2型糖尿病患者血清FGF21、骨連結蛋白和骨轉換指標的相關性研究

馬玉海 陳長松 趙健樂

武警浙江省總隊醫院骨科，浙江 杭州 310000

大量的研究表明2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者均有較高的骨折風險[1]。然而，T2DM患者骨密度(bone mineral density，BMD)一般不下降[2]。較高的骨密度與骨折風險增加之間的矛盾關系可能歸因于T2DM患者骨轉換失調，有限的研究表明T2DM中骨重塑受到抑制。與正常對照相比較，T2DM患者具有較低水平的Ⅰ型膠原羧基端肽β特殊序列(type I collagen carboxy terminal peptide β special sequence，β-CTX)和Ⅰ型前膠原N端前肽(type I procollagen amino terminal peptide，P1NP)[3]，在日本T2DM患者中發現類似的結果[4]。但是一些其他的研究也發現，女性T2DM的P1NP水平顯著降低，但β-CTX水平改變不顯著。糖尿病腎病是T2DM最嚴重的并發癥之一，并且已成為終末期疾病(end stage disease，ESRD)最常見的原因。此外，ESRD可導致代謝性骨疾病。但是早期2型糖尿病腎病患者的骨轉換指標改變情況研究較少。胰島素抵抗和代謝綜合征出現尿蛋白增加[5]，脂肪因子和胰島素抵抗、低度炎癥、血管內皮功能障礙和血管損傷密切相關，并已被證明是能夠調節腎功能[5]。成纖維細胞生長因子21(fibroblast growth factor 21，FGF21)是一種脂肪因子，由肝和白色脂肪組織和胰腺分泌。有研究證實升高的血清FGF21也許是糖尿病腎病的早期預測腎臟疾病進展的一個有用的生物標志物[6]。骨連接蛋白(osteonectin，OC)是另一種主要由皮下脂肪表達，在人類糖尿病腎病[7]和腎小管間質病變的發展有重要的作用。同時，FGF21和骨連結蛋白也在骨代謝中起作用。然而，T2DM中FGF21和骨連結蛋白與骨轉換標志物之間的關聯尚未見報道。本研究旨在調查早期糖尿病腎病患者的骨轉換標志物水平，以及它們與脂肪因子、FGF21和骨連結蛋白的相關性。

1 材料和方法

1.1 一般臨床資料

該橫斷面研究包括2017年2月至2018年7月在武警浙江省總隊醫院骨科門診就診的T2DM患者，年齡55～70歲。納入標準：確診患有T2DM，被診斷患有糖尿病時年齡超過55歲；無酮癥酸中毒史；在診斷出糖尿病后的前3年內不需要胰島素治療。排除標準包括：年齡<55歲或>70歲；腎功能受損[eGFR<60 mL/(min·1.73 m2)]；肝功能障礙、惡性腫瘤、過去一年內骨折、骨質疏松癥、甲狀腺疾病、甲狀旁腺疾病或其他內分泌疾病的病史；在入組前3個月內服用包括雌激素、甲狀腺素、糖皮質激素、噻唑烷二酮、華法林、維生素D、鈣補充劑、雙膦酸鹽、雷洛昔芬、甲狀旁腺激素類似物或降鈣素等藥物。

在參與之前從所有患者獲得知情同意。每位患者親自參加面談，收集基本人口統計學數據、T2DM病史及其并發癥、生活方式和既往病史。收集的訪談數據包括患者年齡、性別、患糖尿病年限、吸煙狀況(從未與以往相比)、酗酒(從未與以往相比)和心腦血管病史，包括冠狀動脈、腦血管和外周動脈疾病。還收集了每位患者的當前藥物清單，包括口服降血糖藥、胰島素、抗高血壓藥和他汀類藥物。通過身體檢查收集人體測量數據。用水銀血壓計測量靜息血壓(BP)兩次，同時患者坐下至少5 min。如果患者至少符合以下標準之一，則會診斷為高血壓：收縮壓≥140 mmHg，舒張壓≥90 mmHg，或自我報告使用抗高血壓藥物。用數字超聲儀器測量身高(Ht)。使用標準數字刻度，在輕便的衣服和沒有鞋子的情況下測量體重并精確到0.1 kg。腰圍(WC)測量到下肋骨邊緣和髂嵴之間在水平面上檢測腰圍。臀圍指臀區周圍的最大周長。體重指數(body mass index，BMI)計算為體重(kg)除以身高(m)的平方。腰臀比(WHR)計算為WC除以臀圍的比率。

在獲取尿液標本和血液樣本之前，患者禁食8～12 h。當患者處于仰臥位時，從肘靜脈抽取血樣并準備立即分析或在-80 ℃下儲存以供將來分析。測量血漿葡萄糖、總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、血紅蛋白A1c(HbA1c)。使用自動化羅氏電化學發光系統(E170)測量骨轉換標志物：β-CTX、P1NP和25-羥基維生素D(25(OH)D)的血清水平。測定內和測定間的變異系數(coefficient of variation，CV)：P1NP的CV=1.2%～4.9%和4.3%～6.5%；β-CTX測量值的CV=1.6%～3.0%和1.3%～4.3%；對于測量維生素D[25(OH)D]的CV=1.7%～7.8%和2.2%～10.7%。用ELISA(Cloud-Clone Corp，Houston，USA)測量FGF21和OC。 FGF-21CV分別為2.93%和3.67%。骨粘連蛋白的CV分別為3.39%和10.52%。用免疫比濁測定法從新鮮早晨尿液中測量尿蛋白。通過比色法測量尿肌酐，以評估尿白蛋白-肌酸酐比(uACR)。

1.2 統計學分析

患者分為正常蛋白尿組和異常蛋白尿組。分類變量表示為絕對值和相對值(%)。使用卡方檢驗比較分類變量。使用t檢驗和Kruskal-Wallis檢驗比較連續變量。進行協方差分析以比較異常蛋白尿中的P1NP與調整FBG，PBG和HbA1c的正常蛋白尿組的P1NP。通過控制年齡、性別、TSDD、FPG、PBG、HbA1C、血脂譜、uACR和eGFR的部分相關分析確定血清FGF21、OC和BTM之間的關系。多個逐步回歸模型用于探討FGF21和OC對血清BTM的影響。在分析之前，對具有偏斜分布的數據進行對數變換。性別被分析為二分變量(男性為1，女性為2)。使用SPSS 19.0分析數據，P<0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

本研究共納入230例患者(80例男性和150例女性)；96例(41.7%)患有蛋白尿，其中6例患有大量蛋白尿(定義為uACR≥27 mg/mmol Cr)和90例微量蛋白尿(定義為2.7 mg/mmol Cr≤uACR<27 mg/mmol Cr)。有和沒有蛋白尿的患者的一般臨床特征見表1。與正常蛋白尿組患者相比，異常蛋白尿組患者中男性的比例更高(P<0.05)。異常蛋白尿組患者血清P1NP水平低于正常白蛋白尿(P<0.05)；但調整FBG、PBG和HbA1c后，兩組間P1NP水平無差異。兩組的β-CTX水平相似。異常蛋白尿組患者的OC(P<0.05)和FGF21(P<0.05)水平顯著高于正常蛋白尿組(表1)。

表1 患有和不患有白蛋白尿的T2DM患者的一般臨床特征和生化參數Table 1 The general clinical characteristics and biochemical parameters in patients with T2DM with and without albuminuria

FGF21、OC和BTM的部分相關性分析如表2所示。FGF21與P1NP呈負相關，與OC呈正相關，但與β-CTX無關。WC與P1NP呈負相關，與β-CTX呈正相關。HbA1c與P1NP呈負相關，但與β-CTX無關。女性與P1NP呈負相關，但與β-CTX無關。FGF21與P1NP獨立地呈負相關，而OC不是P1NP或β-CTX的獨立因子。

表2 BTM與自變量之間的多步逐步邏輯回歸分析Table 2 Multiple stepwise logistic regression analysis between BTMs and independent variables

多元逐步回歸模型用于分析影響FGF21和OC的獨立因素如表3所示。FGF21與eGFR呈負相關，但與uACR無關，而OC與uACR呈弱正相關。

表3 FGF21與OC水平和自變量之間的多步逐步邏輯回歸分析Table 3 Multiple stepwise logistic regression analysis between FGF21 and OC levels and independent variables

3 討論

本研究觀察到異常蛋白尿組2型糖尿病患者的P1NP水平略低于正常蛋白尿組的患者，然而在調整與血糖水平相關的變量后，這種差異消失。P1NP水平與性別、WC、HbA1c和FGF21獨立相關。異常蛋白尿組患者的FGF21水平顯著高于正常蛋白尿組的患者；FGF21的水平與eGFR呈負相關(P<0.05)，但與uACR無關。血清OC與uACR獨立正相關(P<0.05)。多元逐步回歸分析顯示HbA1c與P1NP呈負相關，但uACR或eGFR與P1NP無關。可能的原因是當eGFR正常或僅輕度下降時，BTM不會顯著改變。

本研究結果表明，OC和FGF21可能參與T2DM腎病的發病機制，這一發現與之前的研究一致。OC是一種分泌型糖蛋白，與發育、重塑、血管生成、細胞粘附、遷移和增殖的調節有關[8]。在慢性糖尿病腎病的動物模型中，高血糖狀態下OC加重腎小球硬化和腎小管間質損傷[9]。增加的OC水平可導致足細胞數量的逐漸減少，從而促進腎小球硬化的未來發展[10]。在本研究中，多元逐步回歸分析表明，OC是異常蛋白尿組的獨立相關因素，可能直接影響腎臟。此外，由于本研究中包括的大多數患者被歸類為患有早期腎病，因此血清OC濃度的增加可能是尿蛋白排泄增加的早期指標，實際上，OC和uACR之間的關聯很弱，僅具有臨界統計學意義。由于許多因素可能影響OC的產生和分泌，因此需要進行更大規模的人群研究，以發現作為早期腎病的敏感指標的較高的OC水平是否更適用于T2DM患者。

本研究發現FGF21與eGFR呈負相關，但在本研究中未檢測到FGF21與uACR之間的統計學關系。先前的橫斷面研究已經證明循環FGF21水平與糖尿病腎病中的腎功能相關[11]。在最近的前瞻性研究中，Lee等[6]首次證明血清FGF21水平升高與eGFR下降之間存在獨立關聯。 FGF21是腎臟消除的循環細胞因子，因此可能與腎功能參數相關[12]。因此，FGF21可能是eGFR略微下降的敏感標志物，潛在的機制仍不清楚。在動物研究中，在FGF21敲除小鼠中，通過施用游離脂肪酸(FFA)和來自糖尿病誘導的腎損傷進一步增強。施用FGF21顯著地通過減少腎臟脂質積累和抑制炎癥，氧化應激和纖維化來顯著地預防FFA和糖尿病誘導的腎損傷[13]。然而，在臨床的研究中，在肥胖受試者中發現了高循環FGF21水平，并且與心臟代謝紊亂有關，包括代謝綜合征、T2DM、非酒精性脂肪肝和冠狀動脈疾病，這表明可能存在FGF21抗性機制或對潛在的代償性反應[14]。FGF21由腎臟排泄，因此當GFR降低時它可以進一步增加。此外，還報道FGF21在調節單一葡萄糖代謝中起作用[15]。因此，尿蛋白患者中FGF21水平的增加可能是由于FGF21對抗高HbA1C的抵消作用。然而，筆者沒有通過多元逐步回歸分析發現本研究中FGF21水平與血糖水平之間的關系。

在這項研究中，控制年齡、性別、TSDD、FPG、PBG、HbA1c、血脂譜、uACR和eGFR后，發現P1NP和FGF21水平之間存在負相關。然而，在健康成年女性中，在調整年齡、種族和身體成分后，循環FGF21水平與總BMD和脊柱BMD呈正相關[16]。因此，盡管T2DM患者骨密度正常，但FGF21可能在骨脆性的反常增加中發揮作用。FGF21可能是骨和脂肪組織中具有調節作用的重要因子。低骨轉換與骨質流失率降低有關，但過度抑制骨轉換也會因無法修復而增加骨脆性。但是在本研究中沒有發現OC水平與BTM水平之間的關系，需要進行前瞻性研究以更好地闡明骨粘連蛋白在T2DM腎病骨轉換過程中的潛在作用。

本研究存在一些局限性。雖然在分析中控制了已知的潛在混雜因素，但是不能排除其他未知或未測量因素造成殘余混雜的可能性。本研究的橫截面性質排除了縱向數據和任意因果推斷的分析。最后，這項研究的參與者來自一家醫院，受到年齡和腎功能的限制，這可能會削弱本研究結果的普遍性。總之，發現包括P1NP在內的BTM與2型糖尿病患者的腎病早期相關。與正常尿蛋白組相比，異常蛋白尿患者的P1NP水平較低，但在調整血糖水平后差異消失。P1NP和HbA1c之間的關聯可能表明持續的高血糖癥會損害骨形成。