血清骨膜素水平與老年髖部骨折患者骨密度相關性研究

李江華 李新梅 陳磊 戴毅 李琪

1.石河子大學醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院骨科，新疆 石河子 832000 2.石河子大學醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院醫(yī)務處，新疆 石河子 832000

骨膜素(sPostn)是具有誘導成骨細胞分化的粘附蛋白，由于在骨膜中的高表達而得名[1]。骨損傷后顯著表達，特別是出現(xiàn)骨折后[2]，且對機械和激素刺激很敏感。它可以在許多涉及損傷的病例中檢測到，例如牙周韌帶、梗死心肌、血管、骨骼肌損傷和皮膚傷口愈合。在骨組織中，骨膜素具有調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細胞的粘附和聚集，以促進骨修復和骨重建[3]。進一步研究表明骨膜素在骨骼的發(fā)育、骨重塑和維持骨骼強度起到重要的作用[4-5]，因此骨膜素被提出作為具有價值功能的細胞外基質(zhì)的組分。老年人髖部骨折常常伴隨不良的并發(fā)癥，包括殘疾、死亡率和獨立生活能力的喪失[6-7]。確定危險因素和監(jiān)測促進骨折愈合的干預因素變得極為迫切。骨愈合可以通過直接或間接修復形成，即膜內(nèi)骨化或軟骨內(nèi)骨形成，其模仿早期發(fā)育過程[8]。在實驗性嚙齒動物長骨骨折模型中，骨膜素基因在骨折組織中上調(diào)[2]。骨膜素對代謝性骨病的重要性因其對骨生長的影響而變得明顯。此外，高水平的骨膜素與絕經(jīng)后婦女的骨折風險顯著相關，但是與骨密度(bone mineral density，BMD)和既往骨折無關[9]。據(jù)推測，急性髖部骨折與老年婦女骨膜素水平的短暫變化相關，并且在骨愈合階段時間測量骨膜素可能包括評估對骨折治療的反應。本研究的目的是研究血清骨膜素水平與骨質(zhì)流失之間的關系，探討影響骨修復的因素，并評估骨膜素作為監(jiān)測骨折愈合的影響工具的可能性。

1 材料和方法

1.1 一般臨床資料

本研究選取2015年1月至2017年6月在石河子大學醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院骨科就診的65歲及其以上女性急性骨質(zhì)疏松性髖部骨折患者作為研究對象，且所有患者均在低能量下出現(xiàn)骨折。排除標準是病理性骨折或高能量創(chuàng)傷性骨折。所有病例都有一般臨床資料，人體測量資料和臨床合并癥、并發(fā)癥、實驗室數(shù)據(jù)，以及在到達急診室后48 h內(nèi)過夜禁食后測量的骨膜素水平。108例患者隨訪1年，在髖部骨折后第2、7、30、90、180和365天檢測到一系列骨膜素和骨代謝指標水平。另外106名與年齡相匹配、無癡呆、低能量骨折和中風病史的女性從門診作為對照組招募。如果她們有低能量骨折的存在或病史或無法提供知情同意，則排除這些老年人。這些受試者具有一般臨床資料、人體測量資料和臨床合并癥、并發(fā)癥、實驗室數(shù)據(jù)和測量的骨膜素水平。在這兩組中排除了可能影響骨代謝的疾病患者，如轉(zhuǎn)移性骨癌、原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進癥、甲狀腺功能亢進癥、多發(fā)性骨髓瘤、骨軟化癥、腎功能不全和佩吉特病、或藥物補充劑。所有患者在隨訪期間均未接受抗骨質(zhì)疏松治療。

1.2 生化指標檢測

在骨折患者中，在到達急診室后48 h內(nèi)在禁食過夜后的7:00至9:00進行血液樣本，還從對照中獲得空腹靜脈血樣。將樣品立即離心并儲存在-80 ℃直至檢測。隨訪和對照患者的血液樣本也獲得非禁食。通過全自動測量I型膠原(PINP，骨形成標志物)的血清N-末端前膠原和I型膠原的β-異構(gòu)化羧基-端肽(β-CTX，骨吸收標志物)。電化學發(fā)光系統(tǒng)(Cobas 6000 Analyzer，Roche Diagnostics Co，LTD. Germany)。最小檢測限PINP和β-CTX分別為5 ng/mL和0.01 ng/mL。PINP的內(nèi)部和實驗間系數(shù)分別為5.0%和5.0%，β-CTX分別為2.7%和3.8%。使用ELISA試劑盒(USCN Life Science，Wuhan，China)測定骨膜素，其中內(nèi)部和實驗間系數(shù)(CV)分別<10%和<12%。所有實驗室評估均在骨折后2 d內(nèi)進行，隨后在骨折后的第7、30、90、180和365天進行。

1.3 骨密度測量

在骨折后1周內(nèi)測量BMD的測量值，通過雙能X線吸收測定法(DXA，GE Lunar，Madison，WI，USA)測量腰椎(L1-L4)和股骨頸的BMD。對于髖部骨折患者，未受影響的一側(cè)用于測量BMD。在本研究機構(gòu)的每個站點，BMD的分析間內(nèi)和分析內(nèi)CV均<3%。在進行骨密度掃描后同時測量體質(zhì)量和身高。

1.4 統(tǒng)計學分析

對于連續(xù)變量，兩組之間的平均值通過正態(tài)分布變量的獨立樣本t檢驗和偏斜變量的Mann-WhitneyU檢驗進行比較。使用卡方檢驗比較分類變量數(shù)據(jù)。使用協(xié)方差(ANCOVA)或Mann-WhitneyU檢驗測試1年內(nèi)骨膜素濃度變化的統(tǒng)計學顯著性。計算Pearson相關系數(shù)以評估連續(xù)結(jié)果變量之間的相關性并評估這些變量變化之間的關聯(lián)。為了評估多重比較的潛在影響和多重共線性現(xiàn)象的重要性，使用多個線性回歸模型評估骨膜素和BMD值與骨標記估計量的關聯(lián)，根據(jù)絕經(jīng)年齡和時間進行調(diào)整。逐步方法用于計算R2的值。使用SPSS 19.0軟件進行所有統(tǒng)計學分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

表1列出了急性髖部骨折患者和對照組的人口統(tǒng)計學、臨床特征、實驗室和DXA數(shù)據(jù)。在108例髖部骨折患者中，所有患者均簽署了書面知情同意書，88例完成(81.5%)隨訪。1年隨訪期間，其他20人被排除在所有分析之外。在20名參與者中，4名失訪，3名出現(xiàn)嚴重并發(fā)癥，7名延遲愈合或不愈合，6名死亡。正如兩組匹配設計所預期的那樣，兩組患者的年齡和絕經(jīng)時間沒有差異(P>0.05)。兩組患者的骨膜素水平比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，腰椎和股骨頸BMD較對照組低(P<0.05)；而體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)、估計的腎小球濾過率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)和合并癥沒有顯著差異(P>0.05)。髖部骨折患者血清β-CTX和PINP水平高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)(表1)。

在研究人群中，骨膜素的初始水平與β-CTX和PINP呈正相關，與股骨頸的BMD呈負相關(表2)。在患者中觀察到類似的趨勢，但在對照中未觀察到。未發(fā)現(xiàn)年齡、絕經(jīng)時間、BMI和eGFR有顯著相關性。使用多元線性回歸分析，發(fā)現(xiàn)骨膜素是股骨頸BMD的獨立預測因子，這解釋了19.1%的BMD變異。在進行所有進一步調(diào)整后，這種關聯(lián)仍然顯著(表3)。然而，在腰椎BMD的獨立預測因子中未觀察到這樣的結(jié)果(表3)。正如預期的那樣，β-CTX與股骨頸BMD之間存在強烈的負相關，并且在所有調(diào)整后仍可預測骨密度方差的21.8%。與骨膜素不同，β-CTX與腰椎BMD存在顯著負相關，預測BMD方差的35.3%變化(表3)。在另一個回歸模型中，使用骨膜素作為因變量，獨立決定因素是β-CTX，而年齡、絕經(jīng)時間、BMI和PINP未發(fā)現(xiàn)是所有人群和髖部骨折患者的獨立混雜因素。

在髖部骨折后第2、7、30、90、180和365天檢測骨膜素、β-CTX和PINP，見圖1。骨膜素、β-CTX和PINP在骨折第7天時最高，隨后下降到稍高于術后第2天水平。

表1 病例組和對照組的基線特征 Table 1 Baseline characteristics of cases and controls

表2所有女性骨折和骨膜素潛在危險因素之間的相關性

Table2Correlation between potential risk factors for fractures and sPostn in all women

參數(shù)R(相關系數(shù))P值年齡-0.1430.232絕經(jīng)時間-0.0870.406BMI-0.2250.012eGFR0.0330.882PINP0.2320.037β-CTX0.3490.006股骨頸BMD-0.512<0.001腰椎BMD0.1670.134

表3多元線性回歸分析以確定與髖部骨折患者的股骨頸BMD和腰椎BMD值相關的獨立變量

Table3Multiple linear regression analyses to determine the independent variables associated with femoral neck BMD and lumbar spine BMD values in hip fracture patients

自變量因變量β(標準化系數(shù))P值模型1股骨頸BMD年齡-0.0850.367BMI0.1510.198PINP-0.1970.081β-CTX-0.5120.001骨膜素-0.3670.003模型2腰椎BMD年齡-0.0250.857BMI0.2570.401PINP-0.3630.123β-CTX-0.3640.011 骨膜素-0.1530.187

圖1 不同時間點骨膜素、PINP 和β-CTX水平Fig.1 Levels of periostin, PINP, and beta-CTX at different time points注：和骨折2 d時間點比較，*P<0.05。

3 討論

本研究中對65歲或以上骨質(zhì)疏松性髖部骨折和匹配對照的絕經(jīng)后婦女的骨膜素分布進行描述，調(diào)查了骨膜素在這一特定人群中365 d的初始和長期影響。本研究證明了第一次增加的骨膜素水平是股骨頸BMD損失的獨立預測因子，骨形成標志物(PINP)和骨重吸收標志物(β-CTX)在骨折早期愈合階段明顯增加。這表明骨形成和再吸收之間的相對不平衡與脆性髖部骨折后的高骨膜素水平相關，這反映了愈合過程中早期的骨膜內(nèi)成骨[10]。骨膜素是機械因素對骨皮密度和骨修復影響的重要因子[11]。本研究發(fā)現(xiàn)老年女性髖部骨折的骨膜素水平顯著高于年齡匹配的對照組。相比之下，低骨量女性骨膜素水平?jīng)]有差異，且與BMD無關[12]。本研究表明骨膜素的水平在骨折后早期持續(xù)增加，并且在髖部骨折后1年內(nèi)仍保持高水平，這表明骨膜素的釋放不僅取決于髖部骨折本身，還取決于骨質(zhì)疏松癥的存在，同時作為骨質(zhì)疏松性骨折的新調(diào)節(jié)因子，骨膜素可能反映了骨膜細胞代謝活動對骨折的適應性，從而使骨質(zhì)修復得以加速。

骨愈合過程主要由骨膜決定，骨膜作為軟骨細胞和成骨細胞的前體細胞的一種基質(zhì)來源。骨膜素由成骨細胞和軟骨細胞合成。此外，與不完全性骨折相比，骨膜素基因在1周內(nèi)在硬骨痂中上調(diào)，隨后在骨折中上調(diào)[10]。同樣，本研究中髖部骨折后骨膜素的水平提高也是如此。在骨折修復過程中骨膜素的這種增加表達將通過更高的骨膜素水平反映在血清中。這些結(jié)果表明，骨膜素涉及骨折修復的雙線性事件，在骨祖細胞募集到骨折組織期間以及骨發(fā)育和重塑的早期階段。雖然骨膜素優(yōu)先在胚胎發(fā)生過程中在新生兒的骨膜中表達，但它也可能在骨折愈合和骨修復過程中在骨形成中發(fā)揮核心作用[13]。在骨折修復期間的骨損傷部位，重新表達的骨膜素有助于促進骨形成的增加，這可以通過在不同時間點血清中循環(huán)骨膜素水平的增加來反映。了解各種骨質(zhì)疏松癥藥物如何影響骨折愈合對骨質(zhì)疏松癥患者的治療至關重要[14]。

以前的研究表明，合成代謝劑和抗吸收藥物都不會干擾骨折愈合，甚至可能導致更強大的生物力學特性[14]。通過機械刺激骨骼，骨膜素水平可能會反映骨折愈合的預后并監(jiān)測治療過程。本研究表明更高的骨膜素水平是股骨頸BMD的獨立預測因子，而不是腰椎的BMD。這種關聯(lián)可以通過骨膜中骨膜素的主要表達來解釋，骨膜主要覆蓋長骨。然而，骨膜素和BMD之間的關聯(lián)在其他研究中存在爭議[15]。在筆者看來，骨膜附著部分彌補了絕經(jīng)后的皮質(zhì)內(nèi)骨質(zhì)流失。隨著骨質(zhì)流失的進展，皮質(zhì)變薄，而機械應變由于微結(jié)構(gòu)不良而增加，導致骨膜素表達增加以補償骨脆性，從而增加骨折風險。因此，可以認為絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松性髖部骨折合成的骨膜素數(shù)量也可能增加。本研究結(jié)果和以前的研究一致表明，這種蛋白質(zhì)可能是長骨中骨質(zhì)疏松癥骨折的更好的潛在生物標志物，特別是在髖部區(qū)域[12]。

本研究存在許多局限性。沒有考慮骨折固定后骨折愈合，身體活動變化和康復鍛煉對骨膜素的影響。除骨折分類外，髖部骨折部位、骨折后出血年齡和手術本身可能影響骨轉(zhuǎn)換標志物的表達[30]。骨折組內(nèi)固定設備的應用及固定的時間也會影響骨代謝指標。骨膜素的濃度可能受許多其他因素的調(diào)節(jié)，包括軟組織損傷和應激反應?？傊c對照組相比，髖部骨折女性在初始和早期愈合階段的骨膜素水平較高。對骨膜素水平的評估可能是骨丟失評估的一部分，甚至可能用于監(jiān)測藥物干預對促進骨折愈合的影響，但在解釋存在急性骨折和醫(yī)學合并癥時的分析時需要謹慎。進一步的研究證實了骨膜素對骨愈合的額外益處的假設是必要的。