男性原發性骨質疏松患者VEGF、HIF-1α與骨代謝指標的相關性研究

趙光宗，孫子偉，方軍，張龍強，崔好才

(1.濰坊市益都中心醫院 脊柱創傷骨科，山東 濰坊 262500；2.青州市人民醫院 骨科，山東 濰坊 262500)

男性原發性骨質疏松患者VEGF、HIF-1α與骨代謝指標的相關性研究

趙光宗1Δ，孫子偉1，方軍1Δ，張龍強1，崔好才2

(1.濰坊市益都中心醫院 脊柱創傷骨科，山東 濰坊 262500；2.青州市人民醫院 骨科，山東 濰坊 262500)

目的 觀察男性原發性骨質疏松患者血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF) 及缺氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α)與骨代謝相關指標的水平，并探討其相關性。方法 共納入濰坊市益都中心醫院脊柱創傷骨科2013年1月～2014年12月男性病例123例，其中骨量正常組34例、低骨量組39例、骨質疏松組50例，測定HIF-1α、VEGF及骨代謝及骨轉化指標水平[骨堿性磷酸酶(bone alkaline phosphatase，BALP)、抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate-resistant acid phosphatase 5b,TRACP 5b)、轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、骨鈣素(bone Gla-protein，BGP)、Ⅰ型膠原交聯羧基末端肽(human cross-linked carboxy-terminal telopeptide of type Ⅰ collagen，CTX-I)]，并進行相關性分析。結果 骨量正常組與低骨量組BALP指標差異無統計學意義，骨質疏松組BALP指標顯著低于其余2組(P<0.05)。3組間HIF-1α、VEGF及TRACP 5b、TGF-β1及CTX-I指標隨骨量降低而升高，BGP隨骨量降低而降低(P<0.05)。HIF-1α與VEGF呈正相關(P<0.05)，與BALP、TRACP 5b、TGF-β1及CTX-I呈正相關，與BGP呈負相關(P<0.05)。VEGF與TGF-β1及CTX-I呈正相關，與BGP呈負相關(P<0.05)。結論 HIF-1α及VEGF與骨代謝、骨轉化指標顯著相關，是骨質疏松病理生理過程的重要影響因素。

骨質疏松；男性；VEGF；HIF-1α；骨代謝

骨質疏松是以骨量減少、骨組織顯微結構退化(松質骨骨小梁變細、斷裂、數量減少；皮質骨多孔、變薄)為特征，以致骨的脆性增高及骨折危險性增加的一種全身性骨病[1]。目前，隨著我國人口老齡化的加劇，我國老年男性原發性骨質疏松癥患病率明顯升高。骨質疏松引起的疼痛及骨折危險性增加，對老年人的生活質量構成了嚴重的威脅。研究表明[2]，良好的氧濃度是維持骨代謝平衡的重要基礎，而低氧狀態是導致骨重建及骨轉換異常的重要因素。低氧誘導因子(hypoxia-inducible factor 1，HIF-1)作為組織細胞低氧狀態下調節氧穩定的核轉錄因子，可直接調節血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等的表達參與骨代謝相關信號轉導。為此，本研究旨在觀察和分析男性原發性骨質疏松患者HIF-1及VEGF與骨代謝相關指標的變化及相關性，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 濰坊市益都中心醫院脊柱創傷骨科2013年1月～2014年12月期間診治的男性患者123例，年齡63～73歲，平均年齡(68.72±8.16)歲。本研究中123例患者骨量正常組、低骨量組及骨質疏松組分別為34、39、50例。骨量正常組年齡60～71歲，平均年齡(67.02±8.12)歲；低骨量組年齡62～74歲，平均年齡(67.58±8.01)歲；骨質疏松組年齡62～73歲，平均年齡(68.01±7.95)歲。 參照WHO提出的骨質疏松的診斷標準[3]，應用雙能X線吸收骨密度儀(DEXA)測量L2-4(腰二至四椎體)骨密度，T值<-2.5SD為骨質疏松，T值在-1.0SD～-2.5SD為骨量減少，T值>-1.0SD為骨量正常。排除標準：合并心腦血管、肝、腎功能不全及造血系統等嚴重原發性疾病者；內分泌疾病(性腺功能減退及Ⅰ型糖尿病等)引起的繼發性骨質疏松者；合并腸吸收不良綜合征、肌營養不良癥、風濕性關節炎、白血病及系統性紅斑狼瘡等全身性疾病者；因骨折使用石膏外固定期間或拆除后不滿半年者；有腰椎間盤突出、腰椎管狹窄癥、強直性脊柱炎等原發性骨關節疾病者；合并老年癡呆、精神病及嚴重神經官能癥等無法配合本次研究者；在研究前半年內接受雌激素受體調節劑等可能對檢驗結果造成影響者。

1.2 研究方法 取納入病例次日晨空腹靜脈血5 mL，離心后取血清置于-70 ℃保存待檢，采用ELISA(酶聯免疫法)進行骨代謝、骨轉化指標及HIF-1α、VEGF測定，骨代謝及骨轉化指標主要包括[4]骨堿性磷酸酶(bone alkaline phosphatase，BALP)、抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate-resistant acid phosphatase 5b,TRACP 5b)、轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、骨鈣素(bone Gla-protein，BGP)、Ⅰ型膠原交聯羧基末端肽(human cross-linked carboxy-terminal telopeptide of type Ⅰ collagen，CTX-I)。ELISA試劑盒購自武漢中美科技有限公司，酶標儀為EXL-200型。

2 結果

2.1 3組患者HIF-1α、VEGF及骨代謝、骨轉化指標比較 骨量正常組與低骨量組BALP指標差異無統計學意義，骨質疏松組BALP指標顯著低于其余2組(P<0.05)。3組間HIF-1α、VEGF及TRACP 5b、TGF-β1及CTX-I指標隨骨量降低而升高，BGP隨骨量降低而降低(P<0.05)。見表1。

表1 3組患者HIF-1α、VEGF及骨代謝、骨轉化指標比較

*P<0.05，與骨量正常組比較，compared with normal group；#P<0.05，與低骨量組比較，compared with low bone mass group

2.2 HIF-1α、VEGF與骨代謝、骨轉換指標的相關性分析 HIF-1α與VEGF呈正相關(P<0.05)。與BALP、TRACP 5b、TGF-β1及CTX-I呈正相關，與BGP呈負相關(P<0.05)。VEGF與TGF-β1及CTX-I呈正相關，與BGP呈負相關(P<0.05)。見表2。

表2 HIF-1α、VEGF與骨代謝、骨轉換指標的相關性分析

3 討論

2003～2006年我國衛生部調查顯示，50歲以上中老年人骨質疏松患病率為15.7%，預計2020年我國骨質疏松及骨量減少的居民人數將達2.9億，目前，骨質疏松癥已被確定為“十一五”期間重點攻關的三大老年性疾病之一，近年來，其發病機制及防治也成為醫學界關注的熱點[5]。

氧穩態的維持是細胞生命活動的前提，豐富的血供是維持正常骨代謝的必要條件。人體心輸出量的10%用來參與骨骼系統的血供[6]。在供血不足時，骨組織內氧分壓降低會誘導HIF-1表達增高，HIF-1在低氧信號轉導過程中起重要作用。成骨細胞是骨形成的主要功能細胞，分泌骨形成過程中的重要細胞因子及酶類，誘導新骨形成。成骨細胞對骨組織氧壓力的變化最為敏感，隨著年齡增長后，體循環水平的下降，骨組織出現相對低氧的環境，低氧環境下骨組織內過度表達的HIF-1α與HIF-1β在細胞核內形成聚合體，作用于VEGF靶基因，誘導VEGF與成骨細胞內的VEGF受體結合，促進VEGF mRNA的表達及上調，刺激VEGF生成，以便驅化血管長入軟骨內，增加軟骨內成骨作用[7]。國外學者分別在氧體積分數為 21%， 15%， 10%， 5%， 1%條件下培養 MC3T3-E1 成骨樣細胞 6 h，發現VEGF mRNA 在 5%和 1%條件下增加顯著[8]。

破骨與成骨過程的平衡是維持骨正常代謝的關鍵，研究顯示[9]，低氧可通過誘導HIF-1α產生并激活VEGF影響成骨細胞的增殖、分化外，還可通過VEGF及血管生成素樣蛋白4等在內的多種下游基因，直接影響破骨細胞的生成。而VEGF還可直接增強破骨細胞骨吸收功能和延長破骨細胞的存活。研究表明[10]，敲除HIF-1α基因的小鼠，成骨細胞骨量明顯降低，破骨細胞的數量及骨吸收面積增加，骨脆性也增加，當HIF-1α激活后，骨量及骨內血管也隨之明顯增加。由此可見，VEGF可同時作用于成骨細胞及破骨細胞，并維持兩者的動態平衡。

然而，HIF-1α并不都是通過VEGF來調節骨代謝的，研究顯示，低氧等因素可誘導機體產生低氧誘導因子α1，進而通過Osterix因子、表皮生長因子、骨形態發生蛋白、前列腺素2及其受體EP1影響成骨細胞的生成，進而影響骨代謝的平衡[11]。BMPs屬TGF-β超家族成員，TGF-β具有多種生物學活性，可促進成骨細胞增殖，促進破骨細胞凋亡， 在維持骨吸收與骨形成的平衡中發揮著重要的作用[12]。文獻報道[13]，絕經后骨質疏松患者血清TGF-β1顯著降低，其水平與骨密度呈正相關。低氧環境下HIF-1α與TGF-β1也有一定的聯系，TGF-β1是HIF-1α的主要靶基因，HIF-1α可促進其表達。本研究顯示，骨質疏松組TGF-β1水平最高，且HIF-1α及VEGF與TGF-β1呈正相關(P<0.05)。

本研究結果還顯示，3組患者HIF-1α及VEGF水平組間比較差異有統計學意義(P<0.05)，以骨質疏松組HIF-1α及VEGF水平最高(P<0.05)。提示骨質疏松患者骨骼系統出現了明顯的低氧狀態，這一低氧誘導了VEGF的表達，成骨及破骨作用均有所增加，但骨吸收大于骨形成，這也可能是骨質疏松發病的重要病理基礎。

TRACP 5b是第2代骨吸收標志物，特異性及敏感性較高，均來源于破骨細胞。CTX-1是反映I型膠原分解的特異性指標，I型膠原降解形成C-末端肽，進一步降解形成CTX-1，在骨代謝正常時,I型膠原降解量極微，血中CTX-1水平極低，而當骨轉換加快，破骨細胞活性增強時，I型膠原降解增加，即可檢測到血清中高水平的CTX-1。Obrant 等研究發現[14]，骨質疏松骨折婦女TRACP顯著升高，50～79歲女性CTX-1與TRACP與BMD呈負相關，本研究與其報道相符。

BALP來源于成骨細胞，是反映成骨細胞活性并作為骨形成的標志物之一，可提高局部磷酸含量并為骨基質礦化所必須。BGP是成骨細胞成熟的標志，主要出現在礦化期，二者可一定程度反映成骨細胞分化的程度及功能的表達。研究顯示[15]，敲除HIF-1α基因的小鼠,其體內BALP及BGP表達降低，而vHL基因敲除，HIF-1α蛋白表達升高后，BALP及BGP也隨之升高。研究顯示[16]，50～64歲年齡段女性BGP、BALP明顯高于其他年齡組，與骨密度(bone mineral density，BMD)呈負相關，而65歲以后二者水平開始下降。本研究中男性為60～75歲年齡組，結果顯示，HIF-1α、VEGF與BGP均呈負相關(P<0.05)，HIF-1α與BALP呈正相關(P<0.05),但并未顯示65歲以后BALP又有下降趨勢，有待進一步大樣本分層研究。

雙能X線吸收法測量骨密度是診斷骨質疏松和骨量減少的主要技術手段，但大量骨丟失至少6～12個月后才能觀察到骨密度的改變，而骨密度正常的案例也有發生骨折的危險，而骨代謝指標可實時反映骨代謝狀態，其變化也早于骨密度的改變，而且其與BMD存在重要關聯。而HIF-1α、VEGF與骨代謝、骨轉換也密切相關，因此，了解老年男性患者相關指標的變化，對于骨質疏松的早期診斷及預防治療具有重要臨床價值。

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(編校：王儼儼)

Correlation of VEGF, HIF-1α and bone metabolic markers in male patients with primary osteoporosis

ZHAO Guang-zong1Δ, SUN Zi-wei1, FANG Jun1Δ, ZHANG Long-qiang1, CUI Hao-cai2

(1. Department of Spine Trauma and Orthopedics, Weifang Yidu Central Hospital, Weifang 262500, China; 2. Department of Orthopedics, Qingzhou City People’s Hospital, Weifang 262500, China)

ObjectiveTo observe the levels of vascular endothelial growth factor (VEGF) and hypoxia-inducible factor 1α (HIF-1α) and bone metabolism related indicators in male patients with primary osteoporosis, and explore their relevance.MethodsA total of 123 cases of male patients selected from January 2013 to December 2014, of which 34 cases in normal bone mass group, 39 cases in low bone mass group, 50 cases in osteoporosis group. The HIF-1α and VEGF and bone metabolism related indicators [tartrate-resistant acid phosphatase 5b (TRACP 5b), transforming growth factor-β1 (TGF-β1), bone Gla-protein (BGP) and human cross-linked carboxy-terminal telopeptide of type Ⅰ collagen (CTX-I)] were determined, and their correlations were analyzed.ResultsThere were no significant difference in BALP levels between normal bone mass group and low bone mass group. The BALP level in osteoporosis group was lower than the other two groups(P<0.05). The HIF-1α, VEGF, TRACP 5b, TGF-β1 and CTX-I levels increased with the decreasing of bone mass, BGP level decreased with the decreasing of bone mass(P<0.05). HIF-1α was positively correlated with VEGF, BALP, TRACP 5b, TGF-β1 and CTX-I, and negatively correlated with BGP(P<0.05). VEGF was positively correlated with TGF-β1 and CTX-I, and negatively correlated with BGP(P<0.05).ConclusionHIF-1α, VEGF and bone metabolism related indicators is closely related, which are confirmed to be an important factor of pathology and physiology of osteoporosis.

osteoporosis; male; VEGF; HIF-1α; bone metabolism

趙光宗，男，碩士，主治醫師，研究方向：脊柱創傷外科E-mail：tjhqlbo@126.com；方軍，通信作者，男，主任醫師，研究方向：脊柱創傷外科，E-mail:45156106@qq.com。

R681

A

1005-1678(2016)01-0068-03