呂雪瑋 徐珂琳 陳興棟 ?

1 復(fù)旦大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/人類學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200438;2復(fù)旦大學(xué) 泰州健康科學(xué)研究院,江蘇 泰州2 253002;3 復(fù)旦大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院生物統(tǒng)計(jì)學(xué)系/公共衛(wèi)生安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200032

中老年人是骨質(zhì)疏松癥的主要患病人群,尤其是絕經(jīng)后女性,該病是目前亟待解決的公共衛(wèi)生問題之一。隨著人口老齡化進(jìn)程的不斷發(fā)展,骨質(zhì)疏松的發(fā)病率和死亡率也在不斷地增加[1]。雖然骨質(zhì)疏松癥在女性中比男性更常見,但在男性人群中,該病的發(fā)病率也在不斷升高[2]。在世界范圍內(nèi)的老齡人口中,髖部和脊椎骨折的致殘率、死亡率很高,因此預(yù)防骨質(zhì)疏松癥亟待引起人們的重視[3]。

研究表明,骨密度與多種脂質(zhì)存在相關(guān)性[4-5],骨密度與脂蛋白水平存在關(guān)聯(lián)性[6-7]。在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥動(dòng)物模型中進(jìn)行的研究表明,與對(duì)照組動(dòng)物相比,其代謝組學(xué)特征存在著顯著差異[8]。脂類物質(zhì)廣泛分布于人體各處,在多種代謝途徑中發(fā)揮著重要作用[9]。人體內(nèi)的脂質(zhì)種類很多,我們熟悉的脂質(zhì)有甘油三酯、膽固醇、類固醇激素等[9]。由于其疏水性,脂質(zhì)在循環(huán)中通過脂蛋白攜帶到外周組織[9]。

脂蛋白的中心包含有膽固醇酯和甘油三酯,周圍環(huán)繞著游離膽固醇、磷脂和載脂蛋白[10]。內(nèi)源性的脂蛋白代謝途徑始于肝臟中極低密度脂蛋白(VLDL)的形成。VLDL 在肌肉和脂肪組織中代謝,釋放游離脂肪酸,形成中間密度脂蛋白。中間密度脂蛋白進(jìn)一步代謝為低密度脂蛋白,低密度脂蛋白在許多組織中被低密度脂蛋白受體吸收[10]。膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)始于肝臟和腸道內(nèi)新生的高密度脂蛋白(HDL)的形成,它可結(jié)合從細(xì)胞中排出的膽固醇和磷脂,從而形成成熟的高密度脂蛋白[11]。HDL是脂蛋白顆粒的混合物,密度在1.063～1.21 g/m L的范圍內(nèi)。根據(jù)它們的脂質(zhì)組成,這些顆?？赡艹时P狀或球形幾何形狀。成熟的球形HDL 顆粒包含45%～55%的載脂蛋白,26%～32%的磷脂,15%～20%的酯化膽固醇,3%～5%的游離膽固醇和約5%的甘油三酸酯[12]。HDL 的主要蛋白質(zhì)成分是載脂蛋白A1,它在HDL的生物發(fā)生和功能中起關(guān)鍵作用[13]。多項(xiàng)研究顯示,HDL 和VLDL 與骨密度存在關(guān)聯(lián)性[7,14]。

已有研究證實(shí),骨質(zhì)疏松受年齡、性別、腰臀比、飲食等影響[15-19]。既往研究表明,向心性肥胖是骨質(zhì)疏松癥的危險(xiǎn)因素,腰臀比與骨密度呈負(fù)相關(guān)[18]。美國飲食協(xié)會(huì)和營養(yǎng)和營養(yǎng)學(xué)學(xué)會(huì)都認(rèn)為,適當(dāng)?shù)臄z入蔬菜、水果等素食對(duì)人類健康有好處[20]。蔬菜和水果是鎂和鉀的主要食物來源,還富含維生素C、類胡蘿卜素等有抗氧化功能的營養(yǎng)物質(zhì),有助于維持人體酸堿平衡[21]。研究顯示,每增加攝入一份水果或蔬菜,男性和女性的骨密度隨之增加約1%[22]。還有研究指出,蛋白質(zhì)、維生素B12、鋅和脂肪酸等主要存在于動(dòng)物產(chǎn)品中的營養(yǎng)物質(zhì),可能也對(duì)骨骼健康有積極意義[23]。

在既往研究中,由于研究對(duì)象的生活方式、種族等背景差異很大,且存在研究對(duì)象局限、未考慮飲食因素影響等,使得代謝物與骨密度的關(guān)聯(lián)性研究得出的結(jié)果大相徑庭[15]。因此,本研究基于泰州腦影像隊(duì)列基線人群,收集了代謝組學(xué)數(shù)據(jù)、調(diào)查問卷數(shù)據(jù)等,將研究對(duì)象按照T-score劃分為3個(gè)不同的骨密度組——骨量正常組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組,以期發(fā)現(xiàn)代謝物與骨密度的關(guān)聯(lián)性的線索,為骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防提供策略。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

本研究共納入797位研究對(duì)象,均來自泰州腦影像隊(duì)列[24]。泰州腦影像隊(duì)列中共有904個(gè)人被納入基線研究,其納入和排除標(biāo)準(zhǔn)見文獻(xiàn)[25]。所有完成基線調(diào)查的研究對(duì)象都完成了流行病學(xué)調(diào)查問卷(包括人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、生活方式、疾病史和飲食頻率)和體格檢查。從泰州腦影像隊(duì)列基線904名研究對(duì)象中,排除43名骨密度測量數(shù)據(jù)不完整、34名代謝組數(shù)據(jù)缺失、16名有骨折史、14名有甲狀腺疾病史的研究對(duì)象。

1.2 方法

1.2.1 骨密度測量

雙能X 射線吸收儀(Lunar DPX NT- 400157;GE Healthcare,Madison,WI,USA)密度計(jì)用于測量腰椎(L1-L4)、全髖和左側(cè)股骨頸的骨密度值[24]。3個(gè)測量位置的最小T值被用作閾值來定義骨密度的3個(gè)組。797名參與者被分為T≥-1的骨量正常組、-1＞T＞-2.5的低骨量組和T≤-2.5的骨質(zhì)疏松組[24]。

1.2.2 代謝組學(xué)樣本采集和質(zhì)控

使用核磁共振平臺(tái)進(jìn)行非靶向基線血清代謝組學(xué)分析。每一個(gè)代謝組學(xué)樣品,都獲得了3個(gè)一維光譜,包括NOESYPR1D 序列、Carr-Purcell-Meibom-Gill序列和擴(kuò)散編輯光譜。此外,從合并的樣本中收集了一系列二維光譜用于光譜分配。高通量核磁共振代謝組學(xué)平臺(tái)可以生成光譜,其中大約350個(gè)代謝特征和比率參數(shù)將同時(shí)量化為每個(gè)特征的絕對(duì)濃度或計(jì)算為比率,包括脂質(zhì)、脂蛋白、氨基酸和其他代謝物。但在本研究中,僅使用絕對(duì)定量指標(biāo)進(jìn)行分析。在代謝組學(xué)分析之前,所有分析的血清均未經(jīng)過第二次凍融循環(huán)[25]。在分析之前,去除了缺失大于20%的代謝物[26]。對(duì)于小分子代謝物,缺失值替換為最低檢測限的一半[26]。未檢測到體積不足和嚴(yán)重乳糜血癥的數(shù)據(jù)被刪除。通過逆正態(tài)變換標(biāo)準(zhǔn)化為Z分?jǐn)?shù)后,共有136種代謝物的代謝物水平呈正態(tài)分布[27-28]。

1.2.3 協(xié)變量評(píng)估

詳細(xì)的問卷調(diào)查和臨床檢查提供了有關(guān)協(xié)變量的信息。通過采訪者管理的問卷獲得人口統(tǒng)計(jì)狀況(年齡、性別),其中飲食頻率問卷用于收集飲食信息,包括食物類型、頻率和過去一年中每次食用某種食物的平均量。食物類型包括茶葉、新鮮蔬菜、甜點(diǎn)、乳制品、新鮮水產(chǎn)、新鮮肉類、主食、新鮮水果、腌制食品、雞蛋和豆制品。本研究使用食物攝入量的五分位數(shù)作為自變量進(jìn)行偏相關(guān)分析。根據(jù)先前的研究,女性和年齡增長是低骨量的預(yù)測因素[29]。通過體檢收集參與者的腰圍和臀圍,并計(jì)算腰臀比。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用R 3.6.1 軟件進(jìn)行一般描述性分析、Spearman偏相關(guān)分析、多項(xiàng)邏輯回歸。檢驗(yàn)水準(zhǔn)為雙側(cè)檢驗(yàn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 研究對(duì)象的基本特征

表1顯示了正常骨密度組、低骨量組和骨質(zhì)疏松組的研究對(duì)象的特征。其中骨質(zhì)疏松組的女性比例明顯高于正常骨密度組、低骨量組(87.80% vs 62.80%vs 33.60%,P＜0.001)。三組在腰臀比、糖尿病(12.50%vs 9.00%vs 6.80%,P＜0.001)方面存在顯著差異。

表1 研究對(duì)象的一般情況

2.2 組間差異代謝物

本研究中包括的代謝物是脂質(zhì)、脂蛋白、氨基酸和其他代謝物。通過方差分析探索三個(gè)骨密度組之間的差異代謝物,19種代謝物(包括VLDL 亞組分和HDL亞組分)在組間顯著(FDR 調(diào)整P＜0.05)。表2展示了這19種差異代謝物的名稱、均值、標(biāo)準(zhǔn)誤和P值等信息。這19種差異代謝物分別為H.CH(HDL膽固醇)、H0PL(HDL 中的磷脂)、H1CE(HDL-1 中的膽固醇酯)、H1PL(HDL-1 中的磷脂)、H1CH(HDL-1 中的膽固醇)、H2PL(HDL-2中的磷脂)、H2A1(HDL-2 中的載脂蛋白A1)、H2CH(HDL-2 中的膽固醇酯)、H2CE(HDL-3 中的膽固醇酯)、H3CE(HDL-3 中的膽固醇酯)、H3PL(HDL-3中的磷脂),H3FC(HDL-3中的游離膽固醇)、V1PL(VLDL-1 中的磷脂)、V1CE(VLDL-1中的膽固醇酯)、V1TG(VLDL-1中的甘油三酯)、V1FC(VLDL-1中的游離膽固醇)、V1CH(VLDL-1中的膽固醇)和V1LP(VLDL-1中的總脂質(zhì))。

表2 三組間顯著差異的代謝物

續(xù)表2

2.3 食物種類與骨密度的偏相關(guān)分析

表3顯示了食物與骨密度的偏相關(guān)分析結(jié)果,其中食物作為自變量,骨密度組作為因變量(1=正常骨密度組,2=低骨量組,3=骨質(zhì)疏松組)。偏相關(guān)分析中調(diào)整了年齡、性別、腰臀比和糖尿病,結(jié)果顯示:新鮮水產(chǎn)(β=-0.093)、新鮮肉類(β=-0.074)新鮮水果(β=-0.095)和新鮮蔬菜(β=-0.078)與骨密度組有顯著的負(fù)相關(guān)將上述4個(gè)食物種類作為調(diào)整變量納入后續(xù)邏輯回歸分析中。

表3 食物與骨密度的偏相關(guān)分析

2.4 代謝物與骨質(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)性分析

考慮到混雜因素的干擾,我們進(jìn)一步研究了代謝物與不同骨密度組之間的關(guān)聯(lián)。分別將低骨量組和骨質(zhì)疏松組與正常骨密度組進(jìn)行比較,表4顯示了多元邏輯回歸分析的顯著結(jié)果。在調(diào)整年齡、性別、腰臀比、新鮮水產(chǎn)、新鮮水果、新鮮蔬菜和新鮮肉類后,隨著H1CE(OR=1.28,95%CI=1.08～1.52)和H2A1(OR=1.20,95%CI=1.01～1.43)的水平增加,人群中骨量丟失的風(fēng)險(xiǎn)升高。而隨著V1LP(OR=0.71,95%CI=0.56～0.89),V1TG(OR=0.71,95%CI=0.56～0.89),V1PL(OR=0.72,95%CI=0.57～0.92)的水平增加,人群中骨量丟失的風(fēng)險(xiǎn)降低。

表4 代謝物與骨質(zhì)疏松發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)性分析

模型1針對(duì)年齡、性別、腰臀比和糖尿病進(jìn)行了調(diào)整模型2針對(duì)年齡、性別、腰臀比、糖尿病、新鮮水產(chǎn)、新鮮水果、新鮮蔬菜和新鮮肉類進(jìn)行了調(diào)整。

3 討論

在本研究中,我們分析在調(diào)整年齡、性別、腰臀比、飲食種類等混雜因素后,代謝物與骨密度的關(guān)聯(lián)性。在調(diào)整了年齡、性別、腰臀比和糖尿病之后,偏相關(guān)分析結(jié)果顯示新鮮水產(chǎn)(β=-0.093)、新鮮肉類(β=-0.074)、新鮮水果(β=-0.095)和新鮮蔬菜(β=-0.078)與骨密度組有顯著的負(fù)相關(guān)。即低骨量組和骨質(zhì)疏松組的新鮮水產(chǎn)、新鮮肉類、新鮮水果、新鮮蔬菜攝入量比正常骨密度組低。發(fā)現(xiàn):隨著H1CE和H2A1水平升高,人群中發(fā)生骨量丟失的風(fēng)險(xiǎn)增加;隨 著 V1LP、V1TG、V1PL、V1FC、V1CH、V1CE水平的升高,人群中發(fā)生骨量丟失的風(fēng)險(xiǎn)降低。

多項(xiàng)研究已指出代謝物與骨量丟失之間的關(guān)聯(lián)性[30-31],其中高水平的HDL-C 通過影響體內(nèi)的性激素水平進(jìn)而來影響骨密度[32-33]。根據(jù)相關(guān)研究,口服雌激素/孕激素會(huì)降低HDL-C 水平,但可增加絕經(jīng)后婦女的骨密度[34]。既往研究發(fā)現(xiàn)VLDL 與骨密度存在相關(guān)關(guān)系[13],VLDL可能與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展有關(guān),而動(dòng)脈粥樣硬化又與骨量流失呈正相關(guān)[30-32],并且有研究認(rèn)為VLDL 反映骨丟失與血管鈣化之間的聯(lián)系[13]。在這項(xiàng)研究中,我們發(fā)現(xiàn)H1CE 和H2A1 與骨量流失呈正相關(guān);V1LP、V1TG、V1PL、V1FC、V1CH 和V1CE 與骨量流失呈負(fù)相關(guān)。

在弗萊明翰骨質(zhì)疏松癥隊(duì)列中,在對(duì)于男性的為期4 a的隨訪中,水果和蔬菜的攝入每增加一次,將會(huì)約0.8%的骨量流失[21-22]。據(jù)報(bào)道,水果和蔬菜對(duì)骨密度有保護(hù)作用[35]。水果和蔬菜中富含鎂、鉀,有助于人體維持較低的膳食酸負(fù)荷[36],而人體內(nèi)低酸負(fù)荷可以增強(qiáng)成骨細(xì)胞的功能,抑制破骨細(xì)胞的活性,增加骨形成,減少骨吸收[37]。此外,水果和蔬菜中富含維生素K 和維生素C,它們參與了骨基質(zhì)的合成[38]。蛋白質(zhì)、維生素B12、鎂和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì),主要存在于肉類、水產(chǎn)品等動(dòng)物食品中,可能有益于骨骼健康[21]。在弗萊明翰骨質(zhì)疏松癥隊(duì)列中,蛋白質(zhì)攝入量越低的研究對(duì)象,其骨量流失越嚴(yán)重[39]。動(dòng)物食品中富含的蛋白質(zhì)會(huì)增加胰島素樣生長因子1的循環(huán)水平,而胰島素樣生長因子1是骨骼生長的關(guān)鍵介質(zhì)[40]。而肉類、水產(chǎn)品等食品中富含的鎂還會(huì)對(duì)骨骼質(zhì)量有直接影響,如降低羥基磷灰石晶體尺寸,從而防止形成可能會(huì)導(dǎo)致骨骼脆性的過大的礦物晶體[41]。研究顯示,新鮮水果、新鮮蔬菜、新鮮水產(chǎn)、新鮮肉類與骨密度組成負(fù)相關(guān),即低骨量組和骨質(zhì)疏松組的新鮮水產(chǎn)、新鮮肉類、新鮮水果、新鮮蔬菜攝入量比正常骨密度組低,這與既往研究結(jié)果相一致。在多項(xiàng)邏輯回歸模型中將這四個(gè)食物作為混雜因素進(jìn)行了校正,以防混雜因素對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生太大的影響。

本研究在分析代謝物與骨密度之間的關(guān)聯(lián)時(shí)考慮了飲食習(xí)慣這一生活方式的影響,并將其作為混雜因素在回歸模型中進(jìn)行調(diào)整。本研究也存在一些局限性。這項(xiàng)研究無法避免選擇偏倚,主要是因?yàn)樗鼜霓r(nóng)村人口中選擇了研究對(duì)象,這可能會(huì)對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。此外,這是一個(gè)橫斷面的研究,目前還不能通過代謝物來預(yù)測骨質(zhì)疏松癥。然而,泰州腦影像隊(duì)列是一項(xiàng)基于社區(qū)的前瞻性隊(duì)列研究,可以利用代謝物、基因、人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和生活方式等數(shù)據(jù)進(jìn)行骨密度研究,這將提供更多關(guān)于代謝物在骨質(zhì)疏松癥中的治療和預(yù)防潛力的信息。