骨代謝標志物的變異性和臨床應用的研究進展

羅巧彥，徐勇

綜述

骨代謝標志物的變異性和臨床應用的研究進展

羅巧彥，徐勇△

骨骼重建過程中釋放出骨吸收和骨形成標志物。在過去的幾十年中，這些骨代謝標志物在骨質疏松和其他骨代謝疾病中得到了廣泛的研究。骨代謝標志物可在骨質疏松的管理中補充骨密度的不足，但是其各種各樣的變異給臨床應用帶來很大的挑戰。近年來，骨代謝標志物在非骨代謝性疾病中的應用方面的研究也取得了很大的進展。

骨質疏松；骨疾病，代謝性；綜述；骨代謝標志物；變異性

骨質疏松是一種“靜悄悄”的疾病，往往在其嚴重并發癥骨折發生后才被發現，影響生活質量，并給家庭和社會帶來巨大的經濟損失，已成為全球威脅人類健康的第七大疾病。目前，國際上仍采用雙能X線骨密度吸收儀的方法作為診斷骨質疏松的金標準。近年來，骨代謝標志物與骨質疏松關系的研究有了很大的進展。骨代謝標志物由于其易于檢測、無創且相對低廉等特點在骨質疏松的早期診斷和治療監測方面得到了廣泛的應用。然而，其分泌存在年齡、性別、生理周期、晝夜節律等的變異，且在非骨代謝疾病中也起著重要的作用。本文將對近年來常用骨代謝標志物的特點、變異性及臨床應用做一綜述。

1　骨形成標志物

骨形成過程中會釋放出骨形成標志物，目前常用的骨形成標志物有：（1）Ⅰ型前膠原N-端肽（procollagen type 1 N-terminal propeptide，PⅠNP）和Ⅰ型前膠原C-端肽（procolla?gen type 1 C-terminal propeptide，PⅠCP），由前膠原分子在酶促反應形成Ⅰ型膠原的過程中釋放。PⅠCP在室溫條件下可穩定存在15 d，而PⅠNP在室溫或4℃條件下均只能穩定存在5 d。完整三聚體形式在人體溫條件下不穩定，易降解成更穩定的單體和碎片。Garnero等［1］分別采用全自動羅氏分析儀和放射免疫法檢測59例健康絕經前后婦女PⅠNP，研究發現前者檢測的血清PⅠNP較后者高，表明放射免疫法只能檢測出完整的三聚體形式，低估了PⅠNP的濃度。（2）骨特異性堿性磷酸酶（bone-specific alkaline phosphatase，BALP）由成骨細胞分泌產生，其產生與骨形成速率成正相關。在兒童和青春期，骨堿性磷酸酶亞型占優勢。在成人，肝臟和骨的堿性磷酸酶亞型占95%，且二者幾乎占相同的比例［2］。（3）骨鈣素（Osteocalcin，OC）是由成骨細胞合成的一種小的非膠原性蛋白質，可在維生素K介導的羧化過程中發生蛋白質構象改變，促進骨基質礦化。骨鈣素在體外高度不穩定，半衰期約5 min，很快被分解成碎片，標本檢測之前需在-20℃短期或在-70℃長期儲存。同時應避免反復凍融，因其可降低骨鈣素約40%的免疫活性。

2　骨吸收標志物

（1）抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate-resistant acid phospha?tase，TRACP）。TRACP在循環中有TRACP5a和TRACP5b

3　變異性

骨代謝標志物結果變異的來源可分為檢測前、檢測中和檢測后的各種變異因素?？偟膩碚f，骨形成標志物較骨吸收標志物變異小，血清標志物較尿液標志物變異?。?］。

3.1技術因素樣本的采集對變異性影響非常大。尿液標志物的濃度需校正肌酐清除率，因此應考慮肌酐的檢測變異對尿液標志物濃度的影響。24 h尿標本避免了晝夜節律的影響，但收集不方便且容易造成收集錯誤。對于血液標本來說，血漿中抗凝劑的存在可對骨鈣素造成影響［2］。隨著全自動分析儀的發展，骨代謝標志物的檢測變異得到了很大的改善。然而，即使采用相同的檢測方法，對同一標本的實驗室內部的變異仍是存在的。理想狀態下，實驗室應當建立適合自身的不同年齡、性別和種族的特定人群的參考范圍。

3.2生物學因素

3.2.1年齡和性別兒童骨代謝標志物較成人高，尤其是嬰兒時期和青春期，比成人高2～10倍。最近一項關于1 119例法國6～20歲健康青少年的研究表明，膠原交聯與體質指數呈負相關，而與身高呈正相關［4］。一旦停止生長，男性和女性在30歲左右達到平穩期后骨代謝標志物則開始逐漸下降。在女性，骨形成和骨吸收標志物在更年期大幅度升高，并在之后保持升高的狀態。在男性，骨代謝水平在60歲之前保持不變。60歲后骨代謝標志物的變化仍未明確，盡管多數研究報道骨吸收標志物水平增加，骨形成標志物可增加、降低或不變［5］。其中的一個混雜因素是，在中老年隨著年齡的增長，腎小球濾過率（GFR）下降，導致骨鈣素和端肽的水平增加。

3.2.2種族骨代謝標志物有著種族的差異，部分研究報道黑人兒童比白人兒童骨吸收標志物低，且骨鈣素在年輕男性和女性仍存在著這種差異；而部分研究則認為盡管亞裔女性的骨密度比白人女性低，但BALP、TRACP5b和PⅠNP之間無明顯差異［6］。

3.2.3妊娠和月經周期從妊娠第6個月，骨形成標志物和骨吸收標志物開始增加，且濃度較妊娠前高。升高的骨特異性堿性磷酸酶反映了胎盤和骨骼增加的堿性磷酸酶［5，7］。血清骨鈣素濃度在妊娠期間降低，分娩后恢復，其可能原因是胎盤對骨鈣素的清除或妊娠期間腎臟清除率增加。哺乳期婦女骨代謝標志物緩慢下降，且研究表明長期哺乳是絕經后骨質疏松的危險因素［8］。骨代謝標志物也隨著月經周期而改變，在黃體期骨形成標志物升高，在卵泡期骨吸收標志物升高，其升高水平約為10%～20%。月經周期的前3～7 d是標本收集的最佳時期［9］。

3.2.4相關疾病骨折將導致骨代謝標志物發生變化，骨吸收標志物在骨折后前4周升高，隨后骨形成標志物也升高。其升高水平約為20%～50%，并持續升高到6個月［10］。非骨骼疾病也可通過多種機制影響骨代謝標志物。由于部分骨代謝標志物在肝臟代謝，存在肝臟疾病的患者可能影響其代謝；存在慢性腎臟疾病的患者，尤其是當GFR低于50 mL/min時，排出骨鈣素減少。因此在解釋骨代謝標志物結果時排除這些情況十分重要［5］。

3.3生活方式及環境因素

3.3.1晝夜節律和季節變化大多數骨代謝指標在清晨2：00—8：00最高，在下午1：00到晚上11：00最低。在個體的檢測中，高峰和低谷之間的差異高達20%～60%。然而，BALP的晝夜節律不同，其峰濃度在下午而低谷在清晨出現。一般來說，骨吸收標志物的晝夜變化幅度較骨形成標志物大，尿液標志物受晝夜節律的影響較血清標志物大。因此，定時收取樣本對最大限度減少晝夜變異至關重要。骨吸收和骨形成標志物在冬季升高約20%～30%，可能原因為冬季維生素D水平較低［5］。除了晝夜變化，骨代謝標志物每天都在發生變化（個體內部的變化）。尿PYD和DPD的個體內部變化是16%～26%，NTX為13%～35%，CTX為12%～35%?？梢酝ㄟ^收取2～3 d的樣本結果取平均值而使這一變異降到最低［9］。

3.3.2運動和制動骨代謝標志物受運動的影響，在劇烈運動后24～72 h其濃度顯著升高；在臥床休息2～4 d后即可增加，引起骨量丟失，重新活動后恢復正常［11］。但是運動與骨轉換的關系目前仍未得到一致的結論。Karabulut等［12］研究發現運動可減少老年男性的骨轉換，堅持運動6周后BALP和BALP/CTX顯著增加。而最近研究表明在經過32周的平衡運動訓練后，雖然老年男性和女性的骨密度增加了1.7%，但是骨代謝標志物骨鈣素、CTX等水平沒有發生改變［13］。因此，辨別患者在標本收集期間的活動情況十分必要。

3.3.3飲食部分骨代謝標志物的變異與飲食有關。OHP在攝入肉制品后排泄增加，血清CTX也受飲食的影響，因此在收集標本前應保持空腹［3］。最近韓國一項研究表明攝入的總熱量與尿DPD排泄呈負相關，而薯芋類的攝入量與尿DPD排泄呈正相關［14］。

4　骨代謝標志物的臨床應用

4.1骨質疏松 （1）預測骨量丟失和骨折。研究表明骨代謝指標濃度增加與骨量丟失增加和骨折風險增加有關，且骨代謝標志物對骨折的預測比獨立的骨密度更有用［5，15］。不同部位（前臂、腰椎和髖部）的骨量丟失需運用不同的骨代謝指標。整體來說，骨吸收指標對骨量丟失速率和骨折風險的預測比骨形成指標強。（2）監測治療和依從性。研究表明抗骨吸收藥物使用2周后即可出現骨轉換標志物的改變，在3～6個月達到穩定水平，在短期療效監測及不良反應方面優于骨密度［9，15］。最新研究表明CTX水平低于150 ng/L是雙膦酸鹽治療骨質疏松后發生下頜骨壞死的危險因素［16］。開始治療后骨代謝指標的下降表明規律服藥且得到很好的吸收。然而，監測骨代謝指標對患者依從性的提高尚無統一結論。

4.2其他骨代謝性疾病

4.2.1佩吉特病佩吉特病是第二大常見的骨代謝疾病，與骨轉換增加相關，骨轉換標志物可用于評估疾病的活動性。骨轉換標志物改變的類型和范圍與疾病的范圍和嚴重程度相關，僅累及單骨的骨轉換標志物水平可能正常。在未治療的佩吉特病患者骨形成標志物（總堿性磷酸酶、BALP、PⅠNP、OHP）和骨吸收標志物（尿NTX、血清CTX、尿CTX）均較正常人顯著升高。盡管佩吉特病的主要紊亂在于破骨細胞，運用骨吸收標志物監測疾病活動性的敏感性較骨形成標志物差，研究表明BALP是最敏感的監測指標［17］。

4.2.2轉移性骨病由腫瘤引起的骨重建常導致骨轉換標志物發生改變。大多數轉移性骨病患者的骨轉換標志物，尤其是骨吸收標志物升高，且通常比絕經后骨質疏松患者更高。Lipton等［18］回顧性分析了使用唑來膦酸治療后尿NTX的正常化與腫瘤生存率的相關性，與尿NTX持續升高的患者相比，尿NTX恢復至正常水平者骨骼相關事件和病死率降低。因此，骨轉換標志物的正常化可作為抗骨吸收治療的合理目標，同時可作為藥物治療的替代的終點事件。然而，骨代謝標志物與骨骼相關事件的相關性主要是由回顧性分析推導出來的。因此，在分析轉移性骨病時，應結合患者的實際情況進行綜合分析，因為可能有其他混雜因素（如腫瘤本身的負擔、營養不良、化療、放療和制動等）導致其濃度發生改變。

4.3非骨代謝性疾病骨代謝標志物除與骨質疏松和骨代謝疾病相關外，近年來發現其與多種非骨代謝疾病密切相關，并取得了較大的進展。骨唾液蛋白在骨關節炎的發生發展中起重要作用，研究表明BSP可能是肥厚軟骨細胞誘導的血管再生的關鍵調節因子［19］，也有研究表明BSP在腎透明細胞癌的預后中起重要作用［20］。老年男性患心血管疾病的風險與骨鈣素水平呈負相關，而老年女性患心血管疾病的風險與骨鈣素水平呈正相關［21］。Shi等［22］研究指出尿DPD是脊椎結核病變時的敏感性和特異性指標，是篩查肺結核患者有無脊椎結核的重要指標，當DPD超過8.0 μmol/mol Cr時其敏感性和特異性分別為88%和95%。類風濕性關節炎患者血清PYD水平與未來關節破壞的嚴重程度相關，PYD水平越高，關節破壞越重［23］。最近研究發現骨保護素與人體多種疾病相關，如動脈鈣化、冠心病、卒中和心血管事件。Ayaz等［24］研究表明非酒精性脂肪肝患者血清骨保護素（OPG）水平顯著升高，且與頸動脈內膜中層厚度相關。最新研究還發現OPG是復雜性疼痛綜合征（complex regional pain syndrome，CRPS）的潛在標志物［25-26］。

綜上所述，骨代謝標志物在骨質疏松的診斷、監測治療效果、評估預后中和骨密度一樣起著舉足輕重的作用。但是所有骨代謝指標中，沒有一項絕對來自于骨骼，均受眾多因素的影響，或多或少存在著各種各樣的變異，且與多種非骨代謝疾病密切相關。因此，在臨床實踐及科研工作中應綜合考慮各項指標的敏感性、特異性、檢測方法、變異性、影響因素和合并疾病等，并參考指南推薦選擇最佳骨代謝指標。

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（2014-08-08收稿2014-10-27修回）

（本文編輯李國琪）

Variability and clinical application of metabolic markers of bone

LUO Qiaoyan，XU Yong△
Department of Endocrinology，Affiliated Hospital of Luzhou Medical College，Luzhou 646000，China
△Reviser and Corresponding AuthorE-mail:xywyll@aliyun.com

Metabolic markers were released in the process of bone resorption and formation during bone remodelling. These markers have been extensively studied in trials of osteoporosis and other metabolic bone disorders during the past de?cades.Bone metabolic markers can replenish bone mineral density in the management of osteoporosis，but their use in clini?cal practice is challenged by their variability.Recently，there are many great progress in research of bone metabolic markers application in non metabolic bone disorders.

osteoporosis；bone diseases，metabolic；review；bone turnover markers；variability

R681.4

ADOI：10.11958/j.issn.0253-9896.2015.02.029

四川瀘州，瀘州醫學院附屬醫院內分泌代謝科（郵編646000）

羅巧彥（1987），女，碩士在讀，主要從事糖尿病及骨質疏松方面的研究

△審校者及通訊作者E-mail：xywyll@aliyun.com兩種存在形式。骨吸收過程中，破骨細胞分泌TRACP5b，產生活性氧消化骨基質微環境中骨退化的產物，常用于評估破骨細胞的活性和數量。血清樣本中TRACP5b穩定，在4℃儲存3 d后仍有約90%可被檢測。（2）吡啶啉（Pyridinoline，PYD）和脫氧吡啶啉（deoxypyridinoline，DPD）。PYD和DPD是成熟骨膠原的特異成分，在羥賴氨酰氧化酶的作用下釋放入血，不經過肝臟的進一步降解，直接從尿液排泄，是膠原降解和骨吸收的靈敏指標，不受飲食的影響，可在尿標本中檢測，但存在晝夜節律。（3）Ⅰ型膠原交聯N端肽（N-terminal telopeptide，NTX）和 C端肽（C-terminal telopeptide，CTX）。NTX和CTX是廣泛研究和使用的骨吸收標志物，研究表明，CTX有明顯的生理節律變化，空腹可明顯降低這一變異［3］。（4）羥脯氨酸（Hydroxyproline，OHP）。OHP由脯氨酸經脯氨酰羧化酶羧化修飾而成，主要在骨吸收過程中釋放入循環，同時在骨形成過程中也可釋放入循環。因此，OHP不是骨吸收過程中的特異性標志物。（5）羥賴氨酸糖苷（Hydroxylysineglycosides）。羥賴氨酸糖苷由賴氨酸經羧基化修飾而成，進一步被糖基化形成半乳糖基羥賴氨酸（galactosyl hydroxyly?sine，GHL）和葡糖基-半乳糖基羥賴氨酸（glucosyl-galactosylhydroxylysine，GGHL）。GHL是骨中所特有的，而GGHL則存在于皮膚和補體分子中。羥賴氨酸在膠原蛋白降解時釋放入循環，并通過尿液排出，不受飲食的影響，且其糖苷僅來源于骨吸收過程，特異性較OHP高。（6）骨唾液蛋白（bone sialo?protein，BSP）。BSP是骨基質中磷酸化的非膠原糖蛋白。BSP僅存在于礦化的組織中，由成骨細胞、成牙質細胞和破骨細胞產生。BSP在骨基質附著過程中起重要作用，可刺激破骨細胞調節的骨吸收。（7）組織蛋白酶K。組織蛋白酶K是半胱氨酸蛋白酶家族中的成員，已發現有11種亞型。組織蛋白酶K在活化的破骨細胞皺褶緣中表達，是潛在的良好的骨吸收指標。目前，組織蛋白酶K抑制劑正作為治療骨質疏松的潛在的選擇。