唾液生物标志物在2型糖尿病及其相关并发症检测中的研究进展

张鹏翔,曾 霖,孟 璐综述,刘德亮审校

0 引 言

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是因β细胞功能逐渐丧失,胰岛素分泌降低,进而导致血糖升高及相关并发症的代谢性疾病。国际糖尿病联合会的数据显示,2019年全球约有糖尿病患者4.63亿人,直接卫生支出为7600亿美元,到2025-2030年,全球T2DM患者将增加1.3～2亿例,卫生支出将增至8250亿美元,到2045年将进一步增至8450亿美元[1]。不断增加的全球负担表明,急需采取多管齐下的筛查策略,优化早期风险预测能力,实现高危人群的早期发现、诊断和治疗。虽然现行诊断指标可以准确灵敏地反映血糖波动情况,但因其无法预测T2DM及其相关并发症的发生发展进程,且侵入性检测具有潜在风险,因此提出了无创性检测的临床需求和研究指向。唾液样本具有无创采集、简便易行等优势,研究发现多种生物标记物有望作为T2DM及其并发症的潜在预测指标,为未来的临床诊断及用药提供更为多样的参考标准。

1 T2DM

T2DM是一种因胰岛素分泌和利用障碍而导致血糖升高的慢性代谢性疾病。慢性高血糖会导致碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢障碍,长期来看会导致多个器官、系统的损伤,最终影响身体健康及生活质量[2]。

1.1脂联素脂联素可通过促进骨骼肌、肝和脂肪组织对葡萄糖的摄取和游离脂肪酸的氧化,从而调节糖脂代谢和胰岛素敏感性,并显示出延缓T2DM进展、血管保护及肝代谢等多方面的益处[3-4],因此得到广泛研究。

Mamali等[5]对50名健康者的血清和唾液样本进行抵抗素、内脂素和脂联素水平测量后发现血清和唾液中脂联素水平显著相关,提示唾液与血清样本同向变化,可共同指示代谢性疾病的发展进程。Kalyani等[6]发现,T2DM组血清脂联素水平显著低于对照组,其在两组间唾液样本中同样显示出了显著性差异。Teke等[7]则发现其水平不受身体重指数(body mass index,BMI)指数及牙周情况干扰,证实了唾液脂联素水平作为T2DM早期预测的可能。

1.21,5-脱水葡萄糖醇(1,5-anhydroglucitol,1,5-AG)1,5-AG是一种新兴的T2DM生物标志物,与糖化血红蛋白(HemoglobinA1c,HbA1c)、糖化白蛋白(glycated albumin,GA)及血糖相比,血清1,5-AG水平对早期糖代谢异常更为敏感[8]。

Mook-Kanamori等[9]在受试者的唾液、血浆和尿液中共检测到2178种代谢物,其中有94种代谢物与T2DM显著相关,而只有3种可在唾液中检测到,1,5-AG即是其中之一。此外,唾液中1,5-AG水平与血液水平呈正相关,而与血糖和HbA1c呈负相关,且不受年龄、性别和BMI等变量的影响,其空腹与餐后2 h的最佳截断值分别为0.436 μg/mL和0.438 μg/mL;在使用唾液1,5-AG联合空腹血糖检测时,可使需要OGTT的人数减少47.22%[10]。Ying等[15]则发现,唾液1,5-AG还与早期胰岛素分泌呈正相关,提示该指标还可以评估糖尿病患者的早期胰岛功能。

2 T2DM合并牙周炎

慢性牙周炎(chronic periodontitis,CP)已被认为是糖尿病的“第六大并发症”,与T2DM互为危险因素[11],慢性高血糖可以在口腔中促进炎性因子及糖基化终产物的累积诱发CP;而恶化的牙周环境则又促进炎性因子的表达,通过加重胰岛素抵抗等途径促进T2DM的进展。

2.1白细胞介素-6 (interleukin-6,IL-6)IL-6的过度表达可导致胰岛素利用受损,引起胰岛素抵抗,并可以作用于肌细胞、肝细胞和胰腺β细胞来影响葡萄糖稳态和糖脂代谢[13-14]。此前研究表明,T2DM患者中血清IL-6水平显著升高,提示其在预测T2DM中的潜在作用[15]。

刘陆滨等[16]分别测量T2DM伴CP患者和健康人唾液中的IL-6含量,显示T2DM伴CP患者及健康人唾液和血清IL-6水平存在显著相关性。Costa等[17]分别在对照组、CP组、T2DM组及T2DM合并CP组中进行唾液检测后发现,CP组、T2DM合并CP组唾液中IL-6浓度均高于对照组和T2DM组。且当牙周情况逐渐恶化时,唾液IL-6水平亦随之升高,显示其在反应T2DM患者牙周炎进程中的潜在作用[18]。

2.2IL-17(interleukin-17,IL-17)与发育内皮基因座-1(developmental endothelial locus-1,Del-l)IL-17可以诱导成骨细胞核因子κB受体活化因子配体的表达,刺激破骨细胞的分化和激活,导致牙周骨量减少[19]。Del-1则通过调节IL-17和核因子κB受体活化因子配体以抑制破骨细胞生成,抑制炎症细胞迁移和破骨细胞活性[20]。Folwaczny等[21]证实重度CP患者的健康牙龈中存在高Del-1浸润,而牙龈炎症区域存在高IL-17聚集。

尽管荟萃分析显示IL-17多态性与CP易感性无关[22],但在联合Del-1的基础上仍显示出较好的检验效能。临床试验发现,与健康人群及牙龈炎患者相比,慢性牙周炎及侵袭性牙周炎唾液中IL-17水平更高,而Del-1水平更低[23]。Saxena等[24]在纳入合并T2DM的CP患者的试验中发现,与健康组相比,CP组、CP合并T2DM控制组和CP合并T2DM未控制组唾液Del-1水平较低,IL-17水平较高,两者比值随牙周及血糖的恶化而下降,但其截断值尚有待确定。

2.3BPIFA1蛋白BPIFA1蛋白可与细菌脂多糖结合以发挥抗菌效能,并通过抑制Toll样受体9/核因子κB通路抑制炎性因子表达[25]。研究发现BPIFA1蛋白在鼻咽腔中高度表达,也可在上颚、腮腺和唾液中检测到[26],提示其作为T2DM早期检测标记物的可能性。

Border等[27]对T2DM合并缺齿患者的唾液蛋白质组进行研究后证实,BPIFA1蛋白在T2DM合并缺齿的患者中表达水平较低。Guo等[28]在进一步研究中,对T2DM患者和健康人采集了未刺激的唾液样本,以检测其BPIFA1蛋白、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)和IL-6的浓度。在排除了年龄、性别、空腹血糖和BMI对唾液BPIFA1蛋白的混杂影响后,T2DM患者唾液中BPIFA1蛋白浓度低于非T2DM者,且随着牙周情况逐渐恶化,该浓度差逐渐增大,显示BPIFA1可作为T2DM合并牙周炎的潜在预测生物标志物。

3 T2DM合并肥胖

虽然遗传、高热量饮食或缺乏锻炼等因素在肥胖中的作用已经得到共识,但口腔及肠道微生物群的失衡同样可能对宿主代谢和能量稳态构成威胁,从而引发胰岛素抵抗、糖尿病和肥胖等疾病[29-30]。

3.1瘦素作为糖脂代谢的关键信号分子,瘦素可以改善胰岛素敏感性、调节脂质代谢、降低肥胖和改善炎症状态。研究发现,高瘦素水平与T2DM的发病过程直接相关[31],因此对瘦素的监测有助于了解T2DM临床病情进展。

Tvarijonaviciute等[32]在比较T2DM患者和对照组唾液中瘦素水平后发现,与对照组相比,T2DM患者唾液瘦素水平显著升高,且其浓度与胰岛素和促炎细胞因子水平呈正相关。Jayachandran等[33]分别在正畸前、正畸后1 h及正畸后1个月对正常组及超重组进行唾液瘦素检测,发现超重个体的平均瘦素浓度均为正常组的2～3倍,且与体重呈正相关。在超重及代谢综合征儿童中也显示出了同样的结果[34]。但目前尚缺乏在T2DM合并肥胖患者中的大规模临床试验,并有待在未来的研究中进一步确定其截断值。

3.2C-反应蛋白(c-reactive protein,CRP)CRP 是癌症、动脉粥样硬化等低级别全身炎症的检测指标,在诱发血管炎症的同时进一步导致胰岛素抵抗。Kanmani等[35]在对58 916人进行6年随访后发现,CRP与T2DM发病之间显著相关,提示CRP是T2DM发病的独立预测因子。

Selvaraju等[36]招募了40名正常和36名超重的儿童,并对抵抗素、TNF-α、IL-6及CRP等相关指标进行检测。结果显示,唾液CRP与抵抗素、TNF-α、IL-6等具有较好的鉴别能力,表明CRP可作为儿童肥胖及代谢异常的唾液标志物。Dezayee等[37]评估发现唾液CRP分别在36%的T1DM患者和56%的T2DM患者中显著差异,显示其在T2DM中的诊断价值明显高于T1DM。Alqaderi等[38]则发现唾液CRP和胰岛素每升高一个单位,BMI分别升高3.5 kg/m2和3.2 kg/m2。与血清CRP和胰岛素相比,唾液CRP与胰岛素比值较高,为高血糖和肥胖的预测因子,显示唾液CRP与青少年高血糖、肥胖及潜在糖尿病相关。

3.3TNF-αTNF-α可抑制胰岛素信号级联通路上胰岛素受体底物-1和蛋白激酶B的磷酸化而诱导胰岛素抵抗。同时,在不同种族、年龄和性别的T2DM患者中血清TNF-α浓度均升高,且合并肥胖时血清中TNF-α水平显著高于单纯T2DM或肥胖的患者,并与体重及HbA1c水平呈正相关[39]。

Teke等[7]在对受试者进行牙周参数、唾液脂联素、TNF-α、IL-6和血管内皮素水平测量后发现,T2DM患者的指标均高于对照组,但在调整年龄、性别、BMI等因素后,只有TNF-α和血管内皮素水平在T2DM患者中显著升高。既往的小样本研究发现,肥胖组唾液TNF-α水平为1.68 pg/mL,显著高于对照组(0.94 pg/mL)[40]。但在另一项近期实验中,调整年龄和牙周状况之后TNF-α与T2DM未显示出显著的相关性[41]。

4 妊娠期糖尿病(Gestational diabetes mellitus,GDM)

据估计,GDM影响全球14%的妊娠进程,而大约60%的GDM女性在分娩后会进一步患上T2DM,还可增加胎儿罹患肥胖症、T2DM和心血管疾病的风险[42]。早期筛查有助于及时干预对母亲及胎儿的潜在不良影响。

4.1唾液葡萄糖T2DM在引起大血管并发症的同时,也会导致唾液腺微血管和基底膜结构的改变,使葡萄糖更容易通过半渗透性基底膜,从而增加唾液分泌物中的葡萄糖水平[43]。因此GDM患者血糖控制欠佳时,唾液葡萄糖水平也会相应升高。

Ganesan等[44]在对健康妇女及GDM患者进行刺激前后空腹及餐后血糖与唾液葡萄糖测定后发现:空腹及餐后状态下,GDM患者刺激前后的唾液葡萄糖水平均显著高于健康妇女,且在空腹和餐后条件下,刺激和未刺激的唾液与血糖样本之间均呈正相关;ROC曲线下,空腹时刺激前后唾液葡萄糖的最佳截断值为5.1 mg/dl和5.4 mg/dl;在餐后条件下分别为8.8 mg/dl和9.3 mg/dl。由此显示唾液葡萄糖水平或有可能成为评估GDM患者血糖水平替代方法。

4.2胎盘生长因子(Placental growth factor,PlGF)PIGF在正常胎盘发育过程中参与调节滋养细胞的生长和分化、绒毛血管生成以及母体螺旋动脉的重塑[45]。研究表明,妊娠17-19周的GDM患者血清PlGF水平较妊娠11-13周时增加了约20%,并于26-30周时达到峰值[46]。

Chaparro等[47]在对212位妊娠第11-14周的孕妇随访后发现,至第24-28孕周时,共有14名孕妇(6.6%)经OGTT诊断为GDM。与健康女性相比,GDM组孕妇牙周探测深度、探测时出血和牙周炎症表面积均显著增加。且该组孕妇龈沟液中PlGF的浓度为8.46 pg/mL,显著高于正常组孕妇(0 pg/mL),提示PlGF可能通过促进血管增殖和扩张以诱导GDM孕妇牙周炎症的进展。且其预测效力不受BMI水平的影响。因此,PlGF可能是用于识别早期GDM的有效生物标志物。

4.3内脂素荟萃分析显示在BMI>30 kg/m2的GDM女性中,血清内脂素水平显著增加;而当BMI<30 kg/m2时差异不显著[48],表明GDM女性血清内脂素的增加可能与代偿性改善妊娠期受损的胰岛功能有关,这种代偿机制在肥胖的GDM女性中更为明显。

Eroglu等[49]分析比较第24-28孕周的孕妇及GDM患者后发现,GDM患者与对照组之间唾液内脂素水平分别为(18.89±9.59) ng/mL和(12.44±8.75)ng/mL,存在显著差异。以13.5 ng/mL作为截断值时,灵敏度为72%,特异性为63%。但既往研究表明,唾液内脂素水平会因牙周炎症而升高[50],本研究排除了患有牙龈炎的GDM患者,因此研究面较为狭窄,有待在扩大样本及疾病谱的研究中探讨其临床应用价值。

5 结 语

T2DM正成为全球范围内的一种代谢性流行病。病理上,许多生物学途径的失调要先于T2DM的临床诊断,且随着病情进展,需要频繁测量相关指标,以评估病情及指导临床。人类唾液是一个包含近3000种蛋白质和12 000种肽的丰富宝库[51],越来越多的证据表明,唾液几乎可以反映所有的正常和疾病状态[52]。因此,唾液检测有望为T2DM的诊断及治疗提供依据。

作为新兴的研究方向,唾液检测较传统检测方式而言具有其自身的优势:①唾液检测既可避免疼痛和感染风险,也可避免尿液检测带来的尴尬,且采集过程可由患者独立完成,带来了很大的便利。②唾液中含有丰富的生物信息,可反映人体各种生理及病理性变化。③快速、简便的检测方法可以节约医疗时间,使医生能根据风险对患者进行分层并处理。

然而唾液检测亦有其不足之处:①唾液腺的分泌,容易受到饮食、环境、年龄以及情绪或口腔病变等影响,导致生物分子的浓度随之发生改变或混淆。②当前与T2DM及其并发症相关的唾液标记物,其截断值在各种族、年龄、性别之间尚未得到统一。③用于检测与分析的工具尚未成熟与推广,进入临床尚有待时日。

因此,在采用先进准确的技术程序和标准化的分析工具后,唾液生物标记物有望进入临床,进一步对肥胖、胰岛素抵抗及T2DM及相关并发症进行精确评估。