絕經(jīng)后非老年女性血清GDF11濃度及其與骨質(zhì)疏松發(fā)病的關(guān)系

金苗苗 宋淑敏 郭麗娟 蔣鐵建 林漲源

1.長治醫(yī)學(xué)院附屬和濟(jì)醫(yī)院內(nèi)分泌科，山西 長治 046000 2.中南大學(xué)湘雅醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖南 長沙 410008 3.中南大學(xué)湘雅醫(yī)院骨科，湖南 長沙 410008

骨質(zhì)疏松癥是絕經(jīng)后女性人群中常見的代謝性疾病。本病的發(fā)生是由于骨重建過程中成骨細(xì)胞的骨形成與破骨細(xì)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(guān)[1]。然而，近年眾多研究表明，循環(huán)中一些細(xì)胞因子如氧化應(yīng)激相關(guān)因子亦參與了本病的發(fā)生發(fā)展[2,3]。生長分化因子11(growth differentiation factor 11, GDF11)也被稱為骨形態(tài)發(fā)生蛋白11(bone morphogenetic protein 11，BMP-11), 為轉(zhuǎn)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(jī)體組織再生及功能恢復(fù)方面意義重大，且與骨細(xì)胞代謝有關(guān)，而其具體作用仍無定論[4-6]。本組前期研究證實(shí)血清GDF11濃度變化與老年女性骨質(zhì)疏松發(fā)病相關(guān)[7]。本研究選取絕經(jīng)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(zhì)疏松發(fā)病的關(guān)系，從而為骨質(zhì)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(jī)選取于2014年9月至2016年5月在中南大學(xué)湘雅醫(yī)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(qū)居民。對所有受試者的既往病史進(jìn)行詳細(xì)問卷調(diào)查，并進(jìn)行體格檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：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(jīng)稀發(fā)或絕經(jīng)年齡小于40歲、高泌乳素血癥、卵巢切除術(shù)、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、吸收不良綜合癥、惡性腫瘤、血液病或曾發(fā)生病理學(xué)骨折者。②曾服用如下藥物：糖皮質(zhì)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(xiàn)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(jīng)中南大學(xué)湘雅醫(yī)院倫理委員會(huì)審批同意。

1.2 研究方法

1.2.1生化指標(biāo)及GDF11因子檢測

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

GDF11測定采用類似于Egerman報(bào)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(jié)合性96孔板進(jìn)行GDF11檢測。采用本實(shí)驗(yàn)室通用微板分光光度計(jì)(Bio-Tek Instruments, Inc.，Highland Park, Winooski, VT, USA)讀取OD值并計(jì)算濃度。本法最低可檢測濃度為0.125ng/mL，批內(nèi)及批間變異系數(shù)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(yī)院內(nèi)分泌科雙能X線骨密度儀(Hologic Delphi A; Hologic, Bedford, MA, USA)。參考數(shù)據(jù)庫為湘雅醫(yī)院內(nèi)分泌科所建立的大樣本人群骨密度參考數(shù)據(jù)庫。對所有受試者后前位腰椎1-4及左側(cè)髖部進(jìn)行骨密度測定。其準(zhǔn)確性采用 root-mean-square coefficient of variation (RMSCV)分析法[9]進(jìn)行評估，其變異系數(shù)分別為：腰椎 0.83%、股骨頸 1.88%、總髖部 0.88%，常規(guī)每日對儀器進(jìn)行腰椎仿真模型掃描，其變異系數(shù)為低于0.45%。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)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(jīng)年限為5.4±3.7年；絕經(jīng)年限中位數(shù)為4年，95%受試者絕經(jīng)年限為1～12年。其具體臨床及生化指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。

2.2 GDF11與年齡的相關(guān)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(guān)，其相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 血清GDF11濃度隨年齡變化散點(diǎn)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(guān)性

如表2所示，血清GDF11濃度與左側(cè)股骨頸及后前位腰椎(L1-4)BMD值均呈負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且在矯正年齡、BMI后的相關(guān)系數(shù)仍具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.4 GDF11與骨質(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系

如圖2所示，將受試者按血清GDF11濃度四分位數(shù)分為Q1、Q2、Q3、Q4組，以股骨頸骨密度T值≤-2.5作為骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)，各組骨質(zhì)疏松的發(fā)病率之間具有明顯差異，隨著血清GDF11濃度的增高，骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率明顯增高，Q4、Q3組骨質(zhì)疏松的發(fā)病率明顯高于Q2、Q1組，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而Q2組骨質(zhì)疏松發(fā)病率較Q1組有所升高，二者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)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(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。BMI, 體重指數(shù); 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(guān)系數(shù)列表Table 2 Correlation coefficients for serum GDF11 and BMD in patients

注：Pearson’s 相關(guān)系數(shù)及校正年齡、BMI后的偏相關(guān)系數(shù)。BMI, 體重指數(shù); 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(shù)進(jìn)行分組后，各組骨質(zhì)疏松癥發(fā)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(zhì)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(jìn)一步明確各組之間骨質(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，我們對每兩組之間骨質(zhì)疏松發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)比(OR值)進(jìn)行了計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，Q4、Q3、Q2組骨質(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)分別為Q1組的2.9倍、2.6倍、1.2倍。其次以腰椎T值為補(bǔ)充診斷標(biāo)準(zhǔn)，Q4、Q3、Q2組骨質(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)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(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增高有關(guān)。

表3所有受試者按血清GDF11濃度四分位數(shù)進(jìn)行分組后，各組骨質(zhì)疏松癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)OR值及95%可信區(qū)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(shù)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(zhì)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(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(PMO)是原發(fā)性骨質(zhì)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(fā)病與雌激素水平下降關(guān)系密切，發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚。近年眾多研究表明，一些細(xì)胞因子在本病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，如TGF-β、IL-17、瘦素、FGF-23、IGF-1[11-16]。GDF11是轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)超家族成員之一。近年來，諸多研究認(rèn)為GDF11可以使老年動(dòng)物的心臟、骨骼肌、神經(jīng)組織恢復(fù)年輕時(shí)的活力[17,18]。而Egerman 等[8]研究報(bào)道GDF11在老年動(dòng)物及人體中濃度升高，且對機(jī)體組織再生起到了負(fù)性調(diào)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(jìn)行了血清GDF11檢測，結(jié)果顯示在老年女性人群中，血清GDF11濃度升高與骨質(zhì)疏松癥發(fā)病相關(guān)。本研究以絕經(jīng)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(zhì)疏松癥發(fā)病的關(guān)系。

近年眾多研究關(guān)注GDF11對老年機(jī)體組織功能的“返年輕化”作用，關(guān)于GDF11隨年齡的變化趨勢仍不統(tǒng)一。Loffredo 等[4]在2013年報(bào)道GDF11在小鼠循環(huán)中的濃度隨年齡增長而減低。Zhang等[19]研究報(bào)道老年動(dòng)物及人體血清GDF11較青年機(jī)體減低，且可通過激活PPAR-γ，促進(jìn)成骨細(xì)胞骨形成作用。而Egerman 等[8]研究報(bào)道GDF11在老年動(dòng)物及人體中濃度升高，且對機(jī)體組織的再生起到了負(fù)性調(diào)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(bào)道的相對特異性高的GDF11檢測方法，結(jié)果顯示GDF11濃度隨年齡的增長輕度升高，與Egerman研究結(jié)果一致。

近年研究報(bào)道GDF11 與骨代謝關(guān)系密切，如Li 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因小鼠使GDF11表達(dá)失活后，可導(dǎo)致成骨細(xì)胞活性增加，骨形成作用增強(qiáng)。本組近期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，外源性給予重組GDF11，提高循環(huán)中GDF11濃度，可起到抑制骨形成、促進(jìn)骨量丟失的作用，而使用中和抗體降低動(dòng)物體內(nèi)GDF11濃度，可使骨形成作用增強(qiáng)[21]。本文從絕經(jīng)后非老年女性人群的角度觀察GDF11濃度與骨質(zhì)疏松診斷金標(biāo)準(zhǔn)雙能X線骨密度儀所測得BMD值的相關(guān)性，結(jié)果顯示二者負(fù)性相關(guān)，其結(jié)果與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)一致。故進(jìn)一步推測，此年齡組人群中骨密度的下降與循環(huán)中GDF11濃度增高有關(guān)。此外，本研究進(jìn)一步觀察了GDF11不同濃度人群中骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率及發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的比較。結(jié)果顯示，GDF11高濃度人群中骨質(zhì)疏松癥發(fā)生率及發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)比值比均明顯高于GDF11低濃度人群。故認(rèn)為GDF11濃度的升高可作為骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的預(yù)測指標(biāo)之一。然其具體作用機(jī)制仍未完全闡明，新近研究指出，GDF11可能通過促進(jìn)SMAD2/3磷酸化，抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的骨形成作用[21]，其對骨代謝的調(diào)控作用亦與此通路有關(guān)。本組后續(xù)研究將以更大樣本量的人群為研究對象，進(jìn)一步探討循環(huán)中GDF11濃度的升高與骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的相關(guān)性，并探討其作用機(jī)制。

綜上所述，在絕經(jīng)后非老年女性人群中，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生與循環(huán)中GDF11濃度增高存在相關(guān)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(guān)。故認(rèn)為GDF11濃度升高可作為該年齡組人群骨質(zhì)疏松癥發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測指標(biāo)。