妊娠期糖尿病患者血清及其新生儿脐血中脂肪因子水平与相关因素分析

Levels of adipokines in serum of patients with gestational diabetes mellitus and umbilical cord blood of their neonates and related factors

摘要

目的 探讨妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）患者糖脂代谢状态与母婴体内脂肪因子［成纤维细胞生长因子21（fibroblast growth factor 21，FGF21）、瘦素和脂联素］水平的关系，以及孕妇血清中的脂肪因子水平与新生儿体内脂肪因子水平的关系。 方法 纳入2017年9月至2018年9月在北京协和医院进行定期产检检查并最终分娩的孕妇，按照GDM诊断标准分为血糖正常组（n=39）和GDM组（n=44）。收集一般资料，并采集孕妇足月外周血清及其新生儿脐血血清标本。测定2组孕妇生化指标，以及母婴血清中脂肪因子水平。 结果 ①GDM组孕妇血清中FGF21水平明显高于血糖正常组［386.24（256.13，577.26） vs. 239.71（148.10，378.48） pg/mL（P=0.005）］，GDM组新生儿脐带血中FGF21水平高于血糖正常组［74.78（63.78，106.11） vs. 52.74（49.66，65.16） pg/mL（P=0.160）］，但差异无统计学意义；GDM组孕妇血清中瘦素水平明显高于血糖正常组［462.19（268.06~883.48） vs. 292.55（143.97~595.95） pg/mL（P=0.044）］；脂联素在孕妇血清和脐带血中差异均无统计学意义（P>0.05）。②新生儿脐血血清中FGF21水平与孕妇血清FGF21水平（r=0.350，P=0.043）、孕妇胆固醇（r=0.324，P=0.02）和孕妇脂蛋白α（r=0.377，P=0.007）呈正相关，与孕妇HOMA-IR（r=0.319，P=0.024）和瘦素水平（r=0.473，P=0.002）呈正相关。 结论 GDM患者血清FGF21和瘦素水平可能出现升高，并且可以明显影响新生儿脐血中FGF21水平，而新生儿脐血中FGF21水平与孕妇糖脂代谢异常相关。

Abstract

Objective To investigate the association between the status of glucose and lipid metabolism in patients with gestational diabetes mellitus（GDM） and the levels of adipokines（fibroblast growth factor 21［FGF21］，leptin，and adiponectin） in mothers and their neonates，as well as the correlation between the levels of adipokines in serum of mothers and the levels of adipokines in their neonates. Methods Pregnant women who underwent regular prenatal examinations and finally gave birth in Peking Union Medical College Hospital from September 2017 to September 2018 were enrolled，and according to the diagnostic criteria for GDM，they were divided into normal blood glucose group with 39 women and GDM group with 44 women. General data were collected，and peripheral serum samples were collected from the pregnant women giving birth to full-term neonates，while serum samples of umbilical cord blood were collected from their neonates. Biochemical parameters were measured for the pregnant women in each group，as well as the serum levels of adipokines in both the mothers and the neonates. Results Compared with the normal blood glucose group，the GDM group had a significantly higher serum level of FGF21［386.24（256.13-577.26） pg/mL vs. 239.71（148.10-378.48） pg/mL，P=0.005］ and a higher level of FGF21 in umbilical cord blood of neonates［74.78 （63.78-106.11） pg/mL vs. 52.74 （49.66-65.16） pg/mL，P=0.160］. Compared with the normal blood glucose group，the GDM group had a significantly higher serum level of leptin in the pregnant women［462.19 （268.06-883.48） pg/mL vs. 292.55（143.97-595.95） pg/mL，P=0.044］，and there was no significant difference in the level of adiponectin in the serum of the mothers and the umbilical cord blood of the neonates between the two groups（P>0.05）. The serum level of FGF21 in neonatal umbilical cord blood was positively correlated with the serum level of FGF21 in pregnant women（r=0.350，P=0.043） and the levels of cholesterol（r=0.324，P=0.02），lipoprotein α（r=0.377，P=0.007），HOMA-IR（r=0.319，P=0.024），and leptin （r=0.473，P=0.002） in the mothers. Conclusion There might be increases in the serum levels of FGF21 and leptin in GDM patients，which may significantly affect the level of FGF21 in neonatal umbilical cord blood，and the level of FGF21 in neonatal umbilical cord blood is also associated with abnormal glucose and lipid metabolism in mothers.

Graphical abstract

关键词

妊娠糖尿病 / 宫内发育环境 / 脂肪因子 / 血清成纤维细胞生长因子 21

Key words

gestational diabetes mellitus / intrauterine developmental environment / adipokine / serum fibroblast growth factor 21

妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）是一种常见的妊娠期慢性疾病，在孕妇中呈现1%~14%的高发病率^[1]。虽然GDM孕妇在分娩后血糖会恢复正常，但是仍然有20%的GDM孕妇在产后6~12周内出现空腹血糖受损或者糖耐量受损，GDM孕妇未来发展为2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）的风险明显增加，较正常孕妇升高7.4倍^[2]。此外，GDM会影响子代的近远期健康，母体高血糖环境与子代代谢性疾病（如肥胖、胰岛素抵抗、T2DM及心血管疾病）的发生密切相关^[3-5]。孕妇GDM病史是子代代谢异常的高危因素，其作用独立于遗传背景和生活方式^[5]。然而GDM子代易感T2DM的具体分子作用机制仍然不明确。

近年来，脂肪组织被重新定义为具有内分泌功能的重要器官，其分泌的脂肪因子[如成纤维细胞生长因子21（fibroblast growth factor 21，FGF21）、瘦素、脂联素等]广泛参与糖脂代谢调控。其中，血清FGF21作为调控糖脂代谢的重要细胞因子^[6]，广泛表达于肝脏、胰腺、肌肉、脂肪和胎盘组织^[6-7]。研究发现，血液中FGF21可以抑制胰高血糖素的分泌^[8]，也可以通过增加脂肪细胞胰岛素依赖的血糖摄取，来降低血液中的葡萄糖含量^[9]。然而，GDM患者及其子代体内FGF21等脂肪因子水平的动态变化及其与胰岛素抵抗的关系仍需深入探索。因此本研究通过测定GDM孕妇血清及其新生儿脐血血清中脂肪因子水平，研究GDM患者糖脂代谢状态与母婴体内脂肪因子水平的关系、孕妇血清中的脂肪因子水平与新生儿体内脂肪因子水平的关系，为GDM胰岛素抵抗及其对子代糖脂代谢影响的可能分子机制提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象与分组

本研究纳入2017年9月1日至2018年9月1日在北京协和医院进行定期产检检查并最终分娩的孕妇，纳入标准：①单胎活产；②足月妊娠（孕37~42周）；③按照GDM诊断标准分为血糖正常组（n=39）和GDM组（n=44）。排除标准：①年龄<18岁或>45岁；②多胎妊娠；③明确诊断的妊娠前糖尿病；④合并甲状腺功能亢进、库欣综合征、胰腺炎等影响血糖水平的疾病；⑤合并其他妊娠疾病如妊娠期高血压、子痫等疾病；⑥有吸烟、酗酒、麻毒药品使用史。2组研究对象年龄、孕周、血压进行匹配。其中GDM诊断标准为，孕24~28周时根据75 g口服葡萄糖耐量实验（oral glucose tolerance test，OGTT）诊断为GDM患者（3项中任何1项符合即可诊断，空腹血糖5.1~6.9 mmol/L，OGTT 1 h 血糖≥10.0 mmol/L，OGTT 2 h血糖8.5~11.0 mmol/L）。本研究方案通过北京协和医院伦理委员会审查（审批编号：ZS-1484）。

1.2 研究方法

1.2.1 临床资料收集

对纳入孕妇进行基本资料收集，包括年龄、身高、孕次、产次、孕前体质量、血压、自身出生体质量，糖尿病家族史、孕中期糖筛结果、孕期用药史、孕期糖尿病治疗方式等，计算孕前体质指数（body mess index，BMI）=体质量（kg）/身高²（m²）、孕期增加BMI=现在BMI-孕前BMI；分娩时记录分娩相关基本信息，包括记录分娩方式、产程情况、胎盘重量、新生儿血糖情况等；记录新生儿基本信息：测定并记录胎儿身长、体质量、新生儿Apgar评分、是否入住NICU、住院时间是否延长等。大于胎龄儿和小于胎龄儿判断依据参考^[10]，根据新生儿性别和孕周分别筛选出生体质量>90百分位和<10百分位的胎儿例数。

1.2.2 样本收集

采集足月孕妇禁食12 h后采血，脐带血留取需待胎儿脐带结扎、胎盘娩出后，用注射器抽取胎盘上脐动脉血。采集血样装入含有促凝剂的采血管中，在4 ℃，3 000 r/min离心力的作用下低温离心，吸取上清至干净的EP管中，保存在-80 ℃冰箱中待检。

1.2.3 传统生化指标的测定

采用全自动生化采用 AU5800 全自动生化分析仪（美国，贝克曼库尔特公司）对血糖、血脂等生化指标进行检测；HbA1c采用日本TOSOH HLC-723 G8型全自动糖化血红蛋白分析仪及其原装配套试剂进行检测。计算稳态模型胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessment of insulin resistance，HOMA-IR）=空腹胰岛素（mU/L）×空腹血糖（mmol/L）/22.5；胰岛β细胞功能指数（homeostasis model assessment-β cell function index，HOMA-β）=20×空腹胰岛素（mU/L）/[空腹血糖（mmol/L）-3.5]。

1.2.4 FGF21的测定

采用酶联免疫吸附法[（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA），RayBiotech公司]检测血清FGF21水平。

1.3 统计学方法

采用SPSS 24.0进行统计分析。应用Shapiro-Wilk（W检验）检验对各变量进行正态性检验，Levene’s检验各变量的方差齐性，正态分布方差齐的计量资料以均数±标准差（$\bar{x} \pm s$）表示，组间比较采用独立样本t检验，偏态分布的计量资料以中位数（四分位距）[M_d （P₂₅，P₇₅）]表示，组间比较采用Mann Whitney U 检验。计数资料以例数（%）表示，2组间比较应用卡方检验。FGF21水平采用Spearman相关分析评价血清 FGF21与各指标的相关性。采用logistic回归分析和受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线分析FGF21在GDM患者早期诊断中的应用价值。检验水准α=0.05。

2 结 果

2.1 2组间临床资料及生化指标的比较

GDM和血糖正常孕妇2组间，年龄、生产孕周、平均动脉压差异均无统计学意义（均P>0.05），而GDM组孕前BMI明显高于血糖正常组[（21.2±1.5） kg/m² vs.（20.3±1.8） kg/m²；t=2.388，P=0.020]，但是其体质量增长明显低于血糖正常组[（12.6±4.2） kg vs.（15.3±3.4） kg；t=-2.873，P=0.005]。孕妇足月外周血中糖脂代谢指标比较，GDM组糖化血红蛋白[（5.4±0.4） vs. （5.1±0.3）%；t=3.937，P<0.001]、空腹血糖[（4.5±0.7） mmol/L vs.（4.1±0.4） mmol/L；t=65.099，P=0.013]、糖化白蛋白[12.9（11.8，13.8）% vs. 12.1（11.2，12.7）%；Z=-2.772，P=0.006]均明显高于血糖正常组，其他糖脂代谢相关指标差异均无统计学意义（均P>0.05）。新生儿临床结局，包括顺产率、出生体质量、大于胎龄儿、小于胎龄儿差异均无统计学意义（均P>0.05），但是GDM组新生儿出生体质量[（3 334.6±394.0） g vs.（3 220.3±356.9） g；t=1.288，P=0.202]、大于胎龄儿比例（4.5% vs.2.6%；χ²=0.233，P=0.629）和小于胎龄儿（11.4% vs.7.7%；χ²=0.320，P=0.572）比例均大于血糖正常组，见表1。

2.2 2组间血清脂肪因子水平的比较

GDM组孕妇足月外周血清中FGF21水平明显高于血糖正常组[386.24（256.13，577.26） pg/mL vs. 239.71（148.10，378.48） pg/mL；Z=-2.812，P=0.005]。GDM组新生儿脐带血中FGF21水平也同样高于血糖正常组[74.78（63.78，106.11）pg/mL vs.52.74（49.66，65.16） pg/mL；Z=-4.427，P=0.160]，但差异无统计学意义。GDM组孕妇足月外周血清中瘦素水平明显高于血糖正常组[462.19（268.06，883.48） pg/mL vs. 292.55（143.97，595.95） pg/mL；Z=-2.014，P=0.044]。GDM组新生儿脐带血中瘦素水平也同样高于血糖正常组[80.85（32.95，157.51） pg/mL vs.49.45（33.65，121.26） pg/mL；Z=-1.234，P=0.217]，但差异无统计学意义。脂联素在孕妇血清和脐带血中差异均无统计学意义（P>0.05）。孕妇血清瘦素与脂联素比值在GDM组中明显升高[0.122（0.043，0.179） vs. 0.042（0.015，0.127）；Z=-2.037，P=0.042]，见表2。

2.3 母婴间血清脂肪因子的相关性分析

Spearman相关分析显示，孕妇外周血清FGF21水平与新生儿脐血血清中FGF21水平呈正相关（r=0.350，P=0.043），见图1。孕妇外周血清瘦素水平与新生儿脐血血清中瘦素水平无相关性（P>0.05）。

2.4 血清FGF21与糖脂代谢和其他指标的相关分析

Spearman相关分析显示，孕妇外周血清FGF21水平与孕前BMI、孕期增长体质量以及血糖血脂指标和新生儿出生体质量均无相关性。脐血血清中FGF21水平与孕妇血清中胆固醇（r=0.324，P=0.02）和脂蛋白α水平（r=0.377，P=0.007）呈现正相关，与孕妇HOMA-IR呈正相关（r=0.319，P=0.024），与孕妇血清瘦素水平呈现正相关（r=0.473，P=0.002），而与孕前BMI、孕期增长体质量和新生儿出生体质量均无相关性，见表3。

2.5 孕妇血清FGF21水平对发生GDM的诊断效能

为评估孕妇血清FGF21水平是否可以增加GDM诊断效能，进行了ROC曲线绘制及分析。单一空腹血糖ROC下面积（95%CI）为0.648（0.527~0.768）最佳阈值为4.75 mmol/L，糖化血红蛋白ROC下面积（95%CI）为0.786（0.664~0.908）最佳阈值为5.55，糖化白蛋白ROC下面积（95%CI）为0.680（0.562~0.799）最佳阈值为13.25，而FGF21结合三者后ROC下面积（95%CI）为0.824（0.706~0.942），见图2。

3 讨 论

GDM是最常见的妊娠并发症之一，流行病学数据显示，过去10~20年，GDM的患病率在包括发展中国家在内的许多地区上升了30%以上^[11-12]，形成了一种新兴的全球流行病。此外，GDM对母子两代影响深远，探索GDM病因及其对子代分子机制的影响显得十分重要。超重和肥胖是GDM的重要危险因素，并且影响胰岛素敏感性的脂肪因子在GDM发病中起到重要作用^[13-14]。本研究提示GDM组除了空腹血糖、糖化白蛋白、糖化血红蛋白明显高于血糖正常组外，孕前BMI也明显高于正常对照。同时有研究发现，妊娠期体质量增加与妊娠并发症、孕妇产后体质量保持和后代肥胖的风险有关^[15]。本研究中较严格生活方式控制下，GDM孕期体质量增长明显低于血糖正常组。虽然差异无统计学意义，GDM新生儿出生体质量均值仍然高于正常对照，且新生儿中体质量大于胎龄儿和小于胎龄儿的比例也高于正常对照。说明控制体质量增长可以改善一部分新生儿临床结局，但是新生儿仍然可能存在脂代谢异常风险。

FGF21是成纤维细胞生长因子家族的一个成员，主要由肝脏和脂肪组织产生，分别由PPARα和PPARγ调控其表达，可不依赖于胰岛素而起到降低血糖的作用^[16]。我国人群研究提示，血清FGF21水平在GDM会呈现明显上升^[17]，且随着胰岛素抵抗加重，FGF21水平会进一步上升^[18]。与既往研究结果一致，本研究也同样发现GDM组中足月孕妇外周血中FGF21水平高于正常对照组。此外，其他临床研究也发现在糖耐量受损、T2DM患者和GDM患者体内出现血液中FGF21上升的现象^[19-20]，目前认为可能的解释是类似于胰岛素和瘦素抵抗的机制，由于长期处于高糖状态，这些人群中也出现了FGF21抵抗。本研究结果还表明，GDM孕妇血清中瘦素水平明显升高，脂联素水平降低，这也与既往研究结果一致^[21]。本研究还聚焦在新生儿脐血中FGF21是否受到孕妇外周血中浓度的影响，研究发现GDM组新生儿脐血中FGF21水平也同样均高于血糖正常组，将孕妇外周血和新生儿脐血中的FGF21进行相关性分析，发现两者呈现正相关。因此结果提示，GDM患者血清FGF21水平可能出现升高，且孕妇体内FGF21水平可以影响新生儿脐血中FGF21水平。

已有研究指出，血液循环中影响胰岛素敏感性的脂肪因子参与GDM的发病过程，并且部分脂肪因子的改变与孕妇胰岛β细胞功能存在密切联系^[7]。通过FGF21水平与孕妇血糖血脂指标进行相关性分析，该研究发现新生儿脐血中FGF21水平与孕妇的HOMA-IR指数、瘦素水平、胆固醇和脂蛋白α呈正相关。这提示新生儿FGF21水平的提高可能与孕妇血清胰岛素抵抗和脂质代谢异常相关，同时结合临床基线数据，虽然GDM孕期体质量增长明显低于正常孕妇，其新生儿出生体质量仍然高于正常对照组，可能与GDM组新生儿体内FGF21水平升高所反映的新生儿糖脂代谢异常相关。

本研究具有一定的局限性。①没有对受试者进行产后长期随访，以及子代青少年至成年长期随访，无法获得孕产妇及其子代代谢综合征的长期发病率。今后可以通过长期随访，获得FGF21的变化和转归数据，更有力地论证FGF21和临床结局的关系。②FGF21更适合妊娠早期纳入孕妇并进行巢式入组，这样可以将FGF21作为GDM孕早期预警标志物，更具有临床意义。但是本研究的研究结果为FGF21作为标志物提供了一定的临床数据支持。

综上所述，本研究发现GDM患者相较于血糖正常孕妇，体内的FGF21和瘦素水平可能出现升高，且孕妇体内FGF21水平可以明显影响新生儿脐血中FGF21水平，且新生儿脐血中FGF21水平与孕妇血清胰岛素抵抗相关。因此FGF21水平可能可以反应GDM体内糖脂代谢异常，且这种FGF21水平的表达谱特征也在其子代脐血中发现，表明FGF21可能在GDM发生发展，及其子代代谢异常中发挥着一定的作用。

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(82470873)