Gamma Glutamyl Transferase and Metabolic Syndrome, Cardiovascular Disease, and Mortality Risk

Gamma-glutamyltransferas (GGT) har betraktats som en biomarkör för lever- och gallsjukdomar och alkoholkonsumtion/missbruk.1 GGT framställs dock av extrahepatiska vävnader, inklusive njurar, epididymis, fibroblaster, lymfocyter och lungor.2-4 Ackumulerade experimentella bevis tyder på att GGT spelar en viktig roll i den extracellulära katabolismen av glutation, den viktigaste tiolantioxidanten hos människor. GGT ökar tillgängligheten av cystein för att främja intracellulär glutathionresyntes (GSH) och därmed motverka oxidantstress.2,5,6 GGT adsorberas på cirkulerande lipoproteinkolesterol med låg densitet (LDL) och kan katalysera dess oxidation.7 Det uttrycks i den ateromatösa kärnan i kranskärlsplacken, där det samlokaliseras med oxiderat LDL och skumceller.8 GGT kan också vara proinflammatoriskt, eftersom det förmedlar interkonvertering av den glutationhaltiga inflammationsmediatorn leukotrien C4 till leukotrien D4.9

Parallella bevis från epidemiologiska studier tyder på att högre GGT i serum är förknippat med utveckling av riskfaktorer för kardiovaskulära sjukdomar (CVD), inklusive diabetes, högt blodtryck, dyslipidemi10-13 och det metabola syndromet10 . GGT-nivåer korrelerar positivt med nya kardiovaskulära riskfaktorer som C-reaktivt protein (CRP), fibrinogen, F2-isoprostaner,14 och omvänt med antioxidantnivåer.15 Tidigare studier har förknippat ökat GGT med dödlighet till följd av ischemisk hjärtsjukdom och cerebrovaskulär sjukdom16-18 , men har inte behandlat huruvida serum-GGT avspeglar en större belastning av riskfaktorer för kardiovaskulära sjukdomar12,13,19 eller om GGT har en ökad prognostisk användbarhet utöver dessa riskfaktorer20,21 . Även om tidigare studier har haft unika styrkor, justerade de inte för etablerade kardiovaskulära riskfaktorer eller CRP16,22-24 och hade ett begränsat val av slutpunkt.24

Vi undersökte de kliniska korrelaten i tvärsnitt av serum GGT och utvärderade longitudinellt om högre nivåer förutspådde framtida CVD-händelser och dödlighet i Framingham Heart Study. Vi antog att en ökad serum GGT skulle vara förknippad med förhöjd risk för nytillkommet metabolt syndrom, inträffad CVD och dödlighet av samtliga orsaker efter att ha tagit hänsyn till etablerade och nya kardiovaskulära riskfaktorer. Vi postulerade att GGT skulle förutsäga risken för CVD även efter justering för vaskulära riskfaktorer som tidsberoende variabler under uppföljningen.

Metoder

Studiedeltagare

Framingham Offspring Study inleddes 1971 genom att 5124 avkommor till de ursprungliga kohortdeltagarna (och deras makar) registrerades.25 Vid den andra undersökningscykeln (1978-1982) deltog 3853 deltagare från avkommor (1864 män, 1989 kvinnor). Av dessa exkluderades 402 av följande skäl: saknade GGT-data (n=234, 6 %), förekomst av CVD (n=151, 4 %) och saknade kovariatdata (n=17, 0,4 %). Tidigare CVD definierades som förekomst av kranskärlssjukdom (hjärtinfarkt, kranskärlsinsufficiens, angina pectoris), perifer kärlsjukdom (claudicatio intermittens), cerebrovaskulär sjukdom (stroke eller transitorisk ischemisk attack) eller hjärtsvikt.26 Vid varje undersökning inom ramen för Heart Study som genomförs vart fjärde år genomgick deltagarna standardiserade mätningar av blodtrycket (BP), antropometri, anamnes, sjukdomshistoria, fysisk undersökning och laboratoriebedömning av kardiovaskulära riskfaktorer. Alla deltagare gav skriftligt informerat samtycke och studieprotokollet godkändes av Institutional Review Board of the Boston Medical Center.

Mätningar och definitioner

Systoliskt och diastoliskt blodtryck var genomsnittet av två av läkare erhållna mätningar som utfördes efter att deltagarna hade vilat minst 5 minuter i sittande ställning, med hjälp av en kvicksilvershygmomanometer. Hypertoni definierades som ett systoliskt blodtryck ≥140 mm Hg eller ett diastoliskt blodtryck ≥90 mm Hg, eller användning av antihypertensiva läkemedel. Aktuell rökning var självrapporterad och definierades som att ha rökt cigaretter regelbundet under det föregående året. Alkoholkonsumtion definierades utifrån självrapporterat genomsnittligt veckointag. Serumtriglycerider, total- och HDL-kolesterol samt blodglukos mättes efter fastan över natten. Diabetes definierades genom fasteblodsocker ≥126 mg/dL eller användning av orala hypoglykemiska medel eller insulin.

Deltagarna genomgick flebotomi efter en nattfasta (mellan 10 och 12 timmar), vanligtvis mellan 07.30 och 09.00. Blodet centrifugerades omedelbart och plasma- och serumprover förvarades vid -20 °C tills de analyserades. Enhetlig mätning av GGT-aktiviteten i serum utfördes med spektrofotometri genom att detektera frigörelsen av p-nitroanilin vid 405 nm, som är resultatet av reaktionen γ-glutamyl-p-nitroanilid + glycylglycin (Quest Diagnostics ).27 Högkänsligt C-reaktivt protein (CRP) mättes med en Dade Behring BN100 nefelometer från prover som också togs fram vid den andra undersökningscykeln av avkomman. Den genomsnittliga intra-assay-variationskoefficienten för CRP var 3,8 %.

Cross-sectional Correlates of GGT

Vi utvärderade sambandet mellan GGT i serum vid baslinjen och CVD-riskfaktorer och kliniska kovariater, inklusive ålder, kön, systoliskt och diastoliskt blodtryck, högt blodtryck, LDL- och HDL-kolesterol, serumtriglycerider, fasteblodsglukos, diabetes, kroppsmasseindex (BMI), rökstatus och alkoholkonsumtion. Vi jämförde GGT-nivåer i serum beroende på förekomst av metaboliskt syndrom vid baslinjen, med hjälp av modifierade kriterier från National Cholesterol Education Program (NCEP), som krävde minst tre av följande: (1) förhöjda triglycerider, ≥150 mg/dL; (2) HDL-kolesterol <40 mg/dL eller <50 mg/dL ; (3) blodtryck ≥130 mm Hg systoliskt, ≥85 mm Hg diastoliskt, eller på antihypertensiv behandling; (4) fasteblodglukos ≥100 mg/dL; och (5) BMI ≥30 kg/m2.28 Vi ersatte BMI med ökad midjeomkrets eftersom mätningar av midjan inte erhölls vid baslinjeundersökningen.

Prospektiv uppföljning för inträffade händelser

Deltagarna följdes prospektivt för utveckling av metabolt syndrom, inträffad CVD (dödlig eller icke-dödlig kranskärlssjukdom, perifer kärlsjukdom, cerebrovaskulär sjukdom eller hjärtsvikt) och död under en maximal uppföljningstid på 20 år. Alla CVD-händelser och dödsfall granskades systematiskt av en panel med tre undersökare efter att ha utvärderat alla tillgängliga kontors- och sjukhusjournaler, laboratorietestresultat, dödsattester och obduktionsrapporter.

Statistisk analys

Cross-sectional Correlates of GGT

Distributionen av GGT-värdena var högerskevad, därför tillämpades en naturlig log-transformation. För att ta hänsyn till en uppåtriktad förskjutning av log-GGT hos män i förhållande till kvinnor standardiserade vi fördelningen (medel=0, SD=1) inom varje kön. Fördelningen av serumtriglycerider och alkoholkonsumtion var skev och log-transformerades också. Tvärsnittskorrelat till GGT identifierades med hjälp av könspoolad multipel linjär regressionsanalys. Varje potentiellt korrelat undersöktes separat i ålders- och könsjusterade modeller. Variabler som var statistiskt signifikanta vid α=0,05 i dessa modeller utvärderades i multivariabel analys med framåtriktad stegvis selektion; kovariater som var signifikanta vid α=0,15 behölls.

Longitudinell analys av GGT och kliniska händelser

Vi använde oss av Cox proportionell riskregression för att undersöka sambandet mellan GGT vid baslinjen och: (1) metabolt syndrom, (2) incident CVD och (3) dödlighet av samtliga orsaker, under 20 års uppföljning. Vi konstruerade Cox-modeller för sammanslagna kön eftersom formella tester av interaktion (kön×log-GGT) inte var statistiskt signifikanta för något utfall. Inledningsvis fastställde vi den risk som är förknippad med en ökning av en standardavvikelse i standardiserad logtransformerad GGT. Brytpunkter för könsspecifika kvartiler definierades utifrån GGT-fördelningen för alla deltagare vid baslinjen (före uteslutningar). Vi jämförde risken för händelser i kvartilerna 2 till 4 i förhållande till den lägsta kvartilen och testade också för linjär trend över kvartilerna.

För nyinsjuknat metaboliskt syndrom undersökte den primära analysen händelser under hela studiens varaktighet (20 år), efter att ha uteslutit deltagare med metaboliskt syndrom vid baslinjen. Vi undersökte också risken för metabolt syndrom enligt GGT under korttidsuppföljning (8 år). Nytillkommet metabolt syndrom definierades genom närvaro av de modifierade NCEP-diagnostiska kriterierna vid någon efterföljande fyraårsundersökning.29 Eftersom fastställandet av metabolt syndrom krävde närvaro vid Heart Study-undersökningar (medan CVD eller dödsfall fastställs oberoende av Heart Study-besök), avslutade vi uppföljningen vid det sista undersökningsdatumet om >2 på varandra följande undersökningscykler var obesökta. Cox-modellerna justerades inledningsvis för faktorer som inte var relaterade till definitionen av det metabola syndromet: ålder, kön, alkoholkonsumtion och log-CRP. I en sekundär analys utvärderade vi om GGT förutspådde nytillkommet metabolt syndrom efter ytterligare justering för BMI, fasteblodsocker, systoliskt och diastoliskt blodtryck, serumtriglycerider och rökning.

För analyser som relaterar GGT till risken för incident CVD och dödsfall konstruerade vi ålders-/könsjusterade kurvor för kumulativ incidens för att illustrera risken över GGT-kvartiler. Cox-modeller som uppskattar risken för incident CVD och dödlighet justerades för ålder, kön, BMI, diabetes, systoliskt blodtryck, antihypertensiv behandling, total/HDL-kolesterolkvot, nuvarande rökning och alkoholkonsumtion vid baslinjen. Dessutom justerades vi för serumkreatininkoncentrationen och utbildningsnivå (eftergymnasial nivå respektive ej) som en indikator på socioekonomisk status i CVD-modellerna. Vidare justerade vi för aspartat- och alaninaminotransferaser (AST, ALT), eftersom rapporter har kopplat dessa enzymer till CVD och metaboliskt syndrom.30,31 Dessutom justerade vi för: (1) CRP vid baslinjen, (2) CRP vid baslinjen och alla andra kovariater som modellerats som tidsberoende variabler (uppdaterade vid varje efterföljande fyraårig Framingham-undersökning som besöktes). Vi undersökte diskrimineringen av modeller som inkluderade kliniska kovariater och log-GGT med och utan log-CRP för att fastställa det inkrementella värdet av det sistnämnda efter redovisning av GGT, med hjälp av c-statistiken. I Cox-modellerna bekräftade vi att antagandet om proportionalitet för riskerna var uppfyllt32 . Statistiska analyser utfördes med hjälp av SAS version 8.2 (Cary, NC) och ett tvåsidigt sannolikhetsvärde ≤0,05 ansågs vara statistiskt signifikant.

Resultat

Tvärsnittskorrelat av GGT

Deltagarna i högre GGT-kvartiler var äldre, hade högre BMI och var mer benägna att ha högt blodtryck och förhöjda lipider, fasteblodsglukos och CRP (tabell 1; P<0,001 för kvartiltrend). I den högsta kvartilen hade 81,4 % av männen och 86,9 % av kvinnorna GGT-värden inom det normala referensområdet (t.ex. män ≤50 U/L, kvinnor ≤40 U/L). Tvärsnittsvis var förekomsten av det metabola syndromet associerad med högre GGT hos män (24,9±15,3 jämfört med 18,9±14,7 U/L; P<0,001) och kvinnor (19,8±15,0 jämfört med 11,4±9,2 U/L; P<0,001). I stegvisa multipla regressionsmodeller (se tilläggsmaterialet, tillgängligt online på http://atvb.ahajournals.org) var log-GGT positivt associerat med ålder (P=0,009), manligt kön, rökning, BMI, LDL-kolesterol, serumtriglycerider, alkoholkonsumtion, diastoliskt blodtryck, hypertonibehandling (P≤0,001 för alla) och fasteblodsglukos (P=0,004). Ovanstående faktorer förklarade 33 % av den interindividuella variabiliteten i GGT; kön, serumtriglycerider och alkoholkonsumtion var huvudkorrelat som förklarade en stor del av variationen. Det fanns en svag positiv korrelation mellan log-GGT och log-CRP (Pearsons r=0,27, P<0,001), som var av samma storlek hos män (r=0,26) och kvinnor (r=0,27).

Serum GGT och förekomst av det metabola syndromet

Vid uppföljning utvecklade 419 deltagare (16 %, 192 kvinnor) metabola syndromet efter 8 år och 968 individer (37 %, 479 kvinnor) utvecklade metabola syndromet under en 20-årsperiod. I multivariabla Cox-modeller justerade för ålder, kön, alkoholkonsumtion och CRP var högre GGT förknippat med större risk för att utveckla det metabola syndromet med en 134 % (8 år) till 76 % (20 år) ökad risk i den översta kvartilen jämfört med den lägsta (tabell 2). I modeller som utvärderade log-GGT var en ökning av log-CRP med 1 SD förknippad med en 1,38-faldig (95 % KI; 1,25 till 1,53, P<0,001) och 1,26-faldig (95 % KI; 1,18 till 1,35, P<0,001) risk att drabbas av metaboliskt syndrom efter 8 respektive 20 år. Sambandet mellan GGT och nytillkommet metabolt syndrom förblev robust i modeller som justerades för serum AST och ALT (data visas inte).

Att justera för ålder, kön, BMI, fasteglukos, systoliskt blodtryck, diastoliskt blodtryck, log-triglycerider, alkoholkonsumtion, rökstatus och log-CRP, förblev sambandet mellan GGT och metaboliskt syndrom signifikant. Riskförhållandena (HR) per ökning i GGT-kvartilen var 1,14 (95 %CI; 1,04 till 1,26, P<0,01) och 1,09 (95 %CI; 1,02 till 1,16, P<0,01) i Cox-modeller med 8 års respektive 20 års uppföljning.

Serum GGT och risk för CVD och dödlighet

Totala 65 900 personår av observation fanns tillgängliga hos 3451 deltagare för incident CVD och död. Vid uppföljning (medelvärde 19,1±3,0 år) drabbades 535 deltagare (15,5 %; 173 kvinnor) av incident CVD och 362 personer dog (10,5 %; 131 kvinnor). Den ålders- och könsjusterade kumulativa incidensen av CVD och dödsfall (figurerna 1 och 2) visade en ökande riskgradient över GGT-kvartilerna (log-rank P<0,001 för båda resultaten).

I multivariabla modeller som justerar för etablerade riskfaktorer och CRP var log-GGT positivt relaterat till CVD-incidens och en graderad ökning av CVD-risken observerades över GGT-kvartilerna (tabell 3). Sambandet mellan GGT och CVD bibehölls i modeller där CVD-riskfaktorer införlivades som tidsvarierande kovarianter (tabell 3). En ökning av log-CRP med 1 SD var förknippad med en 1,20-faldig (95 % KI; 1,08 till 1,33, P<0,001) risk för incident CVD. Efter ytterligare justering för serumkreatininkoncentration och utbildningsnivå var en ökning av GGT med 1 SD fortfarande förknippad med en 15-procentig ökning av CVD (HR 1,15, 95 %CI; 1,05 till 1,27, P=0,004). De som befann sig i den högsta GGT-kvartilen hade en 1,66-faldig risk (95 %CI; 1,22 till 2,26, P=0,001), och en signifikant trend fanns över kvartilerna (P<0,001).

I multivariabla analyser av mortalitet ökade risken över GGT-kvartilerna och förblev robust även efter justering för log-CRP och riskfaktorer som modellerades som tidsvarierande kovarianter (tabell 4). Om man tar hänsyn till log-CRP och alla andra riskfaktorer som tidsvarierande kovariater, var en ökning av log-GGT med 1 SD förknippad med en 26 % ökad risk för dödsfall. En ökning av log-CRP med 1 SD var förknippad med en 1,31-faldig risk (95 %CI; 1,16 till 1,47, P<0,001) i de senare modellerna. Sambanden mellan GGT och incident CVD och död bibehölls efter justering för serum AST och ALT (data visas inte).

Att justera för kliniska kovariater (t.ex. ålder, kön, BMI, diabetes, systoliskt blodtryck, förhållandet mellan totalkolesterol och HDL-kolesterol, nuvarande rökning, alkoholkonsumtion) och log-GGT, var c-statistiken för risken för hjärt- och kärlsjukdomar 0,785 (95 % KI; 0,766 till 0,804). När log-CRP lades till ökade c-statistiken minimalt till 0,786 (95 %CI; 0,767-0,805). På samma sätt hade modellen för mortalitet med kliniska kovarianter och log-GGT en c-statistik på 0,799 (95 %CI; 0,778-0,821), och tillägg av log-CRP ökade den minimalt till 0,802 (95 %CI; 0,780-0,823). Det fanns ingen signifikant interaktion mellan GGT och CRP för förutsägelse av CVD eller mortalitet.

Diskussion

Principala resultat

De huvudsakliga resultaten av våra undersökningar är trefaldiga. För det första var GGT-nivåer i serum tvärsnittsrelaterade till CVD-riskfaktorer, särskilt ökad ålder, manligt kön, dyslipidemi, BMI, glykemi, blodtryck och rökning. För det andra var högre GGT-värde i serum kopplat till ökad förekomst av det metabola syndromet, utöver de konventionella riskfaktorerna, inklusive CRP. För det tredje var GGT i serum positivt förknippat med inträffad CVD och död, efter att man tagit hänsyn till CRP och hepatiska enzymer. Eftersom GGT var associerat med det metabola syndromet prospektivt justerade vi för etablerade CVD-riskfaktorer som tidsvarierande kovariater, och GGT:s samband med CVD och dödlighet kvarstod, vilket tyder på att GGT-risken uppstår genom andra mekanismer än främjande/utveckling av kända riskfaktorer. Sammantaget tyder våra data på att GGT i serum förutspår utvecklingen av det CVD-riskfaktorkluster som utgör det metabola syndromet, CVD-händelser och dödlighet.

Sammanställning med tidigare forskning

Premiärstudier föreslog att högre GGT-nivåer förutspådde dödlighet av alla orsaker hos patienter med hjärtinfarkt eller kranskärlssjukdom20,21 och hos medelålders personer utan befintlig kranskärlssjukdom16,24 . Tidigare studier begränsades av att de använde sig av dödsattestdiagnoser av kranskärlssjukdom, och ingen av dem behandlade huruvida GGT förutspådde vaskulär risk via främjande av etablerade riskfaktorer.16 Våra observationer som relaterar GGT till dödliga och icke-dödliga incidenter av CVD-händelser i ett samhällsbaserat urval kompletterar tidigare studier som rapporterar att högre GGT är förknippat med kardiovaskulär död.33 Vi utökar tidigare arbete genom att visa att GGT är förknippat med incidenter av CVD även efter att man har tagit hänsyn till CRP vid utgångsläget och riskfaktorer som modellerats som tidsvarierande kovariater.

Och även om GGT var svagt korrelerat med CRP i vårt urval och i tidigare studier,34 upphävde CRP inte GGT:s prediktiva värde för kliniska händelser. För det första minskade inte justering för CRP sambandet mellan GGT och CVD eller dödlighet. För det andra var den ytterligare effekten på modelldiskrimineringen minimal när CRP lades till en modell som bestod av kliniska kovariater och GGT. Slutligen fanns det ingen statistisk interaktion mellan GGT och CRP. Våra resultat tyder på att GGT, en rutinmässigt tillgänglig metabolisk markör och indikator på oxidativ stress, är en betydande prediktor för CVD- och dödlighetshändelser oberoende av CRP. Våra resultat tyder på att GGT kommer att vara en viktig komponent i framtida biomarkör- och multimarkörmetoder för kardiovaskulär riskbedömning.

Potentiella mekanismer för GGT-effekten

Mekanismer som förklarar GGT:s bidrag till CVD och mortalitet har inte helt klarlagts. GGT är förknippat med hepatisk steatos35 och insulinresistens,22,23 och är en prediktor för hypertoni36 och diabetes.13,37 Även om vi observerade att förhållandet mellan GGT och kardiovaskulära händelser och död förblev robust efter att ha tagit hänsyn till fasteglukos och komponenterna i det metabola syndromet, är det tänkbart att en sådan justering ofullständigt tar hänsyn till hepatisk insulinresistens och/eller steatos38 . Aktiviteten hos ectoenzymatisk GGT kan också modulera redoxstatusen hos proteintyoler på cellytan, vilket leder till produktion av reaktiva syrearter och membranpermeabel väteperoxid.39 Som tidigare nämnts bidrar GGT till oxidativ stress i flera organsystem, lokaliseras till ateromatösa plack som innehåller oxiderat LDL och är proinflammatoriskt, vilket ytterligare involverar detta protein i aterogenesen.34,40,41

Styrkor och begränsningar

Styrkorna i vår undersökning är dess prospektiva utformning, konsekventa definition och validering av CVD-händelser, fullständig longitudinell kartläggning av dödsfall, redovisning av riskfaktorer som tidsvarierande kovariater och justering för CRP. Den biologiska rimligheten att GGT medierar vaskulär risk återspeglas av styrkan i associationerna, tidsmässiga relationer mellan GGT vid baslinjen och framtida vaskulär risk samt konsistens i resultaten i flera analyser. Flera begränsningar av vårt tillvägagångssätt förtjänar att kommenteras. Att fastställa att GGT är en ”riskfaktor” för CVD skulle kräva ytterligare mekanistiska studier som ytterligare bedömer systemisk oxidativ stress och utvärderar hepatisk steatos och insulinresistens. Vi fick inte upprepade GGT- eller CRP-mätningar utan använde utgångsvärden, vilket är en potentiell begränsning eftersom förändringar kan ske med tiden.23 Vi utvidgade inte heller denna studie till andra nya biomarkörer för vaskulär risk. Icke desto mindre är GGT-analyser allmänt tillgängliga analyter som rutinmässigt kan mätas i kliniska laboratorier. Slutligen var den överväldigande majoriteten av vårt urval vit, vilket begränsar generaliserbarheten till andra etniciteter.

Slutsatser

I vårt samhällsbaserade urval förutspådde högre GGT-nivåer CVD, dödlighet och utveckling av det metabola syndromet. Sambandet mellan GGT och negativa kardiovaskulära utfall och död var robust efter justering för traditionella kardiella riskfaktorer och CRP. Vår studie tyder på att ytterligare undersökningar av GGT kommer att ge insikter i patogenesen av CVD och bättre definiera den kliniska nyttan av denna markör.

Källor till finansiering

Detta arbete stöddes av ett kliniker-forskare-pris från Canadian Institutes of Health Research (till D.S.L.), National Institute of Health/National Heart, Lung, and Blood Institute, kontrakt N01-HC-25195, och forskningsbidrag R01HL073272 (till P.W.W.), K23HL074077 (till T.J.W.), R01HL076784 (till E.J.B.).), N01HV28178 (till R.S.V.), R01HL71039 (till R.S.V.), R01HL67288 (till R.S.V.) och 2K24HL04334 (till R.S.V.).

Fotnoter