脂质运载蛋白2和老年2型糖尿病患者骨密度和骨转换标志物的相关性研究

王炜 叶山东 钱立庭 任安 陈超 邢学农 李素梅 徐将 刘茜 周婉

1. 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)内分泌科，安徽 合肥 230001 2. 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)糖尿病研究室，安徽 合肥 230001 3. 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)肿瘤放疗科，安徽 合肥 230001

糖尿病是骨质疏松的重要病因。相对于糖代谢正常人群，2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者更易发生骨质疏松性骨折[1]。尽管目前确切原因尚不清除，但人们普遍认为，T2DM患者内分泌系统和代谢的改变与导致骨质疏松的骨代谢改变关系密切[2]。脂质运载蛋白2(lipocalin 2，LCN2)属于脂质运载蛋白lipocalin家族。LCN2是一种分泌型糖蛋白，研究表明，它和以血糖增高为特征的T2DM、代谢综合征关系密切，参与糖代谢的调控[3]。近年来，小鼠模型的研究表明，成骨细胞和破骨细胞都有LCN2的表达[4-6]。国外一项临床研究也揭示了LCN2和绝经期老年女性骨密度的相关性[7]。相对于糖代谢正常人群，T2DM患者血清中LCN2含量明显增高[8-9]。然而，LCN2是否和糖尿病骨代谢有关，目前国内外尚未见文献报道。因此，研究旨在观察老年T2DM患者骨密度(bone mineral density，BMD)和骨转换标志物(bone turnover marker，BTM)与血清LCN2水平的相关性，探讨LCN2对糖尿病骨代谢的影响。

1 对象和方法

1.1 研究对象

选取从2016年6月至2017年11月在我院内分泌科住院的T2DM患者84例。选取同时期同地区健康体检者35名作为糖代谢正常对照。所有入选者年龄≥60岁，女性患者均已绝经。T2DM和糖代谢正常诊断符合1999年世界卫生组织糖尿病诊断及分型标准。排除标准：肝、肾功能损害，糖尿病酮症酸中毒、高血糖高渗状态，影响骨代谢的内分泌疾病(性腺、肾上腺、甲状旁腺及甲状腺疾病)、类风湿性关节炎等自身免疫性疾病，严重心、肺脏器疾病，恶性肿瘤，各种先天性和获得性骨代谢异常疾病，近期服用抗骨质疏松药物、钙剂、维生素D及糖皮质激素类药物史。本研究获得安徽省立医院临床研究伦理委员会同意，入选对象在签署知情同意书后方纳入本研究。

1.2 方法

1.2.1一般临床资料：所有患者均由专科医生采集病史并进行体格检查，记录性别、年龄，测量身高、体重，计算体质量指数(body mass index，BMI)，BMI=体重(kg)/身高2(m2)。

1.2.2血指标检测：所有患者在隔夜空腹8 h后，在次日清晨静脉抽取肘静脉血，测定空腹血糖(fasting plasma glucose，FPG)、糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin，HbAlc)、25-羟维生素D[25(OH)D]、I型胶原交联羧基末端肽(collagen type 1 cross-linked C-telopeptide，CTX)、Ⅰ型前胶原氨基端延长肽(type 1 N-terminal procollagen，P1NP)、全段甲状旁腺素(intact parathyroid hormone，iPTH)以及丙氨酸转氨酶(alanine aminotransferase，ALT)、天冬氨酸转氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、血肌酐(serum creatinine，sCr)、血钙(Ca)、血磷(P)等指标。HbAlc采用高压液相法检测，25(OH)D、iPTH、CTX和P1NP均采用瑞士罗氏公司Cobas e601电化学发光免疫分析仪检测。FPG、ALT、AST、sCr、Ca和P等指标用日本日立公司7600-020全自动生化分析仪检测。LCN2检测采用ELISA法，操作按照说明书步骤进行。

1.2.3BMD测定：采用美国GE公司Lunar Prodigy双能X线骨密度仪，由经培训的专科医生负责测量。通过后前位测定患者左股骨颈和腰椎1～4(L1～4)的BMD(g/cm2)。每天在检测BMD前用标准体模对仪器进行扫描校验以保证测量结果的准确性。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 老年非T2DM与T2DM组间LCN2水平及骨密度的差异

本研究纳入84例老年T2DM患者，平均年龄(68.38±6.56)岁，包括男性43例，女性41例，血清LCN2含量为(197.13±42.15)ng/mL。纳入35名老年非T2DM对照，包括男性17名，女性18名，血清LCN2含量为(172.29±54.71)ng/mL，对照组LCN2水平低于T2DM组(P=0.01)。对照组腰椎BMD[(1.01±0.19) g/cm2]和股骨颈BMD[(0.82±0.16) g/cm2]与T2DM组相比[腰椎BMD：(1.05±0.22) g/cm2，股骨颈BMD：(0.84±0.15) g/cm2]，差异均无统计学意义(P>0.05)。

2.2 T2DM组一般临床资料和不同LCN2水平组各项指标的比较

老年T2DM组按照血清LCN2水平三分位分组，分为T1组(<157.25 ng/mL)、T2组(157.25～236.65 ng/mL)和T3组(>236.65 ng/mL)。如表1所示，3组间男女人数构成、年龄、BMI、ALT、AST、Ca、P、25(OH)D和iPTH差异均无统计学意义(P均>0.05)。3组间sCr、腰椎BMD、股骨颈BMD、P1NP、CTX、FPG和HbA1c差异有统计学意义(P均<0.05)。其中sCr、腰椎BMD、股骨颈BMD、P1NP和CTX伴随LCN2水平的增高而增高，而FPG和HbA1c伴随LCN2水平的增高而降低(P均<0.05)。

表1 老年T2DM组按照血清LCN2水平进行三分位分类比较Table 1 The comparison of characteristics among three LCN2 tertiles

注：ALT：丙氨酸转氨酶；AST：天冬氨酸转氨酶；BMI：体质量指数；LCN2：脂质运载蛋白2； sCr：血清肌酐。与T1组比较，**P<0.01。

续表1 老年T2DM组按照血清LCN2水平进行三分位分类比较Continued table 1 The comparison of characteristics among the three LCN2 tertiles

注：25(OH)D：25羟维生素D；CTX：I型胶原交联羧基末端肽；FPG：空腹血糖；HbA1c：糖化血红蛋白；iPTH：全段甲状旁腺素；P1NP：Ⅰ型前胶原氨基端延长肽。与T1组比较，*P<0.05，**P<0.01。

2.3 LCN2与骨密度、骨转换指标和糖代谢指标的相关分析

在老年T2DM组中，对所有研究对象进行Pearson相关性分析显示，LCN2和BMD呈正相关(股骨颈：r=0.350，P=0.001；腰椎：r=0.355，P=0.001)，和BTM呈正相关(P1NP：r=0.354，P=0.001；CTX：r=0.438，P<0.001)，和糖代谢指标呈负相关(FPG：r=-0.321，P=0.003；HbA1c：r=-0.342，P=0.002)。按照男女对研究对象进一步分层，再行Pearson相关性分析显示，LCN2和BMD呈正相关(股骨颈：男：r=0.399，P=0.005；女：r=0.364，P=0.035；腰椎：男：r=0.351，P=0.034；女：r=0.454，P=0.006)，和BTM呈正相关(P1NP：男：r=0.418，P=0.004；女：r=0.375，P=0.023；CTX：男：r=0.491，P=0.001；女：r=0.398，P=0.020)，和糖代谢指标呈负相关(FPG：男：r=-0.292，P=0.044；女：r=- 0.372，P=0.028；HbA1c：男：r=-0.325，P=0.024；女：r=-0.377，P=0.026)。见表2。

表 2 LCN2和骨代谢以及糖代谢各个指标的相关性分析Table 2 The correlation of LCN2 with indexes of bone metabolism and glucose metabolism

2.4 BMD的多元回归分析

在老年T2DM组中，分别以腰椎BMD和股骨颈BMD作为因变量，将年龄、BMI、LCN2、FPG、HbA1c、Ca、P、25(OH)D、iPTH、P1NP和CTX作为自变量，进行多元逐步线性回归分析。结果显示，LCN2(标准化偏回归系数=0.366，P=0.002)、iPTH(标准化偏回归系数=0.274，P=0.013)和P1NP(标准化偏回归系数=-0.238，P=0.040)是影响腰椎BMD的因素。LCN2没能进入以股骨颈BMD为因变量的多元逐步线性回归方程(P=0.060)。

3 讨论

糖尿病和骨质疏松的发病率在现代社会呈快速增长的趋势，已成为危害全球公众健康的两类重要的慢性疾病，并且给社会、家庭和个人带来极大的经济负担，对两者发病机制和治疗方法的研究自然成为大家关注的焦点。骨质疏松是T2DM常见的合并症，但T2DM对骨代谢的影响目前仍有许多未知。

LCN2也称作中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)，分布于多种组织细胞，参与细胞存活、分化、调亡等过程[3]。已有研究表明，T2DM患者体内LCN2水平高于糖代谢正常人群，而且LCN2和T2DM的基本病理生理过程(胰岛素抵抗和胰岛功能减退)均有关。最新一项研究表明，小鼠成骨细胞中LCN2表达量高于其他组织数倍[6]。而之前的研究提示LCN2参与小鼠成骨-破骨偶联过程[4-5]，但是LCN2对T2DM骨密度的影响，国内外尚无相关文献报道。与既往研究类似，本研究显示T2DM患者体内LCN2水平高于糖代谢正常人群。笔者首次发现血清LCN2水平和老年T2DM患者股骨颈以及腰椎BMD呈正相关，而回归分析进一步提示了LCN2是T2DM患者腰椎BMD的影响因素。这一发现和澳大利亚一项对老年女性LCN2和髋部骨密度的观察结果相似[7]。此外，本研究还发现LCN2和描述骨形成的标志物P1NP和描述骨吸收的标志物CTX均呈正相关，说明LCN2与骨转换有关。

目前，对于LCN2影响老年T2DM骨密度的作用机制尚不清楚。笔者推测可能有如下原因：在本研究中，T2DM患者血清LCN2水平高于非糖尿患者。而在T2DM患者中，LCN2水平增高伴随骨转换标志物升高、腰椎以及股骨颈骨密度增加，提示了LCN2水平增高伴随骨转换增加。骨转化增加是T2DM条件下骨代谢的特点[10]。骨转换的活跃与否与骨密度关系密切，说明LCN2可能通过影响骨转换进而影响老年T2DM患者的骨密度。已有研究表明，小鼠破骨细胞表达LCN2，而且LCN2有抑制破骨细胞形成的作用[5，11]。因此，体内LCN2水平增高可能有助于抑制破骨细胞形成、减少骨量丢失。最新一项对中国健康女性的研究也显示了人体中血清LCN2水平和CTX的正相关性[12]。有研究表明，小鼠成骨细胞也表达LCN2[4，6，13]。在低外力负荷条件下，LCN2表达增加，并且抑制成骨细胞分化形成、促进破骨作用，从而导致年轻小鼠骨量丢失[4，13]。但是，在模拟绝经期女性骨丢失的小鼠模型中，体内LCN2水平和骨密度呈正相关[13]。因此，不同生理病理状态下，LCN2的表达和功能可能是不同的。笔者推测，对于老年T2DM，高表达的LCN2对破骨-成骨活性的叠加作用最终有促进骨量保存、增加骨密度的作用。另一方面，本研究显示血清LCN2水平和糖代谢指标相关。糖尿病高血糖条件下，体内活性氧增加、糖基化终末产物增加以及炎症反应增加都会引起糖尿病骨质疏松[2]。和近期转基因小鼠的研究结果类似[6]，本研究提示LCN2和FPG以及HbA1c呈负相关，可能存在降血糖作用。对于T2DM患者，血糖降低无疑有助于改善骨代谢、增强骨强度。

近年来，国内外一些学者的研究显示了LCN2对糖代谢的影响[8，14-15]。如上所述，动物模型和非糖尿病患者的研究揭示了LCN2和骨代谢的关系。最近，Mosialou等[6]的发现揭示了骨源性LCN2对糖代谢的调控，进一步提示了骨作为内分泌器官在糖代谢调控中的作用。而本研究显示LCN2和老年T2DM患者糖代谢指标以及骨代谢指标都有相关性，提示LCN2和糖代谢以及骨代谢可能都有联系。

本研究也有一些局限性。首先，本研究纳入样本量有限，而且作为一项横断面研究不能说明LCN2和骨代谢的因果关系。其次，一些生活方式的影响，如吸烟、户外活动、高脂肪饮食等，以及糖尿病病程、糖尿病药物干预等都没能在本研究中得以分析讨论。最后，人们对于LCN2对T2DM患者骨代谢影响的分子细胞机制目前还远没有认识，相关基础和临床研究还有待进一步开展。