IGF-1、IGFBP-3、TNF-α对绝经后2型糖尿病骨质疏松疗效评价

虎静 雷涛

1.宁夏回族自治区人民医院内分泌科,宁夏 银川 750001 2.上海中医药大学附属普陀医院内分泌科,上海 200333

2型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)与骨质疏松(osteoporosis,OP)的患病率越来越高,而T2DM合并OP患者发生脆性骨折的风险大为增加[1],OP容易引发脆性骨折[2]。20世纪40年代末,就有学者发现了糖尿病与OP的微妙关系,并且提出了糖尿病骨质疏松症的概念[3],而T2DM患者较非糖尿病患者更易发生OP的重要诱因是TNF-α等炎性因子所引发的慢性低度炎症反应[4]。有数据显示[5],在40岁以上人群中分层进行OP发生率的研究发现随着年龄层级的增加,OP的发生率也随之呈上升态势,尤以绝经后女性为著,其OP人群占比相比较其他年龄分层更高;同时T2DM的发病也以中老年人群为主,且逐年有年轻化趋势,所以防治T2DM患者在绝经后发生绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis,PMOP)是很重要的公共健康问题。既往有对PMOP患者的胰岛素样生长因子(IGF-1)、胰岛素样生长因子结合蛋白-3(IGFBP-3)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)与骨密度(bone mineral density,BMD)、骨代谢的相关性进行了一些研究,但结果尚不一致;而在绝经后T2DM合并OP的患者中开展IGF-1、IGFBP-3、TNF-α与BMD、骨代谢相关性研究较少,缺乏对T2DM合并PMOP患者抗骨质疏松治疗前后上述因子及BMD改变的报道。本研究拟探讨T2DM合并 PMOP患者后其IGF-1、IGFBP-3、TNF-α与BMD、骨代谢在抗OP治疗前后的变化以及上述因子与BMD、骨代谢的相关性,以期为IGF-1、IGFBP-3、TNF-α作为临床监测OP治疗效果的观察指标提供一定依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2018年5月至2020年6月在上海中医药大学附属普陀医院就诊的绝经后T2DM合并PMOP患者,按1999 WHO糖尿病诊断标准[6]及OP诊断标准[7]筛选入组88例,平均年龄(62.4±7.0)岁。排除:合并皮质醇激素或甲状腺素或甲状旁腺素或性腺激素分泌异常的疾病、类风湿关节炎、痛风、克罗恩病、慢性胰腺炎;口服激素或避孕药;其他糖尿病分型;严重心脏病、严重肝肾及血栓疾病;急性心脑血管意外;近半年骨折;恶性肿瘤。本研究获得上海中医药大学附属普陀医院伦理委员会的批准(PTEC-A-2022-18-1)。

1.2 研究方法

1.2.1骨密度测定:使用美国 Hologic公司骨密度仪对每位患者以下人体不同骨的BMD分别进行测定:正位腰椎(L1-L4)、股骨(分别测股骨颈、Ward’s三角、大粗隆、股骨干)、全髋。

1.2.2采血:空腹,清晨选取肘静脉采血,使用美国 Biotek公司Synergy H4全自动酶标免疫分析仪检测IGF-1、IGFBP-3、TNF-α。骨代谢指标包括25-羟维生素D[(25(OH)D)]、甲状旁腺素(parathyroid hormone,PTH)、骨形成标志物[总Ⅰ型前胶原氨基端延长肽(TP1NP)、骨钙素(OC)]、骨吸收特异性标志物[Ⅰ型胶原羧基端肽β特殊序列(β-CTX)]。

1.2.3用药:每个患者均在每天晚上8～9点将钙尔奇D(600 mg)与罗盖全(0.25 μg)用300 mL温水送服各一片;每个患者自行选择在每周固定的一天,早晨起来时用300 mL温水将福善美(70 mg)送服一片。

1.3 统计学分析

应用 SPSS 19.0 软件为试验结果作统计分析,正态分布资料用均数±标准差记录,两组间数据对比应用t检验方法,同组间用药前、用药后数据差异性对比采取成对t检验方法。P<0.05表示差异有统计学意义。利用Pearson 相关性研究方法对人体各部位所测BMD与本研究所涉及细胞因子(IGF-1、IGFBP-3、TNF-α)间相关性分别分析。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 治疗前后受试者IGF-1、IGFBP-3、TNF-α比较

治疗后1年,检测IGF-1、IGFBP-3表达增多;而TNF-α则反之(P<0.05)。见表1。

表1 治疗前后IGF-1、IGFBP-3、TNF-α变化Table 1 Changes of IGF-1, IGFBP-3, and TNF-α before and after the treatment

2.2 治疗前后受试者各部位骨密度比较

治疗后全髋、股骨颈及腰1～4的BMD较治疗前有上升,Ward’s三角、大粗隆、股骨干的BMD变化不大。见表2。

表2 治疗前后受试者各部位BMD比较Table 2 Comparison of bone mineral density among different parts of subjects before and after treatment

2.3 治疗前后受试者的骨代谢指标变化

治疗后β-CTX降低(P<0.05),TP1NP、25(OH)D升高(P<0.05),PTH和OC无明显变化。见表3。

表3 治疗前后受试者PTH、OC、25(OH)D、TP1NP、β-CTX的变化Table 3 Changes of PTH, OC, 25-OH-D, TP1NP and β-CTX before and after treatment

2.4 各部位BMD与IGF-1、IGFBP-3、TNF-α的相关性

治疗后,将BMD与IGF-1、IGFBP-3、TNF-α等化验数据作Pearson相关性分析,提示股骨颈BMD与IGF-1、IGFBP-3存在正相关,腰1～4的BMD与TNF-α存在负相关,差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 IGF-1、IGFBP-3、TNF-α与各部位BMD的相关性分析Table 4 Correlation analysis between IGF-1, IGFBP-3, TNF-α and BMD in different parts

2.5 骨代谢与IGF-1、IGFBP-3、TNF-α的相关性

治疗后,将PTH、OC、25(OH)D、TP1NP、β-CTX 与IGF-1、IGFBP-3、TNF-α等化验数据作Pearson相关性分析,提示25(OH)D及TP1NP均与IGF-1、IGFBP-3存在正相关,与TNF-α负相关;β-CTX与TNF-α存在正相关,与IGFBP-3负相关,差异有统计学意义(P<0.05)。见表5。

表5 IGF-1、IGFBP-3、TNF-α与各部位骨代谢的相关性分析Table 5 Correlation analysis between IGF-1, IGFBP-3, TNF- α between bone metabolism in various parts

3 讨论

绝经后女性是骨质疏松高危人群,发病率达40%～50%[8],而T2DM增加骨质疏松的风险,所以绝经后T2DM患者发生PMOP的风险较非糖尿病患者更高,更易发生骨脆性增加所导致的骨折,骨折愈合效果和治疗难度也更大[9]。检测骨密度、T值是目前诊断骨质疏松应用最为广泛的手段[7]。然而,骨密度T值检测还受到其他因素的干扰,比如动脉硬化、骨质增生、骨质硬化等[10]。通常用以下指标评价骨代谢:25(OH)D、PTH、代表骨形成活动的指标[总Ⅰ型前胶原氨基端延长肽(TP1NP)和N-端骨钙素(OC)],以及代表骨吸收活动的指标[Ⅰ型胶原羧基端肽β特殊序列(β-CTX)]。25(OH)D、PTH在骨吸收和骨形成平衡活动中发挥重要作用[11]。骨I型胶原蛋白被破骨细胞代谢的特征性代谢产物β-CTX,其含量增加提示破骨增强、含量减少则提示破骨减弱[12]。OC由成骨细胞合成的非特异性骨胶原蛋白,在骨基质含量最多[13],TP1NP是I型前胶原被成骨细胞代谢为I型胶原的过程中,被特异性蛋白酶所切除的一种氨基端肽,所以OC、TP1NP可以代表骨形成活动的强弱[14]。而骨代谢的变化也受到多种因子的调控,如IGF-1、IGF-BP3、TNF-α等,研究证实对T2DM合并OP患者使用阿托伐他汀及阿仑膦酸钠,治疗后的25(OH)D水平明显提高,且TNF-α、IL-6的表达明显降低,骨代谢和骨密度得到有效改善[15]。既往有文献报道,IGF-1、IGF-BP3、TNF-α与骨密度有一定的关系,但无纵向观察骨质疏松药物治疗前后上述因子在体内表达水平的变化,也无骨质疏松药物治疗后的IGF-1、IGF-BP3、TNF-α与骨密度、骨代谢关系的分析研究。因此,本研究观察绝经后T2DM患者上述因子在体内的变化以及骨密度、骨代谢的改变,为骨质疏松药物治疗效果的评价提供一定临床价值。

研究发现,在OP患者中,IGF-1、IGFBP-3表达水平低[16],IGF-1、IGFBP-3水平降低引发BMD下降[17];IGFBP-3降低增加OP风险并促进向压缩性骨折进展的过程[18];也有报道提示OP所导致的胸腰椎骨折患者中,IGF-1、IGFBP-3明显下降,IGF-1、IGFBP-3与BMD呈正相关[19]。本研究结果表明,抗骨质疏松三联药物治疗1年之后,BMD(腰椎、股骨颈、全髋)增加的同时,检测血中的IGF-1、IGFBP-3其表达更多,而TNF-α则相反;治疗后,将各部位BMD、骨代谢与IGF-1、IGFBP-3、TNF-α作相关性分析,提示股骨颈BMD与IGF-1、IGFBP-3存在正相关,腰1-4的BMD与TNF-α存在负相关;25-OH-D及TP1NP均与IGF-1、IGFBP-3存在正相关,与TNF-α负相关;β-CTX与TNF-α存在正相关,与IGFBP-3负相关。这可能与女性绝经后雌激素水平下降,导致机体免疫系统处于低度活化状态,致其细胞因子表达较绝经前上升有一定关系。而糖尿病、骨质疏松发生的共同病理机制之一是慢性炎症因子的活化[20],在骨质疏松治疗过程中炎症因子表达减少、促炎性状态改善,而IGF-1、IGFBP-3等促进骨形成、促进神经损伤修复的因子表达增加,从而达到改善骨代谢、提高骨密度、治疗骨质疏松的作用。

报道显示IGF-1、IGFBP-3、TNF-α水平的变化与骨折风险有关[21]。IGF-1在骨组织中由骨髓基质细胞、成骨细胞、骨细胞、破骨细胞分泌,能够促进骨的合成代谢,保持其正常结构功能,增加骨强度;此外,IGF-1还能抑制破骨细胞的活性、阻碍骨吸收过程,促进多种来源的软骨细胞分裂增殖和软骨基质的合成,刺激软骨细胞合成软骨基质特异型胶原蛋白Ⅱ型胶原,增加糖胺聚酶的活性,增强成骨细胞的碱性磷酸酯酶的活性[22]。同时,IGF-1有促进有丝分裂、促细胞分化、维持与细胞分化有关蛋白质水平,并参与神经、肌肉和肉皮细胞的创伤愈合[23]。IGFBP-3是出生后血液中含量最丰富的一种IGF结合蛋白,它与IGF结合形成“三元络合物”,防止它们被降解,促进IGF在身体各部分的运输,对IGF-1结构进行修饰从而改变IGF-1与其特异性受体之间的相互作用,通过调控IGF发挥功能;IGFBP-3可能通过减少游离IGF(在生物学上可与IGF受体相互作用)的数量来对抗IGF的作用;IGFBP-3具有抗增殖、抗有丝分裂和促凋亡作用[24];虽然IGFBP-3是一种分泌蛋白,在细胞核和细胞质中它也是一种活性蛋白,IGFBP-3不依赖于IGF发挥作用,IGFBP-3可能通过与IGFBP-3R(受体)结合来激活下游的各种信号分子诱导细胞凋亡,或者与TGF-β受体结合导致Smad激活从而导致细胞凋亡,在骨质疏松发生病程中有相应改变[24]。

TNF-α是一个调节骨吸收的重要细胞因子,可激活祖细胞向破骨细胞分化并促进破骨细胞有丝分裂,从而增加破骨细胞数量[25];此外,它还有破骨细胞活性加强、增加骨吸收的作用[26],而PMOP患者TNF-α水平明显增加进而加速骨丢失[27]。而在抗骨质疏松药物阿仑膦酸钠的相关研究中[28],发现其作用之一就是让骨吸收因子 TNF-α在血液中浓度下降,从而减弱骨吸收过程,进而发挥其增加骨强度、改善骨健康的作用。因此,TNF-α可对骨代谢、免疫代谢进行调节,抑制成骨、加速破骨过程,最终引发PMOP[29]。

本研究探讨了T2DM合并PMOP患者经钙尔奇D、阿仑膦酸钠和骨化三醇治疗后,其IGF-1、IGFBP-3、TNF-α的变化,并观察这些患者治疗前后BMD、骨代谢的变化,并将BMD、骨代谢与上述细胞因子进行相关性分析。本研究结果提示,IGF-1、IGFBP-3、TNF-α与BMD、骨代谢的变化有一定关系,骨质疏松治疗后患者的骨形成指标TP1NP增加、25(OH)D增加,骨吸收指标β-CTX减少,同步发生变化的还有骨密度的有效提高,以及IGF-1、IGFBP-3的增加和TNF-α的降低。通过对IGF-1、IGFBP-3、TNF-α检测联合骨代谢指标的改善可以有效评估骨质疏松的治疗效果。但是,本研究人数少、观察时间只有1年,以后仍需要更大范围、更长时间的观察,在临床中,通过将IGF-1、IGFBP-3、TNF-α与BMD、骨代谢同步检测,明确它们之间的关系,可更好地通过对上述细胞因子的评估,为T2DM合并PMOP防治提供一定的依据。