關節液TNF—α和TGF—β1檢測在膝骨性關節炎中的應用

陳明 王丹娜 高福明 汪官富 管敏昌 朱讓騰 鄭有卯 應有榮

[摘要] 目的 探討膝骨性關節炎（knee osteoarthritis，KOA）患者關節液TNF-α和TGF-β1水平變化及其臨床意義。方法 選擇我科住院90例KOA患者，依據X線影像分期分為早期患者30例（A組），中期患者30例（B組），晚期患者30例（C組）；健康志愿者30例為對照組。對四組患者關節液TNF-α和TGF-β1水平進行檢測。 結果KOA中、晚期關節液TGF-β1水平明顯低于對照組（P<0.01）；KOA中、晚期關節液TNF-α水平明顯高于對照組（P<0.01）；KOA早期關節液TNF-α和TGF-β1水平與對照組比較，無統計學意義（P>0.05）；而KOA早、中、晚期關節液TNF-α/TGF-β1水平明顯高于對照組（P<0.01）；TNF-α與KOA分期呈正相關（r=0.930，P<0.01）；TGF-β1與KOA分期呈負相關（r=-0.849，P<0.01）；TNF-α/TGF-β1與KOA分期呈正相關（r=0.828，P<0.01）。 結論 TNF-α和TGF-β1參與了KOA的形成和進展，關節液NF-α和TGF-β1水平能反映KOA的病變嚴重程度；關節液TNF-α/TGF-β1能早期發現KOA。

[關鍵詞] 膝骨性關節炎；關節液；X線影像分期；TNF-α；TGF-β1

[中圖分類號] R274.9；R816.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2015）19-0022-04

KOA又名增生性骨關節炎，是一種以中老年關節軟骨的變性、破壞、骨質增生為特征的慢性進行性骨關節疾病，以膝關節最為常見。流行病學調查顯示[1]，50% 的65 歲以上人群、85%的75 歲以上人群患有KOA。隨著人口老齡化程度的加劇，KOA 將會對患者、家庭及社會造成更大的影響。KOA尚無特效的藥物，早期發現并采用有效干預措施顯得尤為重要。現代醫學發現[2]，細胞因子是參與KOA進程的重要介質。KOA通常從關節軟骨退化開始，繼而發生骨質和滑膜改變。由于KOA早期 X 線征象不明顯，關節滑液特異性分子在KOA的發病中具有重要作用，檢測關節液特異性分子水平能間接反映關節軟骨代謝狀況，并可能成為KOA早期診斷的有效方法。KOA 的病因及發病機制尚不明確，本研究通過檢測KOA患者早期、中期和晚期關節液中的TNF-α和TGF-β1濃度變化，探索關節液TNF-α和TGF-β1水平，早期發現KOA。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2009年4月～2013年4月我院骨科確診KOA早期患者30例作為A組，其中，男17例，女13例，年齡（69.37±13.84）歲；KOA中期患者30例作為B組，其中，男16例，女14例，年齡（68.28±12.04）歲；KOA晚期患者30例作為C組，其中，男16例，女14例，年齡（68.28±11.75）歲；健康志愿者30例為對照組，其中，男13例，女17例，年齡（68.66±12.97）歲。四組性別、年齡經統計學處理無統計學意義（P>0.05）。

1.2 KOA診斷標準[3]

參照中華醫學會骨科學分會2007年制定的KOA診斷標準：①1個月內多數時間有膝痛；②關節活動響聲；③晨僵 30 min；④年齡>40歲；⑤膝關節骨性腫脹伴彈響；⑥膝關節骨性腫脹不伴有彈響。至少存在①、②、③、④或①、②、③、⑤或①、⑥即可診斷KOA。

1.3 排除標準

①排除風濕性、類風濕疾病、痛風、肝腎疾病、內分泌或代謝性關節病以及其他特異性關節疾病[4]；②6個月內接受過膝關節腔穿刺、注射或手術等治療；③關節內腫瘤及化療者；④近8周內接受過糖皮質激素、非甾體類抗炎藥、炎癥因子抑制劑治療[5]；⑤近8周內有局部關節感染史；⑥未簽署知情同意書者。

1.4 KOA的分期

采用Kellgren-Lawrence（K-L）分類法[6]將KOA分為6級。按KOA進程分為早、中、晚期，其中早期KOA的X線影像診斷為0～1級；中期KOA的 X線影像診斷為2～3級；晚期KOA的X線為4～6級。

1.5 ELISA檢測關節液中TGF-β1和TNF-α含量

所有受試對象局麻下抽取右側膝關節液2 mL，收集關節液置于試管中，4℃，4 000 r/min，離心10 min，取上清液保存于-80℃低溫冰箱中待測。TNF-α、TGF-β1采用酶聯免疫吸附法（ELISA），分別采用北京碧橙藍生物科技有限責任公司和晶美生物技術北京有限公司生產的ELISA試劑盒，操作過程嚴格按說明書進行操作。

1.6 統計學方法

采用SPSS 17.0統計學軟件進行分析，計量資料以（x±s）表示，采用t檢驗；多組間比較采用單因素方差分析（One-Way ANOVA），均數兩兩比較采用LSD法，P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 四組患者關節液中TGF-β1和TNF-α水平比較

KOA早期患者關節液TGF-β1與對照組比較，差異無顯著性（t=1.826，P>0.05）；KOA中、晚期患者關節液TGF-β1與對照組比較，差異有統計學意義（t=8.838、18.878，P<0.01）；KOA早期患者關節液TNF-α水平與對照組比較，差異無統計學意義（t=1.973，P>0.05）；KOA中、晚期患者關節液TNF-α水平與對照組比較，差異有統計學意義（t=43.886、53.301，P<0.01）；KOA早、中、晚期患者關節液TNF-α/TGF-β1與對照組比較，差異有統計學意義（P<0.01）。見表1。

表1 四組患者關節液TGF-β1和TNF-α水平比較（x±s，n=30）

注：*與對照組比較，P>0.05

2.2 四組KOA患者關節液中TGF-β1和TNF-α水平與KOA分期相關性

KOA患者關節液中TGF-β1水平與KOA分期呈負相關（r=-0.849，P<0.01）；關節液中TNF-α水平與KOA的分期呈正相關（r=0.930，P<0.01）；關節液中TNF-α/TGF-β1與KOA的分期呈正相關（r=0.828，P<0.01）。

3 討論

據文獻報道[7]，60 歲以上的人群中，50%在X 線片上有KOA的表現，75 歲以上的人群中，80%有OA的癥狀。近年來，KOA發病率呈上升趨勢，嚴重影響著人們的身體健康和生活質量。目前 KOA的診斷主要根據臨床癥狀、體征、X 線、磁共振檢查等。X線改變是KOA 的重要病理特征，KOA的病理改變主要以關節軟骨的變性、破壞、骨質增生為主，X線改變是判斷OA的客觀指標，但早期缺乏特異性和靈敏性[8]。因此，發現一些特異性、敏感性高的標志物，可早期發現并診斷和防治KOA，并延緩或預防已病變的關節軟骨退變的進一步進展。動物實驗顯示[8]，炎癥因子隨著KOA癥狀的加重明顯升高，說明了炎癥因子對于判斷KOA的嚴重程度是很有價值的。臨床研究也發現[9]，KOA發病時血清及關節液的炎性因子水平明顯增加，并進一步提出多種細胞因子和炎癥介質可能參與了KOA的發生、發展和預后的病理過程。細胞因子和炎癥介質日益受到國內外學者的重視，但炎癥介質與KOA嚴重程度關系卻鮮見報道。

TNF-α是一種多功能的炎性細胞因子，主要由單核巨噬細胞產生。有研究顯示[10]，KOA患者外周血TNF-α水平較健康者顯著升高，并且KOA病情與患者外周血TNF-α水平呈正相關。也有研究顯示[11] KOA中、晚期患者關節液中的TNF-α水平與KOA分期呈顯著正相關。有學者推測[12]，TNF-α可能通過自分泌和旁分泌形式作用于軟骨細胞，使軟骨基質的降解；同時TNF-α可刺激滑膜成纖維細胞和軟骨細胞產生包括MMP在內的炎性遞質的分泌，從而降解關節軟骨蛋白多糖和膠原。本研究也發現KOA患者中期和晚期關節液中TNF-α濃度分別與健康對照組比較，差異有顯著性（t=43.886、53.301，P<0.01）。直線回歸分析顯示，KOA分期與關節液中TNF-α呈顯著正相關（r=0.930，P<0.01）；進一步證明TNF-α是參與KOA的主要細胞因子，TNF-α可能在KOA發病機制中起著極其重要作用。推測TNF-α通過與軟骨細胞膜上TNF-α受體發生結合，通過趨化、激活滑膜巨噬細胞，進一步分化為破骨細胞，導致邊緣骨質的破壞，抑制基質的修復；同時干擾軟骨正常代謝加快軟骨基質的降解，促進關節軟骨的破壞。但KOA早期TNF-α水平與健康對照組無顯著差異（t=1.973，P>0.05），提示關節液單獨TNF-α水平仍不能早期發現KOA。

TGF-β是一種多功能調節因子，可以調節細胞增殖、分化、基質合成以及細胞凋亡。TGF-β1是TGF-β家族中目前研究較多的一種。有研究報道[13]，TGF-β1具有對致炎作用的炎性介質如IL-1、TNF-α產生拮抗作用，從而促進軟骨的修復及抑制軟骨的退變。也有研究發現[14]KOA患者無論在蛋白還是在mRNA水平均能夠負性調節MMP-13的表達，提示TGF-β1在一定程度上可反映膝關節病理的嚴重程度。本研究顯示，KOA患者中、晚期關節液中TGF-β1水平高于健康對照組（t=8.838、18.878，P<0.01），直線回歸分析顯示，KOA分期與關節液中TGF-β1呈顯著負相關（r= -0.849，P<0.01），與相關文獻報道一致[14]。提示隨著X線分期逐步升高，TGF-β1水平明顯下降，提示TGF-β1是影響KOA病程的主要炎癥介質之一。也有專家認為，TGF-β1加快了蛋白多糖的代謝，并刺激膠原和葡糖胺聚糖在關節軟骨中的合成[15]；另一方面TGF-β1通過抑制MMP的產生以及促進IMP的合成與分泌，參與軟骨損傷修復[16]。因此，TGF-β1逐漸減少可能是KOA發生的根源之一，關節液TGF-β1水平檢測有可能成為衡量KOA病情另一個重要指標。但TGF-β1水平KOA早期與健康對照組無顯著差異（t=1.826，P>0.05），提示關節液單獨TGF-β1水平仍不能早期發現KOA。

本研究還顯示，KOA早、中、晚期TNF-α/ TGF-β1均顯著高于健康對照組（P<0.01），直線回歸分析顯示，KOA分期與TNF-α/TGF-β1呈顯著正相關（r=0.828，P<0.01），這是否意味著TNF-α/ TGF-β1能早期發現KOA，并在一定程度上更能敏感地反映了KOA病程和病情嚴重程度。深入研究KOA患者關節液中TGF-β1、TNF-α表達水平對研究KOA發病機制具有理論指導意義。

綜上所述，關節液TNF-α水平增加和TGF-β1水平減少可能是KOA關節損害的中心環節，而TNF-α/TGF-β1可能是早期發現KOA敏感指標之一。動態檢測KOA患者關節液中TGF-β1、TNF-α及TNF-α/ TGF-β1水平變化可能對評估病情嚴重程度與早期病程判斷具有重要臨床意義。

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（收稿日期：2015-03-10）