絕經后非老年女性血清GDF11濃度及其與骨質疏松發病的關系

金苗苗 宋淑敏 郭麗娟 蔣鐵建 林漲源

1.長治醫學院附屬和濟醫院內分泌科，山西 長治 046000 2.中南大學湘雅醫院內分泌科，湖南 長沙 410008 3.中南大學湘雅醫院骨科，湖南 長沙 410008

骨質疏松癥是絕經后女性人群中常見的代謝性疾病。本病的發生是由于骨重建過程中成骨細胞的骨形成與破骨細胞骨吸收作用失衡所造成。其原因無疑與性腺激素水平的下降有關[1]。然而，近年眾多研究表明，循環中一些細胞因子如氧化應激相關因子亦參與了本病的發生發展[2,3]。生長分化因子11(growth differentiation factor 11, GDF11)也被稱為骨形態發生蛋白11(bone morphogenetic protein 11，BMP-11), 為轉化生長因子β(TGF-β)超家族成員之一。近年眾多研究表明GDF11在老年機體組織再生及功能恢復方面意義重大，且與骨細胞代謝有關，而其具體作用仍無定論[4-6]。本組前期研究證實血清GDF11濃度變化與老年女性骨質疏松發病相關[7]。本研究選取絕經后非老年女性為研究對象，觀察血清GDF11濃度變化及其與骨密度下降及骨質疏松發病的關系，從而為骨質疏松的防治提供新思路。

1 材料和方法

1.1 研究對象選取

隨機選取于2014年9月至2016年5月在中南大學湘雅醫院健康管理中心體檢的成年女性127例，年齡范圍在42～59歲。所有受試者來自于長沙及周邊市縣區居民。對所有受試者的既往病史進行詳細問卷調查，并進行體格檢查。排除標準：①既往曾患影響骨代謝疾病，如肝腎疾病、甲狀腺疾病、甲狀旁腺疾病、糖尿病、月經稀發或絕經年齡小于40歲、高泌乳素血癥、卵巢切除術、風濕性關節炎、強直性脊柱炎、吸收不良綜合癥、惡性腫瘤、血液病或曾發生病理學骨折者。②曾服用如下藥物：糖皮質激素、甲狀腺激素、雌激素、氟化物、雙膦酸鹽類、降鈣素、噻嗪類利尿劑、巴比妥類、維生素D及鈣劑。③ 曾有或現有吸煙、大量飲酒、長期大量服用咖啡因類飲品或藥品者。所有受試者均簽署知情同意書，并經中南大學湘雅醫院倫理委員會審批同意。

1.2 研究方法

1.2.1生化指標及GDF11因子檢測

囑受試者空腹，并在上午7時至9時抽取受試者靜脈血液標本，待血液凝固后離心分離血清，將血清裝在標本盒中后置于- 70 ℃低溫冰箱保存。

GDF11測定采用類似于Egerman報道的人GDF11特異性ELISA方法[8]，即用GDF11特異性抗體(R&D Systems, clone 743833)包被高結合性96孔板進行GDF11檢測。采用本實驗室通用微板分光光度計(Bio-Tek Instruments, Inc.，Highland Park, Winooski, VT, USA)讀取OD值并計算濃度。本法最低可檢測濃度為0.125ng/mL，批內及批間變異系數均低于10%。

1.2.2骨密度測定

本研究所有受試者骨密度測定均采用湘雅醫院內分泌科雙能X線骨密度儀(Hologic Delphi A; Hologic, Bedford, MA, USA)。參考數據庫為湘雅醫院內分泌科所建立的大樣本人群骨密度參考數據庫。對所有受試者后前位腰椎1-4及左側髖部進行骨密度測定。其準確性采用 root-mean-square coefficient of variation (RMSCV)分析法[9]進行評估，其變異系數分別為：腰椎 0.83%、股骨頸 1.88%、總髖部 0.88%，常規每日對儀器進行腰椎仿真模型掃描，其變異系數為低于0.45%。

1.3 統計學處理

2 結果

2.1 一般臨床資料

本研究共納入127例成年女性受試者。平均年齡為52.0±5.3歲；絕經年限為5.4±3.7年；絕經年限中位數為4年，95%受試者絕經年限為1～12年。其具體臨床及生化指標檢測結果見表1。

2.2 GDF11與年齡的相關性

如圖1所示，血清GDF11濃度隨年齡有所升高，與年齡呈正相關，其相關系數有統計學意義。

圖1 血清GDF11濃度隨年齡變化散點圖。GDF11，生長分化因子11Fig.1 Scatter plots of serums GDF11 concentration versus age in patients.GDF11, growth differentiation factor 11

2.3 GDF11與BMD的相關性

如表2所示，血清GDF11濃度與左側股骨頸及后前位腰椎(L1-4)BMD值均呈負相關，其相關系數有統計學意義，且在矯正年齡、BMI后的相關系數仍具有統計學意義。

2.4 GDF11與骨質疏松發病風險的關系

如圖2所示，將受試者按血清GDF11濃度四分位數分為Q1、Q2、Q3、Q4組，以股骨頸骨密度T值≤-2.5作為骨質疏松診斷標準，各組骨質疏松的發病率之間具有明顯差異，隨著血清GDF11濃度的增高，骨質疏松癥發病率明顯增高，Q4、Q3組骨質疏松的發病率明顯高于Q2、Q1組，其差異有統計學意義。而Q2組骨質疏松發病率較Q1組有所升高，二者差異無統計學意義。

表1 受試者一般臨床資料、BMD值及GDF11濃度Table 1 Clinical characteristics, BMD and GDF11 concentration of study participants

注：所有數據均以均數±標準差表示。BMI, 體重指數; PTH, 甲狀旁腺激素; BMD, 骨密度值；GDF11，生長分化因子11.
Note：The data were provided as mean and standard deviation.BMI, body mass index; PTH, parathyroid hormone; BMD, bone mineral density; GDF11, growth differentiation factor 11.

表2 血清GDF11濃度與BMD值的相關系數列表Table 2 Correlation coefficients for serum GDF11 and BMD in patients

注：Pearson’s 相關系數及校正年齡、BMI后的偏相關系數。BMI, 體重指數; BMD, 骨密度值；GDF11，生長分化因子11.#P<0.05；##P<0.01.
Note：Pearson’s correlation coefficients and Partial correlation coefficients after adjustment for age and BMI were shown.BMI, body mass index; BMD, bone mineral density; GDF11, growth differentiation factor 11.#P<0.05；##P<0.01.

圖2 以血清GDF11濃度四分位數進行分組后，各組骨質疏松癥發病率比較。*指的是分別以股骨頸、腰椎BMD及T值所診斷的骨質疏松癥；GDF11，生長分化因子11。Fig.2 Comparison of the prevalence of osteoporosis among quartiles of GDF11.*Indicates osteoporosis diagnosed using BMD T-score of femoral neck or lumbar spine; GDF11, growth differentiation factor 11)

為了進一步明確各組之間骨質疏松發病風險的關系，我們對每兩組之間骨質疏松發病的風險比(OR值)進行了計算。如表3所示，以Q1組為參照組，首先以以股骨頸T值為診斷標準，Q4、Q3、Q2組骨質疏松發病風險分別為Q1組的2.9倍、2.6倍、1.2倍。其次以腰椎T值為補充診斷標準，Q4、Q3、Q2組骨質疏松發病風險分別為Q1組的2.4倍、2.2倍、1.2倍。故推測，血清GDF11濃度升高與骨質疏松發病風險增高有關。

表3所有受試者按血清GDF11濃度四分位數進行分組后，各組骨質疏松癥發生風險OR值及95%可信區間列表
Table3The risk of osteoporosis at the femoral neck or lumbar spine by quartile of serum GDF11 concentration, presented as odds ratio (OR) and 95% confidence interval (95%CI)

變量(Variables)股骨頸?Femoral neck 腰椎?Lumbar spineOR (95% CI)P值OR (95% CI)P值GDF11四分位數GDF11 quartileQ111Q21.2(0.4-3.3)0.811.2(0.5-2.4)1.00Q32.6(1.4-6.4)0.042.2(1.5-4.4)0.03Q42.9(1.2-8.1)0.022.4(1.2-5.4)0.01

注：*指的是分別以股骨頸、腰椎及T值所診斷的骨質疏松癥。GDF11，生長分化因子11。
Note：*osteoporosis diagnosed using the T-score of femoral neck and T-score of lumbar spine.GDF11, growth differentiation factor 11.

3 討論

絕經后骨質疏松癥(PMO)是原發性骨質疏松癥中最常見類型，亦是女性慢性代謝性疾病中的常見疾病。其發病與雌激素水平下降關系密切，發病機制尚未完全清楚。近年眾多研究表明，一些細胞因子在本病的發生發展中起重要作用，如TGF-β、IL-17、瘦素、FGF-23、IGF-1[11-16]。GDF11是轉化生長因子β(TGF-β)超家族成員之一。近年來，諸多研究認為GDF11可以使老年動物的心臟、骨骼肌、神經組織恢復年輕時的活力[17,18]。而Egerman 等[8]研究報道GDF11在老年動物及人體中濃度升高，且對機體組織再生起到了負性調控作用。故目前對GDF11的研究仍存在諸多爭議。本組前期研究使用類似于Egerman研究的特異性GDF11 ELISA檢測方法，對所有受試者進行了血清GDF11檢測，結果顯示在老年女性人群中，血清GDF11濃度升高與骨質疏松癥發病相關。本研究以絕經后非老年女性為研究對象，觀察在此年齡組人群中GDF11濃度的變化與骨質疏松癥發病的關系。

近年眾多研究關注GDF11對老年機體組織功能的“返年輕化”作用，關于GDF11隨年齡的變化趨勢仍不統一。Loffredo 等[4]在2013年報道GDF11在小鼠循環中的濃度隨年齡增長而減低。Zhang等[19]研究報道老年動物及人體血清GDF11較青年機體減低，且可通過激活PPAR-γ，促進成骨細胞骨形成作用。而Egerman 等[8]研究報道GDF11在老年動物及人體中濃度升高，且對機體組織的再生起到了負性調控作用。該研究指出以往研究對于GDF11的檢查特異性不高，因其不能排除GDF11類似物GDF8的誤差。本研究采用類似于Egerman 等研究報道的相對特異性高的GDF11檢測方法，結果顯示GDF11濃度隨年齡的增長輕度升高，與Egerman研究結果一致。

近年研究報道GDF11 與骨代謝關系密切，如Li 等[20]研究發現，轉基因小鼠使GDF11表達失活后，可導致成骨細胞活性增加，骨形成作用增強。本組近期動物實驗顯示，外源性給予重組GDF11，提高循環中GDF11濃度，可起到抑制骨形成、促進骨量丟失的作用，而使用中和抗體降低動物體內GDF11濃度，可使骨形成作用增強[21]。本文從絕經后非老年女性人群的角度觀察GDF11濃度與骨質疏松診斷金標準雙能X線骨密度儀所測得BMD值的相關性，結果顯示二者負性相關，其結果與動物實驗一致。故進一步推測，此年齡組人群中骨密度的下降與循環中GDF11濃度增高有關。此外，本研究進一步觀察了GDF11不同濃度人群中骨質疏松癥的發生率及發生風險的比較。結果顯示，GDF11高濃度人群中骨質疏松癥發生率及發生風險比值比均明顯高于GDF11低濃度人群。故認為GDF11濃度的升高可作為骨質疏松癥發生的預測指標之一。然其具體作用機制仍未完全闡明，新近研究指出，GDF11可能通過促進SMAD2/3磷酸化，抑制骨髓間充質干細胞的骨形成作用[21]，其對骨代謝的調控作用亦與此通路有關。本組后續研究將以更大樣本量的人群為研究對象，進一步探討循環中GDF11濃度的升高與骨質疏松癥發生的相關性，并探討其作用機制。

綜上所述，在絕經后非老年女性人群中，骨質疏松癥的發生與循環中GDF11濃度增高存在相關性。在去除年齡及BMI影響后，GDF11濃度的升高仍與其骨密度下降相關。故認為GDF11濃度升高可作為該年齡組人群骨質疏松癥發病風險的預測指標。