利拉魯肽調節骨代謝促進骨再生的研究進展,藥學論文內容摘要：利拉魯肽是一種治療糖尿病的新型藥物，具有降低血糖、控制體重的重要作用。近些年大量實驗證明利拉魯肽能夠通太多種信號通路調節骨代謝和炎癥反響，在骨質疏松癥、糖尿病、牙周炎等多種疾病中起骨保衛作用。本文將對利拉魯肽影響骨代謝的機制及其在不同疾病中的促進成骨作用進行綜述，為利拉魯肽在口腔疾病中的治療應用提供理論基礎。本文關鍵詞語：利拉魯肽;免疫系統;骨再生;ResearchProgressofLiraglutideRegulatingBoneMetabolismandPromotingBoneRegenerationAbstract：Liraglutideisanewdruginthetreatmentofdiabetes,whichplaysanimportantroleinreducingbloodglucoseandcontrollingbodyweight.Inrecentyears,alargeamountofexperimentalevidencehasshownthatliraglutidecanregulatebonemetabolismandinflammatoryresponsethroughavarietyofsignalingpathways,whichplaysaboneprotectiveroleinosteoporosis,diabetes,periodontitis,andotherdiseases.Thisarticlereviewsthemechanismofliraglutideaffectingbonemetabolismanditsosteogeniceffectindifferentdiseases,whichprovidestheoreticalbasisfortheapplicationofliraglutideinthetreatmentoforaldiseases.Keyword：liraglutide;immunesystem;boneregeneration;頜面部腫瘤、創傷、牙周病常造成頜骨缺損、牙槽骨喪失、牙齒脫落等一系列不可逆的硬組織損害，嚴重影響患者的生理功能和身心健康，頜面部骨損傷后的修復一直是臨床急于解決的難題。傳統的骨移植方式方法存在易發生排異反響、相容性差等問題，隨著組織工程學的發展，人們發現通過生物活性材料搭載具有成骨作用的細胞因子或藥物具有更高層次效、穩定的優勢。利拉魯肽(Liraglutide,Lira),是一種長效的胰高血糖素樣肽受體沖動劑，具有維持人體血糖穩定和控制體重的重要作用，現已應用于臨床治療糖尿病和肥胖癥[1]。利拉魯肽除了對大腦、胰腺、肝臟等多種組織和器官表現出多效性作用外，越來越多了實驗證實了利拉魯肽對骨合成代謝具有一定的促進作用，能夠提高骨質疏松癥、糖尿病、牙周炎等不同疾病狀態下的骨密度，改善骨質條件。本文將對新型降糖藥物利拉魯肽對骨代謝的影響及其在多種疾病中的促進成骨作用進行綜述。1利拉魯肽調節骨代謝骨代謝牽涉多種骨細胞及信號通路，華而不實由成骨細胞介入的骨構成與破骨細胞介入的骨吸收是骨代謝的兩個基本經過。成骨細胞和破骨細胞分泌的旁分泌因子如趨化因子、生長因子、細胞因子在數量和功能上相當，有利于維持骨代謝的平衡，當體內破骨細胞異常增加，骨代謝平衡被打破，將引起骨質疏松癥等骨代謝疾病。現有研究證實利拉魯肽能夠調控骨髓間充質干細胞、脂肪間充質干細胞、成骨細胞和破骨細胞的增殖、分化及凋亡，并且通過免疫調節影響骨代謝經過。1.1利拉魯肽對干細胞的影響骨髓間充質干細胞(bonemarrowmesenchymalstemcells,BMSCs)是一種在特定條件下能夠誘導分化為成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞的多潛能干細胞。研究發現利拉魯肽能夠促進BMSCs的成骨分化，抑制其成脂分化，提高了Runt相關轉錄因子2(Runt-relatedtranscriptionfactor2,RUNX2)、Ⅰ型膠原蛋白(collagentype-Ⅰ,Col-Ⅰ)、堿性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)等成骨分化標志物的表示出，與濃度呈正相關關系[2],將磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)抑制劑參加培養體系后，利拉魯肽顯著提高了PI3K和蛋白激酶B(Akt)的磷酸化水平，證明利拉魯肽通過激活PI3K/Akt信號通路促進BMSCs的成骨分化[3]。脂肪間充質干細胞(adipose-derivedstemcells,ADSCs)的前體為BMSCs,被以為是骨組織再生領域的研究熱門。利拉魯肽能夠通過激活Wnt/GSK-3/-catenin信號通路影響hADSCs的腸-脂肪-骨軸，上調細胞中Runx2等成骨標志物的表示出，抑制了GSK-3的表示出[4]。以上結果提示利拉魯肽影響干細胞的分化經過，在減少脂質構成的同時促進成骨分化，干細胞是當前組織工程學的重點研究對象，通過局部注射或藥物搭載等方式將利拉魯肽應用于干細胞再生技術，對骨骼的再生與修復具有重要意義。1.2利拉魯肽對成骨細胞的影響成骨細胞由間充質干細胞(mesenchymalstemcells,MSCs)分化而來，主要通過合成Ⅰ型膠原和沉積礦物質來促進新骨的構成。利拉魯肽能夠作用于MC3T3-E1表示出的GLP-1受體(GLP-1receptor,GLP-1R),激活cAMP/PKA、ERK5等信號通路，增加Runx2、Col-Ⅰ、骨保衛素(osteoprotegerin,OPG)等成骨分化標志物的表示出，顯著加強細胞內ALP活性水平和礦化結節數量，促進了成骨細胞的增殖與分化[5]。除此之外，利拉魯肽能夠通過激活cAMP/PKA/-catenin、PI3K/AKT/GSK3和Notch/Wnt/Hedgehog信號通路，對血清剝奪誘導的成骨細胞凋亡起抑制作用[6,7]。由于成骨分化經過需要能量代謝介入，在大鼠顱骨的成骨細胞中，利拉魯肽增加了線粒體的生物發生，使GLP-1R和線粒體發生因子AdipR1的表示出均被提高，推斷利拉魯肽刺激了線粒體的功能進而促進成骨細胞的增殖與分化[8]。最新研究發現，利拉魯肽能夠通過IRE1-XBP1信號通路刺激成骨細胞的內質網應激反響來促進成骨細胞的增殖與分化[9]。1.3利拉魯肽對破骨細胞的影響破骨細胞由造血干細胞分化而來，在巨噬細胞集落刺激因子和細胞核因子B受體活化因子配體(receptoractivatorofNF-Bligand,RANKL)的共同刺激下分化成熟[10],通過向局部釋放酸性物質及蛋白酶行使骨吸收功能。OPG/RANKL/RANK系統對破骨細胞的增殖分化起著主要的調節作用，華而不實RANKL與其受體NF-B受體活化因子(receptoractivatorofNF-B,RANK)的結合作用會被OPG競爭性的抵消，RANKL/OPG能夠用來表示破骨細胞的活化狀態[11]。利拉魯肽能夠降低RANKL/OPG的比值，抑制糖尿病或骨質疏松癥誘導的破骨細胞增加，這可能是由于利拉魯肽影響了NF-B和MAPK通路，降低了Nfatc1及其介導的下游破骨細胞標記基因的表示出，進而起到抑制骨吸收的作用[12]。除此之外，由于糖基化終產物(advancedglycationendproducts,AGEs)能夠直接誘導骨細胞的凋亡，并在高糖環境下促進骨吸收及抑制骨構成，利拉魯肽通過AMPK信號通路減少細胞外表AGE受體的數量，進而減輕AGEs產生的不利影響[13],有效抑制了破骨細胞的發生，改善骨代謝經過。1.4利拉魯肽通過免疫細胞調節骨代謝骨免疫學這一概念于2000年由Arron等人提出，初次說明了骨骼系統與免疫系統在發生與發展上的嚴密聯絡。T細胞是影響骨骼功能的重要免疫細胞，在特定條件下能夠分泌TNF-、RANKL等多種骨吸收因子。利拉魯肽阻斷了T細胞中的糖酵解并降低了Glut1mRNA表示出，抑制T細胞增殖[14]。除此之外，調節性T細胞(regulatoryTcells,Tregs)能夠通過調節成骨細胞的增殖分化促進骨合成。利拉魯肽能夠通過免疫調節作用增加體內Tregs的數量和抗炎因子IL-4、IL-10的分泌，調節Tregs的產生與功能，促進骨構成[15]。巨噬細胞作為機體重要的固有免疫細胞，主要分為經典活化巨噬細胞(M1型)和替代性活化巨噬細胞(M2型),在骨組織愈合的經過中分別調控炎癥早期的破骨經過和中后期骨組織的修復，是骨折愈合的必要條件。利拉魯肽能夠調節糖尿病患者體內的炎癥反響，通過影響巨噬細胞的表型減少炎性巨噬細胞的數量，促進M2型巨噬細胞特征性分泌因子IL-10的表示出。在體外BMDMs細胞實驗和ApoE-/-小鼠的體內實驗中，Lira在減弱CCR7、TNF-、IL-6、IL-1的表示出的同時加強了MR、Arg-1、CD163的表示出[16],證明利拉魯肽推動了M1型巨噬細胞向M2型巨噬細胞極化，在成骨微環境中通過免疫調節作用促進骨代謝。2利拉魯肽在多種疾病中的促進成骨作用利拉魯肽作為一種新型降糖藥，近年來在降糖和降脂領域表現優異，由于利拉魯肽對心血管、腎臟、神經系統等組織器官均具有保衛作用，其聯合治療也逐步在其他疾病中廣泛應用。華而不實利拉魯肽對骨組織的保衛作用值得我們關注，研究發現利拉魯肽在糖尿病、骨質疏松癥、牙周炎等疾病中起到骨保衛作用，這可能對頜面部骨骼的重建與修復、牙周組織再生具有重要意義。2.1利拉魯肽對糖尿病的成骨作用2型糖尿病(type2diabetesmellitus,T2DM)是全球最常見的慢性疾病之一，已被證實會對患者體內骨小梁的構造和機械性能產生不同程度的負面影響，增加了骨質疏松癥和脆性骨折發生的風險。對糖尿病患者應用具有骨保衛作用的降糖藥物或許有望緩解糖尿病對骨骼產生的不利影響。Meta分析顯示，應用利拉魯肽治療糖尿病與骨折風險率的降低顯著相關[17],在一項為期26周的臨床實驗中，隨著T2DM患者體重的降低，利拉魯肽防止了患者體內骨質的流失，保持了髖骨的骨密度[18]。在不同類型的糖尿病動物模型中，均發現利拉魯肽逆轉了糖尿病對骨基質產生的不利影響，提高血清骨鈣素的水平，降低RANKL/OPG的比值，改善骨基質的生物力學特性和骨構成部位的骨組織材料性能，保衛了骨微構造，在糖尿病骨質疏松大鼠模型中，利拉魯肽的存在改變了骨髓外泌體介導的miRNA信號通路，升高血清中OC表示出的同時降低CTX-1的表示出和RANKL/OPG的比值，降低的骨密度得以改善[19,20]。噻唑烷二酮類降糖藥物會對骨骼產生骨量減少、增加骨折風險等負面影響，利拉魯肽對糖尿病患者的抗骨吸收作用為口腔種植修復或骨科手術的糖尿病患者在臨床用藥的選擇上提供了新思路。2.2利拉魯肽對骨質疏松癥的成骨作用骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是臨床上最常見的一種骨骼疾病，患者常發生全身進行性骨量減少以及骨質構造的改變，會對頜面部骨損傷后的愈合和牙槽骨等牙周硬組織產生不同程度的影響。近期的研究發現利拉魯肽提高了骨質疏松狀態下的骨結合。在卵巢切除術或糖皮質激素誘導的骨質疏松大鼠模型中利拉魯肽均發揮了骨保衛作用，降低體內炎癥因子的水平，改善大鼠的骨密度、骨強度和骨微構造，逆轉了OP[21]。雌激素(estrogen,E2)具有調節骨代謝的作用，E2缺乏能夠直接導致OP的發生，利拉魯肽改善E2缺乏對組織產生的不利影響，兩者協同調節組織代謝[22]。除此之外，常用的雙磷酸鹽類抗骨質疏松藥物還伴隨著依靠性強，易引發藥物性下頜骨壞死等不容忽視的問題，利拉魯肽的成骨效應為長期受抗骨質疏松藥物的不良反響困擾的患者帶來了福音。2.3利拉魯肽在口腔疾病中的成骨作用牙周炎是最常見的口腔疾病之一，是一種基于炎癥、不可逆的牙周組織毀壞，表現為不同程度的牙槽骨喪失。利拉魯肽對牙周炎有抑制炎癥發展和保衛牙槽骨丟失的作用。利拉魯肽通過JAK2/STAT3信號通路下調了牙周炎大鼠血清中炎癥因子的表示出，改善炎癥反響的同時抑制了破骨細胞的活性，提高牙齦組織中Ranx2和ALP的表示出，減少牙槽骨吸收的同時促進新骨的構成[23]。在體外，利拉魯肽能夠顯著加強人牙周膜細胞(humanperiodontalligamentcells,hPDLCs)的增殖，通過Wnt/-catenin信號通路加強ALP和Runx2的表示出，增加礦化節點的構成，減少牙周炎導致的大鼠上頜第一磨牙牙槽骨的喪失，同時抑制了脂多糖誘導的IL-6和TNF-等炎癥因子表示出的增加，緩解了牙齦出血、發紅等炎癥[24]。利拉魯肽還能夠通過免疫調節減少M1型巨噬細胞對牙齦的浸潤來改善牙周炎癥[25]。當前臨床上并沒有治療牙周炎的特效藥物，利拉魯肽能夠通過免疫調節緩解牙周炎癥，有效防止牙槽骨的喪失。利拉魯肽還具有促進傷口愈合預防術后感染的作用。血管壁內皮細胞與血管平滑肌細胞維持著血管內環境穩態。利拉魯肽通過影響mTORC2/Akt、AKT/GSK-3/-catenin信號通路促進內皮細胞增殖、遷移、血管分化和血管內皮生長因子的分泌，通過PCSK9/LDLR通路抑制血管平滑肌細胞的增殖、遷移，下調IL-1B和IL-6的表示出顯著降低氧化應激和炎癥反響[26,27]。Yu等[28]制作了一種搭載利拉魯肽的聚乳酸-羥基乙酸/明膠(PLGA/Gel)納米纖維支架緩釋系統，顯著縮短了糖尿病患者皮膚創面的愈合時間，同時血管密度增加，膠原沉積和排列升高。由于良好的血供是骨折愈合的必要條件，血管化能夠明顯促進新骨生成，利拉魯肽對內皮細胞的積極作用間接影響成骨。由此可見利拉魯肽對軟硬組織的愈合均產生積極影響，將其通過藥物搭載的方式應用于口腔種植修復，不僅利于提高種植體的骨結合率，還有利于術后傷口的愈合，促進牙周組織再生，避免了術區感染、種植體周圍炎等相關并發癥的發生。最新的研究發現利拉魯肽能夠通過作用于軟骨細胞外表的GLP-1R緩解軟骨的降解，在骨關節炎中發揮鎮痛、抗炎的效果[29],有望成為治療顳下頜關節骨關節炎的特效藥物，對緩解髁突軟骨退化、減少髁突骨質毀壞、減輕關節疼痛具有重要意義。3結論與瞻望綜上所述，利拉魯肽能夠通過影響成骨相關細胞、免疫細胞調節骨代謝經過，在多種疾病中發揮積極的成骨作用。將其應用在口腔領域，有助于緩解牙周炎癥，在種植修復中提高種植體周圍骨結合率，促進牙周軟硬組織的愈合，還有望成為治療顳下頜關節骨關節炎的有效藥物。除此之外，利拉魯肽對骨骼、心血管、臟器的多效作用或許將一藥多治變成可能，提高患者的藥物依從性，減少了不同藥物之間不良事件的發生，大大減輕了患者的藥物負擔與多藥治療帶來的經濟負擔。因而，將利拉魯肽通過高分子材料應用到組織工程技術，或者通過最新研發的干細胞藥物輸送系統應用于再生醫學，對修復口腔頜面部硬組織缺損具有重要意義。以下為參考文獻[1]YousefCC,ThomasA,MatarMA.etal.Liraglutideeffectsonglycemiccontrolandweightinpatientswithtype2diabetesMelius:Areal-World,observationalstudyandbriefnarrativereview[J].DiabetesResClinPract,2021,177:108871.[2]薛瑩，雨,司方瑩,等利拉魯肽對失重大鼠骨質疏松及骨髓間充質干細胞成骨細胞分化的影響[J]鄭州大學學報,2021.56(1):16-21.[3]朱麗利，楊德圣,朱彪,等利拉魯肽促進犬骨髓間充質干細胞骨向分化的體外研究[J].口腔頜面修復學雜志，2021,19(1):44-47.[4]LiY,FUH,WangH,etal.GLP-1promotesosteogenicdifferentiationofhumanAD-SCsviatheWnt/GSK-3/B-cateninpath-way[J].MolCellEndocrinol,2020,515:110921.[5]SunY,LiangY,LiZ,etal.LiraglutidepromotesosteoblasticdifferentiationinMC3T3-E1cellsbyERK5pathway[J].IntJEndocrinol,2020,2020:8821077.[6]HouHW,XueP,WangY,etalLiraglutideregulatesproliferation,differentiation,andapoptosisofpreosteoblaststhroughasignalingnetworkofNotch/Wnt/Hedgehogsignal-ingpathways[J].EurRevMedPharmacolSci,2020,24(23):12408-12422.[7]WuX,LiS,XueP.etal.LiraglutideinhibitstheapoptosisofMC3T3-E1cellsinducedbyserumdeprivationthroughCAMP/PKA/B-cateninandPI3KIAKT/GSK3signalingpathways[J].MolCells,2021,41(3):234-243.[8]PalS,MauryaSK,ChattopadhyayS,etal.Theosteogeniceffectofliraglutideinvolvesenhancedmitochondrialbiogenesisinosteoblasts[J].BiochemPharmacol,2022,164:34-44.[9]楊明明,解合蘭，朱慧靜，等.利拉魯肽對MC3T3-E1前成骨細胞增生分化經過中內質網應激的影響[J].中華骨質疏松和骨礦鹽疾病雜志，2020,13(5):440-445.[10]Delgado-CalleJBellidoT.Theosteocyteasasignalingcell[J].PhysiolRev,2022,102(1):379-410.[11]ZhouA,WuB.YuH,etal.Currentunderstandingofosteoimmunologyincertainosteoimmunediseases[J].FrontCellDevBiol,2021,9:698068.[12]YuJ,ShiYC,PingF,etal.LiraglutideinhibitsosteoclastogenesisandimprovesbonelossbydownregulatingTrem2infemaletype1diabeticmice:Findingsfromtranscriptomics[J].FrontEndocrinol(Lausanne),2021,12:763646.[13]BaekCH,KimH,MoonSY,etal.Liraglutide,aglucagon-likepeptide-1receptoragonist,inducesADAM10-dependentectodomainsheddingofRAGEviaAMPKactivationinhumanaorticendothelialcells[J].LifeSci,2022,292:120331.[14]MoschovakiilippidouF,KirschAH,ThelenM,etal.Glucagon-likepeptide-1receptoragonismimprovesnephrotoxicserumnephritisbyinhibitingT-cellproliferation[J].AmJPathol,2020,190(2):400-411.[15]NavabiR,NegahdariB,Hajizadeh-SaffarE,etal.CombinedtherapyofmesenchymalstemcellswithaGLP-1receptoragonist,liraglutide,onaninflammatory-mediateddiabeticnonhumanprimatemodel[J].LifeSci,2021,276:119374.[16]HelmstadterJ,KeppelerK,AustF,etal.GLP-1analogliraglutideimprovesvascularfunctioninpolymicrobialsepsisbyreductionofoxidativestressandinflammation[J]Antioxidants(Basel),2021,10(8);1175.[17]ZhangYS,ZhengYD,YuanY,etal.Effectsofanti-diabeticdrugsonfracturerisk:Asystematicreviewandnetworkmeta-analysis[J].FrontEndocrinol(Lausanne),2021,12:735824.[18]HygumK,HarslofT,JorgensenNR,etal.Boneresorptionisunchangedbyliraglutideintype2diabetespatients:Arandomisedcontrolledtrial[J].Bone,2020,132:115197.[19]MieczkowskaA,MillarP,ChappardD,etal.Dapagliflozinandliraglutidetherapiesrapidlyenhancedbonematerialpropertiesandmatrixbiomechanicsatboneformationsiteinatype2diabeticmousemodel[J].CalcifTissueInt,2020,107(3):281-293.[20]SedkyAA.Improvementofcognitivefunction,glucoseandlipidhomeos-tasisandserumosteocalcinlevelsbyliraglutideindiabeticrats[J].FundamClinPharmacol,2021,35(6):989-1003.[21]ChenK,WuR,MoB,etal.Comparisonbetweenliraglutidealoneandliraglutideincombinationwithinsulinonosteoporoticratsandtheireffectonbonemineraldensity[J]JMusculoskeletNeuronalInteract,2021.21(1):142-148.[22]ModelJFA,LimaMV,OhIweilerR,etal.Liraglutideimproveslipidandcarbohydratemetabolismofovariectomizedrats[J].MolCellEndocrinol,2021,524.111158.[23]裴敏鈺利拉魯肽通過JAK2/STAT3信號通路影響糖尿病大鼠牙周炎的研究[D].蘭州大學，2021.[24]ZhangY,YuanX,WuY,etal.Liraglutideregulatesbonedestructionandexhibitsanti-inflammatoryeffectsinperiodontitisinvitroandinvivo[J]JDent,2020,94:103310.[25]SawadaN,AdachiK.Nak