噻唑烷二酮类药物与骨代谢

樊永平 李玉坤

近来动物实验研究表明PPARγ配体罗格列酮等能减少骨量、降低骨密度，且2型糖尿病(T2DM)患者应用噻唑烷二酮类药物(TZDs)增加骨量丢失和骨折风险。骨组织能表达PPARγ，治疗剂量TZDs调节PPARγ活性后对骨组织带来不良影响，相关基础研究和临床研究已经证实TZDs负性调节骨代谢，本文从不同方面就其对骨代谢影响作一综述。

1 TZDs与 PPARγ

TZDs作为PPARγ激动剂通过激活PPARγ降低外周胰岛素抵抗、增加外周葡萄糖利用、减少肝糖输出。PPARγ是一种对脂肪形成起重要作用核转录因子，参与调节糖代谢和骨代谢，由来自不同启动子四种转录子构成，PPARγ基因分为PPARγ1、PPARγ2和 PPARγ3、PPARγ3 表 达 形 式 不 清 楚，PPARγ1在骨、脂肪、肌肉等组织中广泛表达，而PPARγ2在脂肪细胞中特异性表达。内源性或外源性激活此受体会增加胰岛素敏感性影响能量平衡。T2DM主要是由胰岛素敏感性降低导致血糖升高，其病因很复杂，是一种多重复杂原因导致的异质性疾病［1］，可能与个体遗传背景和生活方式有关［2］。TZDs包括曲格列酮、吡格列酮、罗格列酮、环格列酮、尼格列酮、达格列酮等，曲格列酮由于其肝毒性退出市场，罗格列酮是PPARγ高亲和性配体和激活物，并作为胰岛素增敏剂被广泛用于治疗T2DM。

2 TZDs、PPARγ和骨代谢基础研究

2．1 TZDs、PPARγ与分子表达 罗格列酮激活PPARγ后抑制骨髓基质细胞和大鼠肝脏细胞胰岛素样生长因子Ⅰ(IGF-Ⅰ)、胰岛素样生长因子Ⅰ受体(IGFIR)和胰岛素样生长因子结合蛋白4(IGFBP-4)表达，且罗格列酮使小鼠循环中IGF-Ⅰ浓度降低25%［3］。循环中IGF-Ⅰ变化发生于治疗开始后前4 d，与肝脏和外周脂肪 IGF-Ⅰ转录体降低有关［4］。IGF-Ⅰ、IGFIR 等组成主要生长促进信号系统调节胚胎期骨骼生长和生后骨骼生长。在远系杂交雄性和雌性小鼠中若IGF-Ⅰ单倍剂量不足会导致体重下降、股骨长度变短骨密度(BMD)降低。血清IGF-Ⅰ水平与体重和骨骼形态呈正相关，指出IGF-Ⅰ决定出生后骨骼大小和骨量多少［5］。罗格列酮还会使成骨细胞特异性基因Runx2/Cbfa1、Dlx5和α-1(Ⅰ)型胶原表达减少而脂肪细胞特异性脂肪酸结合蛋白aP2表达增加［6］。激活PPARγ后通过抑制转录因子核结合蛋白A1(Cbfa1)表达和DNA结合活性降低骨钙素表达。PPARγ天然配体15d-PGJ2和环格列酮还抑制BMP2 表达［7］。

2．2 TZDs、PPARγ与成骨细胞、破骨细胞 最初认为PPARγ调节脂代谢和内环境稳定，然而近来研究强调其在炎性反应、细胞增殖和分化［8］，以及在成骨和成脂之间的调节作用［4］。成骨细胞在骨形成中起不可替代作用，PPARγ在成骨细胞中表达，脂肪细胞和成骨细胞之间失衡与骨质疏松有关，尤其年龄相关性骨质疏松常伴随骨髓脂肪细胞增加，而且在间充质细胞激活 PPARγ促进脂肪细胞形成抑制成骨细胞形成，并且PPARγ信号过度表达能诱导成骨细胞向脂肪细胞转分化［9］。细胞培养中较高浓度TZDs曲格列酮和环格列酮抑制成骨细胞分化。在老龄小鼠和糖尿病啮齿类动物PPARγ2活性增加，且其增强表达与骨髓脂肪过多相关［10］。Sorocéanu 等［11］指出罗格列酮治疗小鼠碱性磷酸酶(ALP)活性较对照组明显下降，且成骨细胞数目减少，认为罗格列酮影响成骨细胞数目和功能，通过细胞培养还发现低剂量罗格列酮并不影响骨髓前体细胞向成骨分化，而影响成骨细胞/骨细胞存活率，TUNEL染色后成骨细胞和骨细胞凋亡数目增加，与对照组相比增加近5倍。Lecko-Czernik等［3］通过体内外实验证实罗格列酮抑制骨和肝脏IGF-Ⅰ表达，从而影响成骨细胞分化。破骨细胞来自造血前体细胞单核-巨噬细胞，负责骨吸收。TZDs可能对不同时期破骨细胞作用不同，TZDs抑制体外破骨细胞前体细胞向破骨细胞分化，阻止骨吸收。罗格列酮增加1，25(OH)2D3诱导TRAP阳性破骨细胞样细胞及细胞核数目［12］，应用达格列酮8周后小鼠破骨细胞表面积和数目明显增加［13］，可见TZDs可能负性调节成熟破骨细胞数目。Wang等［14］认为罗格列酮增加体外核因子配体激活物受体kB(RANKL)诱导破骨细胞分化和骨吸收，PPARγ基因缺失影响破骨细胞分化和骨吸收，导致骨硬化症和髓外造血，相反通过配体激活PPARγ以受体依赖方式加速破骨细胞分化和骨吸收。环格列酮通过下调TNFα调节破骨细胞分化［15］。

2．3 TZDs、PPARγ与骨形态 应用微型计算机断层扫描分析骨微结构提示TZDs使骨容积缩小、骨小梁厚度变薄和骨小梁数目减少，骨小梁间隙增加［6］。PPARγ杂合缺陷小鼠骨小梁容积增大，骨髓脂肪明显缺乏，年龄相关骨丢失减慢。Sorocéanu等［11］发现低剂量罗格列酮治疗3个月小鼠松质骨容积缩小，松质骨较薄，松质骨间隙增加同时骨髓间隙明显增加，组织形态定量松质骨容积BV/TV下降22．6%，且差异有统计学意义;皮质骨容积也明显减少但较对照组差异无统计学意义。有报道非糖尿病小鼠应用罗格列酮会导致骨小梁结构明显损坏、BMD降低［16］。Lazarenko等［12］分别给予1 月龄(幼鼠)、6 月龄(成年鼠)、24月龄(老龄鼠)小鼠罗格列酮后微螺旋CT观察近端胫骨骨小梁变化发现:成年鼠由于老龄和使用罗格列酮减少骨容积、骨小梁数目和骨小梁厚度，增加骨小梁间隙，幼鼠骨微结构无变化，然而老龄鼠松质骨太少以至于影响微螺旋CT分析结果。6月龄雄性小鼠应用达格列酮后松质骨容积缩小，骨小梁数目减少，骨小梁间隙增加［13］。

2．4 TZDs、PPARγ与骨密度 PPARγ在骨量获得和维持中作用逐渐成为研究热点，罗格列酮主要通过抑制成骨细胞分化降低小鼠骨密度［6］。FABP4-Wnt10b转基因小鼠中也出现PPARγ表达和骨量之间类似关系［16］。体内研究表明口服罗格列酮导致骨量明显减少。当给予6月龄非糖尿病C57BL/6小鼠应用罗格列酮7周，发现全身 BMD 明显下降［6］。Syversen等［17］给予大鼠吡格列酮4个月后全身BMD和骨矿物含量(BMC)明显降低，并进一步证实松质骨容积缩小、股骨骨髓面积增加等组织形态学改变，这些表面骨内膜骨吸收增加，与PPARγ配体罗格列酮对啮齿类骨骼不良影响一致。Sorocéanu等［11］给予小鼠低剂量罗格列酮90 d分别测定腰椎、髂/骶骨和全身BMD均较对照组明显下降，且差异有统计学意义(P＜0．05)。罗格列酮使成年组小鼠和老龄组小鼠BMD下降，但幼龄组小鼠BMD无变化，然而各组小鼠BMC减少，且老龄组小鼠骨量减少较成年组小鼠发生早［12］。

在大量临床研究中有关TZDs对女性和男性糖尿病患者骨代谢影响不完全一致。Schwartz等［18］报道老年女性糖尿病患者接受TZDs治疗加速骨丢失，且女性患者长期应用罗格列酮骨折风险增加，Li等［19］通过回顾性研究发现长期应用TZD类药物增加中国绝经后女性T2DM患者骨量丢失，在男性T2DM患者中结果相反，需要进一步研究证实TZD对男性患者BMD是否有保护作用。女性长期应用TZDs导致全身骨量丢失，腰椎BMD下降，且差异有统计学意义(P ＜0．05)，男性应用TZDs全身骨量丢失、腰椎、全髋BMD下降但差异无统计意义(P ＞0．05)［18］。男性糖尿病患者服用后 BMD 降低［20］，健康绝经后女性应用罗格列酮使骨形成减少和BMD降低［21］。Grey等［21］在健康绝经后女性中进行了一项持续14周随机对照试验发现服用罗格列酮后成骨细胞特异性标记物PINP和骨钙素(OC)明显下降，血清骨吸收指标β-CTX没有明显变化，腰椎和全髋BMD下降，但与安慰剂组腰椎BMD比较差异无统计学意义(P＞0．05)。罗格列酮降低绝经后糖尿病患者血清骨特异性碱性磷酸酶活性［22］。Solomn等［23］指出与口服磺脲类和双胍类药物相比，TZDs与骨折风险增加更相关。

通过研究TZDs对骨骼不良影响应引起对T2DM患者应用TZDs治疗重视，对绝经后女性T2DM且骨折风险较高患者需更加慎重使用TZDs类药物。应用TZDs治疗T2DM和胰岛素抵抗可能通过抑制骨形成和增加骨吸收导致骨质疏松症，从另一方面这也表明应用选择性PPARγ抑制剂可能会对破骨细胞活性增加引起的代谢性骨病如骨质疏松症和类风湿性关节炎治疗提供了新策略。

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