骨钙素与男性迟发性性腺功能减退症相关性的研究进展

于骐玮 郭海彬

河南大学人民医院 河南省人民医院生殖中心，河南郑州 450003

男性迟发性性腺功能减退症（late-onset hypogonadism，LOH）是指一种与男性年龄增长相关，以血清睾酮分泌减少为主要症状的临床综合征。主要表现为性欲减退、性功能障碍；其他表现有骨质疏松和骨密度降低、向心性肥胖、代谢综合症等全身症状[1]。目前LOH的发病机制尚未明确，但有研究表明，LOH是衰老过程中下丘脑-垂体功能恶化和睾丸间质细胞分泌睾酮能力下降的结果[2]。随着世界上老龄化问题日益严重，LOH作为影响中老年男性健康的重要疾病之一，是近几年来学者研究的热点。

骨钙素（osteocalcin，OC），是成骨细胞分化成熟后特异表达的标志蛋白，被视为骨更新和骨转化的标志物。骨钙素在人体内有羧化完全的骨钙素（cOC）有和羧化不全的骨钙素（ucOC）两种表达形式。成熟的骨钙素含有49个氨基酸残基，在骨钙素的第17、21、24位上各自含有一个α-羧谷氨基酸残基，这三个残基是在受体样跨膜蛋白酪氨酸磷酸酶（osteoblast protein tyrosine phosphatase，OSTPTP）和维生素K依赖的-谷氨酸羧化酶（γ-glutamyl carboxylase，GGCX）的共同作用下由谷氨酸羧化而来的，这种完全羧化的骨钙素能够帮助其与羟基磷灰石的结合，维持骨的正常矿化速率，在骨代谢中起到重要作用。另一部分羧化不全（包括未羧化）的骨钙素被释放在血液中，具有生物学活性，是调节体内能量代谢的重要角色，能够调节葡萄糖稳态和雄性生殖功能[3-4]。而LOH患者也常伴有骨密度改变及代谢性全身症状，越来越多的学者将视线转向骨钙素作为代谢因子与LOH的相关联系上，本文综述了OC的分子生物学的特征和功能及其与LOH的相关性。

1 骨钙素与睾酮分泌

睾酮分泌减少是LOH极为重要的特征之一，同时也是LOH诊断的必要条件[5]。睾酮是促进男性内、外生殖器的发育，并维持其生理功能的重要雄激素之一。男性体内95%的睾酮由睾丸间质细胞合成，睾丸间质细胞分泌合成睾酮主要受到下丘脑-垂 体-性 腺（hypothalamic-pituitary-gonadal axis，HPGA）调节下的促性腺激素诱导分泌[6]。下丘脑合成促性腺激素释放GNRH（gonadotropinreleasing hormone），GNRH通过下丘脑-垂体门脉循环至脑垂体，刺激垂体分泌卵泡刺（folliclestimulating hormone，FSH）和黄体生成素（luteinizing hormone，LH），LH刺激Leydig细胞产生睾丸激素。睾丸激素再通过负反馈抑制LH分泌[7]。最近的研究表明，存在与下丘脑-垂体-性腺轴平行的内分泌通路，该通路能够作用于睾丸的内分泌功能，其中涉及骨源性激素骨钙素（OC）[8]。

Oury等在早期研究中发现在体外培养的睾丸间质细胞中添加野生型小鼠成骨细胞培养液上清可促进其分泌睾酮，而雌激素和孕激素水平无显著变化，但不能促进体外培养的卵巢组织和肾上腺组织分泌睾酮。OC基因敲除小鼠成骨细胞培养液上清则不能促进体外培养的睾丸间质细胞及睾丸组织分泌睾酮；添加OC可促进体外培养的睾丸间质细胞分泌睾酮，注射OC后小鼠的血清睾酮水平也可显著提高。Oury在此基础上深入研究后发现骨钙素以G 蛋白偶联受体，依赖环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）依赖性方式调节睾酮合成所需酶的表达，从而促进睾丸间质细胞睾酮的分泌[9]。也有研究发现在Leydig Gprc6a -/-雄性小鼠中，睾丸，附睾和精囊的大小和重量，以及精子数量，循环睾酮水平和Leydig细胞的表达均降低。根据该模型，大多数学者认为ucOC将通过CREB介导的途径作用于GPRC6A，直接抑制Leydig细胞凋亡并刺激类固醇生成和睾酮生成。Pi等[10]在后续提供了ucOC和GPRC6A直接相互作用的分子证据后验证了这一说法。Yang等[11]的研究证实OC与男性特发性性腺功能减退患者睾丸对促性腺激素的反应性呈正相关。从普通人群到性腺功能减退、骨质疏松症、代谢综合征或肥胖症患者，在广泛的男性受试者中发现了类似的关联。所有这些数据加在一起，都支持了在小鼠和人类中都存在相似的假说，即睾丸间质细胞是两个主要激素轴的靶标，且LH/LH-受体和OC/GPRC6A这两个回路都有助于刺激睾酮产生和精子生成。

通过上述我们不难发现，骨骼通过OC调节Leydig细胞功能，并通过睾酮水平的变化影响睾丸的生精功能，对男性生殖系统起着重要的调节作用。但目前针对骨钙素调节睾丸功能的研究以动物实验居多，这种调节作用在男性体内是否同样存在，尤其是OC在LOH患者血清睾酮水平下降中的作用有待进一步研究。

2 骨钙素与能量代谢

有研究表明，LOH与2型糖尿病和代谢综合征有着相似的临床表现和病理生理学特点[12]，男性睾酮水平下降会导致代谢综合征的出现，高胰岛素血症和肥胖则会引起睾酮分泌减少。睾酮可通过影响雄激素受体和相关炎症细胞因子对胰岛β细胞产生保护效应[13]。同样有文献证明骨钙素与2型糖尿病和代谢综合征相关[14-15]，虽然其中的机制尚未明确，但2型糖尿病和代谢综合症无疑是与能量代谢相关的。下面我们分析一下骨钙素在能量代谢中的作用。

Lee等的早期研究首次推论骨钙素能够调节能量代谢。实验建立了两种小鼠模型：ESP-/-（ESP基因敲除）小鼠模型和OC-/-小鼠模型（oc基因敲除）。Esp是成骨细胞表达的一种基因，编码名为OST-PTP的受体样蛋白酪氨酸磷酸酶，OC是受Esp调控的蛋白质。给予野生型小鼠及ESP-/-小鼠输注葡萄糖（经下丘脑引起摄食过量），结果显示Esp-/-小鼠β细胞增殖及胰岛素分泌增加，Esp-/-小鼠胰岛素敏感性较野生型小鼠显著增加，ucOC的浓度也明显升高。与之相反的是，OC-/-小鼠表现为:血糖升高、体脂升高、胰岛细胞数目、大小均下调、靶器官的胰岛素受体减少、胰岛素分泌下降，OC浓度下降。这表明Esp 可能通过促进骨钙素的羧化，使得未羧化的骨钙素减少，从而对糖代谢产生负向调控的作用。随后，刘冬梅等发现用重组ucOC处理28d的野生型小鼠可以使其免受高脂饮食引起的葡萄糖代谢，并证实骨钙素可以增加胰岛β细胞的增殖，刺激胰岛β细胞的胰岛素表达和分泌，增加能量消耗[16]。这个过程受成骨细胞中胰岛素信号通路的控制，先前研究表明在 β 细胞上存在着介导骨钙素调节作用的受体（GPRC6A)，通过研究β细胞中条件缺失GPRC6A基因的小鼠的发育，发现条件β细胞GPRC6A 基因敲除的小鼠可表现为胰岛的大小和数量减少，胰岛素分泌减少，胰岛素抵抗，糖耐量的减低，基本确定了骨钙素是通过作用于胰岛素β细胞中的GPRC6A，进而调节胰岛β细胞的增殖和胰岛素的分泌，从而影响能量代谢。

骨钙素对脂肪代谢也具有调节作用。除了改善胰腺的内分泌功能外，还发现ucOC可通过直接和间接作用改善与代谢相关的多个器官的胰岛素敏感性，脂肪组织则是OC作用目标[17]。有研究发现，正常小鼠注射重组骨钙素蛋白后，小鼠胰岛β细胞增多、胰岛素分泌增加、脂联素表达增加，而体重、脂肪含量、血浆三酰甘油水平均下降；代谢紊乱的肥胖小鼠在注射未羧化的骨钙素后，代谢和体重恢复至正常水平[18]。

综上所述，我们认为骨钙素通过对胰腺、脂肪等的调节作用来实现对生物体整体能量代谢的调节。一方面，未羧化的骨钙素通过血液循环系统作用于胰腺，促进胰岛β细胞的增殖和胰岛素的产生，调节葡萄糖代谢；同时骨钙素也能够促进脂肪组织分泌脂连素，增强胰岛素敏感性。另一方面，作为骨钙素的潜在作用组织，脂肪组织也是与葡萄糖代谢的“重要器官”。

3 骨钙素在治疗男性迟发性性腺功能减退症的应用前景及展望

目前国际公认对LOH的治疗为睾丸激素替代治疗（TRT）[19]，但近年来有文献说明，这种方法存在各种副作用，例如红细胞增多症，肌肉力量和性功能下降，心血管疾病，肾衰竭等[20-21]。所以目前对LOH的治疗也在不断的探索当中，由于LOH的诊断标准存在争议，且发病机制尚未明确阐明，关于骨钙素和LOH治疗方面的研究相对较少。我们已知骨钙素通过胰腺-骨-睾丸轴途径在能量代谢和男性生育能力方面起到重要作用，这种激素途径相关的药理学研究有相当大的前景，可能对治疗性腺功能减退和其相关代谢性疾病起到新的作用。

Gulfidan 将雄性大鼠分为两组：青春期前正常大鼠和成年EDS（EDS是一种烷基化剂，可特异性杀死成年Leydig细胞而不会影响其他睾丸细胞类型）注射大鼠。每组分为4个亚组，分别应用GnRH拮抗剂或OC注射，待成年大鼠Leydig细胞完成发育后，通过光电子显微镜，免疫组织化学和生化方法检查从处死的大鼠获得的睾丸组织样品，测定3βHSD，INSL3，GPRC6A等相关因子的表达。对所有结果进行评估后得出结论：尽管骨钙素治疗对Leydig细胞的数量没有显著影响，但它可以通过改善正常发育过程的leydig细胞和EDS后再生过程中成年Leydig细胞的功能来增加睾丸激素的水平，且骨钙素-睾丸激素和骨钙素-INSL3之间的这种正相关独立于LH。近年来的研究表明在因衰老或睾丸受损而被诊断为性腺功能减退的男性中使用外源性睾丸激素可减少长期LH分泌和内源性睾丸激素的产生，在此基础上，他推测对于关于性腺功能低下的治疗（尤其是针对原发性性腺功能低下），与睾丸激素替代治疗相比，外源性骨钙素可能是一种新的副作用更小的治疗途径[22]。

Mizokami等实验证明长期间歇或每日口服GluOC可降低小鼠的空腹血糖水平并改善其糖耐量，而不会影响胰岛素敏感性，还增加了空腹血清胰岛素浓度以及胰腺中的β细胞面积。这种途径可能通过从肠腔和全身循环中起作用而改善了对葡萄糖的处理，为口服gluOC治疗相关代谢疾病做出了开创性的研究[23]。在后续研究中，Mizokami等[24]制备了一种含有gluOC的猪肉提取物酸盐缓冲液，并考察了该提取物对肥胖小鼠代谢的改善作用。将实验小鼠喂食高糖，高脂饲料并每日口服该提取物连续4周，与对照组小鼠相比（未口服提取液），实验组小鼠血糖水平降低，糖耐量以及胰岛素敏感性提高。首次表明，煮熟的猪肉骨头可以作为骨钙素的来源，进行大规模生产改善糖代谢的补充剂。

而Pi等[10]和De Toni等[15]的最新研究证明了骨钙素相关GPRC6A作为计算模型的可用性，它可能是未来开发具有激动剂或拮抗剂性质的新小分子的合适平台。以上这些都为骨钙素对性腺功能减退治疗的临床应用做出了开创性的贡献，但具体关于口服治疗性蛋白的实用性和疗效还需进一步研究讨论，关于激动剂和拮抗剂研究目前也只是理论猜想，但这方面的研究具有相当大的前景。

4 结论

在近期的研究中，越来越多的证据表明骨钙素作为一种内分泌调节激素，对糖脂甚至整个能量调节以及男性生殖方面起到重要的调节作用。尤其是骨钙素对男性生殖方面的调节在小鼠和体外模型中已经进行了大量研究，并且在人类雄性动物中得到了一定程度的证实，但仍存在各种争议，骨钙素具体在人体内对男性生殖的调节还有待发掘。我们综述了最近关于OC和LOH最近的相关研究，希望可以进一步研究OC在LOH中的作用机制，为LOH 相关的预防和治疗提供新的思路。