【医药学论文】维汉族2型糖尿病患者骨钙素与周围动脉病关系

 周围动脉病（Peripheral arterial disease,PAD）的主要病因是动脉粥样硬化，可导致节段性动脉（除冠状动脉以外的主动脉及其分支动脉）狭窄甚至闭塞，最终引起肢体缺血。周围动脉病是全身动脉粥样硬化的一部分，其发病机制尚不清楚，考虑为多因素致病，吸烟、糖尿病、血脂、高血压、高半胱氨酸血症以及纤维蛋白原、C-反应蛋白的增高等均易增加其发病。其中，下肢周围动脉病的危险因素：年龄在50岁以下的糖尿病患者伴有1项其他的动脉粥样硬化危险因素；年龄在50~69岁之间有吸烟史或糖尿病；年龄在70岁以上，与活动相关的肢体症状或缺血性静息痛，下肢动脉搏动异常，伴有冠心病、颈动脉和肾动脉疾病。与非2型糖尿病患者相比，2型糖尿病患者更易形成动脉粥样硬化，发生下肢周围动脉病的风险可增加2~4倍。Kanazawa等研究发现在2型糖尿病患者中，血清骨钙素与脉搏波速度（PWV）、颈动脉内膜中层厚度（IMT）呈负相关，提示2型糖尿病患者中血清骨钙素可能参与动脉粥样硬化的调节。
骨钙素（osteocalcin,OC）属于γ-羧谷氨酸包含蛋白类，又称为骨γ-羧谷氨酸包含蛋白（bone gamma-carboxyglutamic-acid-containing proteins,BGP），含有49个氨基酸残基，其中谷氨酸残基3个，第17位的谷氨酸残基α-羧基化仅有51%~89%，而其余2个可达到90%以上。该类蛋白为维生素K依赖性[4]，亦称为骨依赖维生素K蛋白，因此，维生素K拮抗剂可使此类蛋白在骨中的含量减少，但是其脯氨酸的含量和骨的机械强度均不受影响。骨钙素主要是由成熟的成骨细胞合成分泌的，还有一些可由成牙质细胞和少数软骨细胞合成分泌。在骨形成过程中，大部分骨钙素最终会渗入到骨基质中，而有10%~30%骨钙素则释放入血，这部分骨钙素便成为骨形成的特殊标志物，可直接反应成骨细胞的活动状态，尤其是新形成的成骨细胞。最近的研究证实，骨骼可作为一个内分泌器官，通过成骨细胞分泌的骨钙素影响机体的新陈代谢。众多动物实验和临床实验均证实血清骨钙素与糖脂代谢有关，具有促进胰岛β细胞增殖、促进胰岛素分泌、增强胰岛素敏感性、促进脂联素表达、降低脂肪量等作用。可见，骨钙素不仅与骨代谢有关，而且具有调节能量代谢的类激素功能。尤其在2型糖尿病患者中，血清骨钙素能够通过感知血糖浓度的变化，影响血清胰岛素和脂联素水平，减少脂肪含量来参与糖脂代谢的调节。
讨 论
本研究中我们发现：1.维族、汉族2型糖尿病患者中血清骨钙素均分别与空腹血糖、糖化血红蛋、甘油三酯呈负相关，与HOMA-HBCI、高密度脂蛋白呈正相关。进一步探讨不同性别血清骨钙素与糖脂代谢的关系，汉族男性、绝经后女性血清骨钙素均分别与空腹血糖、糖化血红蛋呈负相关；维族男性、绝经后女性血清骨钙素均分别与空腹血糖、糖化血红蛋呈负相关，与HOMA-HBCI呈正相关。提示血清骨钙素与糖脂代谢有关。2.维族2型糖尿病男性患者中血清骨钙素与周围动脉病呈负相关，提示血清骨钙素可以延缓动脉粥样硬化的发生、发展，预防周围动脉病的发生。因此，2型糖尿病患者中，血清骨钙素不仅与糖脂代谢有关，同时亦参与动脉粥样硬化的调节过程。
1 骨钙素生理功能的传统认知
上世纪七十年代，Hauschka和Price等人分别在鸡骨和牛骨中发现了骨钙素。就目前的研究，虽然骨钙素的生理作用以及作用机制仍未完全研究透彻，但众多研究已经发现骨钙素与骨代谢是有关系的，普遍认为骨钙素的主要功能是：调节骨形成过程，维持骨的正常矿化；诱导趋化破骨细胞前体，影响该细胞的成熟、分化以及活性。
骨主要由骨组织构成，其成分包括细胞、纤维和基质，是一种具有新陈代谢活动和生长发育过程，外伤后有修复再生能力的器官。细胞分为成骨细胞、骨细胞以及破骨细胞三种。成骨细胞起源于多能的骨髓基质的间充质细胞，功能活跃，负责骨基质的分泌、合成和矿化。骨细胞是由成骨细胞包埋于类骨质中形成的，是骨的主体细胞，形成骨的主体支柱。破骨细胞是一种具有高度分化功能的多核巨细胞，由骨髓单核细胞融合而成,具有矿化骨的骨吸收作用。基质是骨组织的基础，包括有机基质和无机质两种化学成分。有机基质由胶原蛋白以及糖胺多糖、糖蛋白、骨连接蛋白、骨钙素等非胶原蛋白构成。无机质通常称为骨盐，其中以结晶的钙羟磷灰石形式存在的约占60%，是矿化的主要物质形式，其余40%为无定形钙磷混合物（CaHPO4）。
骨代谢包括骨吸收和骨形成这两个相互偶联的过程，在此过程中有两种细胞起着重要的作用，一种是吸收骨基质的破骨细胞，另一种是合成骨基质的成骨细胞。破骨细胞移行、聚集、吸附到陈旧矿化骨表面，分泌酸性物质和蛋白酶，使骨组织脱矿、有机基质消化、降解、破坏，形成平均深度为40~60μm 的吸收陷窝，紧接着成骨细胞的祖代细胞接近该吸收陷窝演化为成骨细胞，分泌、合成胶原和非胶原蛋白，形成骨基质，同时合成、分泌含有大量的碱性磷酸酶和钙盐结晶体的基质小泡，使其释放到类骨质中,促进类骨质矿化，形成新骨将陷窝填平。骨吸收与骨形成相互依存、相互作用、相互制约，在遗传、激素、细胞及生长因子、内环境及局部微环境因素等生物学因子的影响下,通过复杂的分子机制，共同完成骨组织自身的不断更新，维持骨代谢的平衡。
骨钙素是在成骨细胞分化晚期时分泌的，是成骨细胞分化的标志之一，直接反映了成骨细胞的活性,具有调节骨形成过程，维持骨的正常矿化的功能。小鼠的骨钙素集群包含三个基因，其中基因OG1、OG2的编码序列高度同源（达到96%），在骨中由成骨细胞表达，编码骨钙素，而基因ORG（osteocalcin-related gene）则在肾脏表达。剔除基因OG1、OG2的小鼠，与野生型小鼠比较，表现出更高的骨量，骨质量亦得到明显的改善，因此，研究者认为骨钙素具有直接抑制成骨细胞的骨形成的作用。相反，后来的研究证明骨钙素可以促进成骨细胞的粘附而不影响该细胞的增殖, 将羟基磷灰石/胶原复合材料植入小鼠胫骨头，可以看到该骨钙素植入物周围出现骨特异性基质蛋白和多功能黏着蛋白的表达增加，因此，说明骨钙素促进成骨细胞的骨形成。在矿化组织中，骨钙素是含量最为丰富的非胶原性蛋白质之一。有研究报道，骨矿化峰期之后会出现骨钙素的大量聚集，因此，认为骨钙素与骨的矿化过程密切相关。经mRNA翻译直接合成的骨钙素，经过谷氨酸羧化转变成羧化骨钙素，在有钙离子存在的情况下，对羟基磷灰石有很强的结合力，二者结合后沉积于骨的细胞外基质，促进骨的矿化组织形成，因此，骨钙素具有维持骨的正常矿化速率的作用。同时，骨钙素抑制异常的羟磷灰石结晶的形成以及生长软骨的矿化速率，以保证成骨细胞的骨形成过程正常顺利的进行。
破骨细胞的成熟有赖于成骨细胞分泌的细胞因子以及成骨细胞与其前体膜的接触，可以说，成熟破骨细胞是成骨细胞调节的结果。成熟破骨细胞经活化启动骨吸收。骨钙素具有调节破骨细胞骨吸收过程的功能。体内研究证实，骨钙素可以诱导趋化破骨细胞以及加强破骨细胞的活性。体外研究同样证实了骨钙素具有趋化活性，以及促进破骨细胞前体分化的能力。日本学者Ishida M等人从牛骨碎片中提纯骨钙素，他们发现骨钙素可以影响破骨细胞的成熟，尤其在破骨细胞分化的后期阶段。因此，在破骨细胞的骨吸收过程中，骨钙素诱导趋化破骨细胞（尤其是未成熟细胞）移行至陈旧矿化骨表面，同时促进破骨细胞成熟、分化，增强其活性，直接参与骨吸收过程。
本研究我们发现2型糖尿病患者中，仅在维族人群（特指男性）血清骨钙素与周围动脉病存在负性相关性，汉族人群（特指男性）并不存在该相关性。
另一方面，我们还需考虑维族与汉族的饮食、文化、生活习惯以及环境因素，这有可能也是造成血清骨钙素与周围动脉病相关性民族差异的原因。新疆属中温带大陆性干旱气候，主要是因为其远离海洋，深居内陆，四周有高山阻隔，海洋湿气不易进入。其气候特点是：春秋两季较短，冬夏两季较长，气温变化大，日照时间长，昼夜温差大，寒暑变化剧烈；降水少，空气干燥，且随高度垂直递增；冬季寒冷漫长，四季分配不均，冬季有逆温层出现。由于新疆大部分地区春夏和秋冬之交日温差极大，故历来有"早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜" 之说。生活在新疆的维族居民的主食摄入量较高，达到498.7g，以面类为主，平均摄入量达到456.9g，居各民族之首；豆类及其制品的摄入量极低，仅为0.1g；畜禽肉类以牛羊肉为主，平均摄入量为48.6g，但是禽、蛋、鱼虾的摄入量很低；奶类及其制品的摄入量居各民族之首，人均达到208.4g；食用油以植物油为主，平均摄入量很高，达到45.5g，居各民族之首；盐的摄入量也是最高的，人均达到22.0g。遗憾的是本研究未能量化调查维族、汉族的饮食习惯，故不能进一步探究其是否能够解释血清骨钙素与周围动脉病相关性的民族差异以及其影响程度。
而最终希望从根本解释血清骨钙素与周围动脉病相关性的民族差异，我们还需进一步从遗传学的角度去考虑。人种通常分为三种：黄种（又称蒙古人种）、白种（又称高加索人种或欧罗巴人种）和黑种（又称尼格罗人种或赤道人种）。汉族属于黄种，而维族属于黄、白混合类的人种。维吾尔族的形成和发展经历了复杂而漫长的历程，如今在人种上其具有鲜明的特点，并兼具复杂性，为此从遗传学角度上探讨本研究结果，显得尤为必要。
4 血清骨钙素与周围动脉病相关性的性别差异
本研究我们在2型糖尿病维族患者中的绝经后女性并未发现骨钙素与周围动脉病的相关性，仅在男性发现血清骨钙素与周围动脉病存在负性相关性。这点与近几年国外研究结果一致，同样未发现绝经后女性血清骨钙素与动脉粥样硬化相关参数有关。
性激素在医学上又可分为男性性激素和女性性激素，一般男性血清雄激素水平高、雌激素水平低，而女性因存在月经周期，其性激素的变化呈现规律性，然而一旦女性绝经，其性激素一般表现为低水平雌激素，至于女性体内的血清雄激素，相较于男性，一般一生均处于低水平。男性和绝经后女性存在性激素水平的差异，因此我们推测血清骨钙素与周围动脉病相关性的性别差异与此有关。Oury等曾注意到，缺乏骨钙素基因的雄性小鼠繁殖能力低下，因此，他们猜测成骨细胞源性的激素-骨钙素具有促进睾丸间质细胞分泌睾酮的作用。为验证这一理论，Qury等构造出骨钙素基因缺乏的雄性小鼠，观察其性激素水平，发现与野生型雄性小鼠比较，敲除骨钙素基因的雄性小鼠表现出低睾酮水平和较高的促黄体生成素水平。一项日本研究证实，在2型糖尿病男性患者中，血清骨钙素与血清睾酮正相关、与血清促黄体生成素负相关。国内研究同样得出该结论，2型糖尿病患者中，男性血清骨钙素与血清睾酮有正相关趋势（r=0.143,P﹤0.05），而女性并未发现血清骨钙素与血清睾酮存在相关性。进一步探究血清睾酮的作用，有研究者发现在男性冠心病患者中，存在低水平的血清睾酮，并且血清睾酮水平与冠状动脉狭窄的程度相关（r=-0.513,P﹤0.05）。血清睾酮的缺乏可引起高血脂、高血糖、高血压、凝血与纤溶系统失衡以及炎症，导致血管内皮功能障碍，影响血管的舒缩功能，从而加速动脉粥样硬化的形成[55]。那么，2型糖尿病维族患者中男性、绝经后女性血清睾酮的差异可以解释血清骨钙素与周围动脉病相关性的性别差异。