2型糖尿病患者血清FGF21、骨连结蛋白和骨转换指标的相关性研究

马玉海 陈长松 赵健乐

武警浙江省总队医院骨科，浙江 杭州 310000

大量的研究表明2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者均有较高的骨折风险[1]。然而，T2DM患者骨密度(bone mineral density，BMD)一般不下降[2]。较高的骨密度与骨折风险增加之间的矛盾关系可能归因于T2DM患者骨转换失调，有限的研究表明T2DM中骨重塑受到抑制。与正常对照相比较，T2DM患者具有较低水平的Ⅰ型胶原羧基端肽β特殊序列(type I collagen carboxy terminal peptide β special sequence，β-CTX)和Ⅰ型前胶原N端前肽(type I procollagen amino terminal peptide，P1NP)[3]，在日本T2DM患者中发现类似的结果[4]。但是一些其他的研究也发现，女性T2DM的P1NP水平显著降低，但β-CTX水平改变不显著。糖尿病肾病是T2DM最严重的并发症之一，并且已成为终末期疾病(end stage disease，ESRD)最常见的原因。此外，ESRD可导致代谢性骨疾病。但是早期2型糖尿病肾病患者的骨转换指标改变情况研究较少。胰岛素抵抗和代谢综合征出现尿蛋白增加[5]，脂肪因子和胰岛素抵抗、低度炎症、血管内皮功能障碍和血管损伤密切相关，并已被证明是能够调节肾功能[5]。成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor 21，FGF21)是一种脂肪因子，由肝和白色脂肪组织和胰腺分泌。有研究证实升高的血清FGF21也许是糖尿病肾病的早期预测肾脏疾病进展的一个有用的生物标志物[6]。骨连接蛋白(osteonectin，OC)是另一种主要由皮下脂肪表达，在人类糖尿病肾病[7]和肾小管间质病变的发展有重要的作用。同时，FGF21和骨连结蛋白也在骨代谢中起作用。然而，T2DM中FGF21和骨连结蛋白与骨转换标志物之间的关联尚未见报道。本研究旨在调查早期糖尿病肾病患者的骨转换标志物水平，以及它们与脂肪因子、FGF21和骨连结蛋白的相关性。

1 材料和方法

1.1 一般临床资料

该横断面研究包括2017年2月至2018年7月在武警浙江省总队医院骨科门诊就诊的T2DM患者，年龄55～70岁。纳入标准：确诊患有T2DM，被诊断患有糖尿病时年龄超过55岁；无酮症酸中毒史；在诊断出糖尿病后的前3年内不需要胰岛素治疗。排除标准包括：年龄<55岁或>70岁；肾功能受损[eGFR<60 mL/(min·1.73 m2)]；肝功能障碍、恶性肿瘤、过去一年内骨折、骨质疏松症、甲状腺疾病、甲状旁腺疾病或其他内分泌疾病的病史；在入组前3个月内服用包括雌激素、甲状腺素、糖皮质激素、噻唑烷二酮、华法林、维生素D、钙补充剂、双膦酸盐、雷洛昔芬、甲状旁腺激素类似物或降钙素等药物。

在参与之前从所有患者获得知情同意。每位患者亲自参加面谈，收集基本人口统计学数据、T2DM病史及其并发症、生活方式和既往病史。收集的访谈数据包括患者年龄、性别、患糖尿病年限、吸烟状况(从未与以往相比)、酗酒(从未与以往相比)和心脑血管病史，包括冠状动脉、脑血管和外周动脉疾病。还收集了每位患者的当前药物清单，包括口服降血糖药、胰岛素、抗高血压药和他汀类药物。通过身体检查收集人体测量数据。用水银血压计测量静息血压(BP)两次，同时患者坐下至少5 min。如果患者至少符合以下标准之一，则会诊断为高血压：收缩压≥140 mmHg，舒张压≥90 mmHg，或自我报告使用抗高血压药物。用数字超声仪器测量身高(Ht)。使用标准数字刻度，在轻便的衣服和没有鞋子的情况下测量体重并精确到0.1 kg。腰围(WC)测量到下肋骨边缘和髂嵴之间在水平面上检测腰围。臀围指臀区周围的最大周长。体重指数(body mass index，BMI)计算为体重(kg)除以身高(m)的平方。腰臀比(WHR)计算为WC除以臀围的比率。

在获取尿液标本和血液样本之前，患者禁食8～12 h。当患者处于仰卧位时，从肘静脉抽取血样并准备立即分析或在-80 ℃下储存以供将来分析。测量血浆葡萄糖、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、血红蛋白A1c(HbA1c)。使用自动化罗氏电化学发光系统(E170)测量骨转换标志物：β-CTX、P1NP和25-羟基维生素D(25(OH)D)的血清水平。测定内和测定间的变异系数(coefficient of variation，CV)：P1NP的CV=1.2%～4.9%和4.3%～6.5%；β-CTX测量值的CV=1.6%～3.0%和1.3%～4.3%；对于测量维生素D[25(OH)D]的CV=1.7%～7.8%和2.2%～10.7%。用ELISA(Cloud-Clone Corp，Houston，USA)测量FGF21和OC。 FGF-21CV分别为2.93%和3.67%。骨粘连蛋白的CV分别为3.39%和10.52%。用免疫比浊测定法从新鲜早晨尿液中测量尿蛋白。通过比色法测量尿肌酐，以评估尿白蛋白-肌酸酐比(uACR)。

1.2 统计学分析

患者分为正常蛋白尿组和异常蛋白尿组。分类变量表示为绝对值和相对值(%)。使用卡方检验比较分类变量。使用t检验和Kruskal-Wallis检验比较连续变量。进行协方差分析以比较异常蛋白尿中的P1NP与调整FBG，PBG和HbA1c的正常蛋白尿组的P1NP。通过控制年龄、性别、TSDD、FPG、PBG、HbA1C、血脂谱、uACR和eGFR的部分相关分析确定血清FGF21、OC和BTM之间的关系。多个逐步回归模型用于探讨FGF21和OC对血清BTM的影响。在分析之前，对具有偏斜分布的数据进行对数变换。性别被分析为二分变量(男性为1，女性为2)。使用SPSS 19.0分析数据，P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

本研究共纳入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(定义为uACR≥27 mg/mmol Cr)和90例微量蛋白尿(定义为2.7 mg/mmol Cr≤uACR<27 mg/mmol Cr)。有和没有蛋白尿的患者的一般临床特征见表1。与正常蛋白尿组患者相比，异常蛋白尿组患者中男性的比例更高(P<0.05)。异常蛋白尿组患者血清P1NP水平低于正常白蛋白尿(P<0.05)；但调整FBG、PBG和HbA1c后，两组间P1NP水平无差异。两组的β-CTX水平相似。异常蛋白尿组患者的OC(P<0.05)和FGF21(P<0.05)水平显著高于正常蛋白尿组(表1)。

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

FGF21、OC和BTM的部分相关性分析如表2所示。FGF21与P1NP呈负相关，与OC呈正相关，但与β-CTX无关。WC与P1NP呈负相关，与β-CTX呈正相关。HbA1c与P1NP呈负相关，但与β-CTX无关。女性与P1NP呈负相关，但与β-CTX无关。FGF21与P1NP独立地呈负相关，而OC不是P1NP或β-CTX的独立因子。

表2 BTM与自变量之间的多步逐步逻辑回归分析Table 2 Multiple stepwise logistic regression analysis between BTMs and independent variables

多元逐步回归模型用于分析影响FGF21和OC的独立因素如表3所示。FGF21与eGFR呈负相关，但与uACR无关，而OC与uACR呈弱正相关。

表3 FGF21与OC水平和自变量之间的多步逐步逻辑回归分析Table 3 Multiple stepwise logistic regression analysis between FGF21 and OC levels and independent variables

3 讨论

本研究观察到异常蛋白尿组2型糖尿病患者的P1NP水平略低于正常蛋白尿组的患者，然而在调整与血糖水平相关的变量后，这种差异消失。P1NP水平与性别、WC、HbA1c和FGF21独立相关。异常蛋白尿组患者的FGF21水平显著高于正常蛋白尿组的患者；FGF21的水平与eGFR呈负相关(P<0.05)，但与uACR无关。血清OC与uACR独立正相关(P<0.05)。多元逐步回归分析显示HbA1c与P1NP呈负相关，但uACR或eGFR与P1NP无关。可能的原因是当eGFR正常或仅轻度下降时，BTM不会显著改变。

本研究结果表明，OC和FGF21可能参与T2DM肾病的发病机制，这一发现与之前的研究一致。OC是一种分泌型糖蛋白，与发育、重塑、血管生成、细胞粘附、迁移和增殖的调节有关[8]。在慢性糖尿病肾病的动物模型中，高血糖状态下OC加重肾小球硬化和肾小管间质损伤[9]。增加的OC水平可导致足细胞数量的逐渐减少，从而促进肾小球硬化的未来发展[10]。在本研究中，多元逐步回归分析表明，OC是异常蛋白尿组的独立相关因素，可能直接影响肾脏。此外，由于本研究中包括的大多数患者被归类为患有早期肾病，因此血清OC浓度的增加可能是尿蛋白排泄增加的早期指标，实际上，OC和uACR之间的关联很弱，仅具有临界统计学意义。由于许多因素可能影响OC的产生和分泌，因此需要进行更大规模的人群研究，以发现作为早期肾病的敏感指标的较高的OC水平是否更适用于T2DM患者。

本研究发现FGF21与eGFR呈负相关，但在本研究中未检测到FGF21与uACR之间的统计学关系。先前的横断面研究已经证明循环FGF21水平与糖尿病肾病中的肾功能相关[11]。在最近的前瞻性研究中，Lee等[6]首次证明血清FGF21水平升高与eGFR下降之间存在独立关联。 FGF21是肾脏消除的循环细胞因子，因此可能与肾功能参数相关[12]。因此，FGF21可能是eGFR略微下降的敏感标志物，潜在的机制仍不清楚。在动物研究中，在FGF21敲除小鼠中，通过施用游离脂肪酸(FFA)和来自糖尿病诱导的肾损伤进一步增强。施用FGF21显著地通过减少肾脏脂质积累和抑制炎症，氧化应激和纤维化来显著地预防FFA和糖尿病诱导的肾损伤[13]。然而，在临床的研究中，在肥胖受试者中发现了高循环FGF21水平，并且与心脏代谢紊乱有关，包括代谢综合征、T2DM、非酒精性脂肪肝和冠状动脉疾病，这表明可能存在FGF21抗性机制或对潜在的代偿性反应[14]。FGF21由肾脏排泄，因此当GFR降低时它可以进一步增加。此外，还报道FGF21在调节单一葡萄糖代谢中起作用[15]。因此，尿蛋白患者中FGF21水平的增加可能是由于FGF21对抗高HbA1C的抵消作用。然而，笔者没有通过多元逐步回归分析发现本研究中FGF21水平与血糖水平之间的关系。

在这项研究中，控制年龄、性别、TSDD、FPG、PBG、HbA1c、血脂谱、uACR和eGFR后，发现P1NP和FGF21水平之间存在负相关。然而，在健康成年女性中，在调整年龄、种族和身体成分后，循环FGF21水平与总BMD和脊柱BMD呈正相关[16]。因此，尽管T2DM患者骨密度正常，但FGF21可能在骨脆性的反常增加中发挥作用。FGF21可能是骨和脂肪组织中具有调节作用的重要因子。低骨转换与骨质流失率降低有关，但过度抑制骨转换也会因无法修复而增加骨脆性。但是在本研究中没有发现OC水平与BTM水平之间的关系，需要进行前瞻性研究以更好地阐明骨粘连蛋白在T2DM肾病骨转换过程中的潜在作用。

本研究存在一些局限性。虽然在分析中控制了已知的潜在混杂因素，但是不能排除其他未知或未测量因素造成残余混杂的可能性。本研究的横截面性质排除了纵向数据和任意因果推断的分析。最后，这项研究的参与者来自一家医院，受到年龄和肾功能的限制，这可能会削弱本研究结果的普遍性。总之，发现包括P1NP在内的BTM与2型糖尿病患者的肾病早期相关。与正常尿蛋白组相比，异常蛋白尿患者的P1NP水平较低，但在调整血糖水平后差异消失。P1NP和HbA1c之间的关联可能表明持续的高血糖症会损害骨形成。