作为当前威胁全球人类健康的重大公共卫生问题,2型糖尿病给个人和社会造成了严重的疾病负担。近年来2型糖尿病在我国从一个少见病逐渐成为流行病,我国现在将近有1.1亿成年人为2型糖尿病患者。因此,预防和控制我国成年人2型糖尿病的发生发展十分迫切。除中心性肥胖、饮食结构不合理、不良的生活方式等传统的2型糖尿病危险因素外,越来越多的研究显示环境因素,尤其是严重的环境污染,是影响2型糖尿病发生的重要危险因素。作为一种常见的环境污染物,镉在联合国环境规划署提出的12种全球危险化学物中被列为首位。由于镉及其化合物难以被降解,环境中镉的水平持续稳定的增加。环境中的镉可通过呼吸道、消化道、皮肤接触等途径进入人体,对机体的不同系统和组织器官造成损害。研究表明镉的暴露可以破环下丘脑-垂体轴调节系统,引起体内各种激素如生长激素、促肾上腺皮质激素等的分泌方式和水平发生改变,导致机体内分泌和代谢系统发生紊乱。镉暴露与2型糖尿病的研究既往多局限于动物实验和职业镉暴露工人,而环境中的镉暴露更多的是以低浓度长期接触的方式作用于普通人群,因此探讨普通人群的慢性镉暴露与2型糖尿病发生发展的关系十分必要。镉暴露与2型糖尿病发生发展的相关机制并不是完全清楚,研究表明氧化损伤和炎性反应可能发挥了重要作用。镉进入机体后可通过与酶类巯基结合或替代作用等途径降低机体清除自由基的能力,引起氧化损伤,尿8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxydeoxyguanosine,8-OHdG)和尿8-异前列腺素F2α(8-iso-prostalandin-F2α,8-iso-PGF2α)水平常常用以作为评估机体DNA氧化损伤和脂质过氧化损伤的生物标志物。另一方面,镉可引起中性粒细胞的聚集,从而促进巨噬细胞释放大量的前炎性因子,导致机体产生炎性反应,血浆C-反应蛋白(C-reactive protein,CRP)常作为系统炎症的敏感标志物。尿8-OHdG和8-iso-PGF2α的浓度、血浆CRP是否参与且是如何参与镉暴露导致2型糖尿病的过程目前尚不是很清楚。基于上述研究背景,本论文旨在研究普通人群尿镉浓度与2型糖尿病的关联并进一步探讨其相关机制。我们采用前瞻性队列研究设计,利用课题组前期建立的武汉-珠海社区人群队列,收集基线和队列随访人群的问卷体检信息和生物样本,测定基线和随访研究对象的尿镉浓度,分析比较基线和随访的尿镉浓度及其时间变异,并结合研究对象的吸烟和饮食摄入情况分析镉暴露的可能来源。进一步通过测定研究对象的空腹血糖浓度并结合问卷资料,分析社区人群尿镉浓度与2型糖尿病患病风险的横断面关系,并通过剔除基线2型糖尿病患者分析尿镉暴露浓度与随访2型糖尿病发病风险及血糖改变之间的因果随访关系。最后通过测定尿8-OHdG和8-iso-PGF2α的浓度、血浆CRP浓度,从氧化损伤和炎性反应两个方面探讨社区人群尿镉浓度与2型糖尿病关联性的中介机制。本论文主要包括以下三个部分:第一部分社区人群镉的慢性暴露水平和时间变异以及可能的来源分析目的:观察研究对象尿镉的水平和时间变异,进一步分析研究对象镉暴露的可能来源,为普通人群镉的慢性暴露来源提供一定线索。方法:研究对象来自建立于2011-2012的武汉-珠海社区人群的前瞻性队列。基线调查时,对研究对象进行其问卷信息的收集、健康体格检查和生物样本的收集。每隔三年对基线参加过的研究对象进行随访,方法同基线调查。采用电感耦合等离子体质谱联用仪(Inductively coupled plasma,ICPMS)测定研究对象尿液中镉浓度。采用可信度模型、混合线性模型评估未校正镉浓度、尿肌酐校正镉浓度和尿比重校正镉浓度的时间变异,并结合研究对象的问卷资料信息,通过混合线性模型分析尿镉浓度与吸烟量和饮食镉摄入估计量间的关联性。结果:本研究基线纳入研究对象4055人,女性所占总人群的比例约为2/3,平均年龄都在52岁左右。随访纳入研究对象2238人,其基本特征同基线相似。基线研究对象中未校正尿镉浓度、肌酐校正尿镉浓度和尿比重校正尿镉浓度的中位数分别为1.155μg/L、0.096μg/mmol Cr、1.164μg/L SG;随访研究对象中上述三种不同校正方式尿镉浓度分别为1.134μg/L、0.107μg/mmol Cr、1.289μg/L SG。基线和随访研究对象尿镉分布情况十分接近,尿镉浓度都是在女性,或年龄≥55岁,或BMI<24 kg/m~2,或吸烟,非饮酒,经常规律性锻炼的人群中比较高。对数转换后的未校正尿镉、尿肌酐校正尿镉、尿比重校正尿镉的基线和随访浓度之间的Pearson相关系数分别为0.521、0.632、0.551,基线和随访尿镉浓度具有显著的明显正相关性(所有P<0.001)。未校正尿镉、尿肌酐校正尿镉、尿比重校正尿镉的基线和随访浓度之间的组内相关系数(Intra-class correlation coefficient,ICCs)分别为0.697、0.773、0.727,并都具有显著的统计学意义(P<0.001)。尿肌酐校正尿镉的基线浓度和随访浓度的ICC甚至超过了0.75,具有非常好的一致性,因此后续分析中我们均采用尿肌酐校正的尿镉浓度作为社区人群镉慢性暴露的内暴露水平指标。分析社区人群镉暴露可能的来源时,我们发现随着吸烟量的增加,尿镉浓度呈现单调升高的趋势,而且二者的关联性在年龄<55岁中更加明显。饮食镉摄入估计量与社区人群尿镉浓度存在显著正相关(P<0.05),而且二者的关联性在BMI≥24kg/m~2人群中更强。结论:社区人群基线和随访尿镉浓度比较接近,镉的慢性暴露基本比较稳定。尿肌酐校正尿镉的时间变异性最小,肌酐校正尿镉可作为评估社区人群长期镉暴露的最佳指标。对于普通人群而言,吸烟和饮食摄入是其暴露的主要来源。第二部分社区人群镉暴露与2型糖尿病的横断面和前瞻性随访关联性研究目的:研究社区人群尿镉暴露与2型糖尿病的横断面和随访的关联性。方法:研究对象同第一部分,尿镉浓度经对数转换后纳入分析。通过Logistic回归模型分析研究对象尿镉浓度与2型糖尿病患病风险之间的横断面关联,采用限制性立方样条模型来分析二者的非线性剂量反应关系。进一步通过分层分析比较其人群特征对二者关联的交互作用影响。前瞻性随访关联性分析时,剔除基线2型糖尿病患者,通过Logistic和混合线性回归模型分析基线尿镉暴露浓度与随访2型糖尿病发病风险及血糖改变之间的剂量反应关系。结果:横断面分析显示,2型糖尿病患者的尿镉浓度(0.104μg/mmol Cr)显著高于非2型糖尿病(0.098μg/mmol Cr)(P<0.01);研究对象按尿镉浓度四分位分组,随着尿镉浓度组的递增,基线2型糖尿病的患病率呈现升高的趋势。Logistic回归结果显示,校正主要可能的混杂因素后,尿镉浓度每增加一个单位,2型糖尿病的患病风险增加94%左右[OR(95%CI)=1.944(1.276-2.962)];以尿镉浓度最低组Q1作为参照,随着尿镉浓度组的增加(Q2-Q4组),研究对象2型糖尿病的患病风险比值比[OR(95%CI)]依次分别为0.896(0.629-1.277),1.222(0.857-1.743),1.734(1.180-2.55),呈现递增的剂量反应关系趋势(P<0.001)。限制性立方样条结果表明研究对象尿镉浓度与2型糖尿病患病风险之间的横断面关联性呈现正向剂量-反应关系(P<0.05)。分层分析结果显示在各个亚组人群中,随着尿镉浓度的增加,尿镉浓度与2型糖尿病关联性的剂量反应关系依然十分显著。而且吸烟与尿镉浓度对2型糖尿病患病风险具有显著的相乘与相加交互作用(P<0.05)。与非吸烟人群相比,尿镉和2型糖尿病间的关联在吸烟人群中更强。社区人群2型糖尿病患病风险增加有40%都可归因于吸烟和高的尿镉浓度。前瞻性随访分析显示,随着基线尿镉暴露浓度的增加,研究对象的随访2型糖尿病发病率分别为4.92%、6.23%、5.86%、6.99%,在一定程度上也呈升高趋势(P>0.05)。Logistic回归结果显示,校正主要可能的混杂因素后,以基线尿镉暴露浓度最低组Q1作为参照,随着基线尿镉暴露浓度组的增加(Q2-Q4组),随访2型糖尿病发病风险的相对危险度[RR(95%CI)]依次分别为1.376(0.791-2.396),1.409(0.794-2.499),1.736(0.977-3.086)。限制性立方样条结果也表明研究对象基线尿镉浓度升高与2型糖尿病发病风险之间的随访关联性呈现正向剂量-反应关系(P>0.05)。为了进一步探究镉暴露对2型糖尿病的影响,我们分析了基线尿镉暴露浓度与随访空腹血糖改变值的关系,结果表明随着基线尿镉暴露浓度组的增加(Q2-Q4组),随访人群空腹血糖改变值的β(95%CI)分别为0.086(-0.079-0.252),0.238(0.071-0.406),0.620(0.447-0.794),二者的剂量反应关系呈升高趋势(P<0.001)。结论:在社区人群中,尿镉浓度与2型糖尿病患病风险间的横断面关联呈现正向的剂量反应关系,而且这种关联在在吸烟人群中更加明显,2型糖尿病患病风险在一定程度上可部分归因于吸烟和镉暴露。前瞻性随访研究提示,基线尿镉暴露浓度的增加,可导致显著升高的随访空腹血糖改变,而2型糖尿病发病风险虽有升高趋势,但趋势无显著的统计学意义,可能与随访时间或样本量大小有关。第三部分社区人群镉暴露与2型糖尿病关联性的中介机制探讨目的:从氧化损伤和炎性反应两个方面分别探讨其在社区人群尿镉浓度与2型糖尿病关联性的中介机制。方法:研究对象同前面两部分,采用高效液相色谱-电化学联用仪(High performance liquid chromatography-electrochemical detector,HPLC-EDC)测定尿8-OHdG浓度;采用酶联免疫吸附实验(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)测定尿8-iso-PGF2α浓度和血浆CRP浓度。尿8-OHdG、8-iso-PGF2α浓度和血浆CRP浓度均经对数转换后纳入分析。通过混合线性回归模型和Logistic回归模型探讨社区人群尿镉浓度与氧化损伤指标(尿8-OHdG和8-iso-PGF2α浓度)、炎性因子血浆CRP含量间的关联性,以及氧化损伤指标、炎性因子血浆CRP含量与2型糖尿病之间的关联性。采用中介效应模型评估上述氧化损伤标志物、炎性因子标志物与尿镉暴露、2型糖尿病三者间暴露到结局的效应、中介到结局的效应和中介效应及其所贡献的比例。结果:2型糖尿病人群的尿8-OHdG和8-iso-PGF2α浓度(74.180nmol/mmol Cr、70.187ng/mmol Cr)都要高于非2型糖尿病人群(60.735nmol/mmol Cr、60.357ng/mmol Cr)。混合线性回归结果显示,2型糖尿病人群尿镉浓度与尿8-OHdG浓度之间的关联[β(95%CI)=0.243(0.038-0.448)]要高于非2型糖尿病人群[β(95%CI)=0.171(0.099-0.243)]。同样,对于8-iso-PGF2α而言,2型糖尿病人群尿镉浓度与尿8-iso-PGF2α浓度之间的关联[β(95%CI)=0.322(0.183-0.461)]要高于非2型糖尿病人群[β(95%CI)=0.300(0.260-0.340)]。研究对象的氧化损伤指标(尿8-OHdG和8-iso-PGF2α浓度)与2型糖尿病的关联性的Logistic回归结果显示,校正可能混杂因素后,随着尿8-OHdG浓度组的增加(T1-T3组),2型糖尿病的患病风险OR(95%CI)依次分别为1(参照),1.037(0.755-1.426),1.039(0.760-1.421),关联趋势无明显的统计学意义(P>0.05);而随着尿8-iso-PGF2α浓度组的增加(T1-T3组),2型糖尿病的患病风险OR(95%CI)依次分别为1(参照),1.123(0.809-1.56),1.477(1.077-2.025),关联趋势具有明显的统计学意义(P<0.05)。中介效应模型分析结果表明尿8-OHdG介导研究对象尿镉浓度与2型糖尿病关联性的中介比例为7.13%,中介效应无统计学意义(P>0.05);而尿8-iso-PGF2α介导研究对象尿镉浓度与2型糖尿病关联性的中介比例为27.55%,中介效应具有显著统计学意义(P<0.05)。随着尿镉浓度的升高或氧化损伤标志物的升高,最高尿镉浓度和最高尿8-OHdG浓度(或者尿8-iso-PGF2α浓度最高)的人群患有2型糖尿病的风险最高。2型糖尿病人群血浆CRP浓度明显高于非2型糖尿病人群(中位数:0.845 mg/L vs.0.334mg/L,P<0.001)。混合线性回归结果显示,校正可能的混杂因素,随着尿镉浓度组的增加(Q1-Q4组),尿镉浓度与血浆CRP的回归系数β(95%CI)依次为0(参照)、0.091(-0.045-0.228)、0.175(0.035-0.316)、0.174(0.019-0.328),二者的关联性趋势具有显著的统计学意义(P<0.001)。血浆CRP与2型糖尿病之间的Logistic回归结果显示,血浆CRP每增加一个单位,研究对象2型糖尿病的患病风险增加23.3%[OR(95%CI)=1.233(1.137-1.336)],而且血浆CRP浓度与2型糖尿病呈现显著的正向剂量反应关系趋势(P<0.001)。中介效应模型分析结果显示血浆CRP介导研究对象尿镉浓度与2型糖尿病关联性的中介比例为4.01%,中介效应具有显著统计学意义(P<0.05)。随着尿镉浓度的升高或血浆CRP浓度的升高,研究对象患2型糖尿病的风险增加,而同时具有最高尿镉浓度和最高血浆CRP浓度的人群患有2型糖尿病的风险是最高的。结论:脂质过氧化损伤(尿8-iso-PGF2α)在尿镉浓度和2型糖尿病患病风险的关联性中存在一定的中介效应;系统炎性反应(血浆CRP)在尿镉浓度和2型糖尿病患病风险的关联性中也存在一定的中介效应,提示脂质过氧化损伤和炎性反可能参与社区人群镉暴露致2型糖尿病的致病过程,为镉暴露致2型糖尿病的生物学机制提供了相关流行病学线索。