英国生物银行中循环骨钙素（OCN）与痴呆发病风险：前瞻性队列及探索性多组学分析

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Circulating osteocalcin and incident dementia in the UK Biobank: a prospective cohort and exploratory multi-omics analysis

　　

背景：研究人员在英国生物银行（UK Biobank）中评估基线相对循环骨钙素（OCN）与痴呆发病风险的关系。方法：纵向队列包含43,942名参与者；模型使用可获得的完整记录。Cox模型使用按标准差（SD）标准化的基线OCN，随访于诊断、死亡或2024年11月27日删失。认知、磁共振成像（MRI）和基线分子分析为探索性。结果：在完全调整模型中，OCN与全因痴呆无明确关联（风险比[HR] 1.052；95%置信区间[CI] 0.988–1.120；p = 0.117；N = 40,253；1,095例事件）。血管性痴呆估计呈名义阳性（HR 1.159；95% CI 1.010–1.328；p = 0.035），但未通过三项次要结局的Holm校正（校正p = 0.105），且排除基线卒中后减弱。加入OCN使平均五折交叉验证C指数（C index）从0.84628变为0.84642（ΔC = 0.00014）。四项测试的基线认知关联均未通过Holm校正。较大MRI样本中的名义海马和WMH关联在匹配且广泛调整样本中不明显。重复访视认知模型未产生足够大小的多个类别以进行可解释的类别归属回归。仅测量基线分子分析识别出OCN相关相关性，但年龄和性别调整的支链氨基酸（BCAA）相关性未通过面板Bonferroni校正。结论：基线相对OCN未显示明确的完全调整全因痴呆关联或有用的增量判别。亚型、认知、影像和分子发现仍为探索性。这些数据不能建立代偿机制或临床预测效用。

研究背景：痴呆患病率预计增加，预防和更广泛的疾病生物学理解受到关注。既往实验和生理学研究提示骨骼具有内分泌功能，骨钙素（osteocalcin, OCN）被用于研究脑发育、神经传递、记忆相关过程及GPR158信号等；但动物实验不能确立人类相对循环Olink信号具有 comparable 效应。人类遗传和观察性研究已考察OCN与阿尔茨海默病（AD）、认知表现和脑微结构等关系，但样本量、性别、人群、检测方法和时间方向差异限制比较，且不能在本队列中确立神经保护作用。英国生物银行（UK Biobank）提供临床、遗传、影像、蛋白组和代谢组信息，研究人员因此评估基线相对OCN是否与痴呆发病相关，并探索其与认知、影像、蛋白组和代谢组特征的关联；这些分析旨在描述关联，而非建立因果骨-脑机制。

关键技术方法（不超过250字）：基于英国生物银行（UK Biobank）UKB-PPP的Olink Explore 3,072血浆蛋白组数据，构建43,942名参与者的前瞻性纵向队列，主模型完整记录40,253名、1,095例事件；采用逐步调整Cox模型和五折交叉验证C指数评价增量判别，并以线性/负二项模型分析基线认知、线性模型分析结构MRI；对基线蛋白（2,922个非OCN特征）和代谢物（251个）进行Spearman/偏秩相关、UMAP/K-means、随机森林、WGCNA、通路富集和弹性网；结合跟骨骨密度（BMD）、多基因风险评分（PRS）/APOE及Mayo Clinic ST000046血浆代谢组外部比较。

研究结果：
基线特征：描述性比较显示，较高OCN四分位者年龄更大、女性比例更高；E10/E11定义糖尿病在Q1为5.4%、Q4为2.4%。纵向队列中1,266例发生全因痴呆；痴呆事件者基线OCN中位数较高（0.04 vs. 0.00 NPX，p = 0.007），且流体智力、数字记忆、反应时和配对匹配表现较差。MRI亚队列（N = 7,151）较非MRI组更年轻、受教育程度更高、心血管代谢合并症更少、基线全因痴呆患病率更低；BMD亚队列（N = 25,155） Townsend剥夺指数较低、白人比例较高、糖尿病患病率略低，记录的全因痴呆和AD比例略高。上述均为描述性比较，不建立OCN因果效应。

基线OCN与认知和影像表型的关联：在C3完全调整模型中，流体智力OCN系数为0.00005（95% CI ?0.00551至0.00560；N = 13,210；p = 0.986），数字记忆为?0.00396（?0.00996至0.00204；N = 4,300；p = 0.196），反应时为?0.00216（?0.00401至?0.00031；N = 39,885；p = 0.022），配对匹配为?0.00086（?0.00580至0.00407；N = 40,253；p = 0.732）；反应时关联未通过四项认知域的Holm校正（校正p = 0.090）。流体智力系数由C1的0.01804变为C2的?0.00016和C3的0.00005。配对匹配负二项误差率比为0.988（95% CI 0.967–1.009；p = 0.262）。MRI Model 2较大样本中，较高基线OCN与后续总海马体积名义正相关（β = 0.0035；95% CI 0.0002–0.0067；N = 6,869；p = 0.035），与WMH体积名义正相关（β = 0.0339；95% CI 0.0079–0.0599；N = 6,707；p = 0.011）；但在匹配且广泛调整样本中，海马估计接近零，WMH估计不精确。结论：完全调整后基线认知关联弱，MRI名义关联在匹配调整后不明显。

纵向认知轨迹与痴呆发病：重复访视分析纳入流体智力4,438人、数字记忆744人、反应时9,005人；所有候选模型收敛，但三类解最小类分别占0.29%、2.02%、2.57%，均低于5%预设阈值，未进行类别归属回归。主要Cox Model 3中，OCN与全因痴呆无明确关联（HR 1.052；95% CI 0.988–1.120；p = 0.117；N = 40,253；1,095例事件）；AD为HR 1.089（0.998–1.187；p = 0.055），VaD为HR 1.159（1.010–1.328；p = 0.035），FTD为HR 0.948（0.797–1.128；p = 0.548）；三项次要结局Holm校正p分别为0.111、0.105、0.548。四分位Q4 vs. Q1全因痴呆HR 1.211（1.022–1.436；p = 0.027），VaD HR 1.674（1.153–2.430；p = 0.007），但属探索性名义比较。AD的OCN Schoenfeld检验p = 0.014，0–5年HR 1.396（1.087–1.793），之后HR 1.055（0.962–1.156），早晚差异p = 0.038。排除基线卒中后VaD HR 1.139（0.989–1.311；p = 0.071），中心分层后VaD HR 1.142（0.995–1.310；p = 0.059）。加入OCN的均值五折交叉验证C指数变化ΔC = 0.00014。结论：无明确全因痴呆关联及有用增量判别，亚型发现仍为探索性。

OCN与骨密度和遗传风险变异的系统关联：校正年龄、性别、体重指数和招募中心后，基线跟骨BMD对每SD OCN的标准化BMD系数为?0.103。标准AD PRS、增强AD PRS及增强载脂蛋白A1/B PRS为不同变量；其关联较小且取决于所用评分。弹性网复合表型分析纳入7,923名完整记录、225例痴呆事件和70例阳性复合表型，十折内部AUC为0.739（fold SE 0.024），lambda.min = 0.004084时有42个非零系数；该复合表型部分由OCN定义，不能建立痴呆特异性预测效用或因果蛋白效应。结论：OCN与BMD呈负相关，遗传评分证据有限，复合分析不是独立痴呆分类器。

探索性路径模型与测量时间：基线路径分析纳入反应时24,144人、配对匹配24,359人。以BMD为X、OCN为M的统计路径乘积，反应时为0.00241（95% bootstrap CI 0.00109–0.00382），配对匹配为0.00172（0.00033–0.00308）；以OCN为X、BMD为M时乘积分别为0.00004（?0.00131–0.00124）和0.00094（?0.00039–0.00222）。所有变量均在初始评估测量；模型乘积差异不能识别生物方向或建立代偿机制。MRI在后续访视获得，仅部分影像子队列可恢复确切日期，扫描与痴呆诊断先后顺序未完全解决。结论：基线统计路径仅描述关联，不建立因果或中介。

循环OCN的探索性多组学关联：代谢组中19,840人（44.3%）无任何251种代谢物测量，24,928人有测量谱，22,609人具完整观测谱；蛋白组无人具备全部2,922个非OCN基线蛋白列，采用≥90%可用性过滤后得到890个蛋白、14,109人的完整矩阵；分子分析未填补缺失值。蛋白与OCN的观测配对相关为CHAD 0.535（N = 43,242）、SPP1 0.394（N = 43,878）、COL1A1 0.468（N = 14,525）；年龄和性别调整偏秩相关为0.527、0.386、0.460。葡萄糖与OCN基本不相关（ρ = 0.00054；p = 0.933；调整ρ = ?0.0102；p = 0.107）。亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸未调整相关为?0.0517、?0.0270、?0.0444，调整后为?0.0146、?0.00003、?0.0170，均未通过251种代谢物面板Bonferroni校正。聚类组成在蛋白k = 2时不显著（Cramér’s V = 0.017；p = 0.271），k = 4时显著；代谢组k = 2和k = 4均显著。随机森林预测基线OCN的蛋白组五折CV R²为0.262，代谢组为0.058。通路富集分析中4条KEGG和18条Reactome通路通过BH校正，领先KEGG包括细胞黏附分子相互作用、补体/凝血级联和细胞因子-细胞因子受体相互作用，Reactome包括补体级联；这些是血浆关联的富集描述，不是痴呆相关血管损伤证据。外部Mayo Clinic ST000046队列中，AD vs. 对照的BCAA评分差异为?0.104标准化单位（95% CI ?0.709至0.501；p = 0.727），三个个体BCAA比较BH q = 0.655；该小队列未测OCN，不能验证OCN–BCAA耦合。结论：基线测量分子分析识别出OCN相关相关性，但不能建立痴呆机制、临床预测或OCN–BCAA耦合。

讨论总结：该前瞻性队列在完全调整后未发现基线相对OCN与全因痴呆的明确关联，且增量判别很小；置信区间仍兼容 modest associations，因此不能解释为生物无活性证据。VaD名义关联未通过次要结局校正，排除基线卒中或按招募中心分层后减弱；AD关联存在时间变化，单一HR不能完整概括。既往人类研究在人群、结局、样本类型和OCN检测上不同，难以直接比较；遗传工具研究、脑脊液复合信号和死亡率U型关联均不能验证本队列中的相对血浆OCN。完全调整基线认知关联弱，重复访视模型因小类别未进行类别归属回归。OCN与跟骨BMD负相关，遗传评分关联小；分子筛查显示CHAD、SPP1、COL1A1相关，但葡萄糖和BCAA关联弱且未通过校正；MRI结果依赖模型和样本选择。Olink NPX为相对丰度，不能等同于绝对浓度、异构体特异性检测或骨转换/内分泌生物利用度；肾功能指标不可用，残余混杂未解决。研究优势包括前瞻性痴呆 ascertainment、明确主模型、同一样本MRI模型比较和观测配对分子筛查；限制包括单次基线OCN、常规记录结局、分子/影像亚队列选择、检测批次和遗传主成分不可用及多重探索性分析。需以校准的异构体感知检测、测量肾功能、适当影像协变量和前瞻性对齐重复测量进行重复验证。

研究结论翻译：基线相对OCN在完全调整后与全因痴呆发病无明确关联，且在可用前瞻性样本中未显示有用的增量判别。亚型、认知、影像和测量基线分子发现仍为探索性；这些发现不能建立因果中介、代偿性内分泌反应或临床生物标志物效用。由于肾脏指标不可用，肾功能残余混杂仍未解决。需要在测量肾功能并保持一致前瞻性时间安排的情况下进行重复验证。