脆性骨折是糖尿病严重并发症之一，1型和2型糖尿病的脆性骨折风险均会增加。一旦发生骨折，将会严重影响患者的生活质量并带来巨大的经济负担。如何通过生化标志物来评估糖尿病患者的骨折风险，并在疾病早期就采取措施来降低骨折的发生。J Clin Endocrinol Metab杂志近期就这一问题发表了1篇题为《糖尿病患者骨脆性的生化标志物》的综述(Meier C, Eastell R, Pierroz DD, et al. Biochemical Markers of Bone Fragility in Patients With Diabetes[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2023：dgad255)。该文为开放获取文章，本文对其进行了中文编译。该文充分汇总相关文献，就生化标志物、糖尿病药物、糖尿病骨病及脆性骨折之间的相关性进行了总结，为临床诊治提供了科学证据。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
糖尿病(1型和2型)可增加患者脆性骨折风险。与同龄、同性别的非糖尿病患者相比，1型糖尿病患者的骨密度一般较低，而2型糖尿病患者的骨密度通常正常甚至较高。最近，国际骨质疏松基金会(International Osteoporosis Foundation，IOF)糖尿病和骨骼工作组提出了一种不包括使用生化标志物的算法，用来识别和管理这些患者的骨折风险。骨转换标志物(markers of bone turnover, BTMs)已被用于进一步评估骨质疏松症(osteoporosis, OP)患者的骨折风险，并用于监测OP治疗的有效性，因为BTMs的反应比骨量变化更快。然而，包括骨钙素(OC)、Ⅰ型胶原氨基端前肽(P1NP)、Ⅰ型胶原交联C末端肽(CTX)、Ⅰ型胶原交联N末端肽(NTX)及脱氧吡啶啉在内的骨形成和骨吸收生化标志物在糖尿病患者中往往较低，这与糖皮质激素诱导的OP非常相似。BTMs在评估骨病严重程度和预测糖尿病患者骨折风险方面的作用似乎有限。除了经典的BTMs外，其他生化标志物如晚期糖基化终末产物(AGEs)、脂肪因子、细胞因子和硬骨抑素，也被认为与糖尿病的骨脆性有关。
来自IOF和欧洲钙化组织学会(European Calcified Tissue Society, ECTS)的专家小组对骨生化标志物、糖尿病、糖尿病治疗和成人骨骼进行了文献综述，本文回顾了有关骨生化标志物与糖尿病骨病评估之间关联的现有证据。
材料和方法：为进行这篇叙述性综述，使用MEDLINE进行了截至2022年9月的电子文献检索。由于缺乏骨生化标志物对糖尿病患者骨脆性影响的数据和有限的证据，故无法进行系统性搜索。搜索词包括所有出现的骨标志物，以及"糖尿病"、"1型"或"2型"、"骨折"、"骨脆性"、"骨密度"、"骨质疏松"或"骨质量"等词。本文未设置语言限制，并对参考文献进行了人工检索以确定任何相关研究。
关于1型和2型糖尿病之间的差异已经发表了大量的综述文章，具体地讨论了这些代谢性疾病中骨脆性的病理生理学。1型糖尿病是一种由T细胞介导的β胰岛细胞破坏而导致胰岛素缺乏的自身免疫性疾病。由于1型糖尿病通常发生在儿童和青少年时期，骨量的积累受到损害，导致炎症、胰岛素缺乏和胰岛素生长因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)水平低下引起峰值骨量和骨矿化降低。Meta分析发现，20~60岁的1型糖尿病患者髋部骨折的风险增加了7倍。而在2型糖尿病中，特别是当血糖控制较差(HbA1C>7%~8%)最终需要胰岛素治疗，和(或)出现微血管并发症时，骨折发生的相对风险也会增加，尽管增加幅度较小(50%~100%)，且发生在发病数年后。与1型和2型糖尿病慢性高血糖相关的一个共同因素是骨组织物质特征的改变。由于戊糖素和其他AGEs引起的胶原共价交联增加，骨骼变得更硬，导致骨骼相对矿化过度。因此，由于骨重塑和AGEs积累减少而导致的骨基质结构变化可能会使胶原结构变硬，导致对微裂纹和脆性骨折的易感性增加。表1总结了糖尿病骨病和绝经后骨质疏松症之间的显著差异。然而，随着糖尿病患者年龄的增长，常见OP引起的骨骼改变可能与糖尿病引起的骨骼改变叠加，从而进一步导致其骨脆性和骨折倾向。
绝经后骨质疏松症与糖尿病骨病的骨特征差异
绝经后骨质疏松症与糖尿病骨病的骨特征差异
| 绝经后骨质疏松症 | 糖尿病骨病 |
|---|---|
| 骨密度降低 | 1型糖尿病骨密度降低、2型糖尿病骨密度正常或增加 |
| 骨小梁体积/结构改变 | 骨小梁体积/结构不变 |
| 皮质变薄和疏松 | 皮质孔隙度(不一致) |
| 骨转换率高 | 骨转化率低 |
| 低骨矿化 | 高骨矿化 |
| 酶促胶原蛋白交联 | 非酶交联(AGEs) |
| 微裂纹积累 | 微裂纹积累 |
| 主要由破骨细胞驱动 | 主要由成骨细胞和骨细胞驱动 |
注：AGEs：晚期糖基化终末产物
在血清或尿液中测量的BTMs通常根据其反映的代谢过程进行分类。骨吸收标志物可以是破骨细胞降解胶原和非胶原骨基质(如NTX、CTX)产生的胶原分解产物，也可以是非胶原基质蛋白[如来自破骨细胞的酶，抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)5b]。在正常情况下，骨吸收后会形成新骨，这是成骨细胞的一种功能。因此，骨形成的生化标志物要么是胶原合成的产物[如P1NP, Ⅰ型胶原C-端前肽(P1CP)]，要么是成骨细胞释放的蛋白质[如OC和碱性磷酸酶(ALP)]。自动化平台的引入提高了BTMs的分析精度，但在评估BTMs时，必须考虑分析前可变异的几个来源(例如昼夜节律、进食)。在糖尿病和肾功能受损的患者中需要考虑几个实际因素。血清CTX、NTX和OC等BTMs可在晚期慢性肾病(CKD)中积累。完整的P1NP是一种有用的诊断测试，而总P1NP则没那么可靠。这是因为完整的P1NP检测的是三聚体P1NP，而总P1NP检测的是三聚体和单体片段。因此，完整的P1NP是评估糖尿病和晚期肾功能不全患者骨转换的首选方法。此外，研究表明骨化三醇治疗可以降低糖尿病和CKD 3期患者血清骨转换标志物水平。
尽管BTMs升高，特别是骨吸收标志物，已被证实主要与绝经后女性骨折风险增加有关，但其对个体患者的应用价值有限。因此，在临床实践中，BTMs主要用于监测OP抗骨吸收或合成代谢药物的作用，并评估治疗依从性。
有研究显示，与非糖尿病患者相比，骨形成和骨吸收标志物在糖尿病患者中较低。最近的一项系统综述和meta分析证实了这一点，其中包括66项研究(62项横断面试验、3项随机对照试验、1项纵向试验，共包括16 890例糖尿病患者，主要为2型糖尿病)，提示糖尿病是一种低骨量转换状态[平均差异(95%CI)CTX：－0.10 ng/mL(－0.12~－0.08)，P1NP：－10.80 ng/mL(－12.83~－8.77)]。
现有的组织学数据支持糖尿病患者低骨转换状态的生化数据，与非糖尿病患者相比，骨形成指标显著降低。在胰岛素缺乏状态下，如在1型糖尿病患者中，可能导致生长过程中骨沉积延迟，伴有微结构改变，最终导致骨折风险增加。在2型糖尿病中，高胰岛素血症和胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)通常伴随β细胞功能降低和胰岛素缺乏，且病程较长。在一项对代谢综合征(metabolic syndrome，MS)男性患者的横断面研究中，高血糖和IR往往会抑制骨转换。这些患者的血清CTX、P1NP和OC水平比没有MS的男性低。
假设低骨转换状态可能与微结构改变和骨脆性有关，就像糖皮质激素诱导的OP一样，将BTMs作为糖尿病患者骨折风险的标志物是很有可行性的。事实上，一些研究观察到BTMs与骨折风险存在相关性。研究发现，低骨转换(定义为P1NP水平低)与2型糖尿病非肥胖绝经后中国女性的骨折风险增加有关，且独立于骨密度。这一发现与Yamamoto等的研究一致，其研究显示血清OC水平降低[以及甲状腺旁腺素(PTH)水平降低]与常见的椎体骨折(VFs)风险增加呈负相关。有研究发现BTMs与常见的骨折风险有不同的相关性，血清CTX水平与骨折发生呈正相关。
最近有2项研究探讨了2型糖尿病中BTMs与新发骨折之间的关系，2项纵向研究均未显示BTMs与骨折风险之间存在关联。这一结论也适用于北京椎体骨折研究，该研究包括26例2型糖尿病伴或不伴VFs的绝经后女性，并评估了血清CTX和P1NP水平。基于健康ABC研究，Napoli等在一项由169例糖尿病患者和172例糖尿病前期患者组成的更大队列中也证实了BTMs水平(如CTX、OC和P1NP)与椎体和腕部骨折发生风险之间没有显著相关性，任何类型临床骨折的平均随访时间为(7.0±2.9)年。上述研究表明BTMs可能不适合预测2型糖尿病患者的骨折风险。
尚无RCT评估骨质疏松药物在糖尿病患者中的疗效。事后分析主要研究了对骨密度和骨折风险的影响。由于降低了原有的低骨转换，抗骨吸收治疗可能对骨质量产生不利影响。然而，Vestergaard等的一项基于人群的研究证实，抗骨吸收药物进一步降低骨转换不会导致糖尿病患者骨折风险增加。抗骨吸收药物对糖尿病患者BTMs的改变与非糖尿病患者相似。最近的一项研究也证实了这一点，该研究基于骨质疏松治疗的随机、安慰剂对照试验(SABRE项目)的个体患者。Meta回归分析显示，抗骨吸收药物对2型糖尿病和非2型糖尿病患者具有同样的疗效，其骨密度(24个月后)和骨标志物水平(3~12个月后)变化相似，骨折风险降低。关于2型糖尿病患者较低的BTMs可能降低抗骨折疗效的担忧尚未得到证实。因此，可以假设，在评估治疗依从性和疗效方面，BTMs的变化与评估绝经后OP治疗效果的试验结果相似。
大部分数据来自使用二甲双胍作为对照或加用胰岛素治疗的随机研究。在ADOPT试验中，二甲双胍组CTX水平在女性和男性分别下降了1.3%和12.7%，与P1NP类似(女性和男性分别下降了14.4%和19.3%)。来自南丹麦糖尿病研究的数据显示，当二甲双胍与胰岛素联用时，骨形成水平较低，但骨吸收并未随之减少。在最近的一项事后分析中，与安慰剂+胰岛素组相比，二甲双胍+胰岛素组的P1NP增加较少(P＝0.001)，而CTX水平的增加无统计学差异。综上所述，二甲双胍对人类BTMs的影响报道不一，仍然没有定论。
在ADOPT试验中，女性和男性的CTX分别减少了3.3%和4.3%，而格列本脲组中的P1NP和骨特异性碱性磷酸酶(BSAP)变化很小。在日本患者中，接受磺脲类药物治疗的绝经后女性尿NTX排泄量明显降低。因此，虽然临床前研究表明磺脲类药物对骨形成有积极影响，但临床研究的证据表明，磺脲类药物对人类骨转换没有显著影响。
大多数研究表明，使用罗格列酮可增加骨吸收标志物(如CTX)的水平，而对骨形成标志物的影响不确定。吡格列酮对BTMs的影响结果存在矛盾。在接受吡格列酮治疗3个月后，女性血清P1NP和BSAP浓度较基线显著下降，在男性则无明显变化。一项meta分析显示，与未使用噻唑烷二酮者相比，使用噻唑烷二酮者的BTMs变化极小。汇总统计显示，CTX的差异为11.0%(P＝0.04)，BSAP的差异为1.0%(P＝0.80)，P1NP的差异为3.7%(P＝0.40)，OC的差异为－0.8%(P＝0.70)。尚不清楚造成这种异质性的原因。
(1)二肽基肽酶-Ⅳ(DPP-Ⅳ)抑制剂：在一项比较二甲双胍和西格列汀治疗绝经后糖尿病女性的研究中，西格列汀组的血清ALP水平显著降低，血清OC水平无显著降低，而尿脱氧吡啶啉显著降低。DPP-Ⅳ抑制剂对BTMs的影响是否具有分子特异性而不是一种类效应，对此尚未明确。(2)胰升糖素样肽1(GLP-1)受体激动剂：尽管艾塞那肽可减轻体重并改善血糖控制，但BTMs无显著变化。在最近的一项随机双盲临床试验中，利拉鲁肽治疗26周对骨吸收标志物CTX无影响。总体而言，GLP-1受体激动剂在临床应用中可能对BTMs产生轻微而不显著的影响。(3)钠-葡萄糖共转运蛋白2(SGLT2)抑制剂：卡格列净以剂量依赖的方式增加血清CTX水平，与体重减轻显著相关。卡格列净还能增加血清OC水平。卡格列净治疗后未观察到P1NP有显著变化。在第50周或第102周，达格列净治疗未导致骨形成或骨吸收标志物的显著变化。VERTIS-MET试验显示，在第26周，艾格列净组的平均血清CTX水平呈剂量相关增加，但平均P1NP和PTH水平与基线相似。在汇总数据分析中，恩格列净组未观察到血清ALP水平或尿NTX/肌酐比值发生变化。SGLT2抑制剂对BTMs的影响似乎很小，不同药物之间存在细微差异。SGLT2抑制剂对骨转换的影响不太可能解释其对骨折风险的影响(如果有的话)。
总之，BTMs似乎对降糖药物的作用相对不敏感，因此其变化不太可能反映抗糖尿病药物对骨折风险的影响。表2总结了这些抗糖尿病药物对不同骨代谢指标的影响。
糖尿病药物对骨转换、骨密度和骨折风险的影响
糖尿病药物对骨转换、骨密度和骨折风险的影响
| 骨转换标志物 | 骨密度 | 骨折风险 | ||
|---|---|---|---|---|
| 骨形成 | 骨吸收 | |||
| 二甲双胍 | ↓/－ | ↓/－ | －/↑ | ↓/－ |
| 磺脲类 | ↑/－ | ↓/－ | ND | ↓/－/↑ |
| 噻唑烷二酮类 | ↓↓/－/↑ | ↑↑/－ | ↓↓/－ | ↑↑ |
| GLP-1类似物 | － | ↓↓ | ↑/－ | － |
| DPP-Ⅳ抑制剂 | ↓/－ | － | － | －/↓ |
| SGLT2抑制剂 | － | －/↑ | － | －/↑ |
| 胰岛素 | － | － | － | ↑ |
注：↑：增加；↓：降低；－：无改变；ND：不确定；GLP-1：胰升糖素样肽1; DPP-Ⅳ：二肽基肽酶-Ⅳ；SGLT2：钠-葡萄糖共转运蛋白2
高血糖似乎在骨转换的调节中起着重要作用。然而，很少有研究探讨葡萄糖对BTMs的影响。大多数研究的统计学结果不足以支持这一结果，得到证实的证据很少。
高血糖会降低体外破骨细胞和成骨细胞的活性。Hygum等的meta分析发现，与对照组相比，高血糖是造成1型糖尿病患者OC和硬骨抑素差异的重要原因，也是2型糖尿病患者P1NP、OC、NTX和硬骨抑素差异的重要因素。此外，随着血糖控制的改善，部分研究也发现了OC水平的增加。
在丹麦的一项横断面研究中，葡萄糖每增加5 mmol/L, CTX、P1NP和总OC分别降低10%、8%和6%。其中，低羧化OC的效果最强，降低了38%。然而，敏感性分析证实，仅CTX和P1NP对1型糖尿病有显著影响，而上述标志物未显示与2型糖尿病患者的血糖相关。当测试HbA1C的影响时，只有OC与HbA1C呈显著负相关。最近的一项包括1型糖尿病患者的研究显示，HbA1C水平与较低的骨形成(如P1NP)存在显著相关性。
需要强调的是，单一的非空腹葡萄糖水平不足以作为衡量糖尿病患者葡萄糖代谢的指标，尤其是在1型糖尿病患者中，这在临床实践中并不实用。HbA1C和大多数研究的标志物之间的低相关性可能表明血糖控制和骨转换之间只有弱相关性。
在健康男性受试者中使用等血糖静脉葡萄糖输注(IIGI)，在任何时间点均未发现与OC或低羧化OC水平的显著相关性。另一项重要研究强调葡萄糖本身对BTMs没有直接作用，但这种作用可能是通过产生肠促胰岛素而介导。对健康男性受试者进行口服葡萄糖耐量试验(OGTT)可使血清CTX水平降低约50%，而IIGI可使血清CTX水平降低约30%。P1NP不受任何干预的影响。线性回归分析显示，胃抑肽峰值可显著预测血清CTX最低值，并可以解释血清CTX最低值34%的变异。
一个重要的临床问题是血糖控制对骨折风险的影响。对于1型糖尿病患者，仅有少数研究报道了血糖控制程度与骨折风险之间的关系。Forsen等报道血糖控制与骨折风险之间呈非显著趋势，而Neumann等则观察到血清HbA1C水平与临床骨折风险之间存在显著关系。HbA1C中位数每增加1SD，其比值比(OR)为1.92(95%CI 1.09~2.75)。最近一项基于初级保健数据库(英国临床实践研究数据链接)的嵌套病例对照研究证实了这些发现，该研究包括3 329例1型糖尿病患者。与HbA1C水平为7%或更低的患者相比，3年平均HbA1C水平大于8%的患者发生非椎体低创伤性骨折的风险略有增加(OR＝1.39，95%CI 1.06~1.83)。
2型糖尿病患者的数据仍然没有定论，有研究显示血糖控制与骨折风险之间存在关联，而其他研究则未能证实这种关系。在鹿特丹研究中，与血糖控制较好的患者相比，HbA1C水平高于7.5%的患者骨折风险增加[危险比(HR)＝1.62，95%CI 1.09~2.40]。在一个2型糖尿病的老年人群中，HbA1C水平与骨折风险呈U型关系，在HbA1C为9%~10%的患者和低于6%的患者中，与HbA1C在6%~7%的患者相比，其骨折风险增加(分别为HR＝1.24，95%CI 1.02~1.49和HR＝1.19，95%CI 0.97~1.45)。值得注意的是，根据最近的一项meta分析和回归分析结果，低HbA1C水平与骨折风险之间的正相关似乎在一定程度上可以通过低血糖诱导的跌倒来解释，这可能与使用胰岛素有关。
AGEs及其受体(RAGE)被认为在糖尿病相关炎症中发挥重要作用，导致葡萄糖不耐受和糖尿病并发症的发生。AGEs是大分子非酶糖基化产物，高血糖、多元醇途径和脂质过氧化均可以使AGEs的产生增加。AGEs可以促进细胞膜上RAGE的表达，AGE-RAGE相互作用引发细胞内信号系统，细胞外分泌形式的可溶性RAGE(sRAGE)作为AGE的诱饵受体。据报道，AGE/RAGE的产生是OP的危险因素，sRAGE可以阻止AGE-RAGE的相互作用。因此，低血清内源性sRAGE水平与2型糖尿病VF风险增加有关。然而，sRAGE并非总是评估AGE-RAGE通路的有用标志物，因为其可能在RAGE的过量表达或破坏中增加。
AGEs对骨材料的特性有物理影响，特别是通过在骨胶原纤维中的积聚。胶原蛋白的翻译后修饰对其稳定性至关重要，并有助于提高骨强度。在多种糖氧化生物标志物中，戊糖素是AGEs的一种分子间交联剂，可作为总AGE形成的替代标志物。骨内酶促交联受损和戊糖素等非酶促交联增加被认为是衰老、骨质疏松和糖尿病骨脆性的主要原因。当OP患者接受双膦酸盐治疗时，较高的尿戊糖素水平是发生VFs的潜在危险因素。1型糖尿病患者骨活检显示，骨折患者的戊糖素含量高于未骨折者。横断面和前瞻性研究发现，无论是否有糖尿病，血清和尿戊糖素水平均与椎体和临床骨折有关。然而，戊糖素是否可以作为一种有价值的生化标志物来指导糖尿病骨病患者的管理仍有待确定。值得注意的是，AGE检测器作为一种无创方法可以用来测量皮肤中的AGEs，这似乎更能反映AGE的长期积累。皮肤AGEs与骨折之间的关系已在一般人群中得到证实。
除骨髓T细胞外，骨陷窝细胞和成骨细胞产生的RANKL是破骨细胞分化和活化的重要因子。OPG是RANKL的可溶性诱饵受体，由包括骨陷窝细胞在内的成骨细胞系产生，并且在炎症刺激下从血管内皮细胞释放，表明其在骨代谢和心血管钙化中都发挥作用。多项研究显示血清OPG水平与骨密度之间存在关联。然而，尚不明确血清OPG水平在评估OP和骨折风险中的确切作用。
在骨陷窝细胞中，葡萄糖可引起RANKL和OPG表达的短暂变化，但葡萄糖的直接作用不如硬骨抑素那么明显。相反，AGEs增加了骨陷窝细胞样细胞中的RANKL和硬骨抑素的表达，并诱导这些细胞的凋亡。1型和2型糖尿病患者血清OPG水平均较高，这可能反映了对骨吸收(和骨转换)的抑制，也是糖尿病微血管并发症和大血管疾病的生物标志物。
作为骨对机械负荷适应反应的一部分，硬骨抑素由骨陷窝细胞分泌并抑制成骨细胞活性。血清硬骨抑素与空腹血糖(FPG)呈正相关，在急性高胰岛素血症时下降。相反，FPG水平或葡萄糖变异性对血清硬骨抑素水平没有影响，而血清CTX和P1NP等其他BTMs则受血糖水平的显著影响。一项研究还表明，硬骨抑素水平在不同的HbA1C水平无显著差异。然而，最近的一项meta分析显示，血清硬骨抑素水平在1型和2型糖尿病中均较高。在接受吡格列酮治疗的男性患者中，血清硬骨抑素水平的变化与血清CTX水平的变化显著相关，但在接受二甲双胍治疗的糖尿病患者中则无此相关性。
结合最近的证据显示，糖尿病患者骨骼中硬骨抑素基因表达较高，这些观察结果表明，硬骨抑素可能与糖尿病患者低骨转换有关。此外，血清硬骨抑素可能是这些患者心血管风险的预测指标。
高血糖与临床组织标本和临床研究中检测到的外周和局部促炎细胞因子水平升高有关，这些细胞因子包括肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1、IL-6和IL-18。这些炎症标志物在1型糖尿病早期即被发现，可能影响到青少年和年轻人峰值骨量的积累。在2型糖尿病患者中，骨密度与TNF-α和IL-6呈负相关。与同龄对照组相比，糖尿病患者下调局部炎症的能力较弱。
炎症在2型糖尿病中的作用尚不清楚，可能是间接介导的。许多2型糖尿病患者合并肥胖，脂肪细胞可以通过产生活性氧簇(ROS)激活炎症，进而增加炎症细胞因子的产生，这些细胞因子通过细胞凋亡减少成骨细胞数量，同时刺激破骨细胞骨吸收。当ROS刺激间充质干细胞优先分化为脂肪细胞而不是成骨细胞时，这一过程变得恒定，并导致Wnt蛋白转录减少，进一步抑制骨形成。同时，在成骨细胞上表达的RAGE的激活可以增加炎症细胞因子和ROS，并继续激活骨重塑和骨丢失。
最近一项针对日本2型糖尿病患者的研究发现，即使在校正了骨密度、骨折史和年龄后，C反应蛋白(CRP)作为全身炎症标志物仍与这些患者的骨折事件相关。由于CRP的产生是由IL-6驱动的，该研究表明2型糖尿病患者的全身性炎症与骨脆性之间存在关联。基于这些数据，炎症似乎直接或间接地通过激活AGEs和RAGE来改变骨重塑，并随着时间的推移降低骨强度。
糖尿病通常被认为是一种加速衰老的状态，与1型和2型糖尿病相关的促炎细胞因子可能加速微血管和大血管病变。在糖尿病小鼠的临床前研究中，骨髓细胞对血管生成因子，特别是血管内皮生长因子(VEGF)的表达显著降低，内皮细胞对血管生成因子的反应性降低，体外形成血管的能力降低。这可能导致2型糖尿病患者骨髓细胞凋亡。然而，目前尚无已知的与糖尿病患者骨改变相关的血管标志物。
脂肪因子，又称脂肪细胞因子，是脂肪组织中释放的肽类激素的统称。自从第一个脂肪因子(瘦素)被发现以来，脂肪组织作为脂肪基本储存库的观念已经转变为今天所知的负责人体许多代谢过程的内分泌器官。脂肪因子的这些内分泌功能被认为将肥胖与大多数慢性非传染性疾病联系起来，因为其不仅促进了脂肪组织内不同细胞之间的关联，也促进了其他器官之间的关联以维持整体能量稳态。虽然脂肪、骨骼和肌肉组织之间相互作用的确切机制仍在研究中，但慢性、低度炎症以及脂肪因子水平的改变对这些组织的影响，可能在慢性疾病如糖尿病、OP和肌少症中β细胞功能障碍的重叠进展中处于核心地位。生物标志物通常使用多重测定法进行测量，因为其常在一起同时进行研究，而不是单独进行研究。表3总结了一些主要脂肪因子在2型糖尿病患者骨脆性中的作用。
2型糖尿病人群中脂肪因子和炎症标志物与骨密度的关系
2型糖尿病人群中脂肪因子和炎症标志物与骨密度的关系
| 脂肪因子 | 骨密度 | 2型糖尿病人群 | 参考文献 |
|---|---|---|---|
| 瘦素 | + | 男性(28例)，女性(12例) | Tamura et al, 2007 |
| 减肥手术2年后的患者(54例) | Maghrabi et al, 2015 | ||
| 男性(168例) | Vasilkova et al, 2011 | ||
| － | 男性(93例)，女性(89例) | Kurajoh et al, 2019 | |
| 脂联素 | － | 男性(42例)，女性(38例) | Lenchik et al, 2003 |
| 总的和(或)HMW | 男性(231例) | Kanazawa et al, 2009 | |
| 男性(207例)，女性(272例) | Register et al, 2013 | ||
| 合并骨质疏松(80例) | Chen et al, 2017 | ||
| 女性骨质疏松(90例) | Al-Osami and Hameed, 2018 | ||
| + | 男性(32例)(仅男性总数) | Kanazawa et al, 2010 | |
| RBP4 | + | 男性(109例)，女性(165例) | Huang et al, 2018 |
| TNFα和IL-6 | － | 合并骨质疏松和糖尿病肾病(76例) | Zhao, 2018 |
注：HMW：高分子量；RBP4：视黄醇结合蛋白4; TNFα：肿瘤坏死因子α；IL-6：白细胞介素-6; +：表示正相关；－：表示负相关
瘦素是一种由167个氨基酸组成的蛋白质，主要与食欲调节和能量平衡有关。瘦素抵抗发生在肥胖者中，瘦素水平升高通过多种机制对β细胞功能产生负面影响。此外，瘦素是一种有效的OC抑制剂，其通过下丘脑和调节交感神经信号传递给成骨细胞，从而刺激成骨细胞的产生。有研究表明，瘦素通过对中枢神经系统和β-肾上腺素能系统的作用，通过增加成骨细胞中RANKL的表达，对椎体小梁骨产生分解代谢的作用。在2型糖尿病患者中，瘦素水平与骨密度正相关，且独立于体重指数(BMI)，但并非所有报道都得出了这样的结论。
脂联素是一种30kDa的胶原样脂肪因子，主要以其抗动脉粥样硬化和胰岛素增敏功能而闻名。低循环脂联素水平是内皮功能障碍和IR的标志性特征。大多数观察性研究一致显示，在2型糖尿病患者中，脂联素和骨密度呈负相关。在脂肪因子中，循环中脂联素水平升高是骨折的独立危险因素，至少在老年男性中如此，在女性中则是渐进性骨丢失的独立危险因素。虽然上述研究为非糖尿病人群，但这些观察结果不仅强调了脂联素对骨骼健康的临床影响，而且其影响也具有性别双重性。
RBP4是一种脂肪因子，属于载脂蛋白家族，在视黄醇转运中起主要作用，是糖代谢和IR继发血管损伤的生物标志物。在2型糖尿病和非2型糖尿病人群中，RBP4与骨密度呈正相关，后者包括绝经后骨质疏松女性。这些有限的研究表明，RBP4在骨骼维持中的保护作用与其他已知的保护因子(如BMI和体重)相似。瘦素、脂联素、RBP4等关键脂肪因子以及TNFα和IL-6等炎症因子与2型糖尿病患者的骨密度相关，强调了进一步研究和纳入其他与糖尿病患者骨折风险相关脂肪因子的必要性。
胰岛素对成骨细胞的合成代谢作用似乎是由IGF-1受体调控的。体外研究表明，高血糖或AGEs可能导致成骨细胞对IGF-Ⅰ的合成代谢作用产生抵抗。1型糖尿病患者β细胞衰竭、胰岛素和IGF-Ⅰ水平低下，这会减少成骨细胞的生成。病例对照研究显示，青少年和青年1型糖尿病患者的IGF-Ⅰ水平显著且持续降低。血糖控制不佳与IGF-Ⅰ水平之间存在相关性，但在另一项研究中却未发现这种关联。尚不清楚胰岛素抵抗影响2型糖尿病成骨细胞水平IGF-Ⅰ分子信号传导的机制。
一些研究分析了IGF-Ⅰ与骨密度参数、髋关节象限分析、骨折和骨折风险之间的关系。在1型和2型糖尿病的成年患者中，IGF-Ⅰ和不同部位的骨密度呈正相关。然而，在一项患有2型糖尿病的男性和女性患者中进行的多变量分析显示，校正年龄、糖尿病病程、BMI、血清肌酐和HbA1C后，IGF-Ⅰ不是骨密度的显著预测因子。此外，最近一项来自中国的横断面研究对391例2型糖尿病患者分别评估了不同性别IGF-Ⅰ与骨密度之间的相关性。多变量分析显示，IGF-Ⅰ是男性髋关节骨密度的阳性预测因子，而对椎体骨密度无此作用，在女性中也没有。在1型糖尿病男性患者中，IGF-Ⅰ与股骨颈上前象限皮质厚度和上后象限平均骨小梁体积骨密度相关，使用定量计算机断层扫描进行评估，可能导致骨脆性增加。相反，在另一项针对患有1型糖尿病年轻女性的研究中，与同龄对照组相比，IGF-Ⅰ与磁共振成像测量的表观小梁间距没有显著相关性。值得注意的是，前一项研究中1型糖尿病的平均诊断年龄为22.6岁，而后一项研究的平均诊断年龄则为9岁，这可能是与其他研究结果存在差异的原因。
4项研究评估了IGF-Ⅰ与通过访谈确定的非VFs和通过胸椎和腰椎X射线确定形态测量的VFs的相关性。在一项涉及582例男性和412例绝经后女性的2型糖尿病患者长达20年的横断面研究中显示，只有女性的IGF-Ⅰ升高与一种或多种VFs的风险降低相关。IGF-Ⅰ水平每增加1SD，VFs的OR值降低30%。类似的结果并未在男性中出现。然而，无论在男性还是女性中，IGF-Ⅰ水平和腰椎或股骨颈骨密度预测VF的风险优于单独使用任一参数。在一项对482例长期患有糖尿病的绝经后女性的研究中，上述结果得到了验证。IGF-Ⅰ水平越高，发生VF的风险越低，与骨折数量增加的相关性越强[1VF(OR＝0.58，P＝0.041)，2VFs(OR＝0.42，P＝0.012)，≥3VFs(OR＝0.19，P＝0.001)]。最近，一项孟德尔随机化研究证实，IGF-Ⅰ水平与整体骨折风险降低有关，这种影响在校正身高后仍然存在。
钙感应-维生素D-PTH轴的改变在1型和2型糖尿病中都有报道。糖尿病引起的渗透性利尿可通过在髓袢升支粗段处理钙镁的紧密耦合而诱导钙和镁的排泄增强，从而导致负钙、负镁平衡。有研究认为，低镁血症所致的钙感应受损，可能导致功能性甲状旁腺功能减退，致使低骨重塑。
与对照组相比，1型糖尿病患者血清平均25-羟基维生素D[25(OH)D]水平较低，平均PTH水平较高或相似。在一项对250例1型糖尿病患者和250名年龄和性别匹配的对照组的研究中，患者的PTH水平高于对照组，并且与血清25(OH)D和HbA1C水平之间存在显著的负相关。有证据表明，甲状旁腺功能亢进对葡萄糖代谢有不良影响。相反，在94例长期患有1型糖尿病的成年患者中，各组HbA1C间的平均血清25(OH)D和PTH水平没有差异。尽管CKD患者被排除在外，上述研究未提供血清肌酐水平作为高PTH的潜在共同因素。
与1型糖尿病相比，2型糖尿病患者的PTH水平更低，并与较低的BTMs水平相关。在一项240例2型糖尿病患者的队列研究中，血清25(OH)D水平(和OC水平)在3种血糖控制类别之间存在差异，血清25(OH)D水平(和OC水平)越高，HbA1C越低，而PTH水平无差异。在一项对480例2型糖尿病患者的研究中，PTH水平与胰岛素水平、血糖控制指数和胰岛素抵抗无关。在波美拉尼亚进行的一项为期6个月的人群研究中，2 671例成年患者的横断面研究显示，较高的血清25(OH)D和BTMs水平与较低的代谢性骨病风险相关。
10项针对2型糖尿病患者的研究显示，25(OH)D和PTH水平与不同部位骨密度之间的关联不一致。一项涉及785例2型糖尿病患者的研究表明，PTH水平，而不是25(OH)D，是腰椎、股骨颈和全髋骨密度的重要预测因子。同一项研究使用FRAX评估了严重骨质疏松性骨折和髋部骨折的风险预测因子，同样表明PTH水平，而不是25(OH)D，与严重骨质疏松症骨折和髋部骨折风险呈正相关。在另一项对182例长期患有2型糖尿病患者(平均病程10年)的横断面研究中，采用高分辨率外周定量计算机断层扫描显示，PTH并不是骨小梁骨密度和皮质厚度的显著预测因子。
2项研究评估了PTH水平和骨折的风险，发现了相互矛盾的结果，很可能与不同的患者概况和样本量有关。
总之，糖尿病患者的骨密度与激素、IGF-Ⅰ、PTH和25(OH)D之间的相关性是可变的，不能得出确切的结论。现有的女性数据表明，2型糖尿病女性IGF-Ⅰ水平升高与VFs和非VFs风险降低有关。相反，关于低促钙激素与骨折风险的相关研究很少，提示可能增加VFs的风险，需要在进一步的研究中得到证实。
生化标志物在OP的治疗中发挥重要作用，但其在糖尿病(包括1型和2型糖尿病)性骨病中的作用尚不清楚。到目前为止，糖尿病患者骨折风险最有说服力的生物标志物似乎是HbA1C本身，其概括了这样一个事实，即控制不佳和复杂的糖尿病是骨脆性和骨折风险的主要决定因素。因此，更好地控制血糖，从而预防微血管并发症，最终使用对骨细胞有直接益处的药物(如二甲双胍)，仍然是预防糖尿病患者骨质量受损的主要方法。此外，常规的做法是测量25(OH)D和PTH水平，如果发现维生素D缺乏，则补充足够维生素D。
在绝经后女性中，高BTMs与骨折风险的增加有关，而在糖尿病患者中，BTMs水平较低，并不能始终预测骨折，因此不应将其作为这些患者骨折风险较低的指标。然而，在糖尿病和低骨密度和(或)脆性骨折患者中，开始使用抗骨质疏松药物(如双膦酸盐)时，BTMs仍有助于监测药物依从性和疗效。可以推测，抗骨吸收治疗可能由于先前存在的低骨转换减少而对骨质量产生不利影响。然而，最近的一项meta分析证实，抗骨吸收药物进一步降低骨转换不会增加糖尿病患者的骨折风险，反而会降低其骨折风险。
尽管目前在这方面的临床应用有限(表4)，但对生物标志物的研究有助于更好地理解糖尿病骨病的发病机制，特别是低骨转换的重要性，这也将研究的注意力转向了骨质量的改变，如骨基质胶原特性和矿化的变化。AGEs是最有前景的生物化学标志物之一，不仅影响胶原交联，还可能影响成骨细胞系的活性和活力。AGEs与糖尿病骨折风险相关，但需要更大规模和前瞻性研究来进一步评估其在骨折预测中的潜在应用能力。对于其他生化标志物，如促炎细胞因子、脂肪因子和本文讨论的其他标志物，特别是IGF-Ⅰ，也可能是如此。其中，硬骨抑素似乎是糖尿病骨病的一个很有前景的循环标志物，因为其不仅能反映糖尿病骨病中发生的骨陷窝细胞功能障碍和骨形成抑制的水平，还可能潜在地反映与特定骨改变(如皮质空隙)相关的血管改变。遗憾的是，虽然关于循环硬骨抑素与骨脆弱参数之间的关系有几种不同的检测方法，但结果尚无定论。
糖尿病患者骨折风险评估中具有潜在作用的血清标志物
糖尿病患者骨折风险评估中具有潜在作用的血清标志物
| 标志物 | 起源组织 | 在糖尿病骨病的作用 | 对骨折预测的潜在用途 |
|---|---|---|---|
| 血糖参数(HbA1C) | 红细胞 | 胶原糖基化骨折风险预测 | 是(骨折证据明确) |
| 骨转换标志物(P1NP，CTX) | 胶原蛋白形成/降解 | 低转换状态治疗效果评估 | 无预测价值 |
| AGEs(戊糖素) | 胶原交联 | 骨胶原积聚损害骨特性 | 潜在的(骨折证据有限) |
| 硬骨抑素 | 骨细胞 | 糖尿病患者硬骨抑素基因表达增高 | 潜在的(无骨折证据) |
| IGF-Ⅰ | 肝细胞 | 成骨细胞刺激 | 是(骨折证据明确) |
| 促钙激素(如PTH) | 甲状旁腺细胞 | 钙稳态 | 潜在的(骨折证据有限) |
| 促炎细胞因子(如TNFα、IL-1、IL-6、IL-11、CRP) | 炎症 | 骨重塑改变 | 潜在的(骨折证据有限) |
| 血管标志物(如VEGF) | 骨髓 | 骨髓细胞凋亡 | 无骨折证据 |
| 脂肪因子(如瘦素、脂联素) | 脂肪组织 | 成骨细胞功能调节 | 无骨折证据 |
注：P1NP：Ⅰ型胶原氨基端前肽；CTX：Ⅰ型胶原交联C末端肽；AGEs：晚期糖基化终末产物；IGF-Ⅰ：胰岛素样生长因子-Ⅰ；PTH：甲状旁腺素；TNFα：肿瘤坏死因子α；IL：白细胞介素；CRP：C反应蛋白；VEGF：血管内皮生长因子
今后的研究需要进一步了解生化标志物在糖尿病骨病评价中的作用。具体而言，需要进一步研究骨标志物在预测骨折风险中的作用。到目前为止，只有血糖控制、AGEs和血清IGF-Ⅰ似乎对糖尿病患者骨折具有潜在的预测作用。而其他生物标志物，如与骨微结构和脆性骨折相关的骨膜蛋白或骨膜蛋白片段，或可能与糖尿病血管疾病相关的DPP-Ⅳ抑制剂，均正在研究中。
