骨性關(guān)節(jié)炎患者血清和關(guān)節(jié)滑液中BMP-7的檢測及臨床意義

廖偉雄，李眾利，王 杰，王鴻麗，傅仰木，白曉偉

1解放軍總醫(yī)院 骨科，北京 100853；2國家生物醫(yī)學(xué)分析中心，北京 100850

骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是成年人中最常見的關(guān)節(jié)疾病。其主要特征為慢性持續(xù)性和進(jìn)行性的關(guān)節(jié)軟骨損壞，常導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛、僵硬、腫脹、活動(dòng)受限和功能障礙[1]。在老年肥胖人群中，OA是引起膝關(guān)節(jié)進(jìn)行性疼痛的最主要原因。目前OA的診斷主要依靠臨床癥狀結(jié)合影像學(xué)資料，但病程早期患者通常無明確癥狀及異常影像學(xué)表現(xiàn)，使得OA的早期診斷受到限制。監(jiān)測體內(nèi)的生物標(biāo)志物能夠定量和動(dòng)態(tài)地反映關(guān)節(jié)內(nèi)的變化，有助于OA的早期亞臨床診斷、疾病分期、療效檢測及預(yù)后評(píng)估[2-3]。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)是唯一能夠單獨(dú)誘導(dǎo)骨組織形成的局部生長因子。BMP-7是BMPs家族中一員，它不僅具有強(qiáng)烈的誘骨活性[4]，還可促進(jìn)軟骨細(xì)胞蛋白多糖表達(dá)并抑制軟骨基質(zhì)降解，修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷，維持軟骨的完整性[5-6]。本研究擬采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)測定OA及非OA患者血清和關(guān)節(jié)滑液中的BMP-7水平，以此研究血清和滑液中BMP-7與OA影像學(xué)嚴(yán)重程度分級(jí)的相關(guān)性。

資料和方法

1 研究對(duì)象 收集2012年1-6月在解放軍總醫(yī)院行關(guān)節(jié)鏡診治或關(guān)節(jié)置換的膝關(guān)節(jié)疾病患者90例。其中OA組67例，男21例，女46例；年齡43~81歲，平均62.7歲。所有OA患者均符合1995年美國風(fēng)濕病學(xué)會(huì)關(guān)于OA的診斷標(biāo)準(zhǔn)。OA嚴(yán)重程度分級(jí)采用Kellgren-Lawrence放射學(xué)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(圖1)。1級(jí)：可疑關(guān)節(jié)內(nèi)骨贅及關(guān)節(jié)間隙狹窄16例；2級(jí)：肯定關(guān)節(jié)內(nèi)骨贅，可疑關(guān)節(jié)間隙狹窄19例；3級(jí)：少量關(guān)節(jié)內(nèi)骨贅、硬化，肯定關(guān)節(jié)間隙狹窄，可疑骨關(guān)節(jié)畸形20例；4級(jí)：大量關(guān)節(jié)內(nèi)骨贅，嚴(yán)重骨質(zhì)硬化，關(guān)節(jié)間隙明顯狹窄，肯定骨關(guān)節(jié)畸形12例。非OA組23例，男16例，女7例；年齡13~40歲，平均25.1歲。均為非OA的其他膝關(guān)節(jié)疾病患者，其中半月板損傷11例，前交叉韌帶損傷9例，盤狀半月板2例，髕骨半脫位1例，且均無明顯關(guān)節(jié)軟骨損傷。

2 標(biāo)本收集和BMP-7檢測 兩組均在行關(guān)節(jié)鏡診治或關(guān)節(jié)置換時(shí)抽取膝關(guān)節(jié)滑液原液2~3 ml，同時(shí)取靜脈全血2 ml。離心后取上清液保存在-80 ℃冰箱內(nèi)待測。采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)檢測血清和關(guān)節(jié)滑液中BMP-7的水平。操作按試劑盒(美國R＆D公司提供)說明進(jìn)行。在450 nm波長下測量各孔的吸光度值(OD值)。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件，計(jì)量資料結(jié)果以-x±s表示，OA組與非OA組間數(shù)據(jù)比較應(yīng)用Student's t檢驗(yàn)，多組數(shù)據(jù)間比較應(yīng)用one-way ANOVA檢驗(yàn)，BMP-7濃度與OA嚴(yán)重程度(Kellgren-Lawrence放射學(xué)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn))之間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)性分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 兩組BMP-7水平比較 OA組血清BMP-7水平高于非OA組[(11.44±8.38) pg/ml vs (3.81±2.24) pg/ml，P＜0.001]，OA組關(guān)節(jié)滑液BMP-7水平亦高于非OA組[(9.04±7.32) pg/ml vs (2.97±1.83) pg/ml，P=0.001]。兩組血清BMP-7水平均高于滑液[(9.49±8.03) pg/ml vs (7.49±6.90) pg/ml，P＜ 0.001]。見圖 2。

圖1 Kellgren-Lawrence放射學(xué)分級(jí) A：1級(jí)； B：2級(jí)； C：3級(jí)； D：4級(jí)Fig.1 Kellgren-Lawrence radiographic grading criteria A： Grade 1； B： Grade 2； C： Grade 3； D： Grade 4

2 非OA組與不同嚴(yán)重程度OA亞組BMP-7水平比較 4級(jí)OA組血清BMP-7明顯高于其他各組(P＜0.001)；3級(jí)OA組血清BMP-7明顯高于2級(jí)、1級(jí)和非OA組(P＜0.001)；2級(jí)OA組血清BMP-7高于1級(jí)(P=0.049)和非OA組(P=0.002)；1級(jí)OA組血清BMP-7雖然高于非OA組，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.355)。4級(jí)OA組滑液BMP-7明顯高于其他各組(P＜0.001)；3級(jí)OA組滑液BMP-7明顯高于2級(jí)、1級(jí)和非OA組(P＜0.001)；2級(jí)OA組滑液BMP-7高于非OA組(P=0.018)，2級(jí)OA組滑液BMP-7雖然高于1級(jí)OA組，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.058)；1級(jí)OA組與非OA組之間滑液BMP-7水平差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.772)。見表1、圖3。

表1 非OA組與不同嚴(yán)重程度OA亞組之間血清和滑液BMP-7水平的比較Tab.1 BMP-7 levels in serum and SF from non-OA group and OA subgroup with different severity of OA

3 血清和滑液中BMP-7水平與OA嚴(yán)重程度相關(guān)性分析 血清中BMP-7水平與OA嚴(yán)重程度相關(guān)(r=0.788，P＜0.001)，滑液中BMP-7水平亦與OA嚴(yán)重程度相關(guān)(r=0.766，P＜0.001)(圖4)。此外，血清中BMP-7與滑液中BMP-7水平呈正相關(guān)(r=0.817，P＜ 0.001)(圖 5)。

討 論

本研究表明，OA組血清及滑液BMP-7水平均明顯高于非OA組，提示OA患者系統(tǒng)及關(guān)節(jié)局部BMP-7合成量增加，這可能與下列因素有關(guān)：1)軟骨基質(zhì)中殘留BMP-7及凋亡軟骨細(xì)胞內(nèi)源性BMP-7的釋放，導(dǎo)致滑液中BMP-7升高；2)滑膜細(xì)胞及軟骨細(xì)胞產(chǎn)生的BMP-7通過自分泌或旁分泌的方式促進(jìn)內(nèi)源性BMP-7的合成與分泌；3)關(guān)節(jié)內(nèi)的其他結(jié)締組織如半月板、韌帶和肌腱亦能生成一部分BMP-7。雖然骨與軟骨是產(chǎn)生BMP-7的主要來源，但OA組血清中BMP-7升高的程度較滑液更為顯著，提示其他非骨骼組織亦能產(chǎn)生BMP-7[7]。有研究表明，成人腎臟可能是BMP-7合成的重要場所，可以持續(xù)分泌BMP-7并釋放入血，但OA患者血循環(huán)中BMP-7的升高機(jī)制仍有待研究。

與正常軟骨相比，OA患者關(guān)節(jié)軟骨BMP-7mRNA的表達(dá)量上調(diào)2倍[8]。大量有活性的BMP-7參與OA早期軟骨損傷的修復(fù)反應(yīng)[9]。因此可推斷本研究中BMP-7的升高可能與OA關(guān)節(jié)軟骨的保護(hù)和修復(fù)過程有關(guān)，是OA軟骨損傷后出現(xiàn)的代償性反應(yīng)。血清和滑液中BMP-7水平與OA嚴(yán)重程度相關(guān)，檢測血清或滑液中BMP-7水平能一定程度上反映OA病情的嚴(yán)重程度，可作為OA早期診斷與預(yù)后評(píng)估的候選生物學(xué)標(biāo)志。

需要指出的是，本研究由于倫理學(xué)限制，只能選擇非OA的其他膝關(guān)節(jié)疾病患者作為對(duì)照，因此無法獲取正常人血清及滑液BMP-7的數(shù)據(jù)資料。另外，由于OA發(fā)病機(jī)制的多樣性，在研究對(duì)象的選取方面并不能完全排除年齡、性別、并發(fā)癥等混雜因素的干擾。此外，本實(shí)驗(yàn)局限于BMP-7的定量分析和比較蛋白質(zhì)組學(xué)研究，未能反映BMP-7在其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的功能和作用，因此需進(jìn)一步研究以闡述BMP-7表達(dá)變化在OA病程中的作用機(jī)制及臨床意義。

圖2 兩組血清和滑液BMP-7水平比較(左)Fig.2 Comparison of BMP-7 levels in serum and SF between two groups(left)

圖3 非OA組與不同嚴(yán)重程度OA亞組之間血清和滑液BMP-7水平的比較(右)Fig.3 Comparison of BMP-7 levels in serum and SF between non-OA group and OA subgroup of different disease severity(right)

圖4 血清和滑液中BMP-7水平與OA嚴(yán)重程度相關(guān)(左)Fig.4 Levels of BMP-7 in plasma and SF are significantly correlated with OA severity(left)

圖5 血清中BMP-7與滑液中BMP-7水平呈正相關(guān)(右)Fig.5 Levels of BMP-7 in plasma and SF are positively correlated(right)

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