Cell Metab | 甜香背后是“骨脆”深渊！厦门大学研究发现食品添加剂麦芽酚或扰乱代谢，加剧糖尿病患者骨脆风险！
2026-04-02
中科新生命
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食品添加剂是现代饮食中不可或缺的组成部分。对于需要严格控制血糖的糖尿病患者来说，麦芽酚（MA）等风味添加剂可以在不升高血糖水平的情况下改善饮食体验，通常还能在有效控制血糖的同时增强适口性。然而，长期食用这些添加剂对健康的影响以及潜在风险仍未得到充分研究。
2026年3月，厦门大学石秀林、李勤喜及李学军等团队在在Cell Metabolism发表了一项题为“Maltol induces diabetic fragility fractures by disrupting the balance of bone remodeling”的研究性文章。本研究的出发点在于，食品添加剂麦芽酚是高血糖相关骨骼脆弱性的一个此前未被认识的危险因素，而糖尿病脆性骨折已成为日益严重的临床问题。因此，研究者利用代谢组学等相关技术揭示了循环麦芽酚水平升高与骨折发生率增加相关，其作用机制主要在于抑制成骨细胞并促进破骨细胞成熟，且高血糖加剧麦芽酚诱导的骨骼退化。这些研究结果表明，食品添加剂的安全性应考虑代谢背景，并呼吁制定针对特定疾病的膳食暴露指南，以降低糖尿病患者的骨折风险。
研究材料
脆性骨折患者的股骨、胫骨组织（DM组 vs non-DM组）；T2DM患者的血清样本；麦芽酚喂养的小鼠模型；麦芽酚处理的细胞模型。
技术方法
非靶代谢组、靶向能量代谢组、转录组
研究路线
步骤1：非靶代谢组发现糖尿病骨折患者骨组织中麦芽酚（MA）水平升高；
步骤2：在高血糖条件下，MA显著损害db/db小鼠的骨骼健康；
步骤3：在高血糖条件下，MA显著影响破骨细胞的增殖和分化；
步骤4：在高血糖条件下，MA显著影响成骨细胞的增殖和分化；
步骤5：低剂量MA在血糖升高条件下通过Wnt信号通路抑制成骨细胞成熟；
步骤6：麦芽酚对小鼠骨重塑平衡的影响；
步骤7：高血糖增强麦芽酚诱导的体内骨重塑损伤；
步骤8：循环MA水平与2型糖尿病患者的脆性骨折密切相关。
研究结果
1. 糖尿病骨折患者骨组织中麦芽酚（MA）水平升高
一项纳入超千万T2DM患者的荟萃分析显示，其脆性骨折风险较非糖尿病人群升高1.3-2.1倍。为阐明其机制，该研究收集了脆性骨折患者的股骨颈骨组织，分为2型糖尿病相关骨折组（DM组）与非糖尿病骨折组（非DM组）。通过代谢组学分析，共鉴定出141种代谢物，其中12种在两组间存在显著差异。通路分析显示差异代谢物主要富集于聚酮糖单元生物合成通路，且观察到麦芽酚（MA）在糖尿病组中水平显著升高。
图1 糖尿病骨折患者骨组织中 MA 水平升高
2. 在高血糖条件下，MA显著损害db/db小鼠的骨骼健康
考虑到麦芽酚（MA）与乙基麦芽酚（EM）都是常见的食品甜味剂，该研究对小鼠进行了MA或EM喂养，长期喂养均导致了MA在db/db糖尿病模型小鼠血浆及包括骨骼、脑、肝脏和肾脏在内的多种组织中显著积累。此外，微型计算机断层扫描分析显示，补充MA或EM显著降低了db/db小鼠远端股骨的骨小梁质量，表现为骨密度、骨小梁数量和厚度下降，间距增加。结果表明，长期摄入MA或EM会破坏db/db小鼠骨结构，可能通过干扰骨吸收与形成平衡实现。
图2 高血糖条件下，MA显著损害db/db小鼠的骨骼健康
3. MA在高血糖条件下显著影响破骨细胞的增殖和分化
研究者采用0.1-5 mM的MA和EM处理破骨前体细胞RAW264.7。高剂量（5 mM）显著抑制细胞增殖并诱导caspase依赖性凋亡。相比之下，木糖醇等添加剂无此作用。低浓度（0.1 mM）MA/EM不抑制增殖，但在高糖条件下可显著促进破骨细胞分化，表现为多核TRAP阳性细胞增多。机制上，低剂量MA/EM预处理进一步增强了IKKγ磷酸化，并恢复了高糖抑制的IKKα/β磷酸化，从而共同激活NF-κB信号通路。这些结果表明，低浓度MA/EM在高糖环境下通过增强NF-κB通路促进破骨细胞成熟。
图3 MA在高血糖条件下显著影响破骨细胞的增殖和分化
4. MA在高血糖条件下显著影响成骨细胞的增殖和分化
进一步研究MA和EM对成骨前体细胞MC3T3-E1的影响。高剂量处理仍旧通过诱导caspase依赖性凋亡显著抑制细胞增殖，木糖醇等添加剂也无此作用。低剂量MA和EM在高糖条件下显著降低了细胞的碱性磷酸酶活性和矿化能力，即抑制了成骨细胞分化。相反，在正常血糖条件下，MA（而非EM）可增强碱性磷酸酶活性。这些结果表明，MA和EM以葡萄糖依赖的方式调节成骨细胞：在高糖环境下抑制其分化，在正常糖环境下作用各异。
图4 MA在高血糖条件下显著影响成骨细胞的增殖和分化
5. 低剂量MA在血糖升高条件下通过Wnt信号通路抑制成骨细胞成熟
利用转录组测序进一步阐明低剂量MA/EM在高糖下抑制成骨细胞分化的机制，结果显示Wnt信号通路相关基因显著富集。Western blot证实，高糖条件下低剂量MA/EM显著抑制β-catenin表达，db/db小鼠骨组织染色也验证了这一结果。配合靶向代谢分析，发现MA/EM处理使葡萄糖代谢中间体与氧化还原平衡降低。综上，在高血糖环境下，低剂量MA/EM通过抑制β-catenin/Wnt通路抑制成骨细胞成熟，同时通过增强IKK磷酸化激活NF-κB通路促进破骨细胞成熟，共同破坏骨稳态。
图5 低剂量麦芽酚在血糖升高条件下通过 Wnt 信号通路抑制成骨细胞成熟
6. 麦芽酚对小鼠骨重塑平衡的影响
对db/db小鼠股骨的Masson染色与μCT显示MA/EM处理导致骨小梁变薄、结构稀疏，但胶原比例不变，提示骨韧性未受直接影响。骨标志物检测显示，处理组小鼠骨小梁中TRAP活性升高、骨钙素表达降低，血清中相关指标也存在异常，表明骨吸收增强、骨形成受抑制。β-catenin激动剂处理有效挽救骨损失、恢复OPG/RANKL平衡；而NF-κB抑制剂PTL仅降低TRAP活性，未能改善骨微结构。结果表明，MA主要通过抑制Wnt/β-catenin通路损害骨形成，其次通过激活NF-κB促进骨吸收，共同破坏骨稳态。
图6 MA对小鼠骨重塑平衡的影响
7. 高血糖增强麦芽酚诱导的体内骨重塑损伤
长期喂养实验表明MA不影响全身胰岛素敏感性。在db/db和STZ诱导的高血糖模型中联合使用胰岛素将血糖降至正常水平，发现胰岛素介导的血糖恢复显著挽救了MA引起的远端股骨小梁骨丢失，并逆转了骨密度、骨体积分数及小梁数量的下降，恢复了骨形成指标水平，纠正了骨吸收指标的异常。机制上，胰岛素干预上调了成骨关键因子β-catenin的表达，并抑制了破骨分化相关的IKKα/β/γ磷酸化。这些结果表明，高血糖通过同时抑制成骨和促进破骨，放大了MA对骨重塑的破坏作用。
图7 高血糖增强 MA 诱导的体内骨重塑障碍
8. 循环MA水平与2型糖尿病患者的脆性骨折密切相关
对前述进行代谢组学分析的脆性骨折患者的血清样本靶向检测了MA含量，与非糖尿病患者相比，2型糖尿病患者的血清MA水平显著升高，且血清MA水平升高与2型糖尿病患者骨折的风险增加显著相关。
小编小结
在健康个体中被认为安全的化合物，在慢性代谢紊乱的情况下可能构成重大风险，这是由于相关信号通路和组织敏感性的改变会放大这些化合物的影响。该研究强调了两个关键意义：(1) 糖尿病骨折患者体内的MA水平改变可能带来的特定风险；(2) 监测或靶向治疗人群中MA水平的潜在临床应用价值。这些发现强调了在食品添加剂安全评估中考虑疾病特异性因素的必要性。
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