肾素血管紧张素系统与糖尿病性骨质疏松症的研究进展

章鸿雁 黄琪 卜瑞芳

南京医科大学附属无锡人民医院内分泌科，江苏 无锡 214000

糖尿病性骨质疏松症(diabetic osteoporosis，DOP)是指糖尿病并发单位体积内骨量减少、骨组织显微结构异常、骨强度降低和骨脆性增加的全身代谢性疾病，是糖尿病在骨骼系统的重要并发症之一，也是致残率最高的疾病。糖尿病性骨质疏松症的发病机制复杂，除了众所周知的长期高血糖、胰岛素缺乏、胰岛素样生长因子-1 (IGF-1)缺乏、钙磷代谢异常、骨钙素、性激素等直接或间接影响骨代谢，有研究者通过实验发现骨组织局部RAS活性升高也参与了糖尿病性骨质疏松症的发生与发展[1]。

流行病学调查显示，在中国2007年DOP患者约1300万且逐年升高，而本病目前在药物治疗方面存在很大的局限性，因此我们需要寻找新的潜在的治疗靶点为DOP提供新的治疗措施，本文从RAS在糖尿病性骨质疏松症病程中的生物学作用作一综述。

1 肾素血管紧张素对骨胰岛素抵抗的影响

众所周知，胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足是2型糖尿病发生的主要机制。近年来许多报道证实了RAS可以调节胰岛素敏感性[2]。骨骼肌是机体葡萄糖摄取和利用的主要器官，是外周胰岛素抵抗的重要靶位，故而我们认为骨骼肌在胰岛素抵抗的发生过程中起重要作用[3]。近年来有研究发现，在骨骼肌上存在有局部AngⅠ和AngⅡ的产生[4,5]，另外在骨骼肌细胞膜及其局部毛细血管内皮上也检测到了ACE的活性及ATIR基因的表达[6]，表明在骨骼肌上存在相对独立的局部RAS通过旁分泌或自分泌发挥作用。其主要机制可能如下：AngⅡ和胰岛素共享一段细胞信号转导途径，即 PI3K激酶途径，AngⅡ可以在多个水平抑制胰岛素信号转导，促进骨骼肌胰岛素抵抗的发生，如AngⅡ可以通过抑制IRS-1酪氨酸磷酸化、促进胰岛素受体B亚基或IRS-1丝氨酸磷酸化而抑制IRS-1对PI3K的激活，因此抑制胰岛素信号转导，促进胰岛素抵抗的发生[7]。Ogihara等[8]认为AngⅡ能通过氧化损伤改变PI3K下游信号转导而参与AngⅡ引起的胰岛素抵抗。进一步研究后，高岩等[9]认为PI3K途径在骨生成和骨重建的过程中也发挥着重要作用。Akt1是PI3K的主要下游分子。在Akt1敲除的小鼠中发现其和对照组相比骨量减少，骨吸收活性和骨形成明显降低，二次骨化中心形成明显延迟，骨特异性碱性磷酸酶、骨钙素、Ⅰ型胶原交联氨基末端肽等成骨细胞分化指标均降低，表明PI3K途径参与了糖尿病性骨质疏松症的发生。骨组织和骨骼肌都属于外周组织，最近在体内研究中，发现RAS各组分在骨组织中皆有表达[10,11]；在体外研究中，发现Ang Ⅱ受体在小鼠颅盖骨成骨细胞中有所表达[12]，所以其RAS各组分在胰岛素抵抗的过程中也可能发挥着重要作用。

2 胰岛素抵抗对骨代谢的影响

许多国内外研究均表明，胰岛素敏感性降低或血胰岛素水平不足是糖尿病性骨质疏松发生的重要原因[13]。其机制可能如下：①胰岛素敏感性降低引起蛋白质代谢障碍，即蛋白质合成受抑制，而分解增加，造成负氮平衡。蛋白质是构成骨架的基本物质, 其减少可导致骨质减少，钙、磷在骨骼中的沉积相应减少，形成骨质疏松。国内一临床试验发现[14]糖尿病组和健康对照组相比较，糖尿病组骨质疏松发生率明显升高，其中骨质疏松症患者FINS(胰岛素)、IS(胰岛素分泌指数)降低，提示胰岛素抵抗导致了胰岛素敏感性降低及糖代谢异常，从而引起骨质疏松，这在糖尿病早期就已存在明显影响，这可能是胰岛素与成骨细胞膜表面的胰岛素受体相结合，促进其骨细胞内氨基酸蓄积，刺激核苷酸合成和骨胶原形成。胰岛素抵抗使成骨细胞表面的胰岛素受体数目下降，成骨活性降低，影响骨的形成和转化，最终影响其骨强度。②骨钙素 (BGP) 是成骨细胞合成和分泌的一种非胶原蛋白，在骨矿化峰期后积聚，沉积在骨基质中，能保持骨正常矿化，可直接反应骨形成的状况。近年来很多动物和临床试验均证实了胰岛素抵抗时抑制了成骨细胞合成骨钙素，引起骨质疏松[15,16]。③1, 25- (OH)2D3可诱导细胞产生更多的骨形成蛋白，具有促进成骨的作用。IR影响1α-羟化酶的活性，使得骨形成蛋白产生减少，从而导致骨形成减少，同时影响钙的转运和维生素D的代谢，降低钙、磷等微量元素在肠道的吸收作用，引起低血钙、低血镁的发生，可刺激甲状旁腺激素分泌，致破骨细胞活性增加，骨吸收增加，骨形成减少，骨更新率降低[17]。国内一项动物实验[18]发现，胰岛素抵抗组(IR)大鼠骨密度(BMD)和正常对照组相比明显降低，与糖尿病组(DM)相比明显提高，在DM组和IR组中葡萄糖输注速率(GIR)与BMD 均呈正相关，提示IR可以单独导致骨量降低，参与了骨质疏松的发生。而在国外的一些临床观察[19，20]发现糖尿病患者骨量快速丢失，可能与胰岛素抵抗相关，这些都支持胰岛素抵抗在骨代谢中发挥着重要的生物学作用。

3 RAS对骨代谢的影响

RAS 由AngⅠ、AngⅡ及其相应受体AT1R、AT2R、肾素、ACE等组成，AngⅡ是RAS系统的主要活性物质。最近在体内研究中，发现RAS各组分在骨组织中皆有表达[10,11]。在体外研究中，发现AngⅡ受体在小鼠颅盖骨成骨细胞中有所表达[12]，这些都支持RAS各组分在骨组织微环境中的表达。国外流行病学研究报道，对3887例中国老年人开展的横断面研究[21]和对50名围绝经期妇女进行的队列研究[22]发现，应用血管紧张素II受体抑制剂(ARB)和血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)后，骨量增加，骨折风险降低，这些都支持RAS在骨组织的代谢活动中发挥着作用。

3.1 AngⅡ对骨代谢的调控

AngⅡ作为RAS系统的主要活性物质，在对骨代谢的调控中发挥着重要的作用[23]。①体内研究发现，小鼠成骨细胞中存AngⅡ受体，AngⅡ与其相结合，抑制碱性磷酸酶的活性，降低成骨细胞骨钙素mRNA水平，von Kossa染色结果表明，矿化总面积和矿化结节数减少，表明AngⅡ直接调控成骨细胞，有抑制成骨细胞矿化的能力[24]。②近年来有研究报道，AngⅡ能够间接调控成骨细胞，通过 ERK1/2 和 cAMP 信号通路促进成骨细胞分泌白细胞介素-6(IL-6)，可直接刺激骨吸收[25]。③国外研究[12]报道AngⅡ通过作用于成骨细胞来刺激破骨细胞的生成，调控骨更新率。AngⅡ促进成骨细胞合成分泌核因子 κB 受体，间接作用于破骨细胞，加速骨量丢失，同时可分泌保护素(OPG)来调控破骨细胞的成熟[26]。此外体内外实验证实AngⅡ还能够提高成骨细胞分泌血管内皮生长因子(VEGF)，从而实现对破骨细胞的生成、成熟、分化的调控[12]。

3.2 AT1R和AT2R对骨代谢的调控

在体外研究中，Asaba等[12]使用SiRNA技术将原代培养的成骨细胞敲除AT1R，发现AngⅡ刺激破骨细胞生成的作用有所增强。在体内研究[27]中也发现，AT1受体敲除的小鼠其胫骨近端松质骨的结构参数没有明显改变, 而对照组小鼠骨质疏松症的发生率明显提高, 直接说明AT1受体在AngⅡ诱导骨质疏松症的发生过程中发挥着重要作用。临床研究中发现使用低强度脉冲超声(LIPUS)可以促进骨愈合[28]。当LIPUS作用于不同成熟阶段的成骨细胞几个小时后，发现ATl受体的基因和蛋白表达有所上调，这些都提示AT1受体介导了骨质疏松症的发生。AT2受体同样在骨形成的过程中发挥重要作用。动物试验[29]发现，给小鼠喂服AT2 受体抑制剂后，骨小梁数明显提高，骨小梁间隙名称减少。同时越来越多的研究证实，AT1受体和AT2受体在调控骨代谢的过程中相互制约，在介导的生理功能中存在交互作用。研究发现，在给自发性高血压小鼠喂服AT1受体拮抗剂洛沙坦后，和对照组相比其骨质疏松症的程度明显升高。体外试验中，AT1受体敲除的成骨细胞与对照组比较，其成骨细胞形成明显增多，可能与AT1R通路抑制AT2R通路有关[12]。以上研究结果表明，AngⅡ作用于成骨细胞来刺激破骨细胞的分化主要是通过AT2R介导，而AT1R通路可能对AT2R通路起抑制作用。

4 RAS拮抗剂对DOP的影响

国内研究[30]将去卵巢骨质疏松小鼠随机分为ACEI组、模型组、假手术组，行常规治疗后三个月发现治疗组和假手术组骨小梁数目、骨小梁厚度、骨体积分数均高于模型组，骨小梁间隙、骨表面积体积比均显著低于模型组(P<0.05)，RANKL mRNA表达均较模型组低(P<0.05)，治疗组骨组织中OPG及RANKL mRNA表达与假手术组比较，差异无统计学意义(P>0.05)，表明RAS拮抗剂可改善骨代谢。目前RAS拮抗剂改善骨代谢的机制还不清楚，可能与其下调AngⅡ水平相关。这项实验中用ACEI干预去卵巢小鼠后，骨OPG的表达较模型组明显升高，而RANKL 的表达明显降低，说明ACEI可能通过作用于骨组织局部 OPG、RANKL 而改善小鼠高骨转换状态。而也有实验表明RAS拮抗剂不能有效改善骨代谢。

刁腾月等[31]对实验小鼠注射链脲佐菌素(STZ)或生理盐水诱发糖尿病小鼠，1w后根据血糖值将其分为糖尿病模型组和洛沙坦口服给药组(AT1R拮抗剂)，给药8w后，Micro-CT显示糖尿病组小鼠松质骨骨密度显著降低，H&E染色、Safranin O染色结果也显示，糖尿病组小鼠胫骨软骨连接和软骨量减少，股骨远端生长板处软骨厚度减少。分子结果显示糖尿病组小鼠骨组织RAS各组分表达明显升高，直接表明RAS介导了DOP的发生发展。而洛沙坦给药未能明显改善DOP的病理改变，可能是与其负反馈性引起小鼠骨组织RAS活性增强相关。而临床上也尚且缺乏RAS拮抗剂改善骨代谢的证据，可能受到用药时间、性别、年龄等相关因素的影响[1,32]。

由此可见我们需要进一步去探索RAS在糖尿病性骨质疏松症的过程中的作用。相信随着科学的进步，相关研究的深入，RAS的临床应用前景会更好。最近，RAS的新成员Ang(1-7)及其受体MAS、以及ACE2成为研究的热点。对RAS的成员系统深入研究，明确其在DOP发生、发展中的病理机制，为药物研制提供病理生理基础，为DOP的综合防治带来新的曙光。