大骨節病患者膝關節置換術后IL-1β、TNF-α表達變化及其與疼痛指數的相關性

王曉慶, 秦　靜, 常彥海, 李偉偉, 段大鵬, 郭　雄

(1. 陜西省人民醫院 骨一科, 陜西 西安, 710061; 2. 西安交通大學醫學院 公共衛生系, 陜西 西安, 710061)

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大骨節病患者膝關節置換術后IL-1β、TNF-α表達變化及其與疼痛指數的相關性

王曉慶1, 秦靜1, 常彥海1, 李偉偉1, 段大鵬1, 郭雄2

(1. 陜西省人民醫院 骨一科, 陜西 西安, 710061; 2. 西安交通大學醫學院 公共衛生系, 陜西 西安, 710061)

摘要:目的探討大骨節病患者膝關節置換術后IL-1β及TNF-α表達變化及其與膝關節疼痛指數的相關性。方法大骨節病組與骨性關節炎組患者各30例, 單純半月板損傷患者20例作為對照組。采用ELISA法檢測3組患者血液及滑液標本IL-1β和TNF-α的表達水平, 流式細胞術檢測關節軟骨細胞凋亡率, 疼痛指數變化采用VAS評分, 分析VAS與IL-1β、TNF-α變化的相關性。結果大骨節病組與骨性關節炎組血液標本、滑液標本IL-1β和TNF-α的水平均顯著高于對照組(P<0.05); 大骨節病組及骨性關節炎組細胞凋亡率顯著高于對照組(P<0.05); Pearson相關分析表明, 患者手術前后血液中IL-1β和TNF-α表達水平變化與VAS呈顯著正相關。結論大骨節病患者IL-1β和TNF-α的水平較高, 且其表達變化與VAS密切相關。

關鍵詞:大骨節病; 白介素-1β; 腫瘤壞死因子-α; VAS評分

大骨節病(KBD)是一種地方性、慢性變形性骨病，其主要特征是在青少年發育過程中，透明軟骨發生多發性灶狀壞死，導致骨骼的軟骨內化骨障礙及繼發性骨關節病。白介素-Iβ(IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是在軟骨損傷過程中發揮關鍵作用的細胞因子，可促進軟骨基質的分解，刺激關節局部炎性反應。本研究探討大骨節病患者膝關節置換術后IL-1β及TNF-α表達變化及其與膝關節疼痛指數的相關性，現報告如下。

1資料與方法

1.1一般資料

所有標本取自陜西省人民醫院2010年8月—2014年8月骨科住院患者，大骨節病及骨性關節炎患者各30例。大骨節病組男12例，女18例；年齡42～73歲，平均(58.4±15.3)歲；病程(以膝關節出現癥狀算起)18～44年，全部符合中國《大骨節病診斷標準》(Ws/T207-2010)。骨性關節炎組男8例，女22例；年齡45～75歲，平均(61.2±11.5)歲；病程5～33年，全部符合2007年頒布的《骨關節炎診治指南》膝關節 OA 的診斷標準[1]。2組患者均行人工關節置換術。對照組為外傷后單純半月板損傷患者共20例，其中男14例，女6例；年齡37～66歲，平均(52.4±9.05)歲；病程1～8個月，關節鏡檢查無明顯的滑膜增生和炎性反應。排除標準: ① 風濕、類風濕、痛風、結核、感染及腫瘤等疾病; ② 術前2周局部感染者; ③ 術前服用激素史; ④ 術前4周內關節內注射藥物; ⑤ 患有精神疾病者; ⑥ 未能完成VAS評分者。

1.2研究方法

3組患者術前及術后3、7、14、28 d分別用5 mL無菌注射器分別抽取血液3 mL；關節滑液標本在術前麻醉消毒后用10 mL無菌注射器抽取3 mL。采用雙抗夾心酶聯免疫吸附(ELISA)法，檢測血液和滑液中IL-1β、TNF-α的表達水平。

術中切取病變軟骨，收集軟骨細胞團塊，制成細胞懸液，調節細胞濃度后，取l00 μL細胞懸液(約1×105個細胞)，1 500 r/min離心5 min后棄上清液，加入500 μL的1×Binding Buffer、5 μL Annexin V-FITC及10 μL PI，輕輕混勻。室溫下避光反應5～10 min，上流式細胞儀，所得數據輸入計算機并用Modifit l．0軟件分析。

采用美國國立衛生研究所制定的視覺模擬標尺法(VAS)對患者術后3、7、14、28 d疼痛程度進行測量。將疼痛程度用0～10表示，0分為無痛，10分為強烈的疼痛。

1.3統計學處理

采用SPSS13.0軟件包進行統計學處理，計量數據以均數±標準差表示，多組樣本均數之間比較采用單因素方差分析檢驗，相關性用非參數Pearson相關分析檢測，P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.13組患者關節滑液、血液中IL-1β、TNF-α水平比較

大骨節病組、骨性關節炎組患者關節滑液、血液中IL-1β和TNF-α的含量均顯著高于對照組(P<0.05)。見表1。

表1　3組患者關節滑液、血液中IL-1β、TNF-α水平比較　pg/mL

與對照組相比, *P<0.05。

2.2流式細胞術檢測3組患者軟骨細胞凋亡變化

經Annexin V-FITC/PI雙染色流式細胞儀檢測發現，與對照組相比，大骨節病組及骨性關節炎組軟骨細胞凋亡率明顯增高，而大骨節病組及骨性關節炎組凋亡變化無顯著差異(P>0.05)，見圖1。

2.3大骨節病患者關節置換前后血液IL-1β、TNF-α表達與VAS評分的關系

Pearson等級相關分析表明，在大骨節病關節置換前后，IL-1β表達與VAS評分呈顯著正相關(r=0.469,P= 0.037)，TNF-α表達也與VAS評分呈顯著正相關(r=0．517,P= 0.020)。

圖1 3組患者軟骨細胞凋亡比較

3討論

大骨節病是一種地方性、多發性骨關節病[2-4]，大骨節病發病年齡為3～12歲，但一般成人后才有明顯癥狀。大骨節病主要病理特征是全身多個關節的深層軟骨壞死以及關節異常增生及鈣化，患者由于大量關節軟骨的退化、骨質增生、關節畸形等導致關節疼痛、發育障礙甚至喪失勞動能力[5-6]。大骨節病影像學特征主要有干骺端邊緣模糊不平，呈波浪、鋸齒狀；骨骺與骨干融合；干骺端呈杯口狀凹陷，骨髓嵌入其中而早期愈合，停止發育；干骺完全融合，骨縱向發育停止，病骨變短變粗，骨端寬大變形。骨性關節炎則主要是以關節軟骨(也包括骨組織)的變性、壞死、退變、修復及增生等繼發性反應的反復出現，最后導致關節周圍骨質增生及軟骨下骨囊腫為特征[7]。

研究[8]表明，關節滑膜的炎癥反應參與了骨關節病的發生發展，而IL-1β和TNF-α是在滑膜炎癥和軟骨損傷過程中發揮重要作用的細胞因子，可激活基質降解酶，促進軟骨基質的分解，刺激關節局部炎性、免疫反應。本研究檢測了大骨節病、骨性關節炎及半月板損傷患者的血液及膝關節滑液中IL-1β和TNF-α的表達，結果顯示大骨節病組及骨性關節炎組患者血液及滑液中IL-1β、TNF-α表達較對照組明顯增高，這與既往的研究[9]相一致，表明IL-1β和 TNF-α可能在大骨節病的發生發展中起重要作用，導致關節軟骨損害。研究[10-11]表明，關節軟骨損傷與軟骨細胞過度凋亡或死亡有關，大骨節病和骨關節病的軟骨丟失均與細胞過度凋亡有關。本研究采用流式細胞術檢測大骨節病和骨關節病及半月板損傷患者軟骨細胞凋亡變化，結果顯示大骨節病軟骨細胞凋亡率明顯增加，表明其在大骨節病軟骨破壞過程中發揮極其重要作用。

在大骨節病和骨關節炎患者的治療中，使疼痛癥狀得到緩解是一個非常重要的目標，而全膝關節置換術的首要任務就是緩解臨床癥狀，減輕疼痛對患者生活、工作的影響[12]。本研究結果顯示，大骨節病患者IL-1β和TNF-α的表達水平與VAS評分呈顯著正相關，其相關系數分別為0.469和0.517，表明IL-1β和TNF-α的表達水平與大骨節病膝關節置換術的疼痛程度密切相關。

綜上所述，IL-1β和TNF-α在大骨節病發生發展中起重要作用，其表達水平與膝關節置換術前術后疼痛程度密切相關，可作為大骨節病嚴重程度以及疼痛變化的指標。

參考文獻

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Changes of IL-1β and TNF-α in Kashin-Beck disease patients with total knee arthroplasty and its correlation with pain index

WANG Xiaoqing1, QIN Jing1, CHANG Yanhai1, LI Weiwei1,DUAN Dapeng1, GUO Xiong2

(1.DepartmentofOrthopedics,ShaanxiProvincialPeople′sHospital,Xi′an,Shaanxi, 710061;2.SchoolofPublicHealth,MedicalCollegeofXi′anJiaotongUniversity,Xi′an,Shaanxi, 710061)

ABSTRACT:ObjectiveTo explore the changes of interleukin-1β (IL-1β) and tumor necrosis factor-α (TNF-α) in Kashin-Beck disease (KBD) patients with total knee arthroplasty (TKA) and its correlation with pain index. MethodsThere were 30 cases in KBD group and OA group respectively and there was 20 cases of simple meniscus injury in control group. The levels of IL-1β and TNF-α in blood and synovial fluid were detected by enzyme linked immunosorbent assay in the three groups, and the apoptosis rate of articular cartilage cell was detected by flow cytometry. The knee pain was determined by VAS, and its correlation with the expression levels of IL-1β and TNF-α was analyzed. ResultsThe levels of IL-1β and TNF-α in blood and synovial fluid in KBD group and OA group were significantly higher than those in control group (P<0.05), and the apoptosis rate of articular cartilage cell in KBD group and OA group was significantly higher than that in control group (P<0.05). Pearson correlation analysis showed a positive correlation between changes of IL-1β and TNF-α before and after operation and VAS. ConclusionThe KBD patients have high levels of IL-1β and TNF-α and the changes of these indexes are closely associated with the VAS.

KEYWORDS:Kashin-Beck disease; interleukin-1β; tumor necrosis factor-α; VAS score

中圖分類號:R 684.1

文獻標志碼:A

文章編號:1672-2353(2016)07-069-03

DOI:10.7619/jcmp.201607020

基金項目:陜西省自然科學基礎研究計劃項目(2015JM8487)

收稿日期:2015-11-16