二甲双胍对SD大鼠骨密度和体成分作用的研究

张书 蔡劲薇 梁敏

广西医科大学第一附属医院内分泌科，广西 南宁 530021

骨质疏松症是中老年人常见的一种全身性骨骼疾病，所导致的骨折严重影响中老年人的生活质量，也给社会医疗保健系统造成了巨大的经济负担。双膦酸盐药物是目前抗骨质疏松的一线用药，但存在一些不良反应，影响了患者的依从性。因此迫切需要寻找更安全、更有效的治疗骨质疏松药物。目前二甲双胍对骨代谢的作用仍存在争议，需要进一步研究。本研究旨在探讨二甲双胍对SD大鼠骨密度和体成分的影响，不同干预剂量、不同干预时间是否影响不同，为二甲双胍能否可能成为治疗骨质疏松的新药提供依据。

1 材料和方法

1.1动物实验与分组

3月龄雌性SPF级SD大鼠60只，购自广西医科大学实验中心，合格证号：SCXK桂 2014-0002，体质量 250～290 g。按随机数字法分为对照组、二甲双胍100 mg/(kg·d)组、二甲双胍200 mg/(kg·d)组、二甲双胍300 mg/(kg·d)组、二甲双胍500 mg/(kg·d)组。每组12只。大鼠在灌胃前适应性饲养1周。对照组用生理盐水灌胃，实验组分别用100 mg/(kg·d)、200 mg/(kg·d)、300 mg/(kg·d)、500 mg/(kg·d)二甲双胍灌胃，每日1次。每周称重一次并记录。SD大鼠在广西医科大学实验SPF清洁级动物房饲养，标准颗粒饲料喂养，自由摄食进水，动物房温度(22 ± 1) ℃，湿度(59%～61%)，12 h昼夜照明节律。

1.2骨密度和体成分的测定

二甲双胍干预前、干预后4周，8周，12周，分别测定大鼠全身骨密度(g/cm2)及体成分(脂肪含量(g)和肌肉含量(g))。将固态的水合氯醛溶于生理盐水中配成10%的水合氯醛溶液。按3 mL/kg腹腔注射麻醉。将麻醉好的大鼠俯卧位放置于蓝色治疗垫单上。采用PLODIGY型(Lunar公司)双能X线骨密度仪测定大鼠全身骨密度及体成分。设置扫描参数，设置扫描宽度25 cm，扫描长度为37 cm。

1.3统计学处理

2 结果

2.1不同剂量二甲双胍干预不同时间大鼠全身骨密度的变化

干预4周，不同剂量二甲双胍组与对照组大鼠骨密度差异无统计学意义(P>0.05)。干预8周，不同剂量二甲双胍组大鼠骨密度均较对照组增加(P<0.05)，但不同剂量组之间骨密度差异无统计学意义。干预12周，不同剂量二甲双胍组骨密度均较对照组增加(P<0.05)，但不同剂量组之间骨密度差异无统计学意义。干预8周，不同剂量二甲双胍组骨密度均较干预4周组增加(P<0.05)；干预12周，二甲双胍200 mg/(kg·d)组和300 mg/(kg·d)组大鼠骨密度均高于8周组(P<0.01)。见表1。

2.2不同剂量二甲双胍干预不同时间大鼠体重的变化

干预4周、8周，不同剂量二甲双胍组大鼠体重与对照组差异无统计学意义(P>0.05)。干预12周，不同剂量二甲双胍组的体重均低于对照组(P<0.01)，二甲双胍500 mg/(kg·d)组大鼠体重低于二甲双胍100 mg/(kg·d)组和200 mg/(kg·d)组(P<0.05)。见表2。

2.3不同剂量二甲双胍干预不同时间的大鼠全身脂肪含量的变化

干预4周，不同剂量二甲双胍组大鼠脂肪含量与对照组差异无统计学意义(P>0.05)。干预8周，不同剂量二甲双胍组大鼠脂肪含量均较对照组减少(P<0.05)，但不同剂量组之间脂肪含量差异无统计学意义。干预12周，不同剂量二甲双胍组大鼠脂肪含量均较对照组减少(P<0.05)，二甲双胍300 mg/(kg·d)组大鼠脂肪含量低于二甲双胍100 mg/(kg·d)组和200 mg/(kg·d)组(P<0.01)，二甲双胍300 mg/(kg·d)组和500 mg/(kg·d)组大鼠脂肪含量低于8周组(P<0.05)。见表3。

2.4不同剂量二甲双胍干预不同时间大鼠全身肌肉含量的变化

干预4周、8周，不同剂量二甲双胍组大鼠肌肉含量与对照组差异无统计学意义(P>0.05)。干预12周，二甲双胍200 mg/(kg·d)组和300 mg/(kg·d)组大鼠肌肉含量均高于对照组(P<0.05)。见表4。

表1 不同剂量二甲双胍干预不同时间对大鼠骨密度的影响Table 1 Effects of different doses of metformin on bone mineral density in rats at different treatment

注：与对照组比较，*P<0.05，与干预4周比较，aP<0.05，与干预8周比较，bP<0.05。

表2 不同剂量二甲双胍干预不同时间对大鼠体质量的影响Table 2 Effects of different doses of metformin on body mass of rats at different treatment duration

注：与对照组比较，*P<0.05，与二甲双胍500 mg/kg/d干预组比较，γP<0.05。

表3 不同剂量二甲双胍干预不同时间对大鼠全身脂肪含量的影响Table 3 Effects of different doses of metformin on body fat content in rats at different treatment duration

注：与对照组比较，*P<0.05，与二甲双胍300 mg/(kg·d)组比较，aP<0.05，与干预8周比较，bP<0.05。

表4 不同剂量二甲双胍干预不同时间对大鼠全身肌肉含量的影响Table 4 Effects of different doses of metformin on muscle content in rats at different treatment duration

注：与对照组比较，*P<0.05，与干预12周比较，aP<0.05。

3 讨论

骨质疏松的主要特征是骨矿物质含量下降，骨结构破坏，骨强度降低和易发生骨折。近年来发现，作为降糖药的二甲双胍可能对骨代谢产生影响。临床研究显示二甲双胍能提高2型糖尿病患者的骨密度[1-2]。另有研究显示2型糖尿病患者使用二甲双胍治疗18个月后，二甲双胍组与安慰剂组的脊柱与髋关节骨密度均下降，二甲双胍并无增加骨密度的作用[3]。至今为止，二甲双胍对骨密度的影响尚未明确。

本研究用二甲双胍干预SD大鼠，第4周时不同剂量二甲双胍组大鼠全身骨密度与对照组差异无统计学意义(P>0.05)；第8周和第12周时，不同剂量二甲双胍组大鼠全身骨密度均较对照组增加，并且干预8周时不同剂量二甲双胍组骨密度均较干预4周组增加，说明随干预时间延长，二甲双胍能够提高SD大鼠的骨密度。研究发现，代谢综合征大鼠使用二甲双胍治疗后，能阻止骨小梁成骨细胞丢失和胞外基质矿化的减少[4]。同时，二甲双胍对骨密度的影响与剂量有关。我们的研究发现，干预12周，二甲双胍200 mg/(kg·d)组和300 mg/(kg·d)组的骨密度高于干预8周组，提示随着作用时间的延长，二甲双胍200 mg/(kg·d)和300 mg/(kg·d)这两个剂量增加骨密度的作用更明显。有研究发现用甲强龙联合二甲双胍[200 mg/(kg·d)]干预大鼠9个月，二甲双胍可抑制骨吸收、促进骨形成，阻止糖皮质激素导致的骨质流失[5]。二甲双胍治疗组(0.5 g/次，3次/d)较对照组(0.5 g/次，2次/d)更能改善老年男性2型糖尿病患者骨密度[6]。用二甲双胍治疗2型糖尿病患者3个月后，腰椎和股骨颈的密度明显增加，其中二甲双胍高剂量组(0.5 g/次，每日4次)和中剂量组(0.5 g/次，每日3次)的骨密度均高于低剂量组(0.5 g/次，每日2次)，但二甲双胍高剂量组与中剂量组骨密度差异无统计学意义[1]。本研究结果也提示，继续增加二甲双胍剂量至500 mg/(kg·d)并没有进一步提高SD大鼠的骨密度。

关于糖尿病预防的项目显示，二甲双胍预防糖尿病的发生中，减重占据了64%的获益效果[7]。二甲双胍对超重和肥胖的糖尿病风险个体有适度的减肥作用[8]。肌肉更有利于提高骨密度[9]。细胞研究发现，二甲双胍通过AMPK依赖途径和非AMPK依赖途径抑制脂肪生成，有利于骨生成[10]。临床研究发现二甲双胍能降低肥胖2型糖尿病患者体重，体质指数越高，二甲双胍降体重的效果越明显[11]。我们的研究提示，干预4周、8周，不同剂量二甲双胍组大鼠体重与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。干预12周，不同剂量二甲双胍组的体重均低于对照组(P<0.01)，二甲双胍500 mg/(kg·d)组大鼠体重低于二甲双胍100 mg/(kg·d)组和200 mg/(kg·d)组(P<0.01)，提示随着时间的延长，二甲双胍可降低大鼠的体重，剂量越大，作用越明显。这可能与二甲双胍能抑制食欲，增加饱腹感，减少摄食有关[12]。同时二甲双胍对大鼠的脂肪也产生影响。干预8周和12周，不同剂量二甲双胍组的大鼠全身脂肪含量均低于对照组(P<0.05)，说明随着干预时间延长，二甲双胍能够抑制脂肪生成。二甲双胍300 mg/(kg·d)组大鼠脂肪含量低于二甲双胍100 mg/(kg·d)组(P<0.05)与二甲双胍200 mg/(kg·d)组(P<0.05)，提示二甲双胍300 mg/(kg·d)剂量作用更明显。有研究发现二甲双胍通过对神经食欲通路和外周脂肪代谢的多级作用，促进体重减轻[8]。我们的研究还发现，干预4周、8周，不同剂量二甲双胍组大鼠全身肌肉含量与对照组差异无统计学意义(P>0.05)。干预12周，二甲双胍200 mg/(kg·d)组和300 mg/(kg·d)组大鼠肌肉含量均高于对照组(P<0.05)。提示随着干预时间延长，200 mg/(kg·d)与300 mg/(kg·d)二甲双胍可增加SD大鼠全身肌肉含量。这与200 mg/(kg·d)二甲双胍及300 mg/(kg·d)二甲双胍能增加大鼠全身的骨密度是一致的。有学者发现肌肉含量的变化与骨密度存在相关性，这与我们的研究结果一致[13]。

综上所述，二甲双胍可增加SD大鼠的骨密度，减少SD大鼠体重和脂肪含量，增加肌肉含量，其作用程度与不同干预时间及不同干预剂量有关。二甲双胍未来有可能成为治疗骨质疏松的新药。