体质性生长发育延迟儿童 青春期前的胰岛素敏感性增强
Dyanne A. Wilson, MBChB, DCH, FRACP, Paul L. Hofman, BHB, MBChB, DipObs, FRACP, Harriet L. Miles, BM, BS, MRCPCH, Tim A. Sato, BSc, Nathalie E. Billett, BHSc, PGDip, Elizabeth M. Robinson, BSc, and Wayne S. Cutfield, BHB, MBChB, DCH, FRACP, MD
摘要
目的：检验体质性生长和发育（constitutional delay of growth and development, CDGD）延迟的青春期前儿童胰岛素敏感性增强，因此胰岛素敏感性与青春期晚开始有关的假设。
研究设计：21名青春期前CDGD儿童和23名青春期前对照组儿童，在葡萄糖耐受试验中多次采集血样本，评价胰岛素的敏感性和胰岛素、葡萄糖标记物，并进行生长学评价。
结果：CDGD组儿童较对照组儿童矮、瘦。与对照组相比，CDGD儿童胰岛素敏感性多40%(17.0×10－4分－1/[mU/L]与12.1×10－4 分－1/[mU/L]; P = .0006)，急性胰岛素反应下降，因此保持正常血糖(216 mU/L与330 mU/L; P = .02)。此外，CDGD儿童有较低的胰岛素样生长因子结合蛋白-3水平(3333 ng/mL与3775 ng/mL; P = .0004)、胰岛素样生长因子-II较低的倾向(794 ng/mL于911 ng/mL; P = .06)。
结论：CDGD青春期前儿童胰岛素敏感性增强，支持了胰岛素敏感性与青春期开始有关的假设。意味着具有代谢综合征和恶性肿瘤低风险的优点。(J Pediatr 2010;156:308-12).
胰岛素敏感性下降与2型糖尿病、代谢性综合征和恶性肿瘤风险之间的关系已经完全确立。与胰岛素敏感性对成年人发病率和死亡率影响相反，有越来越多的证据表明胰岛素敏感性与青春期开始时间相关。儿童期肥胖与胰岛素敏感性下降和青春期较早开始相关，而儿童期营养不足和极端体瘦与胰岛素敏感性增强与青春期较晚有关。小于孕龄儿出生的儿童胰岛素敏感性下降，青春期开始稍早。关于评估代谢性疾病与身体比例关系的横断和纵断研究表明，腿长与身高比例较大（提示青春期较晚）胰岛素敏感性增强，代谢性综合征的风险下降。此外，Ibanez et al的干预研究证明，以甲福明-胰岛素敏化剂治疗阴毛早现的超重（与胰岛素抵抗有关）女孩，延迟了青春期开始，降低了青春期进展速度。
虽然存在胰岛素敏感性与青春期开始相关的有力证据，但尚无特定探索这种关系的研究。胰岛素敏感性是动态的，青春期中胰岛素敏感性明显下降，使这一期间的评估产生困难。相反，青春期前数年中胰岛素敏感性相对稳定，并不受性别和年龄的影响。体质性生长和发育延迟儿童是可以研究与青春期开始时间关系的特殊健康儿童组。在人群中体质性生长和发育延迟（constitutional delay of growth and development，CDGD)儿童占5~10%，有正常的生长速度，身高矮于遗传潜力，有延迟的骨龄所确定的生物学晚熟。这些儿童进入青春期较晚，骨龄评价中普遍延迟。在本研究中，我们假设青春期前CDGD儿童的胰岛素敏感性增强。
方法
本研究在奥克兰市医院儿科内分泌诊所评价身高的4~10岁儿童中募集受试者。CDGD身高在父母身高中值0.8SDS以下，骨龄延迟1岁以上（Greulich-Pyle图谱法）。对照组受试者身高在父母身高中值±0.85SDS之内，骨龄正常（在生活年龄1岁之内）。对照组受试者为临床病人（家族性矮身高）或是年龄和性别相似的同伴。在研究前后最少6个月内，所有儿童有正常的年龄身高和骨龄身高速度（≥25th百分位数）。在进入研究前，所有受试者的甲状腺功能、肝脏酶、组织转氨酶抗体，以及血液计数正常。本研究得到新西兰奥克兰伦理委员会的批准。所有儿童为健康白人，均处于青春期前（男孩双侧睾丸体积≤3ml，女孩无乳房发育），也均无肾上腺功能初现的表现（无阴毛出现、汗腺体味或痤疮，并有正常的青春期前雄性激素水平）。其它的进入研究标准为，体重指数正常（在年龄、性别的±2SDS之内），无胰岛细胞抗体（谷氨酸脱羧酶抗体[antiGAD]和胰岛细胞抗原2抗体[IA2]）以排除1型糖尿病。排除标准包括，慢性疾病表现（包括注意缺陷障碍疾病），使用已知的胰岛素敏感性的药物，有2型糖尿病或代谢综合征的一级亲属，通过体外受精怀孕，以及染色体或综合征诊断的个体。
此外，排除双胎妊娠、早产分娩（<37周）以及小于孕龄儿出生的儿童（孕龄出生体重<10th百分位数）。因为这些疾病与胰岛素抵抗有关。
儿童在整夜禁食后来到医院。由父母得到知情同意书，并取得儿童本人的同意。取得临床病史，包括报告的父母身高和母亲青春期（初潮）开始时间。进行身体检查，排除慢性疾病（包括黑棘皮病），并评价青春期状态。
进行简单的人体测量，使用Harpenden身高计测量身高，使用双足生物电阻抗分析仪测量体重和身体组成，使用以前得出并在奥克兰儿童进行验证的特定性别、年龄和种族调整的阻抗公式。使用标准公式计算体重指数（BMI）和父母身高中值（MPH）。身高、体重、BMI和MPH转换为标准差分值（SDS）
进行多血样静脉葡萄糖耐受试验（frequently sampled intravenous glucose tolerance test，FSIGT)。简而言之，将静脉管插入，采集基线血样测量禁食葡萄糖和胰岛素水平（10分钟间隔取3次血样，以补偿胰岛素的搏动）。在0分钟时，以25%的葡萄糖（0.3g/kg）处理（30秒内），在2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 19分钟时取血样测量胰岛素和葡萄糖。在20分钟时给以短效胰岛素（0.015U/kg）(30秒内)，22, 23, 24, 25, 27, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 80, 90分钟时采集血样。在处理过程中，采集的血样放置于冰块上，完成实验后立即分离。
使用Bergman极小模型，以葡萄糖和胰岛素水平确定胰岛素的敏感性（insulin sensitivity，SI）、葡萄糖利用效能（glucose effectiveness，Sg）、急性胰岛素反应（acute insulin response，AIR）、葡萄糖清除系数（glucose disposal coefficient，Kg）和处置指数（disposition index，DI；急性胰岛素反应与胰岛素敏感性的乘积）。
在基线时搜集其它血样：测量胰岛素样生长因子I和II（IGF-I和IGF-II）、IGF结合蛋白1,2,3（IGFBP-1，IGFBP-2，IGFBP-3）、禁食血脂（总胆固醇，高密度脂蛋白胆固醇HDL、低密度脂蛋白胆固醇LDL，甘油三酯和自由脂肪酸（FFA），瘦素，脂联素和白细胞介素-6，以评价其它生长和代谢激素；测量脱氢表雄酮硫酸盐（DHEAS）和雄烯二酮，以评价肾上腺功能初现的生化标志物；以及抗GAD和IA2抗体排除1型糖尿病。
在FSIGT的3个月之内，拍摄左手腕X线片，使用Greulich-Pyle法，由2名评价者盲读得出骨龄。
使用Hitachi 902自动分析仪测量血浆葡萄糖，批间变异系数为1.8%。使用IMX微粒子酶免疫测定方法测定血浆胰岛素，批间变异系数4.9%。使用Hitachi 902自动分析仪测量血浆脂水平，总胆固醇变异系数= 1.5%, HDL = 1.9%, LDL = 2.5%, 甘油三酯= 1.7%, FFA = 5.3%。使用DSL-10 酶联免疫吸收法（ELISA）测量IGF-I, IGF-II, IGFBPs,和瘦素，批间变异系数为IGF-I = 4.8%, IGF-II = 5.2%, IGFBP1 = 6.2%, IGFBP2 = 7.2%, IGFBP3 = 8.2%, 瘦素= 4.9%。使用人脂联素ELISA法测量脂联素，批间变异系数6.2%。使用人IL-6 ELISA测量血清IL-6水平，批间变异系数为5.7%。使用RSR ELISA药盒测量GAD和IA2自身抗体。
使用非配对t检验比较2组临床特征。使用包括已知影响胰岛素敏感性因素的回归模型，分析胰岛素和葡萄糖调节指标以及激素水平的组间差异。对AIR，处置指数（DI）和瘦素，使用对数变换以更好地满足正态分布假设。使用SAS软件10版本进行所有分析。统计学显著性定义为P<0.05。
结果
44名儿童完成了本研究， CDGD组21名和对照组23名儿童。表1为两组受试者的临床特征比较。2组儿童的年龄、性别和遗传身高潜力相似，与CDGD诊断一致，CDGD儿童身高矮于对照组（绝对值和相对于MPH的身高），骨龄延迟。在CDGD组中16名（76%）儿童存在CDGD家族史，而对照受试者则均无CDGD家族史。虽然对照组儿童的BMI正常，但CDGD组儿童较瘦(BMI SDS, P = .0002; BIA测定的体脂百分数, P = .03)。此外，CDGD组有较低的出生体重(P = .006)。这些变量可能影响胰岛素的敏感性，以及葡萄糖代谢的其他指标和IGF-I轴的调节。因此，以回归模型对BMI、出生体重、性别和年龄进行调整，报告这些调整后的数值。
表2为胰岛素和葡萄糖调节指标。CDGD组青春期前儿童胰岛素敏感性较对照组增加40%(17.0×10－4分-1/[mU/L]与12.1×10-4分-1/[mU/L]; = .0006)。同时血糖保持正常，急性胰岛素反应较低(216 mU/L与330 mU/L; P = .02)。2组间葡萄糖利用效率、处置指数或葡萄糖清除率无显著性差异。
表3为其它生长因子和代谢标志物的比较。CDGD组儿童血清IGFBP-3水平低于对照组(3333 ng/mL与3775 ng/mL, P = .0004)，也存在血清IGF-II水平较低的趋势(794与911 ng/mL, P = .06)。血清IGFBP1, IGFBP2，脂联素、血脂或IL-6水平无组间差异。胰岛素敏感性与生长因子或代谢标志物之间无相关。但是胰岛素分泌（AIR）与瘦素水平相关（r2=0.25，P<.005）。使用线性回归分析发现，CDGD组骨龄延迟程度与胰岛素敏感性之间无相关。
讨论
当与无骨龄延迟的青春期前儿童相比时，CDGD儿童有一系列代谢和身体方面的差异。这些差异包括了胰岛素敏感性的增加。胰岛素敏感性的增加与胰岛素分泌减少相关联，因此维持了正常的血糖。尽管CDGD组体瘦，但这些差异并不能归因于组间身体组成的差异，因为我们做了充分的调整。导致CDGD组儿童胰岛素敏感性增加的急性机制尚未被阐明。在CDGD组，直接影响胰岛素敏感性的可能候选因素无差异，例如脂联素和IL-6。
CDGD组儿童胰岛素敏感性增加提示了该组个体长期的生物学有利因素。与许多证明胰岛素敏感性下降与代谢综合征疾病相关的组群研究不同，胰岛素敏感性增加与更加长寿，成年2型糖尿病、高血压和中风的风险减小相关。Paolisso et al将一组百岁老人与健康成年人（75~100岁）进行了比较，发现百岁老人的胰岛素敏感性增加。而且，健康的百岁老人有低水平的IGFBP-3，2型糖尿病的发病率极低。尚无研究检验CDGD与长寿之间关系，我们也未检验胰岛素敏感性增加的时间轨迹，以及CDGD个体成年期胰岛素敏感性增加的持续存在。但是，横断与纵断的研究提示了胰岛素敏感性与青春期时间之间的关系，身体比例对代谢性疾病影响的研究证明了腿长（腿长/身高比值较大）的成年人BMI和脂肪减少，胰岛素敏感性增加，2性糖尿病和心血管疾病发病率下降。儿童期和青春期骨骼生长的研究表明，青春期开始晚个体的腿相对较长，而青春期开始早的个体腿的比例较短。青春期前肢体生长相对大于脊柱生长，可能解释了青春期延迟个体的腿较长。根据这些研究来推断，青春期开始晚的个体可能胰岛素敏感性增加，代谢综合征疾病的发生率降低。
人类青春期开始与进展时间尚未充分了解，但依赖于多种因素，包括遗传可变性、能量平衡、脑结构和多种神经内分泌通路，以及激素水平。我们的结果提出，胰岛素敏感性与青春期开始时间相关，但机制尚不清楚。动物研究证明，与胰岛素敏感性增加相一致的低胰岛素水平（通过下丘脑神经元回路）抑制促性腺激素释放激素和垂体-性腺轴的活性。此外，在下丘脑、肾上腺和性腺中发现了胰岛素受体，因此，胰岛素在多位点上对生殖轴产生直接或间接影响是非常可能的。最近发现，吻肽-GPR54受体通路是GnRH促性腺激素轴的强力刺激物，这个通路对于青春期和生殖力的开始和维持具有整合作用。而且动物实验证明，低胰岛素水平降低吻肽的表达。但有待进一步探索这个通路在婴儿期的调节，以及胰岛素和胰岛素敏感性对吻肽神经元生长和青春期调节的影响。
瘦素是一种已知的青春期开始和保持的允许因素，吻肽神经元表达瘦素受体。相对缺乏瘦素（瘦素基因或瘦素受体突变）的人类和动物有促性腺激素分泌不足性腺功能减退（hypogonadotropic hypogonadism），通过外源性瘦素处理可逆转瘦素缺乏。虽然当以体脂调整（通过BMI）后组间瘦素水平无差异，与以前的体脂与瘦素水平直接相关的研究一致，但是本研究证明较低水平的瘦素与AIR的降低相关(r2 = 0.25, P < .005)。因此，CDGD组低水平瘦素与AIR降低的相关可部分地由青春期晚来解释。
CDGD儿童较对照组瘦许多。除了BMI SDS较低外，身体组成评价表明CDGD组儿童的瘦体重和脂肪量均下降，主要的是脂肪量的减少。Han et al使用双能X线吸收法比较了CDGD男孩与身高匹配的对照组，发现瘦体重相同而脂肪量很低。使用BMI修正脂肪量的影响，掩盖了组间实际激素的差异。当查看原始数据时，CDGD组有显著低的血清IGF-I, IGF-II, IGFBP1, IGFBP3和瘦素水平(P < .05)，这提示CDGD儿童具有独特的表型。
遗传是这些差异的原因。这是非常可能的，因为普遍存在CDGD家族史。只有青春期开始才可能严格确定CDGD。在本研究中，我们采用骨龄来估价青春期前儿童的青春期开始，可能产生了一定的误差。虽然在某些情况下，例如小于孕龄儿出生的儿童，骨龄与青春期可能不同步，但在本研究中排除了这样的儿童。在其它方面健康的儿童，以骨龄评价的生物成熟度与青春期开始存在良好的相关。青春期中胰岛素敏感性的评价也不是容易的，因为即使在青春期初期胰岛素敏感性也显著的下降。青春期中的胰岛素敏感性的变化具有器官特异性，仅影响葡萄糖代谢，并不引起脂和蛋白质代谢的变化。胰岛素敏感性的下降是青春期发育的关键。胰岛素抵抗导致代偿性胰岛素过多血症，增加自由IGF-I，增强蛋白代谢和生长。胰岛素抵抗也增强了生长激素的作用，促进生长。
本研究证实，青春期前CDGD儿童的胰岛素敏感性显著增加，支持了胰岛素敏感性与青春期时间相关的假设。这些代谢性差异提示，这些儿童具有生物学有利因素，降低了成年期发生代谢综合征的风险，也降低了恶性肿瘤的风险，并可能更加长寿。但尚需进一步的研究，以确定成年期胰岛素敏感性水平是否一致。
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