严重阻塞性睡眠呼吸暂停患者的线粒体功能障碍

《Sleep Medicine》：Mitochondrial Dysfunction in Patients With Severe Obstructive Sleep Apnea

　　

黄蒂妮|钟耀邦|林荣詹|王宗义|钟伟生

台湾台中中国医科大学衰老研究博士项目

摘要

背景

阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）是一种常见的睡眠障碍，其特征是间歇性缺氧和氧化应激，这会损害线粒体功能并加速细胞衰老。线粒体DNA拷贝数（mtDNA-CN）是评估线粒体健康状况的有用生物标志物。我们进行了一项横断面研究，调查了患有严重OSA的个体与未患严重OSA的个体之间mtDNA-CN的差异。

方法

我们分析了2022年3月1日至12月31日期间在台湾台中医院接受过夜间多导睡眠监测和血液检测的97名参与者。提取白细胞DNA以测量mtDNA-CN。

结果

在参与者中，35人（36.1%）患有严重OSA，62人（63.9%）患有轻度OSA。与未患严重OSA的个体相比，患有严重OSA的个体的mtDNA-CN显著较低（675.5 ± 486.9 vs 1136.1 ± 955.0，P = 0.009）。此外，严重OSA还与餐前血糖（109.5 ± 27.7 vs 92.9 ± 13.2 mg/dL，P <0.001）、HbA1c（6.2% ± 1.2% vs 5.5% ± 0.6%，P <0.001）、AST（25.2 ± 10.2 vs 21.6 ± 6.1 U/L，P = 0.045）、ALT（32.2 ± 15.4 vs 25.1 ± 16.0 U/L，P = 0.006）和肌酐水平（0.93 ± 0.22 vs 0.77 ± 0.18 mg/dL，P = 0.001）升高有关，同时估算的肾小球滤过率也较低（81.1 ± 16.8 vs 96.2 ± 20.5 mL/min/1.73m²，P = 0.001）。在调整了潜在混杂因素后，患有严重OSA的个体的mtDNA-CN仍然显著低于未患严重OSA的个体（B = –692.8，95% CI: –1190.4 to –195.3，P =0.007）。

结论

在调整了潜在混杂因素后，严重OSA与mtDNA-CN降低之间存在显著关联。这些发现表明OSA与线粒体功能障碍之间存在联系，这可能导致代谢和全身性的改变。然而，由于本研究采用横断面设计，无法确定因果关系。

引言

阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）的特点是在睡眠期间上呼吸道反复部分或完全阻塞，导致间歇性缺氧和觉醒。¹ 间歇性缺氧会激活交感神经系统，增加活性氧（ROS）的产生，并引发氧化应激，从而触发全身炎症反应。² 氧化应激的增加会导致线粒体功能障碍。³ 与OSA相关的炎症过程会促进内皮功能障碍，加速动脉粥样硬化的进展。⁴

线粒体通过氧化磷酸化产生三磷酸腺苷（ATP）作为能量来源。这些细胞器对许多代谢和信号通路至关重要，并在细胞凋亡中起关键作用。随着年龄的增长，线粒体的数量和功能都会下降，导致细胞能量供应减少，对氧化应激和代谢紊乱的敏感性增加。⁵ 有研究表明，脂肪细胞中的体重指数（BMI）与线粒体功能呈负相关。⁶ 线粒体功能障碍和过多的ROS产生可能促进高血压和冠状动脉疾病（CAD）的发展。^{7, 8} 糖尿病（DM）也通过复杂机制与线粒体功能障碍有关。⁹ 此外，高脂血症和脂肪肝也可能由线粒体功能障碍和ROS产生增加引起。¹⁰

严重OSA的定义是每小时呼吸暂停-低通气指数（AHI）≥30次，通常通过多导睡眠监测确定。这种情况会扰乱睡眠的质量和数量。未经治疗的严重OSA会增加高血压、¹¹ 糖尿病、¹² 心血管疾病、^{13, 14} 认知障碍、¹⁶ 痴呆症¹⁷ 以及交通事故¹⁸ 的风险，严重影响个体的健康并带来巨大的社会经济负担。

OSA常被称为“无声的缺氧”或“隐形杀手”，因为它在睡眠期间影响个体，这使得其检测变得复杂。¹ 尽管其后果严重，但OSA的诊断率仍然较低；人口调查显示，86%至95%的临床显著OSA患者未被诊断。¹³

睡眠障碍会损害身心健康，与线粒体功能障碍有关。¹⁹ 严重的OSA导致的显著间歇性缺氧会增加氧化应激，造成线粒体损伤并改变线粒体DNA（mtDNA）。²⁰ 值得注意的是，mtDNA是一种存在于线粒体内的环状、多拷贝的基因组，它在细胞能量产生中起着关键作用。细胞的能量产生能力取决于mtDNA的完整性和拷贝数（CN）。证据表明，mtDNA-CN作为线粒体功能的生物标志物，与总体死亡率和多种与年龄相关的疾病有关。²¹ Han等人报告称，睡眠质量差与mtDNA-CN降低有关，表明睡眠质量差可能通过线粒体功能障碍加速细胞衰老。²² 功能失调的线粒体可能会损伤DNA并减少ATP的产生，进一步损害代谢和肾功能。然而，关于OSA与线粒体功能之间关联的研究仍然有限。在本研究中，我们假设患有严重OSA的个体与未患严重OSA的个体之间的mtDNA-CN存在差异。

章节片段

研究人群

本研究包括2022年3月1日至12月31日期间在台湾台中医院接受过夜间多导睡眠监测（PSG）的参与者。PSG使用的是Nox A1系统和WristOx设备（Nox Medical ehf，冰岛雷克雅未克）。AHI是通过计算每小时睡眠中的呼吸暂停和低通气事件的平均次数来确定的。低通气定义为气流减少≥30%（通过鼻压测量），持续时间至少10秒，并伴有≥3%的氧饱和度下降。

DNA提取

从所有参与者那里收集了全血样本（3 cc，置于乙二胺四乙酸涂层管中）。使用Plus Blood Genomic DNA Purification Kits（DP023P；GeneMark Technology，台湾）提取基因组DNA。在提取DNA之前，将血液样本与含有RNase A、蛋白酶K溶液、细胞裂解溶液和结合/提取溶液的磷酸盐缓冲盐水混合。混合物在70°C下孵育10分钟，然后以13,000 ×g的离心速度进行离心。

质量控制与标准化

通过分光光度法确认DNA纯度（A260/280 = 1.8–2.1；A260/230 ≥ 1.8）。每个样本针对两个目标进行三次检测。无模板对照显示无扩增，熔解曲线分析需要一个峰值。如果效率在90–110%且R² ≥ 0.99，或者Cq值与验证结果匹配，则认为检测有效。如果重复检测的SD > 0.30个循环，则标记为无效；如果有一个重复检测的结果超过中位数的0.5个循环，则将其排除。如果样本有≥2个不一致的重复检测结果或持续的SD > 0.30，则认为检测无效。

患有严重OSA与未患严重OSA的患者的人口统计特征和合并症

研究人群包括97名参与者（62人患有轻度OSA，35人患有严重OSA）。与未患严重OSA的参与者相比，患有严重OSA的参与者更可能是男性（62.9% vs 35.5%，P = 0.009），年龄也更大（53.7 ± 13.7岁 vs 43.8 ± 14.3岁，P = 0.002）。患有严重OSA的参与者还具有显著更高的BMI（29.8 ± 5.5 kg/m² vs 24.3 ± 4.6 kg/m²，P < 0.001）、颈围（39.1 ± 4.5 cm vs 35.2 ± 5.0 cm，P < 0.001）和AHI（56.4 ± 23.7次/小时 vs 13.3 ± 7.6次/小时）。

讨论

局限性

本研究存在几个局限性。首先，横断面设计排除了因果推断的可能性；因此，研究结果应被视为关联关系。其次，相对较小的样本量可能会限制结果的普遍性，并降低检测小效应大小的能力，尽管它足以识别中等程度的差异。尽管如此，多种分析方法得出的结果一致，支持了这些结果的可靠性。第三，分析基于单一数据集。

结论

在本研究中，患有严重OSA的个体的mtDNA-CN显著低于未患严重OSA的个体。这一发现表明严重OSA与线粒体功能障碍有关。我们的结果还表明，严重OSA与餐前血糖、HbA1c、AST和ALT水平升高以及肾功能受损有关，表明严重OSA具有全身性影响。此外，这项研究强调了线粒体的潜在作用。

伦理批准和知情同意

本研究获得了台湾卫生福利部Tsaotun精神病中心的机构审查委员会的批准。所有参与者均提供了知情同意书。批准编号为111010。

CRediT作者贡献声明

林荣詹：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、方法学设计、研究实施。钟伟生：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目协调、方法学设计、研究实施、资金筹集、数据分析、数据整理、概念构思。黄蒂妮：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督。

利益冲突

所有作者声明没有利益冲突。

数据和材料的可用性

所有相关数据和材料均包含在本手稿中。

资助

本工作得到了台湾卫生福利部（11322）的支持。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定或手稿准备。

利益冲突声明

所有作者声明没有利益冲突。

致谢：

我们感谢台中医院提供的行政支持。