社区居民二硫化碳暴露与氧化损伤及空腹血糖和2型糖尿病的关联研究

作     者：徐瑫 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈卫红

授予年度：2021年

学科分类：1002[医学-临床医学] 10[医学] 

主      题：二硫化碳 DNA氧化损伤 脂质过氧化 空腹血糖 2型糖尿病 

摘      要：二硫化碳(Carbon disulfide,CS)是一种无色透明微带芳香味的脂溶性液体,挥发性极强。除用作工业溶剂外,CS主要用于生产粘胶纤维、玻璃纸、人造丝、杀虫剂等产品,可逸散而污染环境空气。人们在日常生活中也会因接触农药杀虫剂、衣服去渍剂、羊毛去脂剂等产品暴露于CS环境中。不同暴露来源的CS经呼吸道、消化道、眼睛、皮肤等途径进入人体后,在肝脏中由细胞色素酶P-450活化并与还原型谷胱甘肽发生结合反应,继而代谢生成2-硫代噻唑烷-4-羧酸(2-thioxothiazolidine-4-carboxylic acid,TTCA)随尿液排出体外。众多研究已证明尿中TTCA浓度与环境中CS暴露量高度相关,是反映CS内暴露的可靠性生物标志物。既往研究表明CS具有较强的毒性,可对神经系统、心血管系统、生殖系统等多个系统产生健康损害。近年有研究提示职业CS暴露与体内血糖代谢紊乱密切相关。然而在非职业接触人群中,环境中低水平CS暴露与空腹血糖改变及2型糖尿病患病风险间的关联及机制研究尚较缺乏。氧化应激被认为在CS引起的相关疾病中发挥重要作用,研究显示CS暴露会引起机体氧化应激水平升高和抗氧化水平下降,过量氧自由基可损伤胰岛β细胞、降低外周组织对胰岛素的敏感性从而促进糖尿病的发生发展。基于上述研究进展,我们提出环境中低水平CS暴露可通过诱导氧化损伤来引起空腹血糖改变进而促进2型糖尿病患病的假说。本研究选取武汉-珠海队列中参与基线调查的普通社区居民为研究对象,检测其尿样中的TTCA、8-异前列腺素(8-iso-Prostaglandin F2α,8-iso-PGF2α)、8-羟基脱氧鸟嘌呤核苷(8-oxo-7,8-dihydro-20-deoxyguanosine,8-OHdG)浓度来分别评估CS暴露、脂质过氧化和DNA氧化损伤水平。旨在探究社区居民CS暴露与氧化损伤标志物(8-iso-PGF2α、8-OHdG)、空腹血糖改变和2型糖尿病的横断面关联,借助中介效应模型分析氧化损伤在CS暴露与血糖改变和糖尿病关联中发挥的作用,为进一步探讨CS对血糖代谢干扰及机制提供线索。本研究获伦理委员会批准,所有参与者均填写知情同意书。数据收集及生物样本检测均有质控系统保障。第一部分社区居民二硫化碳暴露与空腹血糖和2型糖尿病的关联研究目的:分析社区人群尿中CS代谢物浓度的影响因素及其与空腹血糖和2型糖尿病的关联性,并进一步探讨CS代谢物与肥胖对血糖和糖尿病的联合作用。方法:研究对象来源于武汉-珠海社区队列的基线人群,从全部参与者中剔除血糖和人体测量学指标数据缺失者、尿样不足者及有肾脏疾病者,最终3281人纳入本研究。通过问卷调查和体格检查分别获得研究对象的人口学基本特征等资料和常规临床检查指标,用超高效液相色谱-电喷雾电离串联质谱仪测定尿中TTCA浓度,用RX Daytona全自动生化分析仪测定空腹血糖水平。2型糖尿病的诊断基于美国糖尿病协会通过的标准,不同体格类型的分组依照中国肥胖工作组和WHO制定的标准[非超重组:体重指数(Body mass index,BMI)24 kg/m;超重组:24≤BMI28 kg/m;肥胖组:BMI≥28 kg/m;中心性肥胖组:腰臀比(Waist-to-hip ratio,WHR)≥0.90(男),WHR≥0.85(女)]。尿中TTCA浓度经过以10为底的对数转换,采用单因素回归和多因素回归模型分析不同个体因素和生活方式对尿中TTCA浓度的影响;限制性立方样条模型、广义线性模型分析尿中TTCA浓度与空腹血糖的关联性;Logistic回归模型分析尿中TTCA浓度与2型糖尿病的关联性。结果:1.尿中CS代谢物的水平及影响因素:社区居民尿中TTCA浓度经尿肌酐校正后的中位数为0.736μg/mmol Cr,单因素回归分析结果显示性别、年龄、BMI、吸烟、饮酒、体育锻炼均可影响尿中TTCA浓度。多因素回归分析结果显示随着年龄的增加,尿中TTCA浓度水平升高,回归系数(β)为0.004(P0.05)。以不吸烟者和进行规律性体育锻炼的人作为参考,吸烟者和不经常进行体育锻炼的人尿中TTCA水平显著升高(β=0.108,β=0.048,所有P0.05)。2.尿中CS代谢物与空腹血糖的关联性:尿中TTCA浓度与空腹血糖之间显著相关(P0.05),二者间呈近似“U型的变化趋势(P=0.042),以尿中TTCA浓度为0.436μg/mmol Cr为界,空腹血糖先小幅下降,当尿TTCA浓度高于0.436μg/mmol Cr时,血糖随尿TTCA水平的升高而上升。分层分析结果发现女性、超重和不经常进行体育锻炼的人群中,尿TTCA浓度与血糖变化关联显著(所有P0.05)。3.尿中CS代谢物与2型糖尿病的关联性:尿TTCA浓度与2型糖尿病患病风险存在显著正相关(P0.05),尿中TTCA的对数转化浓度每增加一个单位,糖尿病患病风险增加30.6%(95%CI:7.4%,58.8%)。以尿TTCA为分类变量分析结果显示最高剂量组(Q4)患糖尿病的风险是最低剂量组(Q1)的1.436倍,二者存在显著的剂量-反应关系(P0.05)。4.尿中CS代谢物与肥胖对空腹血糖和2型糖尿病的联合作用:与CS低暴露且非超重组相比,CS低暴露且肥胖、CS高暴露且超重、CS高暴露且肥胖组的人群血糖水平显著升高(P0.05);与CS低暴露且非中心性肥胖组相比,CS低暴露且中心型肥胖、CS高暴露且中心性肥胖组的人群血糖水平也显著升高(P0.05)。以糖尿病为结局,CS低暴露且非超重组作为参照,CS高暴露且肥胖组的人群糖尿病的患病风险增高146.5%(P0.05);以CS低暴露且非中心性肥胖组作为参照,CS低暴露且中心型肥胖、CS高暴露且非中心性肥胖、CS高暴露且中心性肥胖组的人群糖尿病的患病风险分别升高158.2%、107.9%、210.0%(所有P0.05)。结论:老年人、吸烟者和不经常进行体育锻炼的人群尿中CS代谢物含量较高。尿CS代谢物浓度与空腹血糖改变和2型糖尿病患病风险之间存在显著正相关,此外,CS和肥胖(全身性/中心性)联合暴露会显著升高血糖水平和糖尿病的患病风险。第二部分氧化损伤在二硫化碳暴露与空腹血糖和2型糖尿病关联中的中介分析目的:分析尿CS代谢物浓度与氧化损伤标志物的关联性,以及氧化损伤标志物与空腹血糖及2型糖尿病的关联性,进一步探讨氧化损伤在CS暴露与空腹血糖改变和2型糖尿病关联中发挥的介导作用。方法:研究对象选取同第一部分,尿8-iso-PGF2α浓度通过ELISA试剂盒检测,尿8-OHdG浓度通过固相萃取-高效液相色谱-电化学法测定。尿中8-iso-PGF2α和8-OHdG浓度均经过以10为底的对数转换,采用广义线性模型分析尿中TTCA浓度与氧化损伤标志物(8-iso-PGF2α、8-OHdG)和尿中氧化损伤标志物(8-iso-PGF2α、8-OHdG)与血糖间的关联性,用Logistic回归分析尿中氧化损伤标志物与2型糖尿病的关联性,通过中介模型分析氧化损伤在尿中TTCA与空腹血糖改变和2型糖尿病关联中的中介效应。结果:1.尿中CS代谢物浓度与氧化损伤标志物的关联性:尿中TTCA浓度与8-iso-PGF2α水平间存在显著正向剂量-效应关系(P0.05),且该关联在按年龄、性别等因素分层后稳定存在,年龄对二者间的关联有修饰效应(P=0.026)。同样,尿中TTCA浓度与8-OHdG水平间存在显著正向剂量-效应关系(P0.05),该关联在年龄≥45岁组、女性、非超重、不吸烟、不饮酒、规律性体育锻炼的人群中更显著(所有P0.05)。2.尿中氧化损伤标志物与空腹血糖和2型糖尿病的关联性:尿8-iso-PGF2α的对数转化浓度每增加一个单位,血糖水平升高0.205 mmol/L,二者间存在剂量-效应关系(P0.05);而尿8-OHdG的浓度与血糖和尿中氧化损伤标志物(8-iso-PGF2α、8-OHdG)与糖尿病间的关联无统计学意义。3.氧化损伤标志物在尿中CS代谢物与空腹血糖关联中的中介效应:尿中8-iso-PGF2α在尿TTCA与血糖的关联性中存在中介作用,中介比例为21.43%。结论:尿中CS代谢物浓度与氧化损伤标志物(8-iso-PGF2α、8-OHdG)水平显著相关,且空腹血糖水平随尿中8-iso-PGF2α浓度升高而升高,尿8-iso-PGF2α中介了CS暴露相关的血糖升高。