基于肠促胰素效应的2型糖尿病骨代谢异常的致病机制探究

刘虹丽　张帆　洪小瑜　戴亚丽　卢东晖　韩令川　吴佩娴　彭卫群 林秋讯

【摘要】 目的：探讨基于肠促胰素效应的2型糖尿病患者骨代谢异常的致病机制。方法：选取本院于2016年1月-2017年6月收治的210例2型糖尿病患者，其中伴骨代谢异常（骨量减少/骨质疏松症）组104例，不伴骨代谢异常组106例。检测患者肝肾功能等一般生化指标、糖化血红蛋白（HbA1c）;测定骨代谢相关指标包括（1）钙磷代谢生化指标：血钙、血磷;（2）骨代谢调节激素：甲状旁腺激素（PTH）、25羟维生素D3[25-（OH）VD3];（3）骨形成生化指标：N端骨钙素（N-BGP）、Ⅰ型原胶原N末端前肽（PINP）;（4）骨吸收生化指标：β-Ⅰ型胶原交联C末端肽（β-CTX）。行二两馒头餐糖耐量试验，测定空腹和餐后1、2 h血糖，以及胰岛素、肠促胰素（GIP、GLP-1和GLP-2）。结果：2型糖尿病伴骨代谢异常组HbA1C、PTH、β-CTX均明显高于2型糖尿病不伴骨代谢异常组，而25-（OH）VD3、N-BGP、PINP均低于2型糖尿病不伴骨代谢异常组，差异均有统计学意义（P<0.05）;兩组血钙、血磷比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。两组在空腹和餐后1、2 h血糖均升高，胰岛素、GIP、GLP-1、GLP-2均先增后减;2型糖尿病伴骨代谢异常组的血糖在同一时段均比2型糖尿病不伴骨代谢异常组高，而胰岛素、GIP、GLP-1、GLP-2均比2型糖尿病不伴骨代谢异常组低，差异均有统计学意义（P<0.05）。结论：肠促胰素可调节成骨细胞与破骨细胞功能，2型糖尿病患者胰岛素及肠促胰素水平下降，骨吸收增加，骨形成减少，可能与患者骨代谢异常（骨质疏松或骨量减少）发病有关。

【关键词】 肠促胰素效应; 2型糖尿病; 骨代谢异常

【Abstract】 Objective：To investigate the mechanism of bone metabolism abnormality in type 2 diabetic patients based on the effect of incretin.Method：A total of 210 patients with type 2 diabetes admitted to our hospital from January 2016 to June 2017 were selected.There were 104 cases in the with abnormal bone metabolism（osteopenia/osteoporosis）group and 106 cases in the without abnormal bone metabolism group.Detection of general biochemical indicators such as liver and kidney function of patients glycosylated hemoglobin（HbA1c），the indexes of bone metabolism include：（1）biochemical indexes of calcium and phosphorus metabolism：blood calcium and phosphorus.（2）bone metabolism regulation hormone：parathyroid hormone（PTH），25 hydroxyvitamin D3[25-（OH）VD3].（3）biochemical indexes of bone formation：n-terminal osteocalcin（N-BGP），type I procollagen n-terminal propeptide（PINP）.Biochemical parameters of bone resorption：c-terminal peptide crosslinked with collagen beta type Ⅰ（β-CTX）.The glucose tolerance test of 2 steamed buns was conducted to determine fasting and postprandial blood glucose，as well as Insulin and Incretin（GIP，GLP-1 and GLP-2）.Result：The HbA1C，PTH，β-CTX of type 2 diabetes mellitus with bone metabolism abnormality group were significantly higher than those of type 2 diabetes mellitus without bone metabolism abnormality group，25-（OH）VD3，N-BGP and PINP were lower than those of type 2 diabetes mellitus without abnormal bone metabolism group，the differences were statistically significant（P<0.05）.There were no statistically significant differences in serum calcium and phosphorus between the two groups（P>0.05）.Both groups had elevated blood glucose at fasting and 1，2 h after meal.Insulin，GIP，GLP-1，GLP-2 increased first and then decreased;the blood glucose of type 2 diabetes mellitus with abnormal bone metabolism group was higher than that of type 2 diabetes mellitus without abnormal bone metabolism group at the same time，however，Insulin，GIP，GLP-1，GLP-2 were lower than those of type 2 diabetes mellitus without abnormal bone metabolism group，the differences were statistically significant（P<0.05）.Conclusion：Incretin regulates osteoblast and osteoclast function，Insulin and Incretin levels decrease，bone resorption increases，and bone formation decreases in type 2 diabetes patients，which may be related to abnormal bone metabolism（osteoporosis or osteopenia）in patients.

【Key words】 Incretin effect; Type 2 diabetes; Bone metabolism abnormality

First-authors address：Peking University Shenzhen Hospital，Shenzhen 518000，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.02.011

近年来，糖尿病（DM）患病率逐年升高。糖尿病对健康的危害巨大，且治疗费用高、经济负担重。骨量减少和骨质疏松症（OP）是临床最常见的骨代谢异常疾病，易脆性骨折。糖尿病患者更易合并骨代谢异常（骨量减少/骨质疏松症），称为糖尿病性骨质疏松症（DOP）。我国糖尿病患者骨质疏松的發病率为40%～66%，发病率和骨质疏松性骨折的危险性明显高于普通人群。DOP的病因和发病机制十分复杂，目前研究提示与胰岛素及胰岛素样生长因子-1减少、活性维生素D水平下降等多种因素均有一定相关性[1]。部分研究提示肠促胰素对成骨细胞和破骨细胞有调节作用而影响体内骨代谢[2-3]。我国糖尿病患者数居全球首位，糖尿病性骨质疏松患者众多，因此防治骨质疏松症、降低骨折风险刻不容缓[4]。本研究从2型糖尿病患者肠促胰素效应改变入手，选择多个特异性较高的骨代谢评价指标，探讨肠促胰素效应在2型糖尿病患者骨代谢异常发病中的作用，分析可能的致病机制，寻找糖尿病骨代谢异常患者治疗的新靶点，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集本院于2016年1月-2017年6月收治的2型糖尿病患者210例，入选标准：所有患者均符合WHO糖尿病诊断标准，空腹血糖≥7.0 mmol/L，糖负荷后2 h血糖≥11.1 mmol/L。排除标准：1型糖尿病;2型糖尿病合并妊娠、急性感染、慢性感染、酮症酸中毒或高渗性昏迷者;合并心衰，严重心率失常、脑血管意外者;合并严重肝、肾功能不良、精神疾病、结缔组织病或肿瘤者;骨折急性期及近3个月应用影响骨代谢药物，如糖皮质激素、骨化三醇、二磷酸盐、抗癫痫药物等;无明确诊断的除骨质疏松和骨量减少以外的其他代谢性骨病。

1.2 方法 （1）基线调查：性别、年龄、病程、糖尿病治疗方式、并发症及伴发疾病情况、骨折外伤史、家族史（父母糖尿病、骨质疏松症、骨折等病史）、文化程度、体育运动程度等。（2）检测患者肝肾功能等一般生化指标、糖化血红蛋白（HbA1c），采用全自动生化分析仪检测肝肾功能生化指标;采用糖化血红蛋白自动分析仪KH-101，利用离子交换HLPC法测定糖化血红蛋白。（3）采用电化学发光法，使用生化免疫分析仪（Cobas e601模块）和罗氏公司生产的骨代谢检测试剂盒测定骨代谢相关指标，①钙磷代谢生化指标：血钙、血磷;②骨代谢调节激素：甲状旁腺激素（PTH）、25羟维生素D3[25-（OH）VD3];③骨形成生化指标：N端骨钙素（N-BGP）、Ⅰ型原胶原N末端前肽（PINP）;④骨吸收生化指标：β-Ⅰ型胶原交联C末端肽（β-CTX）。（4）所有患者行二两馒头餐糖耐量试验，测定空腹和餐后1 h、餐后2 h血糖以及胰岛素，采用武汉默沙克生物科技有限公司生产的试剂盒测定肠促胰素（GIP、GLP-1和GLP-2）。

1.3 统计学处理 采用SPSS 14.0进行数据的统计学处理，计量资料用（x±s）表示，比较采用t检验;计数资料以率（%）表示，比较采用字2检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般资料比较 采用双能X线骨密度测定（DEXA）方法测定腰椎/左股骨颈骨密度，T值≥-1.0为骨量正常，分入2型糖尿病不伴骨代谢异常组;-2.50.05），具有可比性。

2.2 两组实验室检查指标及骨代谢情况比较 2型糖尿病伴骨代谢异常组HbA1C、PTH、β-CTX均明显高于2型糖尿病不伴骨代谢异常组，而25-（OH）VD3、N-BGP、PINP均低于2型糖尿病不伴骨代谢异常组，差异均有统计学意义（P<0.05）;两组血钙、血磷比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表1。

2.3 两组糖耐量试验前后血糖、胰岛素、肠促胰素比较 在空腹、餐后1 h、餐后2 h，两组血糖都增加，胰岛素、GIP、GLP-1、GLP-2均先增后减;2型糖尿病伴骨代谢异常组的血糖在同一时段均比不伴骨代谢异常组高，而胰岛素、GIP、GLP-1、GLP-2均比不伴骨代谢异常组低，差异均有统计学意义（P<0.05），见表2。

3 讨论

近年来，随着全球和我国老龄化的加剧，糖尿病和骨代谢异常疾病的患病人数逐年升高。骨量减少和骨质疏松症是临床最常见的骨代谢异常疾病，据统计2006年全国50岁以上人群中约有6 994万人患有骨质疏松症，约2亿1千万人存在骨量减少。糖尿病患者合并骨代谢异常（骨量减少/骨质疏松症），称为糖尿病性骨质疏松症。患者的骨质疏松性骨折的危险性明显高于普通人群。在病因和发病机制方面，目前研究提示不仅与胰岛素及胰岛素样生长因子-1减少、活性维生素D水平下降有关，而且和糖基化终末产物堆积、胶原蛋白合成减少、渗透性利尿、细胞因子和肠促胰素作用失衡及遗传等均有一定相关性[6-7]。

20世纪中期，研究发现口服葡萄糖刺激胰岛素分泌的量明显大于静脉输注葡萄糖所引起的胰岛素释放量，这种现象被称为“肠促胰素效应”，提示营养物质可刺激肠黏膜上皮细胞释放某种因子。后续研究分离提取出多种肠促胰素，主要包括葡萄糖依赖性胰岛素释放肽（glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP）和胰高血糖素样肽（glucagon-like peptide，GLP）两类，后者又可分为GLP-1和GLP-2[8]。肠促胰素可在进餐后促进胰岛素分泌，2型糖尿病患者肠促胰素效应减弱是血糖升高的原因之一[9]。由于体内多种器官和细胞表面均有肠促胰素受体，因此这类激素在调节血糖的同时，还具有延缓胃排空、抑制食欲、调节免疫和抗炎等多方面作用[10-11]。

目前，2型糖尿病合并骨質疏松症患者肠促胰岛素的变化及与骨代谢的关系研究较少。本研究同时关注两大公共健康问题：糖尿病和骨质疏松症;关注肠促胰素相关研究中的薄弱环节：骨代谢，从2型糖尿病患者肠促胰素效应改变入手，探讨肠促胰素效应在2型糖尿病患者骨代谢异常发病中的作用，分析可能的致病机制，寻找糖尿病骨代谢异常患者治疗的新靶点。

本研究结果显示，2型糖尿病伴骨代谢异常组HbA1C、PTH、β-CTX均明显高于2型糖尿病不伴骨代谢异常组，而25-（OH）VD3、N-BGP、PINP均低于2型糖尿病不伴骨代谢异常组，差异均有统计学意义（P<0.05），两组血钙、血磷相似。说明2型糖尿病伴骨代谢异常的特点是：骨形成下降、骨吸收增加。骨钙素（BGP）水平的高低可直接反映成骨细胞的活性，为测量骨形成或骨转换的一项特异而敏感的生化指标。BGP在骨的形成和转换中起重要作用，胰岛素缺乏长期得不到改善时，可能使成骨细胞特异性合成与释放BGP的功能受到抑制，导致骨基质成熟与骨转换下降。本研究发现2型糖尿病伴骨代谢异常组的血清骨钙素水平较2型糖尿病不伴骨代谢异常组低，可能是由于长期的糖代谢紊乱，血糖控制不良，胰岛素分泌水平及肠促胰素分泌水平相对较低，导致成骨细胞骨形成及骨转换下降而影响骨代谢所致。2型糖尿病伴骨代谢异常组β-CTX较2型糖尿病不伴骨代谢异常组明显增高，提示糖尿病患者骨吸收增加。胰岛素促进骨细胞摄取氨基酸，增强骨胶原合成，胰岛素受体存在于成骨细胞中，胰岛素可促进PTH和1，25-（OH）2D3对成骨细胞的作用。糖尿病患者有不同程度的胰岛素缺乏或敏感性降低，长期严重的糖代谢紊乱，降低蛋白质合成，使蛋白质代谢呈现负平衡，进而影响骨基质的形成，促进骨吸收，使β-CTX增加[12]。

骨转换是一个动态过程，胃肠道激素（如GLP-1和GIP）参与其调控[6]。本研究结果显示，两组患者空腹、餐后1 h、餐后2 h血糖都较正常人升高，胰岛素、GIP、GLP-1、GLP-2均先增后减;2型糖尿病伴骨代谢异常组的血糖在同一时段均比不伴骨代谢异常组高，而胰岛素、GIP、GLP-1、GLP-2均比不伴骨代谢异常组低，说明2型糖尿病患者血糖升高、胰岛素及肠促胰素下降与患者骨代谢异常的发生可能有相关性。已有的一些动物实验提示，GIP能显著减少成骨细胞的凋亡率，而抑制GIP信号肽会使成骨细胞介导的骨生成减少、破骨细胞介导的骨吸收增加[13]。Yamada等[14]也得出了相似的结论，缺少GIPR的大鼠骨小梁比正常组的薄，组织学特征类似于骨质疏松，骨生成参数明显降低，即GIP通过GIPR发挥抑制成骨细胞凋亡的作用，从而促进骨的生成。研究证实，GLP-1R-/-小鼠呈现出明显的皮质骨BMD降低、脆性增加，骨组织形态学测定发现这些基因改变后的小鼠破骨细胞引发的骨吸收明显增加[15]。对大鼠的相关研究也得出了类似结论[16]。另外的研究则显示GLP-1治疗使骨钙素等骨形成指标升高，对实验大鼠持续皮下泵入GLP-1 3 d后结果显示：骨钙素、骨保护素（OPG）mRNA水平以及OPG/RANKL的比值都有了不同程度的提高[17]，这些都提示GLP-1对骨形成过程具有促进作用。有假设认为肠促胰素对骨吸收的调节可能涉及Wnt/β-catenin信号通路，OPG/RANKL比值和硬骨素等[18-20]。

综上所述，目前的动物试验和临床研究均显示肠促胰素可调节成骨细胞与破骨细胞功能，2型糖尿病患者胰岛素及肠促胰素水平下降，骨吸收增加，骨形成减少，可能与患者骨代谢异常（骨质疏松或骨量减少）发病有关[21]。以提高体内肠促胰素水平为基础的2型糖尿病治疗药物能否促进骨形成并抑制骨吸收，最终使骨强度增加是未来研究的方向。

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（收稿日期：2018-06-06） （本文编辑：张爽）