社区人群1-溴丙烷暴露及遗传因素与空腹血糖及2型糖尿病关联研究

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2型糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。近几十年,我国2型糖尿病的患病率快速增加,数据显示,从1980年至2017年,我国2型糖尿病患病率增长了近17倍,给个人、家庭及社会带来沉重的疾病负担。研究发现,除不良生活方式和肥胖等传统2型糖尿病危险因素外,环境污染物暴露也与2型糖尿病发病密切相关。同时,遗传因素对2型糖尿病发生发展起着至关重要的作用,遗传因素和环境因素对2型糖尿病的交互作用逐渐成为研究热点。1-溴丙烷是丙烷1号位的氢原子被溴原子取代形成的化合物,其在常温下是一种无色透明、略带有刺激性气味、易挥发的液体。因具有氟利昂类物质的优点,但不会对大气臭氧层造成破坏,1-溴丙烷被作为氟利昂类物质的替代品广泛应用于金属及电子部件清洗剂、脱脂剂、干洗剂、胶粘剂、杀虫剂、香料、药品和气溶胶喷雾等工业用品及生活用品的生产,用量飞速增长,引起研究者对1-溴丙烷健康危害的密切关注。既往研究表明1-溴丙烷具有神经毒性,国际癌症研究中心将其归为2B类致癌物。动物实验提示1-溴丙烷可对肝脏等代谢器官造成损害。人群研究发现1-溴丙烷暴露与血糖水平升高存在关联性,但缺乏大样本队列研究的深入探讨。因此,亟需探究1-溴丙烷暴露与空腹血糖水平及2型糖尿病发病风险的关联性,并进一步探索其潜在机制。1-溴丙烷主要经呼吸道吸入和皮肤接触进入机体。进入机体的1-溴丙烷除部分以原型或分解为二氧化碳呼出外,其代谢产物主要经尿液排出,其中N-乙酰基-S-(n-正丙基)-L-半胱氨酸(N-Acetyl-S-(n-propyl)-L-cysteine,BPMA)与1-溴丙烷暴露水平相关度高,是其特异性和敏感性指标,广泛用于评估人群1-溴丙烷内暴露水平。研究发现,1-溴丙烷在代谢过程中消耗大量谷胱甘肽,造成氧化应激水平升高,并引起炎性反应水平升高。基于上述研究进展,本研究在社区人群中开展1-溴丙烷暴露与空腹血糖及2型糖尿病关联性研究,并探讨该关联中氧化应激和炎性反应的潜在中介作用(机制),在此基础上,分析遗传因素和1-溴丙烷暴露的在空腹血糖改变和2型糖尿病发病中的交互作用。研究依托于武汉-珠海社区人群队列,测定基线及随访人群尿BPMA浓度,首先分析社区人群1-溴丙烷内暴露水平及其影响因素;之后,在基线横断面中分析1-溴丙烷内暴露水平与空腹血糖水平及2型糖尿病患病风险的关联性,随访研究对象3~6年,对1-溴丙烷暴露与空腹血糖及2型糖尿病的关联进行验证。进一步,以尿8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-deoxy-guanosine,8-OHd G)和尿8-异前列腺素F2α(8-iso-prostaglandin-F2α,8-iso-PGF2α)作为DNA氧化损伤和脂质过氧化的标志物,以血浆C-反应蛋白(C-reactive protein,CRP)作为系统性炎性反应标志物,评估氧化应激和炎性反应在1-溴丙烷内暴露水平与空腹血糖水平及2型糖尿病患病风险关联中的中介作用。最后,利用全基因组关联分析结果计算研究对象个体2型糖尿病相关多基因风险评分(Polygenetic risk scores,PRS),探究PRS与1-溴丙烷暴露对空腹血糖及2型糖尿病的交互作用。本研究获伦理委员会批准,研究对象均填写知情同意书,研究过程中建立了完善的质量控制系统,确保分析所用数据准确可靠。本论文主要内容包括以下四个部分:第一部分社区人群1-溴丙烷内暴露水平及影响因素分析目的:测定武汉-珠海社区人群1-溴丙烷内暴露水平并分析其分布特征,探究影响1-溴丙烷内暴露水平的因素。方法:研究对象为武汉-珠海社区队列在2011~2012年建立的基线人群。通过问卷调查收集研究对象的社会人口学特征、生活方式、居住条件、疾病史、用药史等信息,并采集清晨中段尿。采用超高效液相色谱-电喷雾电离串联质谱联用仪测定研究对象尿样中1-溴丙烷代谢产物BPMA的浓度,作为人群1-溴丙烷的内暴露水平。在单因素分析模型中,以肌酐(Creatinine,Cr)校正BPMA为因变量,比较不同人群特征下BPMA差异;进一步采用多因素模型进行比较,调整性别、年龄、体质指数(Body mass index,BMI)、吸烟状态、饮酒状态、本人做饭情况、厨房通风条件、交通暴露时长、蔬菜水果、畜禽肉、水产品和蛋奶的饮食频次及社区等潜在混杂因素,分析BPMA的影响因素。所有统计分析均使用SAS 9.4统计软件(SAS Institute,美国)完成。结果:本部分研究共纳入武汉-珠海队列基线研究对象3749名,其中女性2600名(占69.35%),平均年龄52.72(标准差12.84)岁。尿BPMA检出限为3 ng/m L,检出率为99.95%。研究对象尿BPMA浓度几何均数为10.60 ng/m L,尿肌酐校正浓度的几何均数为0.94μg/mmol Cr。与既往研究相比,本研究人群尿BPMA水平显著低于使用和接触1-溴丙烷的职业人群(37.29~4644.30μg/mmol Cr),高于美国普通人群(0.38~0.59μg/mmol Cr)。单因素模型分析结果显示,年长组(>55岁)、较低的水产品食用频次(≤4次/周)组、本人做饭组和较差的厨房通风条件组尿BPMA浓度几何均数高于相应亚组,差异有统计学意义(P55岁)、女性、吸烟组BPMA水平高于相应亚组,差异有统计学意义(P0.05);在相同的吸烟状态(现在吸烟/现在不吸烟)下,性别对BPMA水平亦无显著影响(P>0.05)。结论:本研究社区人群1-溴丙烷内暴露水平低于既往报道的职业人群,但高于美国一般人群。年龄增长与尿BPMA水平升高有关。第二部分1-溴丙烷暴露与空腹血糖及2型糖尿病关联研究目的:探究社区人群1-溴丙烷暴露与空腹血糖及2型糖尿病的横断面及纵向关联。方法:横断面研究在第一部分研究人群基础上剔除了71名空腹血糖水平或2型糖尿病患病信息缺失的研究对象;随访研究进一步剔除了基线已确诊2型糖尿病的研究对象(3年随访剔除116人,6年随访剔除159人)。依据《中国2型糖尿病防治指南》推荐标准诊断2型糖尿病:空腹血糖水平≥7.0 mmol/L;或自报近期使用降糖药或胰岛素;或既往被临床医生诊断为2型糖尿病。考虑到BPMA浓度数据为右偏态分布,本研究将BPMA浓度进行自然对数转换正态化后纳入关联性分析。在横断面研究中,以BPMA水平为自变量,采用广义线性模型分析BPMA水平与空腹血糖水平的关联;按BPMA水平四分位将研究对象分为四组,采用Logistic回归模型计算BPMA水平各组与2型糖尿病患病风险关联的比值比(Odds ratio,OR)及其95%可信区间(Confidence interval,CI)。在3年和6年两个时间跨度上进行随访分析,根据基线和随访BPMA水平的中位数分别将研究对象归入高、低暴露,将研究对象分为三组:持续低暴露组(基线和随访时均低)、持续高暴露组(基线和随访时均高)和暴露不稳定组(基线和随访在不同暴露组),以分组变量为自变量,以随访与基线空腹血糖水平的差值为因变量,采用广义线性模型分析BPMA水平与空腹血糖升高量间的关联;采用Cox回归模型计算BPMA水平与2型糖尿病发病风险关联的危险比(Hazard ratio,HR)及其95%CI。上述模型都调整了性别、年龄、BMI、吸烟状态、饮酒状态、体育锻炼、社区、厨房通风条件、水产品食用频次、糖尿病家族史、以及降糖药或胰岛素使用情况等潜在混杂因素。所有统计分析均使用SAS 9.4统计软件(SAS Institute,美国)完成。结果:横断面研究中,广义线性模型结果显示,BPMA对数转换值每增加一个单位,空腹血糖水平升高0.091 mmol/L(95%CI:0.038,0.144)。以BPMA浓度第一四分位组(Q1)为参照,Q2~Q4组空腹血糖水平的β(95%CI)分别为0.004(-0.138,0.146)、0.076(-0.066,0.219)、0.271(0.126,0.415)mmol/L,趋势性检验P0.05)。未调整潜在混杂因素时,8-OHd G对数转换值每升高一个单位,2型糖尿病患病风险增加10.9%(OR 1.109;95%CI 1.005~1.224);8-iso-PGF2α对数转换值每升高一个单位,2型糖尿病患病风险增加20.6%(OR 1.206;95%CI 1.051~1.384);CRP对数转换值每升高一个单位,2型糖尿病患病风险增加21.1%(OR 1.211;95%CI 1.114~1.317)。在调整潜在混杂因素后,8-OHd G、8-iso-PGF2α或CRP水平与2型糖尿病患病风险关联均无统计学意义(P>0.05)。中介效应分析显示,8-iso-PGF2α显著中介了BPMA与空腹血糖水平的关联,中介比例为30.26%。8-OHd G或CRP在BPMA与空腹血糖水平关联中无显著中介作用。8-OHd G、8-iso-PGF2α或CRP在BPMA与2型糖尿病患病风险关联中的中介作用均无统计学意义。结论:BPMA水平与机体DNA损伤及脂质过氧化水平存在显著正向关联。脂质过氧化显著中介了BPMA水平与空腹血糖水平的关联,其可能是1-溴丙烷暴露致空腹血糖水平改变的潜在机制通路之一。第四部分遗传因素与1-溴丙烷暴露对空腹血糖及2型糖尿病的交互作用研究目的:分析武汉-珠海社区人群遗传风险与空腹血糖水平及2型糖尿病发生风险的关联,以及遗传风险与1-溴丙烷暴露对空腹血糖水平及2型糖尿病发生风险的交互作用。方法:提取研究对象血细胞DNA,利用人类全基因组关联分析芯片(Illumina Human Omni Zhong Hua-8)进行基因分型。查阅2型糖尿病相关SNP数据库,未见中国人群公开的全基因组关联分析(Genome Wide Association Study,GWAS)概述统计量数据,因此选择与中国人群接近的日本人群(日本生物银行公开数据库)的2型糖尿病GWAS研究结果,挑选与发病显著相关的单核苷酸多态性位点(Single nucleotide polymorphisms,SNPs)及相应SNP位点对2型糖尿病发病风险的效应值(β),在本研究中计算每位研究对象的各SNP风险等位基因个数与该SNP对应β值的乘积之和,作为其PRS。分别采用线性混合模型和广义线性模型分析PRS与空腹血糖在横断面水平和随访水平的关联。分别采用Logistic回归模型和Cox回归模型分析PRS与2型糖尿病患病风险和发病风险的关联。将研究对象根据PRS三分位进行分组,分别在横断面研究和随访研究中分析各PRS组中BPMA与空腹血糖及2型糖尿病的关联,并纳入PRS、BPMA及其交互项,分析PRS和BPMA对空腹血糖及2型糖尿病的交互作用。进一步将人群按BPMA水平三分位和PRS三分位分为九组,以低PRS低BPMA组为参照,分析PRS与BPMA水平对空腹血糖水平及2型糖尿病患病风险的联合作用。上述模型均调整年龄、性别、BMI、吸烟状态、饮酒状态、体育锻炼、厨房通风条件、水产品食用频次和前五个人群结构主成分;考虑到PRS包含了遗传因素,前五个人群结构主成分包含人群结构差异因素,因此该部分的统计模型均未调整糖尿病家族史及社区。统计分析使用EAGLE2、Minimac4、PLINK(v1.90b6.2)、SAS 9.4统计软件(SAS Institute,美国)和R 3.6.3(R Core Team)完成。结果:横断面研究中,PRS每增加一个单位,空腹血糖水平升高0.240 mmol/L(95%CI:0.147,0.333);以PRS低三分位(T1)组为参照,中、高三分位(T2~T3)组空腹血糖水平的β(95%CI)分别为0.103(-0.011,0.217)、0.273(0.159,0.388)mmol/L。PRS每增加一个单位,2型糖尿病患病风险增加126.7%(OR 2.267;95%CI 1.711~3.004);以PRS T1组为参照,T2~T3组2型糖尿病OR(95%CI)分别为1.604(1.102~2.335)、2.378(1.669~3.388)。横断面研究中,各PRS组的BPMA水平与空腹血糖水平及2型糖尿病患病风险的关联性方向一致,BPMA对数转换值每升高一个单位,低、中、高PRS组人群空腹血糖水平分别升高0.085、0.159、0.208 mmol/L,2型糖尿病患病风险分别增加19.3%、32.3%、40.2%。联合作用结果显示,与低PRS低BPMA组相比,高PRS高BPMA组的空腹血糖水平β(95%CI)为0.669(0.494,0.844)mmol/L,2型糖尿病患病风险增加202.7%(OR 3.027;95%CI 1.704~5.376)。PRS与BPMA对空腹血糖水平有显著的相加交互作用,交互作用P<0.001。PRS与BPMA对2型糖尿病患病风险无显著交互作用。随访研究中,PRS每增加一个单位,3年随访空腹血糖升高量增加0.224 mmol/L(95%CI:0.099,0.350),2型糖尿病发病风险增加98.2%(HR 1.982;95%CI1.333~2.948);6年随访空腹血糖随访升高量增加0.124 mmol/L(95%CI:-0.001,0.249),2型糖尿病发病风险增加69.1%(HR 1.691;95%CI 1.171~2.443)。随访研究中,仅在高PRS组中观察到BPMA水平与空腹血糖升高量及2型糖尿病发病风险间存在显著正向关联。在高PRS组中,与持续低暴露组相比,持续高暴露组空腹血糖升高量3年随访时增加0.412 mmol/L(95%CI:0.043,0.782),6年随访时增加0.508 mmol/L(95%CI:0.144,0.872);2型糖尿病发病风险3年随访时增加128.9%(HR 2.289;95%CI 0.879~5.959),6年随访时增加176.1%(HR2.761;95%CI 1.201~6.346)。结论:遗传因素与1-溴丙烷暴露对空腹血糖水平有显著相加交互作用,1-溴丙烷暴露与空腹血糖及2型糖尿病的关联在高PRS组中最显著。
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