骨質疏松癥的生物標志物臨床應用研究進展

阮建偉 孔勁松 宮小康 郟舜杰

●綜 述

骨質疏松癥的生物標志物臨床應用研究進展

阮建偉 孔勁松 宮小康 郟舜杰

骨質疏松癥（osteoporosis）是一種中老年人易患的、系統性骨量減少性疾病，臨床癥狀以慢性腰背疼痛、畸形及骨折為主。骨質疏松癥患者的骨組織顯微結構受損，骨礦成分和骨基質等比例不斷減少，骨皮質變薄，骨小梁數量減少，骨脆性增加及骨折危險度升高。一般情況下，骨重建周期為3～6個月，主要以骨吸收為主。在生理條件下，骨吸收與骨形成之間是平衡的。然而，在病理狀態下骨吸收占優勢，導致骨量丟失，從而最終導致骨質疏松癥[1]。雖然定量測定骨礦物質密度（bonemineral density，BMD）在骨質疏松癥患者的臨床評估中必不可少，但其為靜態參數，無法提供骨轉換的任何信息。相比之下，骨重塑的生化標志物可提供對骨組織動態的、全局性的分析信息。目前已有許多生物標志物在骨質疏松癥臨床診治應用中的研究報道，本文就這一領域中的相關研究進展作一綜述。

1 骨重塑的生物標志物

90%的骨有機基質由Ⅰ型膠原構成。骨基質降解過程中，羧基肽和氨基酸本膠原蛋白分子先釋放到細胞外基質，隨后進入血液中[2]，在骨基質形成和降解過程中產生骨轉化生物標志物。短期內反復測定標志物的表達水平可評估骨代謝情況。基于成骨細胞活性及破骨細胞活性的骨轉化生物標志物分別稱為骨形成標志物和骨吸收標志物[3]。

1.1 骨形成的生物標志物 臨床上一些標志物可用來反映骨形成活性，如堿性磷酸酶、骨鈣素和Ⅰ型本膠原蛋白延長肽等。其中堿性磷酸酶活性來源于各種組織，如肝、骨、胎盤等。骨和肝臟亞型最常見（90%）。兩者都以相同的比例存在于健康人群中，但糖基化的模式各不相同。此外，單克隆研究顯示兩者還有10%～20%的交叉活性[4]。骨異構體在性別間無差異，且不受晝夜節律的影響。所以，盡管在代謝性骨病的研究中骨異構體的靈敏度和特異度均較低，但它很容易在患有肝病的患者中檢測到[5]。

骨鈣素是細胞外基質中最豐富的非膠原蛋白。骨鈣素是通過尿液排泄的，其半衰期較短，腎衰竭時表達量升高。當體內骨和牙本質骨轉換增加時，骨鈣素的表達也有所增加[6]。目前骨鈣素在骨重塑中的確切作用尚未明確。最近有研究發現羧基化骨鈣素在預測骨量及骨折風險中具有潛在的作用[7]。

Ⅰ型膠原是成骨細胞合成的主要產物，因此理論上氨基末端的羧基肽段是骨形成的理想標志物。然而，Ⅰ型膠原還存在于骨以外的其他組織中，因此限制了它在骨代謝疾病研究中的使用。

1.2 骨吸收的生物標志物 尿鈣首先被用于評估骨吸收。但是，因其含量受到多種因素的影響，如鈣的攝入量、腸道吸收和腎排泄的閾值等，尿鈣測定的靈敏度和特異度均較低，目前已廢用。與此相類似的還有尿羥脯氨酸，但它受到不同的組織起源和飲食攝入量的影響，因此尿羥脯氨酸也不能作為有效的標志物[1]。

骨基質中的膠原蛋白分子由吡啶啉和脫氧吡啶諾林共價連接，并形成纖維。吡啶啉在軟骨中也存在，然而脫氧吡啶諾林特異性存在于骨中。兩者的含量不依賴于飲食，也不被腸道吸收。兩者均可反映出骨代謝的變化，如在童年、更年期、骨軟化癥、甲狀旁腺功能亢進和甲狀腺功能亢進時表達水平升高；而在使用雌激素和雙膦酸鹽治療時表達水平降低[8]。

骨吸收過程中釋放的其他標志物還有膠原蛋白的羧基端肽如Ⅰ型膠原C-末端肽（C-terminal telopeptide of collagen typeⅠ，ICTP）和α-CrossLaps（α-CTX)，以及氨基端肽如Ⅰ型膠原N-末端肽（N-terminal telopeptide of collagen typeⅠ，NTX）。在絕經后的婦女中，這些標志物與BMD顯著相關。CTX和NTX都被認為是目前臨床上最有用的骨吸收標志物[9]。酸性磷酸酶5b是一種溶酶體酶，存在于除骨以外的其他組織中，并參與破骨細胞的退化，因其特異性差且測定困難，目前很少使用。

1.3 其他骨重塑的生物標志物 目前已出現一些新研發的骨轉換標志物，但其臨床應用價值尚在研究之中。因組織蛋白酶K的作用是降解膠原蛋白，且其血清水平反映了破骨細胞的數量，所以被推薦為骨吸收標志物。尿骨鈣素也來自骨基質的吸收，且特異性更好。在對骨質量的評估中，骨基質蛋白質翻譯后的修飾過程，如骨鈣素羧基化、CTX的自體形式及異構化等均被認為是非常重要的[9-10]。

2 生物標志物在骨質疏松癥診治中的應用

目前臨床上對骨轉換標志物在骨質疏松癥中最重要的應用是評估治療反應。此外，在預測骨折風險、骨質流失及其與骨密度的相關性中也有應用。在骨量預測方面，雖然生物標志物可評價骨形成和骨吸收之間的平衡，且通常與BMD呈負相關，但這種相關性還不足以預測骨量。因此，不應該被用于診斷骨質疏松癥。

2.1 評估療效 有研究顯示經過初始的抗骨吸收治療后，骨吸收標志物（4～6周）和骨形成標志物（2～3個月）均有所下降。大多數情況下開始治療后2～3個月這些標志物的數值較低，并保持恒定。當患者使用潛在的抗吸收藥物（如雙磷酸鹽類）時，骨吸收標志物（血清中的CTX和尿液中的NTX及脫氧吡啶酚）的表達量可減少40%～70%；若使用雷洛昔芬則這些標志物的表達量可減少30%～40%。因此，如未能觀察到這些標志物水平的降低，表示患者治療的依從性較差或使用的藥物不合適[11]。

骨成形治療最初誘導骨形成標志物表達水平迅速增加，隨后骨吸收標志物表達量開始上升。有研究指出使用特立帕肽治療骨質疏松癥患者時，Ⅰ型前膠原C-末端肽（C-terminalpropeptide ofprocollagen typeⅠ，PICP）及Ⅰ型前膠原N-末端肽（N-terminal propeptide of procollagen typeⅠ，PINP）標志物對預測骨密度有較高的靈敏度。雖然有效的骨形成和骨吸收標志物尚在研究之中，但根據現有研究證據顯示較為有效的臨床上應用的骨轉換標志物是血清CTX和PINP。治療2～3個月后這兩種標志物的測定結果在評估藥物療效方面優勢顯著。范光磊等[12]應用雙能X線骨密度儀分別測定102例老年2型糖尿病患者和42例健康老年人腰椎和股骨BMD，將糖尿病患者分成骨質疏松組與非骨質疏松組，檢測血清中骨轉換生化標志物總Ⅰ型前膠原氨基端延長肽（TPINP）、Ⅰ型膠原羧基端肽β特殊序列（β-CTX）及甲狀旁腺素（PTH）等相關生化指標，結果發現骨質疏松組腰椎及股骨BMD均值均顯著低于對照組，骨質疏松組TPINP、β-CTX及PTH較對照組升高（均P＜ 0.05），提示聯合應用TPINP、β-CTX及PTH檢測有助于2型糖尿病患者骨質疏松的早期診斷。

2.2 對治療反應的預測 一些研究顯示，使用抗骨吸收或合成代謝治療后骨轉換標志物的改變與長期的抗骨折療效之間存在相關性。一篇包含18個臨床試驗的薈萃分析發現在抗骨吸收治療期間，骨吸收標志物下降70%，可降低40%的脊椎骨折風險；而骨形成標志物下降50%，可降低44%的脊椎骨折風險[13]。有證據表明，使用特立帕肽治療1個月后骨形成標志物（如PIPC和骨堿性磷酸酶）的增加與骨結構的改善相關[14]。然而，每一個標志物的最佳閾值還沒有確立，且尚無生物標志物減少至低于參考范圍時的長期數據。一些研究推測，干擾生理性骨修復的“微裂紋”可導致骨脆性增加。

有研究提示骨轉換標志物表達水平越高的患者對抗骨質吸收治療的反應性越好。在一項2年的對女性行激素替代療法的前瞻性研究中發現，患者尿NTX的水平越高則其骨質增加也越多。理論上生物標志物的參考水平可用于指導骨質疏松癥的治療。然而，大多數的臨床試驗表明，抗骨折效力在很大程度上是骨重塑的獨立的基線標志物。因此，目前認為生物標志物不能完全有效地應用于臨床實踐中[15]。

2.3 骨質丟失的預測 上述生物標志物的使用還可幫助識別絕經后幾年將出現較高骨質流失率的女性，以便及時采取措施以預防骨質疏松癥。BMD是一個預測骨折風險的重要因子，但僅此單一因子并不能準確預測骨質流失率。一些研究顯示骨轉換標志物有利于反映骨質流失率，且與骨吸收標志物聯合使用可提供更好的預測能力[4]。

最近有研究分析了不同的骨骼部位中生物標志物與骨量丟失之間的關系。其中，已發現這種關系在橈骨遠端與跟骨中最為一致，而在髖部中較小。在腰椎則幾乎不存在任何相關性，這可能是由于中老年人椎體骨性關節炎的患病率較高所導致的。結果提示骨轉換標志物連同其他人口統計變量可預測30%～40%未經治療的絕經后女性的骨質流失變化。然而，目前用以防止骨丟失的骨轉換閾值尚未確定[16]。

2.4 骨折風險的預測 BMD仍然是最好的骨折風險預測因子。然而，BMD并不能解釋所有的問題，且必須考慮到包括骨轉換率在內的其他變量。幾個有關女性絕經后的前瞻性研究數據顯示，雖然與骨形成標志物的結果不一致，但除了BMD之外，骨轉化的其他標志物和骨質疏松性骨折風險之間也存在相關性[17]。相比于骨吸收標志物在女性中的正常表達水平，高表達水平的骨形成標志物與增長約兩倍的脊椎及非脊椎骨折的風險相關。Robbins等[18]的研究結果與此結論一致，他們發現在老年女性中調整BMD后，尿液中高表達的骨吸收標志物（CTX）與髖部骨折危險性的增加相關。結果提示聯合使用BMD和骨重塑的生化標志物可改善對絕經后女性骨折風險的預測。此外，這種風險在低BMD和/或高的骨重塑標志物患者中有所增加。

3 結論

研究骨轉換的生物標志物有助于更好地理解骨生理學和代謝性骨疾病的發病機制。雖然這些標志物不適合用于診斷骨質疏松癥，但它們可為骨質疏松癥的診斷和治療提供額外的信息。這些信息有助于臨床醫生選擇易感人群，給予治療并評估療效。目前，在絕經后骨質疏松癥的形成中最敏感的標志物是β膠原特殊序列（βcrosslaps）、骨鈣素和PINP，而最好的骨吸收標志物是尿NTX和血清CTX端肽[9]。不過，由于這些標志物廣泛存在生物變異性，不建議在評價骨質疏松癥患者時常規測定這些標志物。

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2013-12-10）

（本文編輯：沈叔洪）

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