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研究背景及目的
妊娠期糖尿病(Gestational diabetes mellitus,GDM)是最常见的妊娠期并发症之一,其患病率在近20年增长超过了30%。传统的GDM危险因素有高龄、孕前高体质指数(Body mass index,BMI)及糖尿病家族史等。此外,越来越多的研究发现维生素D(Vitamin D,VD)缺乏也会导致GDM的发生,且动物研究也发现VD可以改善胰岛素敏感性和血糖稳态。血25-羟基维生素D(25-hydroxyvitamin D, 25(OH)D)是目前最常用的VD营养评价指标,其水平不仅受季节、VD补充剂的影响,而且也受遗传因素的影响。既往有关VD代谢通路基因和25(OH)D水平的研究主要集中在健康成人,而现有的几项小样本孕妇人群研究主要关注的是VD代谢通路基因与单一孕期VD营养状况的关联,尚缺乏针对VD代谢通路基因与整个孕期25(OH)D水平的大样本研究。
编码VD结合蛋白(VitaminDbindingprotein,DBP,又称Gc球蛋白)的GC基因上的两个功能性单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)位点rs4588和rs7041相互组合可形成6种不同的Gc亚型,不同Gc亚型所对应的DBP水平及25(OH)D结合力均存在差异。根据游离激素假说,未与DBP结合的,即游离的25(OH)D和1,25(OH)2D才能被多数细胞直接利用而发挥VD的生物学作用。因此,结合个体的25(OH)D水平及其Gc亚型能更好地反映其VD营养状况。而目前有关VD与GDM的研究往往只关注单一的25(OH)D或其代谢通路基因,且结果并不一致,尚未见两者联合作用或交互作用的相关研究。因此,本研究采用队列研究设计探讨VD代谢通路基因SNP与各孕期血浆25(OH)D水平的关联;并探讨VD、VD通路基因SNP、Gc亚型与口服糖耐量试验(Oral glucose tolerance test, OGTT)各时点血糖、GDM及GDM亚型的关联。
材料与方法
本研究以浙江省舟山市妇幼保健院为研究现场,选取2658名孕妇为研究对象。通过问卷收集孕妇的一般人口学及孕期健康行为等信息,分别检测孕早、中、晚期血浆25(OH)D2和25(OH)D3水平,并对前期研究发现与孕早期25(OH)D水平相关的15个SNP进行检测分型。采用多元线性回归模型和Logistic模型探讨VD通路基因SNP与各孕期25(OH)D水平及VD缺乏的关联,采用分层分析探讨季节、VD补充与各SNP之间的交互作用。
同时,从电子医疗记录系统中提取OGTT数据(空腹血糖:FBG;糖负荷后1小时血糖:PG1H;糖负荷后2小时血糖:PG2H),选择同时有OGTT检查和孕期血样的3318名孕妇。测定其孕早、中期25(OH)D水平,并对VD代谢通路基因SNP和GDM相关SNP进行检测分型。根据OGTT结果,将GDM分为空腹异常型、餐后异常型和混合型。采用多元线性回归模型和Logistic回归模型探讨孕前BMI、孕期VD、VD通路基因SNP、GDM相关SNP、Gc亚型与GDM及其亚型发生风险的关联。采用分层分析探讨孕前BMI、孕期VD营养状况是否会改变上述关联,及SNP之间可能存在的交互作用。
结果
本研究发现,GC基因上的rs2282679、rs3755967、rs2298850、rs1155563、rs7041存在高度的连锁不平衡(r2>0.96)。GC基因上rs2298849和rs7041的突变与更高的孕早、晚期25(OH)D水平有关,但与孕中期25(OH)D水平无关,以rs2298849AA基因型孕妇为参照,GA和GG基因型孕妇的孕早期25(OH)D水平分别升高0.967ng/mL(P=0.0043)和1.657ng/mL(P=0.0007),孕晚期水平分别升高1.751ng/mL(P=0.0237)和1.030ng/mL(P=0.3531);以GC-rs7041AA基因型孕妇为参照,CA和CC基因型孕妇的孕早期25(OH)D水平分别升高1.160ng/mL(P=0.0004)和4.092ng/mL(P<0.0001),孕晚期分别升高1.467ng/mL(P=0.0488)和4.788ng/mL(P=0.0012)。GC基因上其余7个SNP(rs1155563、rs16846876、rs17467825、rs2282679、rs2298850、rs3755967和rs4588)的突变均与更低的孕早、晚期25(OH)D水平有关,其中除rs1155563外,其余6个SNP的突变也与更低的孕中期25(OH)D水平有关;在这些GC基因SNP上存在杂合突变的孕妇孕早、中、晚期25(OH)D水平分别降低1.278-2.118ng/mL、2.217-2.367ng/mL、2.297-4.190ng/mL,纯合突变孕妇孕早、中、晚期25(OH)D水平分别降低1.989-3.807、2.199-2.777、3.469-5.929ng/mL。此外,CYP24A1-rs2209314CC基因型孕妇孕中期25(OH)D水平较TT基因型孕妇高1.878ng/mL(P=0.0270),但与孕早、晚期25(OH)D水平无关。
以Gc2/2亚型孕妇为参照,2/1f、2/1s、1f/1f、1f/1s和1s/1s亚型孕妇孕早期25(OH)D水平分别依次升高1.396(P=0.0147)、1.715(P=0.0048)、2.801(P<0.0001)、3.774(P<0.0001)和5.829ng/mL(P<0.0001);但这一差异在孕中期变小,仅1f/1s亚型水平升高了3.230ng/mL(P=0.0020);孕晚期不同Gc亚型间的差异再次变大,1f/1f、1f/1s和1s/1s亚型水平分别升高了5.441ng/mL(P<0.0001)、5.845ng/mL(P<0.0001)和7.478ng/mL(P<0.0001);
此外,CYP24A1-rs2209314的突变与更高的孕早至孕中期25(OH)D水平提升有关;而除rs7041外,GC基因上rs1155563、rs16846876、rs17467825、rs2282679、rs2298850、rs3755967和rs4588的突变与更低的孕中至晚期25(OH)D水平提升有关。与Gc2/2亚型孕妇相比,1f/1f、1f/1s和1s/1s亚型与更高的孕中至晚期25(OH)D水平提升有关。GC-rs1155563和GC-rs2298849只在夏秋季与孕早期25(OH)D水平有关,而LRP2-rs10210408只在冬春季与孕早期25(OH)D水平有关。GC-rs7041及与其高度连锁的位点(rs2282679、rs3755967、rs2298850、rs1155563,r2>0.96)及Gc亚型与孕早期25(OH)D水平之间的关联在VD补充频率>3次/周的孕妇中更强。
在VD及其通路基因与GDM的研究中发现,孕期25(OH)D水平变化与孕期增重呈负相关,且在孕早期VD缺乏的孕妇中更明显(β=-0.035kg,P=0.0008)。孕前BMI与FBG(β=0.030)、PG1H(β=0.063)和PG2H(β=0.025)均呈明显正相关(P值均<0.005),并显著增加空腹异常型(OR=1.18,95%CI:1.12-1.24)和混合型GDM(OR=1.26,95%CI:1.18-1.34)的发生风险。孕早、中期VD及孕期VD变化水平均与FBG呈负相关(β=-0.003,β=-0.0004,β=-0.004,P值均<0.0005)。在孕前超重和肥胖的孕妇中,孕中期VD缺乏会增加GDM风险(空腹异常型GDM:OR=9.61,95%CI:3.30-28.0),孕期25(OH)D水平升高>6.7ng/mL也与更低的GDM(OR=0.40,95%CI:0.17-0.92)及空腹异常型GDM(OR=0.13,95%CI:0.03-0.52)风险有关。
与LRP2-rs10210408基因型CC相比,基因型TC的PG1H和PG2H分别降低0.195mmol/L(P=0.012)和0.206mmol/L(P=0.001),且GDM风险也更低(OR=0.784,95%CI:0.623-0.986);与VDR-rs10783219基因型AA相比,基因型TT的PG1H升高了0.239mmol/L(P=0.021),基因型TA/TT具有更高的GDM风险(OR=1.275,95%CI:1.030-1.577)。
与CDKAL1-rs7754840基因型GC/GG相比,基因型CC的PG2H升高0.190mmol/L(P=0.021),GDM风险也更高(OR=1.425,95%CI:1.030-1.973)。与MTNR1B-rs10830962基因型CC相比,基因型GC的PG1H和PG2H分别升高0.261mmol/L(P=0.002)和0.133mmol/L(P=0.060),而基因型GG的OGTT各时点血糖进一步增高(FBG:β=0.081,P=0.004;PG1H:β=0.613,P<0.001;PG2H:β=0.237,P=0.011);相应地,基因型GC和GG也有更高的GDM风险(OR=1.523,95%CI:1.142-2.030;OR=2.079,95%CI:1.457-2.967)。与PRKCE-rs11682804基因型GG相比,基因型AG的OGTT各时点血糖水平较高(FBG:β=0.044,P=0.025;PG1H:β=0.168,P=0.034;PG2H:β=0.132,P=0.044),但基因型AA的OGTT各时点血糖水平与基因型GG无异(P>0.1),且该位点突变并未增加GDM风险。此外,VDR-rs10783219、CDKAL1-rs77548409和MTNR1B-rs10830962在GDM的发生上相互间均存在交互作用(交互项P值均<0.05)。
在孕前超重和肥胖的孕妇中,与Gc亚型1f/1f孕妇相比,1f/2、2/2、1s/1f、1s/2和1s/1s亚型孕妇的PG1H和PG2H呈现出逐渐增高的趋势(趋势检验P值=0.031、0.037),同时其GDM的发生风险分别是1f/1f孕妇的2.81(OR=2.81,95%CI:1.06-7.50)、3.09(OR=3.09,95%CI:1.04-9.21)、3.53(OR=3.53,95%CI:1.26-9.94)、4.18(OR=4.18,95%CI:1.46-11.9)和5.62倍(OR=5.62,95%CI:1.53-20.6)(趋势检验P值=0.005)。在孕前超重和肥胖孕妇中,与Gc亚型为1f/1f或1f/2且孕中期VD不缺乏的孕妇相比,亚型为1s/2或1s/1s且孕中期VD缺乏孕妇发生GDM的风险增加了10.5倍(OR=11.5,95%CI:2.33-57.0,P=0.003)。但在孕前未超重的孕妇中,VD缺乏与Gc亚型均与GDM的发生无关。
结论
1.本研究发现VD通路基因GC、CYP24A1和LRP2的多态会影响孕期25(OH)D水平及VD缺乏的发生风险。以Gc亚型代表DBP水平,DBP水平与孕期25(OH)D水平呈明显正相关;季节与孕期VD补充会改变GC和LRP2基因上SNP与孕早期25(OH)D的关联。提示临床上可通过检测孕妇VD代谢通路相关基因SNP早期识别孕期VD缺乏的高危孕妇,并可结合季节及孕妇的遗传背景制定个性化的孕期VD补充方案以预防与VD相关的妊娠期并发症。
2.本研究还提示GDM是一种异质性的疾病。在孕前超重和肥胖的孕妇中,孕中期VD缺乏及孕期VD增幅较小均与较高的FBG水平及空腹异常型GDM发生风险有关;VDR-rs10783219、CDKAL1-rs7754840和MTNR1B-rs10830962位点的突变均会增加GDM风险,且这3个SNP在GDM的发生上互相存在交互作用;在孕前超重和肥胖的孕妇中,以Gc亚型代表游离25(OH)D占比,血中游离25(OH)D占比越低的孕妇胰岛素抵抗水平越高,且表现为更高的糖负荷后血糖水平;此外,Gc亚型与孕中期VD缺乏在GDM发生风险上存在联合作用。提示VD可能通过影响糖异生而Gc亚型通过影响胰岛素抵抗或胰岛素分泌共同影响GDM的发生,但其中的机制还有待进一步研究。因此,通过检测孕妇Gc亚型、25(OH)D水平或游离25(OH)D水平及胰岛素抵抗水平可能可以帮助临床医生在孕早期,甚至孕前识别GDM高危妇女,并进行合理的干预以预防GDM发生。
妊娠期糖尿病(Gestational diabetes mellitus,GDM)是最常见的妊娠期并发症之一,其患病率在近20年增长超过了30%。传统的GDM危险因素有高龄、孕前高体质指数(Body mass index,BMI)及糖尿病家族史等。此外,越来越多的研究发现维生素D(Vitamin D,VD)缺乏也会导致GDM的发生,且动物研究也发现VD可以改善胰岛素敏感性和血糖稳态。血25-羟基维生素D(25-hydroxyvitamin D, 25(OH)D)是目前最常用的VD营养评价指标,其水平不仅受季节、VD补充剂的影响,而且也受遗传因素的影响。既往有关VD代谢通路基因和25(OH)D水平的研究主要集中在健康成人,而现有的几项小样本孕妇人群研究主要关注的是VD代谢通路基因与单一孕期VD营养状况的关联,尚缺乏针对VD代谢通路基因与整个孕期25(OH)D水平的大样本研究。
编码VD结合蛋白(VitaminDbindingprotein,DBP,又称Gc球蛋白)的GC基因上的两个功能性单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)位点rs4588和rs7041相互组合可形成6种不同的Gc亚型,不同Gc亚型所对应的DBP水平及25(OH)D结合力均存在差异。根据游离激素假说,未与DBP结合的,即游离的25(OH)D和1,25(OH)2D才能被多数细胞直接利用而发挥VD的生物学作用。因此,结合个体的25(OH)D水平及其Gc亚型能更好地反映其VD营养状况。而目前有关VD与GDM的研究往往只关注单一的25(OH)D或其代谢通路基因,且结果并不一致,尚未见两者联合作用或交互作用的相关研究。因此,本研究采用队列研究设计探讨VD代谢通路基因SNP与各孕期血浆25(OH)D水平的关联;并探讨VD、VD通路基因SNP、Gc亚型与口服糖耐量试验(Oral glucose tolerance test, OGTT)各时点血糖、GDM及GDM亚型的关联。
材料与方法
本研究以浙江省舟山市妇幼保健院为研究现场,选取2658名孕妇为研究对象。通过问卷收集孕妇的一般人口学及孕期健康行为等信息,分别检测孕早、中、晚期血浆25(OH)D2和25(OH)D3水平,并对前期研究发现与孕早期25(OH)D水平相关的15个SNP进行检测分型。采用多元线性回归模型和Logistic模型探讨VD通路基因SNP与各孕期25(OH)D水平及VD缺乏的关联,采用分层分析探讨季节、VD补充与各SNP之间的交互作用。
同时,从电子医疗记录系统中提取OGTT数据(空腹血糖:FBG;糖负荷后1小时血糖:PG1H;糖负荷后2小时血糖:PG2H),选择同时有OGTT检查和孕期血样的3318名孕妇。测定其孕早、中期25(OH)D水平,并对VD代谢通路基因SNP和GDM相关SNP进行检测分型。根据OGTT结果,将GDM分为空腹异常型、餐后异常型和混合型。采用多元线性回归模型和Logistic回归模型探讨孕前BMI、孕期VD、VD通路基因SNP、GDM相关SNP、Gc亚型与GDM及其亚型发生风险的关联。采用分层分析探讨孕前BMI、孕期VD营养状况是否会改变上述关联,及SNP之间可能存在的交互作用。
结果
本研究发现,GC基因上的rs2282679、rs3755967、rs2298850、rs1155563、rs7041存在高度的连锁不平衡(r2>0.96)。GC基因上rs2298849和rs7041的突变与更高的孕早、晚期25(OH)D水平有关,但与孕中期25(OH)D水平无关,以rs2298849AA基因型孕妇为参照,GA和GG基因型孕妇的孕早期25(OH)D水平分别升高0.967ng/mL(P=0.0043)和1.657ng/mL(P=0.0007),孕晚期水平分别升高1.751ng/mL(P=0.0237)和1.030ng/mL(P=0.3531);以GC-rs7041AA基因型孕妇为参照,CA和CC基因型孕妇的孕早期25(OH)D水平分别升高1.160ng/mL(P=0.0004)和4.092ng/mL(P<0.0001),孕晚期分别升高1.467ng/mL(P=0.0488)和4.788ng/mL(P=0.0012)。GC基因上其余7个SNP(rs1155563、rs16846876、rs17467825、rs2282679、rs2298850、rs3755967和rs4588)的突变均与更低的孕早、晚期25(OH)D水平有关,其中除rs1155563外,其余6个SNP的突变也与更低的孕中期25(OH)D水平有关;在这些GC基因SNP上存在杂合突变的孕妇孕早、中、晚期25(OH)D水平分别降低1.278-2.118ng/mL、2.217-2.367ng/mL、2.297-4.190ng/mL,纯合突变孕妇孕早、中、晚期25(OH)D水平分别降低1.989-3.807、2.199-2.777、3.469-5.929ng/mL。此外,CYP24A1-rs2209314CC基因型孕妇孕中期25(OH)D水平较TT基因型孕妇高1.878ng/mL(P=0.0270),但与孕早、晚期25(OH)D水平无关。
以Gc2/2亚型孕妇为参照,2/1f、2/1s、1f/1f、1f/1s和1s/1s亚型孕妇孕早期25(OH)D水平分别依次升高1.396(P=0.0147)、1.715(P=0.0048)、2.801(P<0.0001)、3.774(P<0.0001)和5.829ng/mL(P<0.0001);但这一差异在孕中期变小,仅1f/1s亚型水平升高了3.230ng/mL(P=0.0020);孕晚期不同Gc亚型间的差异再次变大,1f/1f、1f/1s和1s/1s亚型水平分别升高了5.441ng/mL(P<0.0001)、5.845ng/mL(P<0.0001)和7.478ng/mL(P<0.0001);
此外,CYP24A1-rs2209314的突变与更高的孕早至孕中期25(OH)D水平提升有关;而除rs7041外,GC基因上rs1155563、rs16846876、rs17467825、rs2282679、rs2298850、rs3755967和rs4588的突变与更低的孕中至晚期25(OH)D水平提升有关。与Gc2/2亚型孕妇相比,1f/1f、1f/1s和1s/1s亚型与更高的孕中至晚期25(OH)D水平提升有关。GC-rs1155563和GC-rs2298849只在夏秋季与孕早期25(OH)D水平有关,而LRP2-rs10210408只在冬春季与孕早期25(OH)D水平有关。GC-rs7041及与其高度连锁的位点(rs2282679、rs3755967、rs2298850、rs1155563,r2>0.96)及Gc亚型与孕早期25(OH)D水平之间的关联在VD补充频率>3次/周的孕妇中更强。
在VD及其通路基因与GDM的研究中发现,孕期25(OH)D水平变化与孕期增重呈负相关,且在孕早期VD缺乏的孕妇中更明显(β=-0.035kg,P=0.0008)。孕前BMI与FBG(β=0.030)、PG1H(β=0.063)和PG2H(β=0.025)均呈明显正相关(P值均<0.005),并显著增加空腹异常型(OR=1.18,95%CI:1.12-1.24)和混合型GDM(OR=1.26,95%CI:1.18-1.34)的发生风险。孕早、中期VD及孕期VD变化水平均与FBG呈负相关(β=-0.003,β=-0.0004,β=-0.004,P值均<0.0005)。在孕前超重和肥胖的孕妇中,孕中期VD缺乏会增加GDM风险(空腹异常型GDM:OR=9.61,95%CI:3.30-28.0),孕期25(OH)D水平升高>6.7ng/mL也与更低的GDM(OR=0.40,95%CI:0.17-0.92)及空腹异常型GDM(OR=0.13,95%CI:0.03-0.52)风险有关。
与LRP2-rs10210408基因型CC相比,基因型TC的PG1H和PG2H分别降低0.195mmol/L(P=0.012)和0.206mmol/L(P=0.001),且GDM风险也更低(OR=0.784,95%CI:0.623-0.986);与VDR-rs10783219基因型AA相比,基因型TT的PG1H升高了0.239mmol/L(P=0.021),基因型TA/TT具有更高的GDM风险(OR=1.275,95%CI:1.030-1.577)。
与CDKAL1-rs7754840基因型GC/GG相比,基因型CC的PG2H升高0.190mmol/L(P=0.021),GDM风险也更高(OR=1.425,95%CI:1.030-1.973)。与MTNR1B-rs10830962基因型CC相比,基因型GC的PG1H和PG2H分别升高0.261mmol/L(P=0.002)和0.133mmol/L(P=0.060),而基因型GG的OGTT各时点血糖进一步增高(FBG:β=0.081,P=0.004;PG1H:β=0.613,P<0.001;PG2H:β=0.237,P=0.011);相应地,基因型GC和GG也有更高的GDM风险(OR=1.523,95%CI:1.142-2.030;OR=2.079,95%CI:1.457-2.967)。与PRKCE-rs11682804基因型GG相比,基因型AG的OGTT各时点血糖水平较高(FBG:β=0.044,P=0.025;PG1H:β=0.168,P=0.034;PG2H:β=0.132,P=0.044),但基因型AA的OGTT各时点血糖水平与基因型GG无异(P>0.1),且该位点突变并未增加GDM风险。此外,VDR-rs10783219、CDKAL1-rs77548409和MTNR1B-rs10830962在GDM的发生上相互间均存在交互作用(交互项P值均<0.05)。
在孕前超重和肥胖的孕妇中,与Gc亚型1f/1f孕妇相比,1f/2、2/2、1s/1f、1s/2和1s/1s亚型孕妇的PG1H和PG2H呈现出逐渐增高的趋势(趋势检验P值=0.031、0.037),同时其GDM的发生风险分别是1f/1f孕妇的2.81(OR=2.81,95%CI:1.06-7.50)、3.09(OR=3.09,95%CI:1.04-9.21)、3.53(OR=3.53,95%CI:1.26-9.94)、4.18(OR=4.18,95%CI:1.46-11.9)和5.62倍(OR=5.62,95%CI:1.53-20.6)(趋势检验P值=0.005)。在孕前超重和肥胖孕妇中,与Gc亚型为1f/1f或1f/2且孕中期VD不缺乏的孕妇相比,亚型为1s/2或1s/1s且孕中期VD缺乏孕妇发生GDM的风险增加了10.5倍(OR=11.5,95%CI:2.33-57.0,P=0.003)。但在孕前未超重的孕妇中,VD缺乏与Gc亚型均与GDM的发生无关。
结论
1.本研究发现VD通路基因GC、CYP24A1和LRP2的多态会影响孕期25(OH)D水平及VD缺乏的发生风险。以Gc亚型代表DBP水平,DBP水平与孕期25(OH)D水平呈明显正相关;季节与孕期VD补充会改变GC和LRP2基因上SNP与孕早期25(OH)D的关联。提示临床上可通过检测孕妇VD代谢通路相关基因SNP早期识别孕期VD缺乏的高危孕妇,并可结合季节及孕妇的遗传背景制定个性化的孕期VD补充方案以预防与VD相关的妊娠期并发症。
2.本研究还提示GDM是一种异质性的疾病。在孕前超重和肥胖的孕妇中,孕中期VD缺乏及孕期VD增幅较小均与较高的FBG水平及空腹异常型GDM发生风险有关;VDR-rs10783219、CDKAL1-rs7754840和MTNR1B-rs10830962位点的突变均会增加GDM风险,且这3个SNP在GDM的发生上互相存在交互作用;在孕前超重和肥胖的孕妇中,以Gc亚型代表游离25(OH)D占比,血中游离25(OH)D占比越低的孕妇胰岛素抵抗水平越高,且表现为更高的糖负荷后血糖水平;此外,Gc亚型与孕中期VD缺乏在GDM发生风险上存在联合作用。提示VD可能通过影响糖异生而Gc亚型通过影响胰岛素抵抗或胰岛素分泌共同影响GDM的发生,但其中的机制还有待进一步研究。因此,通过检测孕妇Gc亚型、25(OH)D水平或游离25(OH)D水平及胰岛素抵抗水平可能可以帮助临床医生在孕早期,甚至孕前识别GDM高危妇女,并进行合理的干预以预防GDM发生。