老年2型糖尿病合并骨质疏松患者血清TNF-α和TWEAK水平变化及临床意义

李克颖 杜娟

(佳木斯市中心医院,黑龙江 佳木斯 154002)

2型糖尿病(T2DM)是一种进展缓慢的代谢性疾病,它在全球范围内影响着超过4.51亿人的健康,且随着人口老龄化进程的加快,其患病率呈现逐渐上升的趋势〔1〕。T2DM可导致糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、糖尿病神经病变和糖尿病心血管疾病等多种慢性并发症〔2〕。研究表明,骨折也可被认为是T2DM的另一种慢性并发症,且随着T2DM病程的延长,骨折风险也随之增高〔3,4〕。研究显示,T2DM患者中骨质疏松性骨折的发生率明显增加,而在接受胰岛素治疗的患者中,这种风险会进一步增加〔4～6〕。骨折后长时间不动和住院可导致大量的死亡率,术后活动能力下降还会影响代谢功能和血糖控制,而血糖控制不良又会影响伤口和骨折的愈合,从而导致更多的感染和骨不连〔7〕。糖尿病患者的骨质疏松可由细胞异常、基质相互作用、免疫和血管改变及骨骼对慢性高血糖的适应不良引起〔8〕。糖尿病、高血糖与高脂血症、胰岛素信号通路抑制、胰岛素样生长因子(IGF)-1降低、活性氧产生增多和炎症有关,所有这些都有助于抑制成骨细胞活性〔9〕。肥胖和糖尿病本身也会增加骨髓炎症,导致成骨细胞活性损害〔10〕。此外,炎症还有利于破骨细胞数量和活性的增加,从而导致骨丢失的增加〔11〕。

肿瘤坏死因子(TNF)是细胞因子超家族的一个亚家族,他们通常表达具有同源TNF结构域的2型跨膜蛋白。除了在细胞增殖、分化、凋亡和胚胎发育中发挥作用外,TNF家族成员还直接参与免疫应答和炎症反应〔12〕。在TNF家族中,TNF-α是最重要的促炎介质之一,它与胰岛素抵抗和T2DM的发病机制密切相关。研究发现,TNF-α主要在脂肪细胞和(或)外周组织中产生,并通过参与活性氧(ROS)的产生和各种转录介导途径的激活来诱导组织特异性炎症,升高的TNF-α水平会通过丝氨酸磷酸化损害胰岛素信号,从而在脂肪细胞和外周组织中诱导胰岛素抵抗,从而促进T2DM的发展〔13〕。TNF样弱凋亡诱导因子(TWEAK)也称为TNF配体超家族成员(TNFSF)12,它可通过与其受体成纤维细胞生长因子诱导分子(Fn)14的相互作用在不同细胞中触发多种看似冲突的细胞活动〔14,15〕。近年来,TWEAK作为胰岛素抵抗环境中的炎症/抗炎平衡的潜在重要调节因子也已得到广泛关注〔16〕。Simón-Muela等〔17〕研究发现,与健康孕妇相比,妊娠糖尿病患者的TWEAK浓度较低,且低浓度TWEAK与胰岛素抵抗相关,提示妊娠期间的胰岛素抵抗与TWEAK介导炎症失衡密切相关。本实验研究老年T2DM合并骨质疏松患者血清TNF-α和TWEAK水平变化,并讨论两种因子在其发病中的意义。

1 材料与方法

1.1一般资料及分组 选取2020年10月至2022年10月于佳木斯中心医院老年病科就诊的老年T2DM患者126例,其中男61例,女65例,年龄63～82岁。利用双能X线吸收检测法测定患者骨密度(BMD),并根据BMD T值分为正常骨量组41例、骨量减少组40例和骨质疏松组45例。研究对象在参与实验前均对研究知情并同意。

1.2纳入和排除标准 纳入标准:①患者均符合中国T2DM防治指南(2020年版)中的糖尿病诊断标准(空腹血糖≥7.0 mmol/L、糖耐量试验2 h血糖≥11.1 mmol/L或糖化血红蛋白≥6.5%)〔18〕。②各组患者应符合原发性骨质疏松诊疗指南(2022)中的基于双能X线吸收检测法测定BMD的分类标准(正常骨量组:BMD T值≥-1.0;骨量减少组:-2.5

1.3血清样本收集及保存 患者于禁食12～16 h的次日清晨采集外周肘静脉血8 ml,并于离心机中进行离心处理(3 000 r/min,10 min),将上层血清收集于无菌离心管中,并置于-80 ℃超低温冰箱中冻存备用。

1.4酶联免疫吸附试验(ELISA) 人类TNF-α ELISA试剂盒和TWEAK试剂盒分别购置于武汉博士德生物工程有限公司和江苏酶免实业有限公司,人类骨代谢指标Ⅰ型胶原羧基端肽β特殊序列(β-CTX)、Ⅰ型前胶原氨基端前肽(P1NP)和25-羟维生素D3〔25(OH)D3〕试剂盒购置南京建成生物工程研究所,实验操作严格按说明书流程进行操作。实验结束后,根据酶标仪测定的各样本吸光度值绘制标准曲线,利用标准曲线计算各组血清样本中各指标的含量。

1.5统计学处理 采用SPSS25.0软件进行方差分析、两两比较的q检验。

2 结 果

2.1各组血清骨代谢指标比较 与正常骨量组比较,骨量减少组和骨质疏松组血清β-CTX显著升高,而P1NP和25(OH)D3显著降低(P<0.01)。与骨量减少组比较,骨质疏松组血清β-CTX显著升高,而P1NP和25(OH)D3显著降低(P<0.05,P<0.01)。见表1。

表1 各组血清骨代谢指标比较

2.2各组血清TNF-α和TWEAK含量比较 与正常骨量组比较,骨量减少组和骨质疏松组血清TNF-α含量显著增高,TWEAK显著减少(P<0.01);与骨量减少组比较,骨质疏松组血清TNF-α含量显著增高,TWEAK显著减少(P<0.01)。见表1。

2.3骨质疏松患者血清TNF-α和TWEAK与骨代谢指标相关性 T2DM合并骨质疏松患者血清TNF-α与骨代谢指标β-CTX(r=0.348 9,P=0.018 8)和P1NP具有显著相关性(r=-0.331 1,P=0.026 3),与25(OH)D3无显著相关性(r=0.000 4,P=0.997 9)。TWEAK与骨代谢指标β-CTX(r=-0.311 2,P=0.037 4)和25(OH)D3具有相关性(r=0.340 7,P=0.022 0),与P1NP无显著相关性(r=0.059 8,P=0.696 4)。

3 讨 论

T2DM与骨健康状况不佳相关,可导致骨折风险的增加和骨折后结局的恶化,最严重的结果可致患者死亡〔5,20〕。T2DM已被证实可作为脆性骨折的独立风险因素,其高骨折风险可由肌无力、视网膜病变、神经病变和神经病变等慢性并发症引起,且这些并发症通常发生在持续时间较长的患者中〔21,22〕。此外,高血糖也被证实在T2DM患者的骨代谢受损过程中起至关重要的作用,它可导致骨强度降低并诱发脆性骨折〔23〕。Botolin等〔24〕发现,血浆葡萄糖及其渗透压的升高可使成熟的成骨细胞数量减少和脂肪组织堆积增加,从而导致骨质流失。Wu等〔25〕证实,当成骨细胞暴露于高糖时,成骨转分化受到抑制,骨形成相关基因矮小相关转录因子(Runx)2和碱性磷酸酶(ALP)表达水平降低,而骨吸收相关基因基质金属蛋白酶(MMP)9和碳酸酐酶(CA)Ⅱ表达水平增加。此外,高血糖可通过抑制骨形成和加速骨吸收来导致钙稳态失衡,表现为初级和次级松质骨小梁骨量减少及骨质增生数量增加〔25〕。

TNF超家族包含19个配体和29个受体,虽然它们在体内发挥着高度多样化的作用,但所有成员无一例外地表现出促炎活性〔13〕。研究发现,慢性炎性反应即是胰岛素抵抗的一个重要特征,也是骨质疏松的重要危险因素, 因此具有促炎作用的TNF成员在T2DM合并骨质疏松的发病过程中发挥着重要的作用〔26〕。在所有TNF家族中,TNF-α首次被认为参与了胰岛素抵抗的发病和2型糖尿病相关的葡萄糖代谢异常〔13〕。葡萄糖转运体4型(GLUT4)是一种胰岛素调节的葡萄糖转运体,其主要位于脂肪、骨骼和心肌细胞,Olson〔27〕证实TNF-α可通过降低GLUT4的表达在胰岛素抵抗的发展中起着关键作用。以往研究发现,TNF-α可作为核因子(NF)-κB的激活剂促进破骨细胞分化和抑制成骨细胞增生,从而加速骨吸收来参与骨质疏松的发病〔28〕。Han等〔29〕证实通过抑制T2DM骨质疏松的NF-κB/TNF-α通路可以促进骨折愈合。以上结果证实,TNF-α参与了糖尿病合并骨质疏松的发展,其有可能成为预防糖尿病诱导骨质疏松形成的潜在干预靶点。

作为TNF超家族另一成员,TWEAK在多种器官、组织和细胞类型中广泛表达,其中在心脏、大脑、胰腺、骨骼肌和脂肪组织中表达水平较高〔30〕。在对T2DM的研究中发现,患者血浆中可检测到TWEAK明显减少〔31〕。目前还没有明确的机制来描述TWEAK水平是如何被下调的,有人提出了一些可能的解释。一种假说是TWEAK可能对免疫反应的调节具有有益的影响,因为TWEAK缺乏可导致老鼠产生过多的自然杀伤细胞和发生细菌内毒素过敏〔32〕。另一种假说则指出,TWEAK清道夫受体CD163在以慢性炎症为特征的疾病如动脉粥样硬化和2型糖尿病中存在表达上调,TWEAK下调可能与CD163能够中和TWEAK有关〔30〕。

综上,T2DM合并骨质疏松患者血清TNF-α和TWEAK发生表达失调,且这种失调与患者骨代谢指标改变具有相关性。