端粒及內(nèi)臟脂肪對2型糖尿病患者骨密度的影響

張苑 魏楓 張永紅 馬瑞婷 朱麗 周坤 賀佳

內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科，內(nèi)蒙古 包頭 014010

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)是與多種因素如胰島素抵抗、氧化應(yīng)激、免疫等相關(guān)的慢性代謝性疾病。TIDE研究顯示我國成人T2DM患病率達12.8%[1]。糖尿病性骨質(zhì)疏松是在糖尿病的基礎(chǔ)上發(fā)生的以BMD下降、骨脆性增加、骨折風險增高為特點的代謝性骨病[2]。我國T2DM合并骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)的患病率為37.8%[3]。T2DM患者較一般人群更易發(fā)生骨折，椎體骨折顯著增加該類患者的全因死亡率。目前關(guān)于T2DM合并OP的發(fā)病機制尚無統(tǒng)一定論，考慮到與T2DM患者機體氧化應(yīng)激反應(yīng)加劇、長期高血糖狀態(tài)致高糖毒性、相關(guān)細胞因子和激素水平變化等多種因素綜合作用有關(guān)。故深入研究該病發(fā)病機制對進一步預(yù)防T2DM患者合并OP及骨折的發(fā)生具有深遠意義。

端粒是真核細胞染色體末端帶有TTAGGG/CCCTAA序列的特殊DNA結(jié)構(gòu)，在生物進化過程中高度保守，具有維持染色體穩(wěn)定性和完整性的重要功能[4]。隨著細胞不斷分裂增殖，端粒長度逐漸縮短，當其縮短到某一特定長度時，會出現(xiàn)端粒功能障礙、代謝紊亂現(xiàn)象，之后導(dǎo)致細胞染色體喪失穩(wěn)定性，最終細胞衰老、凋亡。氧化應(yīng)激是機體衰老和疾病進展的重要原因，是由于機體氧化與抗氧化功能失衡導(dǎo)致中性粒細胞浸潤，產(chǎn)生大量活性氧基團，活性氧基團導(dǎo)致線粒體DNA表達受損，從而引起組織損傷。尤其在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，端粒長度縮短幅度會大大增加。研究表明，端粒在腫瘤、心腦血管、OP、糖尿病及其并發(fā)癥如腎臟病變、周圍神經(jīng)病變等疾病的發(fā)展進程中扮演重要角色[5-7]。但是關(guān)于端粒長度和BMD關(guān)系的研究結(jié)論尚不統(tǒng)一，特別是端粒長度在T2DM合并OP患者外周血的表達水平尚無相關(guān)報道。

肥胖與T2DM的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)聯(lián)，是T2DM發(fā)生的獨立危險因素。既往研究認為肥胖是BMD的保護因素，但近年研究發(fā)現(xiàn)[8]，肥胖對骨骼的作用效果因脂肪分布區(qū)域而異。氧化應(yīng)激是內(nèi)臟型肥胖(visceral obesity，VO)與相關(guān)并發(fā)癥的聯(lián)系樞紐。

本研究擬探討端粒長度及內(nèi)臟脂肪面積(visceral adipose area，VFA)在T2DM合并OP發(fā)病機制中的作用，旨在為臨床診斷提供新的標志物，為疾病的早期防治提供新思路。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2020年6月至2021年8月于內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科住院并入組MMC行BMD檢測的T2DM患者160例(男性年齡≥50歲，女性為絕經(jīng)后)，根據(jù)T值分為OP組50例，骨量減少組50例，骨量正常組60例。根據(jù)VFA分為non-VO組與VO組(VFA<100 cm2為non-VO組，VFA≥100 cm2為VO組)。根據(jù)性別分組。

納入標準：①符合2017年版《中國2型糖尿病防治指南》對糖尿病的診斷標準。②符合WHO骨質(zhì)疏松診斷標準。③本研究通過醫(yī)院倫理委員會審核，患者均已簽署知情同意書。

排除標準： ①1型糖尿病患者，近期發(fā)生過糖尿病急性并發(fā)癥患者；②因其他疾病所引起的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松患者；③嚴重的肝功及腎功能不全患者；④入組前半年內(nèi)曾服用過鈣劑、糖皮質(zhì)激素等對骨代謝有影響藥物的患者；⑤精神病患者。

1.2 研究方法

1.2.1采集患者一般臨床資料：記錄年齡、糖尿病病程等，計算體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)、改良穩(wěn)態(tài)模型評估的HOMA-IR=1.5+FPG(mmol/L)×FCP(pmol/L)/2800。檢測血糖、血脂、25(OH)D、性激素等。

1.2.2測定BMD與VFA：采用MEDIX DR骨密度儀檢測患者股骨頸、全髖關(guān)節(jié)、腰椎BMD。采用生物電阻抗法測量VFA。

1.2.3qPCR法測定外周血白細胞端粒長度：DNA提?。阂勒誅NA提取試劑盒(康為世紀)說明提取外周血基因組DNA。qPCR檢測：通過Magic SYBR Mixture試劑盒(康為世紀)檢測基因表達。使用Cawthon描述的方法測定端粒長度[9]。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 各組一般資料比較

與骨量減少組和骨量正常組相比，OP組VFA增高。OP組、骨量減少組、骨量正常組的端粒長度依次升高，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表1。

表1 各組臨床資料及生化指標比較Table 1 Comparison of clinical data and biochemical indexes among the groups

2.2 non-VO組與VO組比較

與non-VO組相比，VO組各部位BMD、端粒長度降低，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表2 non-VO組與VO組相關(guān)指標比較Table 2 Comparison of the associated parameters between non-VO group and VO group

2.3 不同性別組比較

與男性相比，女性各部位BMD降低，端粒長度降低，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，VFA增大，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表3。

表3 不同性別組間相關(guān)指標比較Table 3 Comparison of the associated parameters between different gender groups

2.4 不同部位BMD與各指標的相關(guān)性

股骨頸、全髖關(guān)節(jié)、腰椎BMD與VFA呈負相關(guān)，與端粒長度呈正相關(guān)，見表4。

表4 不同部位BMD與各指標的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between BMD and various indexes in different parts

2.5 多元逐步回歸分析不同部位BMD的影響因素

分別以不同部位BMD為因變量，以其他臨床檢測指標為自變量，行多元逐步回歸分析，結(jié)果顯示，端粒長度是不同部位BMD的獨立影響因素，VFA是股骨頸、全髖關(guān)節(jié)BMD的獨立影響因素(P<0.05)，見表5。

表5 不同部位BMD的多元逐步回歸分析Table 5 Multiple stepwise regression analysis of BMD in different parts

3 討論

氧化應(yīng)激在T2DM合并OP的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，端粒長度與內(nèi)臟脂肪組織均會通過氧化應(yīng)激作用影響T2DM患者的骨轉(zhuǎn)換平衡。

端粒是細胞有絲分裂的“生物鐘”，是國內(nèi)外公認的細胞衰老標志[4]。研究證實[10]，糖脂代謝異?？娠@著增強氧化應(yīng)激反應(yīng)，進而抑制成骨基因表達，促進破骨基因表達，最終導(dǎo)致骨質(zhì)流失。由于端粒富含的鳥嘌呤極易受到氧化應(yīng)激反應(yīng)的影響[11]，因此氧化應(yīng)激可導(dǎo)致端粒磨損，加速端粒長度縮短。端粒長度縮短會破壞骨重構(gòu)平衡，加速OP發(fā)生[12]。Tao等[13]在1 017例中老年原發(fā)性骨質(zhì)疏松人群中發(fā)現(xiàn)，女性人群的端粒長度與BMD呈正相關(guān)，與OP患病風險負相關(guān)，在男性中卻未發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，提示端粒長度可能是OP的預(yù)測指標，且該預(yù)測作用可能與性別有關(guān)。國外學(xué)者利用Southern Blot方法對71～85歲男性的外周血白細胞端粒長度進行測定[14]，發(fā)現(xiàn)在這110名受試者中，端粒長度最短者骨量丟失最多，端粒長度與前臂不同部位的BMD正相關(guān)，這項研究的結(jié)果表明，端粒長度可能會預(yù)測骨質(zhì)丟失。然而，Nielsen等[15]卻得出相反結(jié)論，在他們的研究中，不同部位BMD與端粒長度均不相關(guān)。

本研究結(jié)果顯示，T2DM患者的外周血白細胞端粒長度隨骨量下降逐漸縮短，較長的端粒長度與各部位高BMD相關(guān)，這意味端粒長度與T2DM患者骨量流失密切相關(guān)，端粒長度越短，BMD越低，較長的端粒長度很可能是BMD的保護因素。結(jié)合上述結(jié)論，說明隨著患者年齡增加，端粒長度自然縮短，尤其是T2DM患者因糖脂代謝紊亂加速了機體老化，加重了體內(nèi)氧化應(yīng)激程度，進一步損害端粒長度。另有研究報道[16]，端粒本身會影響骨形成及骨質(zhì)量。端粒長度縮短加速了骨髓間充質(zhì)干細胞衰老的進程，削弱骨髓間充質(zhì)干細胞成骨分化的能力，最終導(dǎo)致成骨細胞數(shù)量下降；同時端粒長度縮短還會引起成骨細胞自身的衰老積累，成骨細胞合成分泌功能降低，從而降低骨重建速率，導(dǎo)致骨量減少。

本研究還發(fā)現(xiàn)男性的端粒長度長于女性，可能由于絕經(jīng)后女性雌激素水平低致體內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)加劇，端粒長度磨損程度較大[17]。這與Fang等[18]結(jié)論一致，提示一定范圍內(nèi)較高水平的性激素可能對端粒長度具有保護作用，這與性激素的抗氧化性有關(guān)，具體分子機制有待進一步探究。

T2DM患者中表現(xiàn)為內(nèi)臟型肥胖者較多，蓄積的內(nèi)臟脂肪形成較大的VFA。李琪[19]研究表明，VFA是T2DM合并OP的危險因素。本研究發(fā)現(xiàn)，VO組的BMD低于non-VO組，較大的VFA與低BMD相關(guān)?？赡芊肿訖C制是[20]：第一，T2DM患者本身因機體糖脂代謝紊亂氧化應(yīng)激反應(yīng)加劇，導(dǎo)致脂肪細胞氧化損傷，內(nèi)臟脂肪堆積；第二，堆積的內(nèi)臟脂肪組織分泌炎癥因子從而加劇氧化應(yīng)激反應(yīng)后刺激破骨細胞活性來增加骨吸收；第三，過多的內(nèi)臟脂肪組織導(dǎo)致骨髓內(nèi)脂肪沉積，由于成骨細胞與脂肪細胞均來源于骨髓間充質(zhì)干細胞，沉積的髓內(nèi)脂肪可能會通過PPAR-γ相關(guān)通路導(dǎo)致細胞成脂分化而非成骨分化；第四，本研究中non-VO組的端粒長度長于VO組，Gurung等[21]發(fā)現(xiàn)較大的VFA可損害端粒長度，結(jié)合上述結(jié)論推測，逐漸積累的VFA還可能通過增強氧化應(yīng)激反應(yīng)來刺激端粒長度縮短，從而導(dǎo)致患者BMD下降。

除此之外，本研究中女性患者的VFA大于男性，BMD低于男性?？赡茉蚴墙^經(jīng)后女性雌激素水平下降導(dǎo)致VFA增加[22]，無論是增加的VFA還是減少的雌激素均對骨骼具有負性作用。但不同性別間VFA差異無統(tǒng)計學(xué)意義，今后需擴大樣本量進一步探討。

綜上所述，在不同骨量的T2DM患者中，較短的端粒長度、較大的VFA是患者低BMD的獨立影響因素。