基于真实世界健康体检数据的中国成人糖尿病前期代谢特征及关联因素：一项横断面研究

《Frontiers in Nutrition》：Metabolic characteristics and factors associated with prediabetes in Chinese adults based on real-world health examination data: a cross-sectional study

　　

背景：糖尿病前期（prediabetes）是一种常见的异常葡萄糖代谢中间状态，但其在健康体检人群中的代谢特征及关联因素仍未被充分定义。基于中国成人健康体检人群，本研究旨在利用真实世界健康体检数据描述糖尿病前期的代谢谱并识别与糖尿病前期相关的因素，从而为未来多中心、多区域及更广泛人群的验证和实施研究奠定基础。方法：这项横断面研究纳入了2018年1月1日至2024年12月31日期间接受常规健康体检的成人。研究人员比较了正常血糖（normoglycemia）个体与糖尿病前期个体的代谢特征。采用单因素和多因素逻辑回归（logistic regression）分析以识别与糖尿病前期相关的因素。进一步结合XGBoost与SHAP（SHapley Additive exPlanations）评估临床和代谢指标的相对重要性。结果：主要分析共纳入20,271名参与者，包括8,457名糖尿病前期患者和11,814名正常血糖者。与正常血糖组相比，糖尿病前期组年龄更大（58.48 ± 13.10 vs. 48.10 ± 12.90，P < 0.001），身体质量指数（BMI）更高（26.82 ± 3.78 vs. 22.83 ± 3.95，P < 0.001），且更可能患有高血压和脂肪肝。糖尿病前期组的总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平也更高，而高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和总胆红素（TBIL）水平更低（均P < 0.001）。在多因素分析中，BMI（校正后优势比[aOR] 2.52，95%置信区间[CI] 2.42–2.61）、脂肪肝（aOR 2.80，95% CI 2.60–3.02）、TC（aOR 1.08，95% CI 1.05–1.12）、TG（aOR 1.09，95% CI 1.05–1.12）和LDL-C（aOR 1.17，95% CI 1.13–1.21），以及年龄、高血压、丙氨酸氨基转移酶（ALT）和血尿素氮（BUN）与糖尿病前期呈正相关，而HDL-C（aOR 0.84，95% CI 0.81–0.87）和TBIL（aOR 0.75，95% CI 0.72–0.78）呈负相关。在扩展模型中，额外纳入BMI的模型显示出最佳判别性能，曲线下面积（AUC）从0.763增至0.825。XGBoost模型实现了0.941的AUC（95% CI 0.934–0.948），BMI、年龄、TG、脂肪肝和TC位列最具信息量的变量。SHAP依赖分析显示，BMI对模型输出的贡献呈非线性，在大约23.9 kg/m²时转为正性，在29.4 kg/m²附近达到峰值，随后衰减；而年龄与模型输出呈大致单调正性关系，在大约54岁时穿过零点。结论：在这个健康体检人群中，糖尿病前期与年龄、高血压、BMI、脂肪肝、血脂谱以及肝肾功相关指标的改变相关联。在这些因素中，BMI和脂肪肝显示出相对更强的关联，机器学习分析进一步突出了BMI、年龄、TG、脂肪肝和TC作为糖尿病前期早期识别的特别有信息量的变量。

**论文解读：基于真实世界健康体检数据的中成人糖尿病前期代谢特征及关联因素研究**

**研究背景与意义**

糖尿病前期（prediabetes）是介于正常葡萄糖稳态与显性糖尿病（diabetes mellitus, DM）之间的中间代谢异常状态，全球范围内糖耐量异常（impaired glucose tolerance, IGT）和空腹血糖受损（impaired fasting glucose, IFG）的患病率分别达12.0%和9.2%，且预计至2050年将持续上升。大量证据表明，糖尿病前期显著增加心血管疾病（cardiovascular disease, CVD）、慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）及早期死亡的风险。同时，糖尿病前期被视为向2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）进展的关键且潜在可逆阶段，一项纳入19个前瞻性队列的个体水平数据分析显示，10年内从糖尿病前期进展为T2DM的概率为12.5%，而回归正常血糖的概率为36.1%，凸显了早期识别和预防干预的重要性。然而，糖尿病前期的发生并非单纯的血糖调节异常，而是遗传易感性、衰老、肥胖、血脂异常、高血压、脂肪肝病及肝肾功能相关指标等共同作用的结果。尽管已有研究关注单一生物标志物或替代指标，但基于真实世界健康体检数据对糖尿病前期代谢特征及关联因素的综合认识仍然有限。因此，本研究旨在利用大样本人群的真实世界健康体检数据，系统描述成人糖尿病前期的代谢特征，并识别其关联因素，为未来多中心、多区域及更广泛人群的验证和实施研究奠定基础。该论文发表于《Frontiers in Nutrition》。

**主要技术方法**

本研究为单中心回顾性横断面研究，数据来源于首都医科大学附属北京中医医院健康体检中心2018年1月1日至2024年12月31日的健康体检人群。主要方法包括：采用独立样本t检验、Wilcoxon秩和检验和Pearson卡方检验比较正常血糖组与糖尿病前期组的代谢特征；通过单因素和多因素二元逻辑回归分析识别与糖尿病前期相关的因素，并构建基础模型及逐步纳入BMI、脂肪肝、血脂指标的扩展模型以评估判别性能（AUC）；进一步利用极端梯度提升（XGBoost）结合SHAP分析评估临床和代谢指标的相对重要性及非线性关系。样本量基于中国糖尿病前期患病率38.1%计算，考虑10%无效数据后至少需694人，最终纳入20,271名参与者进行分析。

**研究结果**

**3.1 一般信息（General information）**
研究初始纳入25,317名参与者，经排除标准筛选后，22,915人符合条件，其中8,457人患有糖尿病前期，患病率为36.9%。进一步排除2,644名糖尿病参与者后，最终分析样本为20,271人，包括8,457名糖尿病前期患者和11,814名正常血糖者。

**3.2 参与者基线特征（Baseline characteristics of participants）**
与正常血糖组相比，糖尿病前期组年龄显著更大（58.48 ± 13.10 vs. 48.10 ± 12.90岁，P < 0.001），男性比例略高（42.6% vs. 40.3%，P = 0.001），身体质量指数（BMI）更高（26.82 ± 3.78 vs. 22.83 ± 3.95 kg/m²，P < 0.001）。糖尿病前期组高血压（57.6% vs. 36.9%）和脂肪肝（38.2% vs. 15.4%）的比例显著高于正常血糖组（均P < 0.001）。在生化指标方面，糖尿病前期组总胆红素（TBIL）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平显著较低，而丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、血尿素氮（BUN）、血肌酐（Scr）、尿酸（UA）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平均显著较高（均P < 0.001）。

**3.3 与糖尿病前期相关的逻辑回归分析（Logistic regression analysis of factors associated with prediabetes）**
单因素逻辑回归显示，年龄（OR 2.29）、性别（OR 1.10）、BMI（OR 2.88）、高血压（OR 2.33）、脂肪肝（OR 3.38）、ALT、AST、BUN、Scr、UA、TC（OR 1.35）、TG（OR 1.47）和LDL-C（OR 1.41）与糖尿病前期显著正相关，而TBIL（OR 0.84）和HDL-C（OR 0.84）呈负相关。多因素逻辑回归基础模型（纳入年龄、性别、高血压、TBIL、AST、ALT、BUN、Scr、UA）显示，年龄（aOR 2.37）、高血压（aOR 2.08）、ALT、BUN和UA仍为正相关。当分别加入BMI、脂肪肝、TC、TG、HDL-C和LDL-C时，BMI（aOR 2.52）、脂肪肝（aOR 2.80）、TC（aOR 1.08）、TG（aOR 1.09）和LDL-C（aOR 1.17）与糖尿病前期正相关，而HDL-C（aOR 0.84）和TBIL（aOR 0.75）负相关。加入BMI的扩展模型判别性能最佳，AUC从0.763提升至0.825。

**3.4 机器学习分析（Machine learning analysis）**
XGBoost模型在测试集中表现出色，AUC为0.941（95% CI 0.934–0.948），最佳截断值下准确率0.867、灵敏度0.863、特异度0.870。基于SHAP分析的特征重要性排序显示，BMI是最具影响力的变量，其次为年龄、TG、脂肪肝、TC和高血压，TBIL、LDL-C、BUN、ALT、HDL-C、SCR、UA和AST贡献中等，性别、吸烟史和饮酒史贡献较小。SHAP依赖分析揭示BMI与模型输出呈非线性关系：SHAP(BMI)在大约23.9 kg/m²时由负转正，在29.4 kg/m²附近达到峰值，随后下降并在约32.3 kg/m²再次穿零；年龄则呈现单调递增关系，在大约54岁时SHAP值穿过零点。

**总结与结论**

讨论部分指出，糖尿病前期不仅是血糖调节异常，更反映了广泛的代谢紊乱，包括血脂谱改变、胰岛素抵抗、内脏及肝脏脂肪蓄积以及靶器官应激反应。BMI作为最突出的关联因素之一，其非线性关系提示当BMI超过一定范围时，其单独对代谢异质性的刻画能力受限，而伴随的血脂异常、血压升高和脂肪肝等指标贡献相对增强。脂肪肝作为肝脏异位脂质沉积的表现，与糖尿病前期强关联，反映了肥胖、肝脏脂质蓄积和胰岛素抵抗之间的代谢轴。血脂异常（高TC、TG、LDL-C及低HDL-C）在糖尿病前期阶段已存在，进一步支持糖脂代谢共同失调的早期表现。年龄和高血压的稳定关联与胰岛β细胞功能衰退及胰岛素抵抗簇集现象一致。TBIL的负相关关系与既往研究显示的较高胆红素水平与较低糖尿病风险一致，但其机制需进一步探索。研究局限性包括单中心横断面设计、无法推断因果关系、缺乏口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test, OGTT）数据、人群种族多样性有限等，未来需前瞻性多中心研究验证。

研究结论翻译如下：综上所述，在该健康体检人群中，年龄、高血压、肥胖、脂肪肝和血脂异常可能是与糖尿病前期相关的重要因素，其中BMI升高和脂肪肝与糖尿病前期可能性增加的关联相对更强。