劃很有可能產(chǎn)生有益效果，這方面研究也值得進一步深入研究。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突。