晚期糖基化終末產物與2型糖尿病患者骨代謝及骨密度的相關性研究

付文萍

晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)是導致糖尿病慢性并發癥的重要因素[1]。糖尿病可導致骨代謝紊亂，甚至出現骨質疏松。誘發的原因可能是骨組織中AGEs的產生和積聚導致骨組織結構惡化以及骨細胞分化增殖障礙，由此推斷AGEs可能是糖尿病性骨質疏松致病因素之一[2]。AGEs通過與其受體或AGEs結合蛋白相互作用，干擾骨重建過程，導致糖尿病骨代謝紊亂的發生、發展[3]，但AGEs在2型糖尿病(T2DM)患者血清或骨組織內的表達水平如何，與骨代謝指標是否有相關性，目前相關研究甚少。本研究通過檢測T2DM患者血清AGEs水平，探討其與骨代謝指標、骨密度的相關性，闡明AGEs誘發T2DM患者發生骨質疏松、骨密度減少的分子機制。

1 資料與方法

1.1 病例納入與排除標準 納入標準：(1)符合1999年世界衛生組織(WHO)的糖尿病診斷標準中的T2DM患者；(2)經雙能X線骨密度儀檢查證實骨密度在(平均值-2.5s)～(平均值-1s)的骨量減少者；(3)骨密度低于(平均值-2.5s)的骨質疏松者；(4)簽署了知情同意書的患者。排除標準：(1)需使用糖皮質激素者；(2)近來采用激素替代治療的患者或絕經婦女；(3)使用過對骨代謝有影響的藥物者；(4)曾患對骨代謝有影響的疾病者；(5)肝、腎功能缺損者；(6)病情嚴重、腫瘤及其他不能參與試驗者。

1.2 一般資料 選取2009—2011年來我院就診的T2DM患者，按照以上標準，篩選出伴骨質疏松者32例(A組)、伴骨量減少者36例(B組)、骨質正常者31例(C組)；另選取同期在我院體檢的健康者30例(D組)。

1.3 方法

1.3.1 樣本采集及AGEs檢測 各組受檢者禁食12 h后，清晨空腹采取肘靜脈血5 ml，及時分離血清置于-70 ℃凍存，集中測定各項觀察指標。AGEs測定采用酶聯免疫吸附(ELISA)法，健康成人AGEs參考值為25～50 mg/L。試劑盒為天津瑞愛金生物科技有限公司生產，試劑盒性能測定批內差異4.5%、批間差異7.5%。

1.3.2 常規生化指標及骨代謝指標檢測 全自動生化分析儀檢測空腹血糖(FBG)、堿性磷酸酶(ALP)、血鈣(Ca)、血磷(P)。用ELISA法檢測糖化血紅蛋白(HbA1c)。放射免疫法檢測骨鈣素(BGP)及甲狀旁腺素(PTH)。同時留取晨尿，采用ELISA法檢測尿Ⅰ型膠原羧基末端肽(CTX)。

1.3.3 骨密度測定 采用美國通用電氣公司的LUNAR-Prodigy雙能X線骨密度測定儀，質控變異系數(CV)為0.29%～0.35%，掃描速度10 mm/s，掃描寬度6 cm，掃描間隔0.5 mm×0.5 mm，測3次取平均值。測定腰椎(L2～4)、股骨頸、三角、大轉子的骨密度。

2 結果

2.1 各組受檢者的臨床指標及骨代謝指標比較 4組受檢者年齡、性別構成及ALP水平比較，差異無統計學意義(P>0.05)；而4組BMI、FBG、HbA1c、BGP、尿CTX、PTH、Ca、P、AGEs比較，差異均有統計學意義(P<0.01)。其中與D組比較，B、C組BMI增高，A、B、C組FBG、HbA1c、PTH、Ca、P、AGEs升高而BGP降低，A組尿CTX降低，組間比較差異有統計學意義(P<0.05)；與C組比較，A、B組BMI降低而HbA1c、PTH、Ca、AGEs升高，A組FBG、尿CTX升高，組間比較差異有統計學意義(P<0.05)；與B組比較，A組FBG、尿CTX、PTH、AGEs升高，兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05，見表1)。

2.2 AGEs與骨代謝指標及骨密度的相關性 相關分析結果顯示，除與ALP無直線相關性外，A、B組患者AGEs與BGP及L2～4、股骨頸、三角、大轉子骨密度呈負相關(P<0.05)，而與HbA1c、尿CTX、PTH、Ca、P呈正相關(P<0.05，見表2)。

表1 各組受檢者臨床指標及骨代謝指標比較

注：BMI=體質指數，FBG=空腹血糖，HbA1c=糖化血紅蛋白，ALP=堿性磷酸酶，BGP=骨鈣素，CTX=Ⅰ型膠原羧基末端肽，PTH=甲狀旁腺素，Ca=鈣，P=磷，AGEs=晚期糖基化終末產物；與B組比較，*P<0.01，▽P<0.05；與C組比較，△P<0.01，○P<0.05；與D組比較，▲P<0.01，☆P<0.05；★為χ2值

表2 A、B組患者AGEs與骨代謝指標及骨密度的相關分析

3 討論

自從1948年Albright首次提出糖尿病可致骨改變以來[4]，越來越多的學者開始研究糖尿病與骨代謝及骨密度的病理機制，因為糖尿病最大的危險就是骨質疏松和骨密度病理性無關的骨脆弱。據報道，誘發糖尿病骨質疏松的是胰島素功能缺損，高血脂、糖尿病合并癥、成骨細胞功能損害及數量減少均因胰島素絕對和相對缺乏而致持續高血糖，降低了成骨細胞的功能[5]。此外，由于高血糖狀態，細胞山梨糖醇累積促使破骨細胞再吸收，轉移因子調節成骨細胞分化的表達受限，使細胞凋亡加速，骨成形受阻，血清AGEs過度產生膠原，血清AGEs跨接力促進骨脆性增加，從而引起糖尿病骨質疏松患者病死率的增加，骨折發生概率上升。

骨質疏松是一種骨代謝疾病，由于其伴脆性骨折，因此也是一個公共健康問題。一些流行病學研究表明，骨質疏松發病率在糖尿病患者中有所增加，但糖尿病與骨質疏松之間的分子水平聯系還不清楚。骨質疏松的主要表現為低骨量和骨組織微結構退變，骨重建過程紊亂即骨吸收超過骨形成。骨吸收與骨形成分別與破骨細胞及成骨細胞直接相關。實驗研究表明血清AGEs能促進破骨細胞的再吸收，血清AGEs與其受體相互作用引起人間質干細胞凋亡，接著阻止其分化成脂肪組織、軟骨和骨，骨質疏松患者體內血清AGEs升高[6]。本研究結果顯示，糖尿病患者血清AGEs水平均顯著高于健康者，且單純糖尿病、糖尿病伴骨量減少者、糖尿病伴骨質疏松者血清AGEs水平依次升高，似乎可以解釋血清AGEs和糖尿病與骨質疏松相關的分子水平機制。血清AGEs是在高糖環境下葡萄糖、果糖、戊糖氧化過程中產生的抗壞血酸、高度活性羰基化合物、脂質過氧化產物等與體內多種蛋白質的氨基發生非酶促糖基化反應，生成的復雜的交叉狀大分子物質，由血清AGEs受體識別[7]。近來有研究指出骨蛋白也受糖基化修飾的影響。AGEs-AGEs受體相互作用，通過破骨細胞和成骨細胞核因子途徑導致細胞因子、生長因子和黏附分子的表達增加，進而導致骨重建過程紊亂，對骨質疏松發展起重要作用。血清AGEs的形成和累積加速糖尿病的發展，進一步證明血清AGEs及其受體系統氧化應激產生，接著引起血管壁細胞、成骨細胞、破骨細胞的炎癥反應。由此造成糖尿病患者血管鈣化和骨質疏松，進而引起骨折[8]。

大量資料表明，膠原交聯在骨形成中影響骨的強度[9]，Angela等[10]在血清AGEs修飾Ⅰ型膠原的成骨細胞培養液中，發現BGP和尿CTX顯著減少，提示糖基化后的骨膠原能夠調節發育階段成骨細胞的增殖分化[11]。通常認為，BGP、ALP等的升高與骨形成相關，CTX等與骨吸收的活躍度相關。以往研究發現T2DM患者尿CTX增高[12]。本研究結果顯示，糖尿病伴骨質疏松患者尿CTX顯著高于糖尿病伴骨量減少者、單純糖尿病患者及健康者；而血BGP水平則顯著低于健康者，從而使成骨細胞對骨膠原蛋白的黏附能力降低，導致成骨細胞的數量減少，活性降低，成骨作用減弱，骨吸收大于骨形成[13]。另外，糖尿病患者由于高滲性利尿，可造成Ca、P大量丟失，導致骨量減少。本研究中的糖尿病伴骨質疏松及骨量減少者血Ca、P水平顯著高于健康者，同時由于胰島素缺乏或不足，蛋白質合成代謝障礙，骨基質合成減少，從而導致骨密度下降。BGP作為一種成骨細胞特異合成和分泌的非膠原蛋白，在骨的形成和轉換中起重要作用。如果胰島素缺乏長期得不到改善，除了引起糖代謝紊亂及蛋白質分解代謝增強外，還可使成骨細胞特異性合成與釋放BGP的功能受到抑制，導致骨基質成熟與骨轉換下降[14-15]。

Yoshida等[16]報道高血糖可導致成骨細胞對PTH敏感性降低。本研究結果顯示，糖尿病伴骨質疏松及骨量減少患者HbA1c、PTH水平較單純糖尿病患者及健康者顯著增高，考慮骨質疏松的發生與PTH代償性增高有關。在骨重建過程中，成骨活動與破骨活動相偶聯，本研究提示糖尿病伴骨質疏松及骨量減少患者骨吸收增加，但骨形成減慢，可能與胰島素絕對或相對不足、成骨細胞對PTH敏感性降低致成骨細胞活性降低有關[17]。

為了進一步闡明T2DM患者合并骨質疏松、骨密度減少的分子機制，本研究通過對血清AGEs與HbA1c，骨代謝指標ALP、BGP、PTH、尿CTX、血鈣、血磷，腰椎、股骨頸、三角、大轉子的骨密度相關性進行研究，發現血清AGEs除與ALP無直線相關性外，與BGP及腰椎、股骨頸、三角、大轉子的骨密度呈負相關，而與HbA1c、尿CTX、PTH、血Ca、血P呈正相關。說明T2DM伴骨質疏松、骨量減少的患者血清AGEs異常升高，引起HbA1c及骨代謝指標血ALP、BGP、PTH、尿CTX、血Ca、血P代謝障礙，使糖尿病患者骨血管分布異常，毛細血管通透性增加，周圍基底膜增厚，加重了骨的營養障礙，影響骨的重建，致使骨量進一步丟失[18]。

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