AMPK在T2DM骨代谢作用中的影响

1.AMPK在T2DM成骨细胞分化作用中的影响

成骨细胞是主导骨形成的细胞，由BMSC分化产生。研究发现，TGF-β／BMP、Wnt／β-catenin、Notch、Hedgehog等关键途径可直接或间接地作用于Runx2、Osterix等靶基因，调控成骨细胞分化。而生长分化因子-11（differentiation factor 11，GDF11）、Orail、micro RNAs（如miR-764-5p、miR-338-3p等）等关键分子也起重要作用。成骨细胞分化及骨形成紊乱造成骨代谢失调。T2DM大鼠BMSC分化产生成骨细胞数量和骨形成能力被抑制，使得骨形成下降。在研究PPARγ抑制剂对T2DM小鼠脂肪细胞分化影响时发现，在脂肪细胞分化增多的同时，成骨细胞数量减少且成骨能力下降。对T2DM小鼠分化产生的成骨细胞进行ALP染色，发现成骨细胞数量和骨形成能力显著下降。综上表明，T2DM骨质疏松发生与成骨细胞数量和骨形成能力下降密切相关。自发性T2DM小鼠（KK-Ay小鼠）成骨细胞合成Col1等有机质减少，造成钙、磷等沉积障碍，使得BMD下降及骨组织形态结构退化，并且T2DM成骨细胞自噬和凋亡增加，也会负向调控成骨细胞分化及骨形成。

T2DM抑制成骨细胞分化过程受众多信号通路或分子调控。AMPK磷酸化后将开启一系列复杂信号通路，加快ATP合成并减少ADP消耗。AMPK为应答代谢压力的传感器，当乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-Co A carboxylase，ACC）等底物被抑制后，可抑制脂肪酸和胆固醇合成途径（即分解ATP能量消耗途径）。研究发现，AMPK通过胰岛素途径调控T2DM的发生，当胰岛素信号通路被抑制（如IR）时，其可作为备用途径参与糖脂代谢，改善IR。另外，敲除小鼠AMPKα1亚基后，小鼠出现高血糖、高血脂且骨组织病理表征与T2DM小鼠表型相似。后续研究发现，AMPKα1—／—小鼠高糖高脂饲料喂养8周后，骨组织表征与T2DM小鼠的病理特征更一致。提示，AMPKα1基因缺失是T2DM发病及骨质疏松症发生的主要原因。

T2DM骨质疏松症与成骨细胞分化减少及骨形成能力下降息息相关，但其分子调控机制尚不清晰。AMPK是一种多底物Ser／Thr蛋白激酶，近来证实，其在T2DM发病过程中起关键性调控作用。将其敲除后，eNOS-NO途径下调BMP-2及下游Runx2表达，抑制T2DM大鼠成骨细胞分化及骨形成能力。Meier等在综述T2DM对骨影响时，发现T2DM骨质疏松甚至骨折发生与AMPK／USF-1／SHP途径被抑制后下调Runx2、Dlx5和Osterix等表达，进而抑制成骨细胞分化及骨形成密切相关。当用DN-AMPK（AMPK抑制剂）抑制MC3T3-E1中AMPK磷酸化后，通过孤儿核受体SHP调控Runx2反式激活，降低成骨细胞骨形成及标志基因ALP、OCN等表达。T2DM大鼠骨中AMPK失活后，骨形成特异性基因ALP、OCN、Runx2／Cbfal等表达均下调，抑制成骨细胞分化。体外研究发现，激活AMPK可上调骨形成基因ALP、OCN、Runx2／Cbfal等表达，促进成骨细胞分化及活性。(https://www.daowen.com)

2.AMPK在T2DM破骨细胞分化作用中的影响

破骨细胞主导骨吸收，其分化及骨吸收能力增强是T2DM骨质疏松发生的另一个主要原因，但有关T2DM促进破骨细胞分化的相关研究尚存在争议。Kitamura等研究发现，T2DM金鱼的骨量下降与骨基质中胶原纤维的非酶糖基化下降相关，而其TRAP活性变化不显著。但有研究却发现，T2DM小鼠矿化染色呈骨质疏松表征，且骨破骨细胞活性（即TRAP活性）增强。胫骨硬组织切片TRAP染色后多核破骨细胞数量增多，其松质骨、皮质骨中BV／TV、Tb.N、Tb.Th等指标均显著下降。这与T2DM小鼠异位骨化障碍导致破骨细胞数量增多及骨吸收功能增强密切相关。上述研究结果的差异，可能与研究所用动物模型及所检测组织的形成机制及组分存在较大差异有关。但后续研究证实，T2DM破骨细胞分化增加导致骨质疏松发生。

AMPK是介导T2DM骨质疏松发生的能量代谢调节器，但有关其调控破骨细胞分化及骨吸收的研究较少。破骨细胞分化及其骨吸收是高耗能过程，AMPK ser172位点磷酸化后抑制去卵巢小鼠破骨细胞分化、融核。AMPK为RANKL负调节剂，激活后抑制其表达，进而激活RANK及下游c-fos／NFATc1途径，上调关键靶基因Oscar、CTSK、Atp6v Od2等表达，促进破骨细胞分化及骨吸收能力，导致骨质疏松发生。T2DM抑制骨中AMPK表达，而AMPKα1-小鼠表型与T2DM小鼠表型高度一致，说明其αl亚基敲除是T2DM发病的关键因素。KK／Upj Ay／J（KKAy）小鼠分化产生破骨细胞及多核破骨细胞数量增多，TRAP活性增强。表明，T2DM骨代谢紊乱发生与破骨细胞分化增多且骨吸收增强有关。因此，AMPK调控T2DM促破骨细胞分化及骨吸收能力，其分子机制与RANKL诱导c-fos-NFATcl途径有关。