钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂类降糖药物致骨代谢异常非临床和临床安全相关性分析

李 峥，尹茂山，王 寅，尹华静，吴 爽，戴学栋，王庆利，黄芳华，于 冰

（国家药品监督管理局药品审评中心，北京 100022）

钠-葡萄糖协同转运蛋白2（sodium-glucose co-transporter 2，SGLT2）（又称 SLC5A2）抑制剂类降糖药物因不影响胰岛素和胰高血糖素分泌调节通路，低血糖风险相对较小，因此近年来全球糖尿病治疗药物研发的热点，且已有多个产品在中国和欧美等国家和地区上市。该类药物对经饮食和锻炼控制不佳的2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者具有降低体重、改善血糖和血脂及保护血管等作用，但存在影响骨代谢的风险。骨代谢是一个动态过程，骨代谢平衡是保证骨骼健康的关键因素。参与骨代谢过程的细胞中，成骨细胞主要参与骨形成过程，而破骨细胞则决定了骨吸收过程。成骨细胞和破骨细胞等通过分泌因子以旁分泌的方式互相调控，维持骨细胞代谢的动态平衡，以保证骨骼的健康。同时，这些细胞分泌的细胞因子参与调控其他组织器官的功能，骨骼起到内分泌器官的作用，如骨细胞分泌的成纤维生长因子23调节肾中磷酸盐代谢和维生素D3的合成，抑制甲状旁腺合成和分泌甲状旁腺激素。由成骨细胞合成、破骨细胞羧化产生的骨钙素进入血液循环，可作用于脂肪、肝、肌肉和胰腺等组织器官，刺激胰岛素的分泌和合成，增加对胰岛素的敏感性，增强对糖原和脂肪酸的消耗来调控机体的能量代谢[1]。目前SGLT2抑制剂类降糖药物对糖尿病患者骨代谢影响的机制尚不明确，成为开发过程中重点关注的问题。在SGLT2抑制剂类降糖药物的早期开发中，通过非临床毒理学试验可提示骨增生、钙稳态失衡和骨转换标志物等方面的变化，从而有效开展药物结构改善、限制药物剂量或终止药物开发，以优化药物研发、预防或降低毒性发生并降低药物开发风险，为临床用药安全提供依据。以下以已上市SGLT2抑制剂类降糖药物为例，基于非临床安全性数据讨论该类药物对骨代谢标志物、骨密度和骨折率的影响，分析非临床研究对临床风险的提示作用。

1 SGLT2抑制剂的作用机制

SGLT在葡萄糖重吸收中发挥作用，主要包括SGLT1和SGLT2 2种[2]。SGLT1分布于小肠、骨骼肌、心脏和肾等，SGLT2几乎仅在肾近曲小管的顶膜表达[3-4]。SGLT1和SGLT2在肾葡萄糖重吸收中发挥重要作用。在人和啮齿类动物肾中，SGLT2位于肾近端小管S1和S2段的刷状缘膜（brush border membrane），SGLT1位于远端小管S3段的刷状缘膜[4-5]。高容量、低亲和力的SGLT2以1∶1比例转运Na+和葡萄糖进入基底细胞，经基底侧的葡萄糖转运蛋白2（glucose transporter 2，GLUT2）将葡萄糖交换至组织间隙，Na+经Na+-K+-ATP酶排出基底细胞；低容量和高亲和力的SGLT1以 2∶1 比例转运 Na+和葡萄糖[4，6-7]。SGLT2 利用Na+的电化学梯度势能逆浓度梯度转运葡萄糖重新入血，SGLT2介导≥90%葡萄糖的重吸收，而＜10%则由SGLT1完成重吸收[8]。SGLT2抑制剂通过降低肾对葡萄糖的重吸收，降低T2DM患者血糖水平。SGLT2属于溶质载体，不依赖于葡萄糖依赖的胰岛素途径，单药治疗和联合用药均能有效控制T2DM患者血糖。与其他降糖类药物相比，其低血糖和体重增加等不良反应风险降低，可用于不同程度胰岛素耐受和β细胞功能受损患者的治疗。

2 已上市的SGLT2抑制剂类降糖药物

全球已获批上市的SGLT2抑制剂类降糖药物有 达格列净（dapagliflozin）、卡格列净（canagliflozin）、托 格列 净（tofogliflozin）、鲁 格列 净（luseogliflozin）、依格列净（ipragliflozin）、恩格列净（empagliflozin）、艾格列净（ertugliflozin）和索格列净（sotagliflozin）单药及其组成的复方制剂，另有多个尚处于临床研究阶段。美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准上市的此类药物分别是：①卡格列净（Invokana）和卡格列净/盐酸二甲双胍（canagliflozin/metformin hydrochloride，Invokamet/Invokamet XR）；② 达格列净（Farxiga）、达格列净/盐酸二甲双胍（dapagliflozin/metformin，Xigduo XR）、达格列净/沙格利平（dapagliflozin/saxaglipin，Qtern）和达格列净/沙格利平/盐酸二甲双胍（dapagliflozin/saxaglipin/metformin hydrochloride，Qternmet XR）；③ 恩格列净（Jardiance）、恩格列净/利纳格列汀/盐酸二甲双胍（empagliflozin/linagliptin/metformin hydrochloride，Trijardy XR）和恩格列净/盐酸二甲双胍（empagliflozin/metformin hydrochloride，Synjardy/Synjardy XR）、恩格列净/利纳格列汀（empagliflozin/linagliptin，Glyxambi）；④ 艾格列净（Steglatro）、艾格列净/盐酸二甲双胍（ertugliflozin/metformin hydrochloride，Segluromet）和艾格列净/西他列汀（ertugliflozin/sitagliptin，Steglujan）。多项此类药物临床试验结果表明，SGLT2抑制剂不仅可降低T2DM的血糖，还能降低患者收缩压和舒张压，减轻体重，改善蛋白尿和尿酸，增加血细胞比容；此外，该类药物还能通过调节肾血流灌注、抑制肾炎症及降低肾间质纤维化来改善肾功能的转归[9]。

目前，恩格列净、恩格列净/二甲双胍片、卡格列净、达格列净、达格列净/二甲双胍缓释片和艾格列净等原研产品已在国内获批上市。部分SGLT2抑制剂类降糖药物的国内仿制药已有上市，如达格列净片、恩格列净片和卡格列净片。国内企业开发的同类药物包括万格列净（wanpagliplozin）、焦谷氨酸荣格列净（rongliflozin）、泰格列净（tianagliflozin）、艾格列净（alligliflozin）、加格列净（janagliflozin）和脯氨酸恒格列净（henagliflozein proline）等。

此外，首个SGLT1/SGLT2双效口服抑制剂索格列净于2019年4月26日获欧洲药物管理局（European Medicines Agency，EMA）批准上市，商品名为Zynquista，获批用作胰岛素的辅助药物，用于接受最优剂量胰岛素治疗仍血糖控制不佳的T1DM患者（体重指数≥27 kg·m-2）。部分药企正在开发SGLT2抑制剂用于T1DM的治疗。2018年12月，安斯泰来的伊格列净L-脯氨酸（ipragliflozin L-proline，Suglat）获日本批准用于治疗T1DM患者，阿斯利康的达格列净（Forxiga）获欧盟和日本批准治疗T1DM患者。

3 已上市SGLT2抑制剂类降糖药物骨代谢相关不良反应

T2DM导致骨折风险升高的机制尚未明确，可能是一系列因素（包括跌倒的风险增加、局部骨量减少以及骨质受损）综合作用的结果[10-11]。另外，治疗糖尿病的药物也可能增加骨折风险，深入研究治疗糖尿病药物对骨代谢的影响及其作用机制有助于指导T2DM患者的临床用药[11]。从已上市SGLT2抑制剂类降糖药物的临床数据分析，该类药物存在骨折和截肢风险等骨代谢相关不良反应[12-15]。SGLT2抑制剂类降糖药物可能通过促进磷酸盐重吸收、刺激甲状旁腺激素分泌及降低骨密度而增加骨折的风险[16-17]。使用SGLT2抑制剂联合用药治疗糖尿病时可能会发生低血糖，可能会增加跌倒和骨折的风险。SGLT2抑制剂类降糖药物一般不引起低血糖，当与其他降糖药物联合应用时需调整胰岛素或磺脲类药物等联合用药的剂量，以最大限度地降低低血糖风险[18]。此外，SGLT2抑制剂类降糖药物可诱导渗透性利尿，导致体位性低血压，也可能加重跌倒风险[19]。美国FDA分别于2015和2016年要求强生公司的糖尿病治疗药物卡格列净说明书中补充增加骨折和下肢（主要是脚趾）截肢风险[20]，而2020年8月宣布删除卡格列净说明书中有关截肢风险的黑框警告，涉及产品包括卡格列净、卡格列净/二甲双胍和卡格列净/缓释二甲双胍，美国FDA删除黑框警告的决定是基于对3个新的临床试验的审查[18，21]。但卡格列净的截肢风险仍然存在，并在说明书“警告和注意事项”部分进行了描述。因此，对拟使用该类药物的高危糖尿病患者（如高龄、心血管高危风险和低肾小球滤过率）应进行相关风险评估。

4 SGLT2抑制剂类降糖药物骨相关的非临床安全性案例分析

非临床研究中动物年龄如老龄动物（骨骼稳定生长期）和幼龄动物（骨骼快速成长期）、动物种属如大鼠和犬、给药剂量及相关指标检测时间等，在骨代谢方面的毒性表现可能存在较大差异。非临床研究结果多用于提示临床相关风险，但这些骨代谢异常与临床的相关性尚不清楚。

4.1 卡格列净

卡格列净对大鼠的主要毒性靶器官为肾和骨，其中骨的改变包括在骨小梁（骨松质）中的急性作用和在骨密质中的慢性作用[22]。对骨小梁的急性作用仅见于大鼠由高钙吸收引起的毒性作用，而老龄大鼠和犬的骨密度和强度下降可能与体重减轻和钙代谢相关。卡格列净高剂量组〔≥人用最大推荐剂量的12倍（12 times maximum recommended dose for human use，12×MRHD〕给药4 d即可见大鼠骨质增生，低剂量组（＜1×MRHD）发生时间较迟，对成长期大鼠更为明显，并对钙和骨代谢标志物产生影响。幼龄大鼠于出生后第21～90天经口给予卡格列净≥20 mg·kg-1组可见胸骨和膝关节骨小梁增生的发生率和严重程度呈剂量依赖性，大鼠和犬分别给予卡格列净高达每天100 mg·kg-1均可见钙稳态破坏，其中大鼠可见股骨和（或）胫骨骨小梁增生（≥20 mg·kg-1）、软组织钙化、高钙尿和骨代谢标志物变化，血清1，25-二羟维生素D和甲状旁腺激素水平持续降低，降钙素和骨钙素降低，血清磷、镁呈剂量依赖性增加；骨脆性和骨折增加。犬骨代谢相关标志物和骨组织未见明显变化。综上分析，卡格列净诱导的钙吸收增加可能是骨质增生的主要原因，而防止由卡格列净引起的碳水化合物吸收不良可能预防骨质增生和钙尿的发生[23]。

4.2 达格列净

大鼠连续6个月每天经口给予达格列净5，25和150 mg·kg-1，主要毒性包括骨小梁及组织钙化增加，可能与钙稳态调节和尿钙排泄增加相关。而对大鼠肠道SGLT1的脱靶抑制，可能增加钙吸收，使血钙水平升高、骨小梁及组织钙化增加。但与大鼠相比，达格列净对人SGLT1的亲和力较低，因此对人SGLT1的脱靶抑制作用较弱。大鼠2年致癌性试验中可见骨小梁增加（暴露量约为临床人用剂量下暴露量的129倍），导致骨量、骨密度和骨强度增加，对骨的影响呈剂量和时间依赖性。在犬1年毒理学试验中，高剂量（每天120 mg·kg-1）组未见犬骨骼的结构变化，但可见血清1，25-二羟维生素D和尿脱氧吡啶啉降低，各剂量组尿钙排泄增加[24]。达格列净在幼龄大鼠重复2个月给药毒性试验中，75 mg·kg-1（1086×MRHD）组可见骨小梁轻度增生[25]。SGLT1的脱靶抑制作用也可能是骨代谢相关毒性反应的影响因素之一。

4.3 恩格列净

恩格列净对动物骨骼的影响并不典型，仅在大鼠2年致癌性试验中可见钙稳态破坏。大鼠经口给予恩格列净每天300和700 mg·kg-1，可见骨小梁增生、软组织钙化、高钙尿和骨骼生物标志物等变化，血清1，25-二羟维生素D和甲状旁腺激素水平持续下降[26]。犬52周重复给药毒性试验中，经口给予恩格列净每天300和700 mg·kg-1，可见骨代谢标志物骨钙素和碱性磷酸酶增加，但未见骨组织病理改变[27]。有研究报道，继发于肠道SGLT1抑制的碳水化合物吸收不良和渗透性利尿导致的钙或磷酸盐流失均是钙稳态失衡的原因[27]。

4.4 艾格列净

艾格列净的毒理学试验表明，SD大鼠每天1次经口给予艾格列净100 mg·kg-1（雄性：288×MRHD；雌性：590×MRHD）（持续给药6个月）可见钙稳态破坏及对骨骼的影响，包括血钙和尿钙增加，甲状旁腺激素降低，骨质增生、胸骨和股骨骨小梁增加[28]。幼龄大鼠于出生后第21～90天，每天1次经口给予艾格列净5，25和250 mg·kg-1。结果表明，25和250 mg·kg-1雌雄幼龄大鼠均可见总骨密度增加，主要归因于骨小梁密度增加，股骨干骺端总骨、骨小梁和皮质/皮质下骨矿物质含量和骨密度呈剂量依赖性增加[28]。表明艾格列净对可导致幼龄大鼠骨骼发育、生长和（或）成熟缺陷，且不可逆[28]。

5 已上市SGLT2抑制剂类降糖药物骨相关的临床安全性数据分析

非临床研究表明，卡格列净和达格列净给药后大鼠均可观察到尿钙增加、骨质增生（骨小梁体积增加），甲状旁腺激素、1，25-二羟维生素D等骨代谢标志物水平降低[29]。但在临床Ⅰ期和Ⅱ期试验中，受试者血清磷酸或钙水平未见统计学意义的变化[30]。在Ⅲ期试验（DIA3010）中，受试者血清骨吸收标志物β胶原特殊序列（β-collagen specific sequence）和骨形成标志物Ⅰ型前胶原N端原肽（N-terminal propeptide of typeⅠprocollagen）呈剂量依赖性升高，但骨密度变化未见明确的临床意义[31]。一项为期104周、双盲、安慰剂对照的临床试验显示，与卡格列净相关的髋骨矿物质密度降低幅度很小，但具有统计学意义（P＜0.05），而对其他部位的骨密度无影响[30，32]。Watts等[19]分析了临床试验中卡格列净对骨折的影响，发现其对人体内骨代谢标志物和髋关节骨密度可见降低趋势[22，32-33]，但这些改变的临床意义尚不明确，可能与体重减轻相关性更大[34]。尽管一项关于SGLT2抑制剂卡格列净心血管安全性的研究（CANVAS）表明，与安慰剂相比，卡格列净给药增加骨折风险，但绝大多数试验和荟萃分析并未证明使用SGLT2抑制剂会增加骨折风险[35]。CANVAS研究中，卡格列净组受试者的跌倒率高于安慰剂组且多数报道的跌倒伴骨折发生。因此，观察到的骨折风险增加可能与体重降低相关，而非药物对骨骼的直接影响，也可能是偶然性因素导致的骨折发生率增加。达格列净的临床研究表明，达格列净组血清钙、甲状旁腺激素和1，25-二羟维生素D的平均浓度未见明显变化[15，36-37]；为期50周的随访中达格列净组与安慰剂组之间的骨密度未见统计学差异[36]，总体骨折发生率略低于对照组或与对照组基本一致。恩格列净临床试验未见血清钙、甲状旁腺激素和1，25-二羟维生素D等钙稳态标志物显著改变[38]。恩格列净非临床研究中观察到的骨毒性，在治疗剂量时对受试者的风险很低[39]。

6 结语

骨质疏松是糖尿病患者的常伴并发症，严重影响患者的生活质量。SGLTs蛋白家族作为治疗糖尿病领域的重要靶点，随着新型降糖SGLT2抑制剂大量应用于临床，其对骨代谢的影响也受到广泛关注。该靶点相关药物虽然在降糖、降压等方面表现良好，却可能影响骨代谢，增加骨折风险，尤其是在早期临床开发中往往伴随着骨代谢异常表现。从现有的动物研究发现分析，骨代谢异常可能是由于SGLT2抑制剂对SGLT1等相关靶点也存在抑制作用，而造成的非靶效应或脱靶毒性。在SGLT1被抑制条件下，低水平的甲状旁腺激素与成骨细胞活性的激活和破骨细胞活性的抑制相关。在高血糖状态下，由于SGLT1抑制和糖发酵导致肠道pH值降低等共同作用，从而导致钙吸收增加等相关适应性反应，低水平的甲状旁腺激素可降低血清钙（激活成骨细胞和抑制破骨细胞活性）并增加血清磷浓度[28]。因此，骨代谢相关异常发现可能是继发于SGLT1等非靶抑制作用，这种抑制对大鼠比对人类可能更敏感。因此，但这些骨代谢异常发现，在非临床动物试验中与临床试验表现可能存在一定差异。

综上，非临床研究中卡格列净、达格列净和恩格列净的大鼠毒理研究结果均可见钙稳态破坏、骨代谢物及骨转换生物标志物的改变，但临床研究中仅卡格列净可增加骨折风险（CANVAS研究），达格列净、恩格列净均未见有统计学意义的骨折风险增加。这种差异的产生可能是因为大鼠的骨组织比人的更为敏感，导致SGLT2抑制剂类降糖药物的骨毒性在临床试验中无法得到验证；其次，SGLT2抑制剂类降糖药物临床研究中骨代谢物、骨密度和骨折率并非为主要的观察终点，所以目前的结论还存在很多不确定性。在未来的临床研究中，需考虑SGLT2抑制剂类降糖药物对骨的潜在影响，进行药物对骨的影响（骨代谢物、骨折率、骨密度和骨转换）的前瞻性研究，以明确SGLT2抑制剂类降糖药物对骨的影响。在获得更多临床安全性数据之前，临床研究应充分考虑SGLT2抑制剂类降糖药物潜在的不良反应风险，应将其纳入风险控制计划，谨慎用于糖尿病晚期、肾功能不全及高骨折风险的患者。