老年2型糖尿病合并骨質疏松患者血清TNF-α和TWEAK水平變化及臨床意義

李克穎 杜娟

(佳木斯市中心醫院,黑龍江 佳木斯 154002)

2型糖尿病(T2DM)是一種進展緩慢的代謝性疾病,它在全球范圍內影響著超過4.51億人的健康,且隨著人口老齡化進程的加快,其患病率呈現逐漸上升的趨勢〔1〕。T2DM可導致糖尿病腎病、糖尿病視網膜病變、糖尿病神經病變和糖尿病心血管疾病等多種慢性并發癥〔2〕。研究表明,骨折也可被認為是T2DM的另一種慢性并發癥,且隨著T2DM病程的延長,骨折風險也隨之增高〔3,4〕。研究顯示,T2DM患者中骨質疏松性骨折的發生率明顯增加,而在接受胰島素治療的患者中,這種風險會進一步增加〔4～6〕。骨折后長時間不動和住院可導致大量的死亡率,術后活動能力下降還會影響代謝功能和血糖控制,而血糖控制不良又會影響傷口和骨折的愈合,從而導致更多的感染和骨不連〔7〕。糖尿病患者的骨質疏松可由細胞異常、基質相互作用、免疫和血管改變及骨骼對慢性高血糖的適應不良引起〔8〕。糖尿病、高血糖與高脂血癥、胰島素信號通路抑制、胰島素樣生長因子(IGF)-1降低、活性氧產生增多和炎癥有關,所有這些都有助于抑制成骨細胞活性〔9〕。肥胖和糖尿病本身也會增加骨髓炎癥,導致成骨細胞活性損害〔10〕。此外,炎癥還有利于破骨細胞數量和活性的增加,從而導致骨丟失的增加〔11〕。

腫瘤壞死因子(TNF)是細胞因子超家族的一個亞家族,他們通常表達具有同源TNF結構域的2型跨膜蛋白。除了在細胞增殖、分化、凋亡和胚胎發育中發揮作用外,TNF家族成員還直接參與免疫應答和炎癥反應〔12〕。在TNF家族中,TNF-α是最重要的促炎介質之一,它與胰島素抵抗和T2DM的發病機制密切相關。研究發現,TNF-α主要在脂肪細胞和(或)外周組織中產生,并通過參與活性氧(ROS)的產生和各種轉錄介導途徑的激活來誘導組織特異性炎癥,升高的TNF-α水平會通過絲氨酸磷酸化損害胰島素信號,從而在脂肪細胞和外周組織中誘導胰島素抵抗,從而促進T2DM的發展〔13〕。TNF樣弱凋亡誘導因子(TWEAK)也稱為TNF配體超家族成員(TNFSF)12,它可通過與其受體成纖維細胞生長因子誘導分子(Fn)14的相互作用在不同細胞中觸發多種看似沖突的細胞活動〔14,15〕。近年來,TWEAK作為胰島素抵抗環境中的炎癥/抗炎平衡的潛在重要調節因子也已得到廣泛關注〔16〕。Simón-Muela等〔17〕研究發現,與健康孕婦相比,妊娠糖尿病患者的TWEAK濃度較低,且低濃度TWEAK與胰島素抵抗相關,提示妊娠期間的胰島素抵抗與TWEAK介導炎癥失衡密切相關。本實驗研究老年T2DM合并骨質疏松患者血清TNF-α和TWEAK水平變化,并討論兩種因子在其發病中的意義。

1 材料與方法

1.1一般資料及分組 選取2020年10月至2022年10月于佳木斯中心醫院老年病科就診的老年T2DM患者126例,其中男61例,女65例,年齡63～82歲。利用雙能X線吸收檢測法測定患者骨密度(BMD),并根據BMD T值分為正常骨量組41例、骨量減少組40例和骨質疏松組45例。研究對象在參與實驗前均對研究知情并同意。

1.2納入和排除標準 納入標準:①患者均符合中國T2DM防治指南(2020年版)中的糖尿病診斷標準(空腹血糖≥7.0 mmol/L、糖耐量試驗2 h血糖≥11.1 mmol/L或糖化血紅蛋白≥6.5%)〔18〕。②各組患者應符合原發性骨質疏松診療指南(2022)中的基于雙能X線吸收檢測法測定BMD的分類標準(正常骨量組:BMD T值≥-1.0;骨量減少組:-2.5

1.3血清樣本收集及保存 患者于禁食12～16 h的次日清晨采集外周肘靜脈血8 ml,并于離心機中進行離心處理(3 000 r/min,10 min),將上層血清收集于無菌離心管中,并置于-80 ℃超低溫冰箱中凍存備用。

1.4酶聯免疫吸附試驗(ELISA) 人類TNF-α ELISA試劑盒和TWEAK試劑盒分別購置于武漢博士德生物工程有限公司和江蘇酶免實業有限公司,人類骨代謝指標Ⅰ型膠原羧基端肽β特殊序列(β-CTX)、Ⅰ型前膠原氨基端前肽(P1NP)和25-羥維生素D3〔25(OH)D3〕試劑盒購置南京建成生物工程研究所,實驗操作嚴格按說明書流程進行操作。實驗結束后,根據酶標儀測定的各樣本吸光度值繪制標準曲線,利用標準曲線計算各組血清樣本中各指標的含量。

1.5統計學處理 采用SPSS25.0軟件進行方差分析、兩兩比較的q檢驗。

2 結 果

2.1各組血清骨代謝指標比較 與正常骨量組比較,骨量減少組和骨質疏松組血清β-CTX顯著升高,而P1NP和25(OH)D3顯著降低(P<0.01)。與骨量減少組比較,骨質疏松組血清β-CTX顯著升高,而P1NP和25(OH)D3顯著降低(P<0.05,P<0.01)。見表1。

表1 各組血清骨代謝指標比較

2.2各組血清TNF-α和TWEAK含量比較 與正常骨量組比較,骨量減少組和骨質疏松組血清TNF-α含量顯著增高,TWEAK顯著減少(P<0.01);與骨量減少組比較,骨質疏松組血清TNF-α含量顯著增高,TWEAK顯著減少(P<0.01)。見表1。

2.3骨質疏松患者血清TNF-α和TWEAK與骨代謝指標相關性 T2DM合并骨質疏松患者血清TNF-α與骨代謝指標β-CTX(r=0.348 9,P=0.018 8)和P1NP具有顯著相關性(r=-0.331 1,P=0.026 3),與25(OH)D3無顯著相關性(r=0.000 4,P=0.997 9)。TWEAK與骨代謝指標β-CTX(r=-0.311 2,P=0.037 4)和25(OH)D3具有相關性(r=0.340 7,P=0.022 0),與P1NP無顯著相關性(r=0.059 8,P=0.696 4)。

3 討 論

T2DM與骨健康狀況不佳相關,可導致骨折風險的增加和骨折后結局的惡化,最嚴重的結果可致患者死亡〔5,20〕。T2DM已被證實可作為脆性骨折的獨立風險因素,其高骨折風險可由肌無力、視網膜病變、神經病變和神經病變等慢性并發癥引起,且這些并發癥通常發生在持續時間較長的患者中〔21,22〕。此外,高血糖也被證實在T2DM患者的骨代謝受損過程中起至關重要的作用,它可導致骨強度降低并誘發脆性骨折〔23〕。Botolin等〔24〕發現,血漿葡萄糖及其滲透壓的升高可使成熟的成骨細胞數量減少和脂肪組織堆積增加,從而導致骨質流失。Wu等〔25〕證實,當成骨細胞暴露于高糖時,成骨轉分化受到抑制,骨形成相關基因矮小相關轉錄因子(Runx)2和堿性磷酸酶(ALP)表達水平降低,而骨吸收相關基因基質金屬蛋白酶(MMP)9和碳酸酐酶(CA)Ⅱ表達水平增加。此外,高血糖可通過抑制骨形成和加速骨吸收來導致鈣穩態失衡,表現為初級和次級松質骨小梁骨量減少及骨質增生數量增加〔25〕。

TNF超家族包含19個配體和29個受體,雖然它們在體內發揮著高度多樣化的作用,但所有成員無一例外地表現出促炎活性〔13〕。研究發現,慢性炎性反應即是胰島素抵抗的一個重要特征,也是骨質疏松的重要危險因素, 因此具有促炎作用的TNF成員在T2DM合并骨質疏松的發病過程中發揮著重要的作用〔26〕。在所有TNF家族中,TNF-α首次被認為參與了胰島素抵抗的發病和2型糖尿病相關的葡萄糖代謝異常〔13〕。葡萄糖轉運體4型(GLUT4)是一種胰島素調節的葡萄糖轉運體,其主要位于脂肪、骨骼和心肌細胞,Olson〔27〕證實TNF-α可通過降低GLUT4的表達在胰島素抵抗的發展中起著關鍵作用。以往研究發現,TNF-α可作為核因子(NF)-κB的激活劑促進破骨細胞分化和抑制成骨細胞增生,從而加速骨吸收來參與骨質疏松的發病〔28〕。Han等〔29〕證實通過抑制T2DM骨質疏松的NF-κB/TNF-α通路可以促進骨折愈合。以上結果證實,TNF-α參與了糖尿病合并骨質疏松的發展,其有可能成為預防糖尿病誘導骨質疏松形成的潛在干預靶點。

作為TNF超家族另一成員,TWEAK在多種器官、組織和細胞類型中廣泛表達,其中在心臟、大腦、胰腺、骨骼肌和脂肪組織中表達水平較高〔30〕。在對T2DM的研究中發現,患者血漿中可檢測到TWEAK明顯減少〔31〕。目前還沒有明確的機制來描述TWEAK水平是如何被下調的,有人提出了一些可能的解釋。一種假說是TWEAK可能對免疫反應的調節具有有益的影響,因為TWEAK缺乏可導致老鼠產生過多的自然殺傷細胞和發生細菌內毒素過敏〔32〕。另一種假說則指出,TWEAK清道夫受體CD163在以慢性炎癥為特征的疾病如動脈粥樣硬化和2型糖尿病中存在表達上調,TWEAK下調可能與CD163能夠中和TWEAK有關〔30〕。

綜上,T2DM合并骨質疏松患者血清TNF-α和TWEAK發生表達失調,且這種失調與患者骨代謝指標改變具有相關性。