端粒及内脏脂肪对2型糖尿病患者骨密度的影响

张苑 魏枫 张永红 马瑞婷 朱丽 周坤 贺佳

内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院内分泌代谢科，内蒙古 包头 014010

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)是与多种因素如胰岛素抵抗、氧化应激、免疫等相关的慢性代谢性疾病。TIDE研究显示我国成人T2DM患病率达12.8%[1]。糖尿病性骨质疏松是在糖尿病的基础上发生的以BMD下降、骨脆性增加、骨折风险增高为特点的代谢性骨病[2]。我国T2DM合并骨质疏松(osteoporosis，OP)的患病率为37.8%[3]。T2DM患者较一般人群更易发生骨折，椎体骨折显著增加该类患者的全因死亡率。目前关于T2DM合并OP的发病机制尚无统一定论，考虑到与T2DM患者机体氧化应激反应加剧、长期高血糖状态致高糖毒性、相关细胞因子和激素水平变化等多种因素综合作用有关。故深入研究该病发病机制对进一步预防T2DM患者合并OP及骨折的发生具有深远意义。

端粒是真核细胞染色体末端带有TTAGGG/CCCTAA序列的特殊DNA结构，在生物进化过程中高度保守，具有维持染色体稳定性和完整性的重要功能[4]。随着细胞不断分裂增殖，端粒长度逐渐缩短，当其缩短到某一特定长度时，会出现端粒功能障碍、代谢紊乱现象，之后导致细胞染色体丧失稳定性，最终细胞衰老、凋亡。氧化应激是机体衰老和疾病进展的重要原因，是由于机体氧化与抗氧化功能失衡导致中性粒细胞浸润，产生大量活性氧基团，活性氧基团导致线粒体DNA表达受损，从而引起组织损伤。尤其在氧化应激状态下，端粒长度缩短幅度会大大增加。研究表明，端粒在肿瘤、心脑血管、OP、糖尿病及其并发症如肾脏病变、周围神经病变等疾病的发展进程中扮演重要角色[5-7]。但是关于端粒长度和BMD关系的研究结论尚不统一，特别是端粒长度在T2DM合并OP患者外周血的表达水平尚无相关报道。

肥胖与T2DM的发生发展有密切关联，是T2DM发生的独立危险因素。既往研究认为肥胖是BMD的保护因素，但近年研究发现[8]，肥胖对骨骼的作用效果因脂肪分布区域而异。氧化应激是内脏型肥胖(visceral obesity，VO)与相关并发症的联系枢纽。

本研究拟探讨端粒长度及内脏脂肪面积(visceral adipose area，VFA)在T2DM合并OP发病机制中的作用，旨在为临床诊断提供新的标志物，为疾病的早期防治提供新思路。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2020年6月至2021年8月于内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院内分泌科住院并入组MMC行BMD检测的T2DM患者160例(男性年龄≥50岁，女性为绝经后)，根据T值分为OP组50例，骨量减少组50例，骨量正常组60例。根据VFA分为non-VO组与VO组(VFA<100 cm2为non-VO组，VFA≥100 cm2为VO组)。根据性别分组。

纳入标准：①符合2017年版《中国2型糖尿病防治指南》对糖尿病的诊断标准。②符合WHO骨质疏松诊断标准。③本研究通过医院伦理委员会审核，患者均已签署知情同意书。

排除标准： ①1型糖尿病患者，近期发生过糖尿病急性并发症患者；②因其他疾病所引起的继发性骨质疏松患者；③严重的肝功及肾功能不全患者；④入组前半年内曾服用过钙剂、糖皮质激素等对骨代谢有影响药物的患者；⑤精神病患者。

1.2 研究方法

1.2.1采集患者一般临床资料：记录年龄、糖尿病病程等，计算体质量指数(body mass index，BMI)、改良稳态模型评估的HOMA-IR=1.5+FPG(mmol/L)×FCP(pmol/L)/2800。检测血糖、血脂、25(OH)D、性激素等。

1.2.2测定BMD与VFA：采用MEDIX DR骨密度仪检测患者股骨颈、全髋关节、腰椎BMD。采用生物电阻抗法测量VFA。

1.2.3qPCR法测定外周血白细胞端粒长度：DNA提取：依照DNA提取试剂盒(康为世纪)说明提取外周血基因组DNA。qPCR检测：通过Magic SYBR Mixture试剂盒(康为世纪)检测基因表达。使用Cawthon描述的方法测定端粒长度[9]。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 各组一般资料比较

与骨量减少组和骨量正常组相比，OP组VFA增高。OP组、骨量减少组、骨量正常组的端粒长度依次升高，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表1。

表1 各组临床资料及生化指标比较Table 1 Comparison of clinical data and biochemical indexes among the groups

2.2 non-VO组与VO组比较

与non-VO组相比，VO组各部位BMD、端粒长度降低，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表2。

表2 non-VO组与VO组相关指标比较Table 2 Comparison of the associated parameters between non-VO group and VO group

2.3 不同性别组比较

与男性相比，女性各部位BMD降低，端粒长度降低，差异均有统计学意义(P<0.05)，VFA增大，差异无统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 不同性别组间相关指标比较Table 3 Comparison of the associated parameters between different gender groups

2.4 不同部位BMD与各指标的相关性

股骨颈、全髋关节、腰椎BMD与VFA呈负相关，与端粒长度呈正相关，见表4。

表4 不同部位BMD与各指标的相关性分析Table 4 Correlation analysis between BMD and various indexes in different parts

2.5 多元逐步回归分析不同部位BMD的影响因素

分别以不同部位BMD为因变量，以其他临床检测指标为自变量，行多元逐步回归分析，结果显示，端粒长度是不同部位BMD的独立影响因素，VFA是股骨颈、全髋关节BMD的独立影响因素(P<0.05)，见表5。

表5 不同部位BMD的多元逐步回归分析Table 5 Multiple stepwise regression analysis of BMD in different parts

3 讨论

氧化应激在T2DM合并OP的发生发展中发挥重要作用，端粒长度与内脏脂肪组织均会通过氧化应激作用影响T2DM患者的骨转换平衡。

端粒是细胞有丝分裂的“生物钟”，是国内外公认的细胞衰老标志[4]。研究证实[10]，糖脂代谢异常可显著增强氧化应激反应，进而抑制成骨基因表达，促进破骨基因表达，最终导致骨质流失。由于端粒富含的鸟嘌呤极易受到氧化应激反应的影响[11]，因此氧化应激可导致端粒磨损，加速端粒长度缩短。端粒长度缩短会破坏骨重构平衡，加速OP发生[12]。Tao等[13]在1 017例中老年原发性骨质疏松人群中发现，女性人群的端粒长度与BMD呈正相关，与OP患病风险负相关，在男性中却未发现类似结果，提示端粒长度可能是OP的预测指标，且该预测作用可能与性别有关。国外学者利用Southern Blot方法对71～85岁男性的外周血白细胞端粒长度进行测定[14]，发现在这110名受试者中，端粒长度最短者骨量丢失最多，端粒长度与前臂不同部位的BMD正相关，这项研究的结果表明，端粒长度可能会预测骨质丢失。然而，Nielsen等[15]却得出相反结论，在他们的研究中，不同部位BMD与端粒长度均不相关。

本研究结果显示，T2DM患者的外周血白细胞端粒长度随骨量下降逐渐缩短，较长的端粒长度与各部位高BMD相关，这意味端粒长度与T2DM患者骨量流失密切相关，端粒长度越短，BMD越低，较长的端粒长度很可能是BMD的保护因素。结合上述结论，说明随着患者年龄增加，端粒长度自然缩短，尤其是T2DM患者因糖脂代谢紊乱加速了机体老化，加重了体内氧化应激程度，进一步损害端粒长度。另有研究报道[16]，端粒本身会影响骨形成及骨质量。端粒长度缩短加速了骨髓间充质干细胞衰老的进程，削弱骨髓间充质干细胞成骨分化的能力，最终导致成骨细胞数量下降；同时端粒长度缩短还会引起成骨细胞自身的衰老积累，成骨细胞合成分泌功能降低，从而降低骨重建速率，导致骨量减少。

本研究还发现男性的端粒长度长于女性，可能由于绝经后女性雌激素水平低致体内氧化应激反应加剧，端粒长度磨损程度较大[17]。这与Fang等[18]结论一致，提示一定范围内较高水平的性激素可能对端粒长度具有保护作用，这与性激素的抗氧化性有关，具体分子机制有待进一步探究。

T2DM患者中表现为内脏型肥胖者较多，蓄积的内脏脂肪形成较大的VFA。李琪[19]研究表明，VFA是T2DM合并OP的危险因素。本研究发现，VO组的BMD低于non-VO组，较大的VFA与低BMD相关。可能分子机制是[20]：第一，T2DM患者本身因机体糖脂代谢紊乱氧化应激反应加剧，导致脂肪细胞氧化损伤，内脏脂肪堆积；第二，堆积的内脏脂肪组织分泌炎症因子从而加剧氧化应激反应后刺激破骨细胞活性来增加骨吸收；第三，过多的内脏脂肪组织导致骨髓内脂肪沉积，由于成骨细胞与脂肪细胞均来源于骨髓间充质干细胞，沉积的髓内脂肪可能会通过PPAR-γ相关通路导致细胞成脂分化而非成骨分化；第四，本研究中non-VO组的端粒长度长于VO组，Gurung等[21]发现较大的VFA可损害端粒长度，结合上述结论推测，逐渐积累的VFA还可能通过增强氧化应激反应来刺激端粒长度缩短，从而导致患者BMD下降。

除此之外，本研究中女性患者的VFA大于男性，BMD低于男性。可能原因是绝经后女性雌激素水平下降导致VFA增加[22]，无论是增加的VFA还是减少的雌激素均对骨骼具有负性作用。但不同性别间VFA差异无统计学意义，今后需扩大样本量进一步探讨。

综上所述，在不同骨量的T2DM患者中，较短的端粒长度、较大的VFA是患者低BMD的独立影响因素。