炎癥細胞因子IL-1β和IL-6在老年2型糖尿病合并骨質疏松患者血清中的表達及臨床意義

劉靜 姜明霞

(佳木斯市中心醫院東院區內分泌科,黑龍江 佳木斯 154002)

隨著當今社會人口老齡化的不斷加劇,糖尿病和骨質疏松已成為日益嚴重的代謝性疾病〔1,2〕。根據世界衛生組織(WHO)研究數據表明,現今全球有超過4.63億人患有糖尿病,預計到2040年將翻一番〔1〕。糖尿病并發癥可使患者死亡率顯著升高,并可造成巨大的衛生保健負擔。盡管人們已經認識到心臟、大腦、神經、眼和腎臟等大血管及微血管損傷是長期存在的糖尿病重要器官靶點,但糖尿病所至的肌肉和骨骼系統損傷仍沒有引起足夠重視〔2〕。骨質疏松是一種慢性骨骼代謝性疾病,其特征是低骨量和骨組織微結構損壞,可導致骨脆性和骨折風險增加〔3〕。研究發現,骨質疏松已成為糖尿病又一常見和嚴重的并發癥,特別是在老年人群中,其與跌倒和骨折等多種危險因素并存〔4〕。糖尿病患者的骨質疏松性骨折可發生在機體的任意部位,但以髖關節最為常見〔5〕。骨折后長時間臥床可導致大量死亡率,且術后活動能力下降會影響代謝功能和血糖控制,而血糖控制不良和長時間的高血糖又會影響傷口和骨折愈合,從而導致更多的感染和骨不連〔5〕。近年來,大量研究已探討2型糖尿病(T2DM)患者發生骨折風險的可能機制〔4〕。研究發現,T2DM患者肌力差、視力差(由糖尿病視網膜病變引起)和周圍神經病變可使跌倒風險增加,這也是導致T2DM患者大量發生骨折的原因所在〔6～9〕。Wen等〔10〕研究發現,新診斷T2DM患者糖化血紅蛋白水平升高后骨質疏松的風險亦增加,這一結果表明,即使在T2DM早期,血糖水平升高也會損害骨代謝。高血糖及其相關的高滲也抑制與成骨細胞成熟相關基因的表達〔11〕。此外,一些抗糖尿病藥物也可增加T2DM人群的骨折風險。如,噻唑烷二酮類藥物可能通過激活骨髓細胞中過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ來增加骨質流失,并通過減少矮小相關轉錄因子(Runx)2、胰島素樣生長因子(IGF)1 和無翅型MMTV整合位點家族成員(Wnt)信號通路阻礙成骨細胞生成〔12〕;鈉-葡萄糖協同轉運蛋白(SGLT)2 抑制劑可因鈣、磷酸鹽和鈉濃度的改變而導致骨質流失并增加骨折風險〔12〕。因此,抗糖尿病藥物的安全性對于T2DM治療至關重要。

胰島素抵抗和β細胞功能障礙是T2DM病理生理的兩個主要組成部分,而炎癥反應在其中發揮重要作用〔13〕。研究證實,炎癥特征的組織學改變發生在T2DM受試者的胰島內,包括免疫細胞浸潤、淀粉樣蛋白沉積、細胞死亡和纖維化,這些證據表明炎癥參與了β細胞功能障礙〔13～16〕。此外,β細胞衰竭和胰島素缺乏引起的胰島素抵抗可導致一系列免疫反應,加劇炎癥狀態,從而導致高血糖〔17,18〕。本研究擬分析老年T2DM合并骨質疏松患者炎癥細胞因子白細胞介素(IL)-1β和IL-6水平的變化及其與骨代謝指標的相關性。

1 材料與方法

1.1研究對象 選取2021年6月至2023年7月就診于佳木斯市中心醫院的134例老年T2DM患者。男65例,女69例,年齡60～81歲。根據WHO骨質疏松診斷標準分為骨量正常組(42例,骨密度T值>-1.0)、骨量減少組(44例,骨密度T值-1.0～-2.5)和骨質疏松組(48例,骨密度T值<-2.5)。所有參與者被告知本實驗內容和目的,并簽署知情同意書。

1.2納排標準 納入標準:所有參與者均符合中國T2DM防治指南(2020年版)中的T2DM診斷標準,即滿足空腹血糖≥7.0 mmol/L、餐后2 h血糖≥11.1 mmol/L或糖化血紅蛋白≥6.5% 3個指標之一者〔19〕。排除標準:①患有脆性骨折史者。②應用過糖皮質激素、抗凝藥、華法林、肝素等易致骨質疏松藥物者;③應用過鈣劑、維生素D等影響骨代謝藥物者;④患有類風濕關節炎、強直性脊柱炎、股骨頭壞死、炎性腸病等自身免疫、炎癥性疾病者;⑤患有乳腺癌、前列腺癌、肺癌和甲狀腺癌等惡性腫瘤者;⑥患有性腺功能減退、甲狀腺功能亢進、慢性腎病等內分泌系統及代謝性疾病者;⑦患有繼發性骨質疏松者;⑧患有1 型糖尿病或其他特殊類型糖尿病者。

1.3樣本采集及處理 參與者于實驗前1 d夜間開始禁食12 h以上,次日清晨用乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝采血管抽取空腹肘靜脈血5 ml,將血液樣本3 000 r/min離心10 min,吸取上清液置于無菌離心管中,密閉后于-80 ℃冰箱中凍存。

1.4酶聯免疫吸附試驗(ELISA) 人Ⅰ型膠原羧基端肽β特殊序列(β-CTX) ELISA試劑盒購于江蘇酶免實業有限公司,人骨鈣素(OC)和25-羥維生素D3〔25(OH)D3〕ELISA試劑盒購于英國Abcam生物技術有限公司,人IL-1β和IL-6 ELISA試劑盒購于武漢博士德生物工程有限公司。所有實驗流程依照上述公司推薦的說明書進行操作,依據標準品吸光度值利用Curve Expert軟件繪制標準曲線,并據此計算各樣本血清中上述指標濃度。

1.5統計學處理 采用SPSS23.0軟件進行q檢驗、Pearson相關分析。

2 結 果

2.1各組血清骨代謝相關指標水平比較 骨量減少組和骨質疏松組OC和β-CTX水平明顯高于骨量正常組,而25(OH)D3明顯低于骨量正常組(P<0.01,P<0.05)。且骨質疏松組OC和β-CTX水平明顯高于骨量減少組,25(OH)D3水平明顯低于骨量減少組(P<0.01,P<0.05)。見表1。

表1 各組血清骨代謝相關指標、炎癥因子水平比較

2.2各組血清炎癥細胞因子比較 骨量減少組和骨質疏松組IL-1β和IL-6水平明顯高于骨量正常組,且骨質疏松組明顯高于骨量減少組(P<0.05,P<0.01)。見表1。

2.3骨質疏松組血清IL-1β與IL-6相關性 骨質疏松組血清炎癥細胞因子IL-1β與IL-6具有顯著相關性(r=0.322 9,P=0.025 2)。

2.4骨質疏松組血清炎癥細胞因子IL-1β和IL-6與骨代謝指標相關性 骨質疏松組IL-1β與OC具有顯著相關性(r=0.304 0,P=0.035 7),IL-6與β-CTX和25(OH)D3具有顯著相關性(r=0.332 5、-0.334 9,P=0.020 9、0.020 0)。

3 討 論

代謝綜合征是一系列與營養過剩和體力活動不足有關的疾病,近20年來研究表明,慢性炎癥是這類疾病的一個常見、潛在的病因機制〔20～22〕。T2DM是代謝綜合征最常見、最嚴重的并發癥,其胰島內炎癥參與了包括β細胞功能障礙和胰島素抵抗在內的多個環節。研究發現,在T2DM胰島內可發現巨噬細胞數量增加,被認為是胰島內促炎細胞因子的主要來源〔14,23,24〕。Eguchi等〔13〕報道,胰島巨噬細胞引起的β細胞功能障礙是通過分泌IL-1β實現的,且干擾IL-1通路可以緩解T2DM并恢復β細胞功能。Ehses等〔25〕發現,應用IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)可顯著降低自發性糖尿病大鼠的血糖水平,同時可增加胰島內胰島素mRNA水平,降低血清胰島素原/胰島素比率,減少巨噬細胞浸潤和胰島內趨化因子/促炎細胞因子mRNA水平,并改善胰島素抵抗。此外,用IL-1Ra處理人類胰島幾乎可完全阻止由糖尿病微環境或Toll樣受體(TLR)2和4誘導的促炎細胞因子IL-6、IL-8、IL-1β、CXC趨化因子(CXCL)1、CC趨化因子(CCL)2和腫瘤壞死因子(TNF)-α的產生〔26,27〕。在胰島淀粉樣變嚙齒動物模型中也觀察到體內應用IL-1Ra治療后,β細胞功能和炎癥均得以恢復和改善〔28〕。此外,通過轉基因手段在β細胞中表達淀粉樣人胰島胰樣多肽(IAPP)可導致斑塊形成、炎癥小體激活和隨后IL-1β的成熟和分泌,而抑制炎癥小體可減少前IL-1β向成熟(活躍)的IL-1β轉變,意味IL-1β參與了胰島質量的調節〔29〕。另一個由巨噬細胞釋放的重要細胞因子是IL-6,IL-6與其他細胞因子不同,在血液中以生物活性水平循環〔30〕。目前,人們對IL-6影響胰島素信號轉導機制尚不清楚,有報道顯示IL-6可介導胰島素抵抗,而有研究表明IL-6具有胰島素樣作用,可改善胰島素敏感性〔31,32〕。前期研究表明,人和小鼠胰島暴露于血管緊張素Ⅱ會誘IL-1依賴的IL-6表達增加,從而增強細胞凋亡,并損害線粒體功能和胰島素分泌〔33〕。同樣,在體內用高脂飲食喂養的小鼠應用IL-1Ra可以降低血管緊張素Ⅱ對胰島炎癥的有害影響,恢復胰島素分泌并改善血糖〔34〕。此外,使用IL-1Ra阻斷人胰島培養中的IL-1信號通路,也可以阻止IL-6的誘導,均表明促炎介質IL-6可能是IL-1受體激活的下游分子〔26〕。

炎癥細胞因子是糖尿病患者骨質疏松的危險因素〔34〕。在有關IL-1的研究中發現,IL-1不僅可通過誘導破骨細胞分化因子(RANKL)的表達來促進破骨形成過程,而且還可通過抗凋亡作用促進破骨細胞活性〔35〕。此外,IL-6被證實是由骨髓脂肪細胞(BMAds)分泌的一種細胞因子,其可增加破骨細胞的形成和骨吸收,從而導致男性和女性的骨密度降低〔36,37〕。Cianferotti等〔38〕報道,IL-6促進破骨細胞的形成是通過刺激基質/成骨細胞上核因子-κB受體激活因子配體(RANKL)的表達來實現。

總之,老年T2DM合并骨質疏松患者血清中炎癥細胞因子IL-1β與IL-6表達上調,且與骨代謝指標具有相關性。本研究為T2DM合并骨質疏松患者的基礎研究和臨床診斷、治療等提供一定理論依據。