膝關節骨關節炎ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13指標的相關性分析

金鵬 陳俊杰 莊汝杰★

膝關節骨關節炎ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13指標的相關性分析

金鵬 陳俊杰 莊汝杰★

目的 分析膝關節骨關節炎（KOA）ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13的相關性。方法 收集2014年11月至2015年2月就診且符合KOA診斷標準的患者24例，對患側膝關節行矢狀位ute序列磁共振掃描以獲取影像學膝軟骨炎性面積，同日收集患者膝關節液標本，應用酶聯免疫吸附劑測定法（ELISA）檢測關節液基質金屬蛋白酶13（MMP-13）指標，最后采用Pearson相關分析探討磁共振影像學炎性面積與MMP-13指標的相關性。結果 24例KOA患者關節液MMP-13指標為（0.179±0.03）pg/ml，磁共振炎性面積為（144.23±91.95）mm2，Pearson相關性分析顯示兩組數據呈正相關（r=0.920，P＜0.01）。結論 KOA ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13指標呈正相關，MMP-13是KOA炎癥發展的重要指標。

膝關節骨關節炎 磁共振成像 超短回波時間 MMP-13

膝關節骨關節炎（KOA）是一種以關節軟骨退化、骨質增生為主要特點的慢性退行性關節病，常發生于中老年人群［1］，是在力學及生物學因素的共同參與下，軟骨細胞、細胞外基質及軟骨下骨三者之間分解和合成失衡、代謝紊亂的結果。基質金屬蛋白酶13（MMP-13）因可以優先降解其主要成分為II 型膠原軟骨基質而在骨關節炎（OA）生物學發病機制中所發揮的作用備受關注。本文旨在分析KOA ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13的相關性，為MMP-13作為KOA炎癥發展的一項重要指標提供研究支持。

1 臨床資料

1.1 一般資料 收集2014年11月至2015年2月在浙江省中醫院就診且符合診斷標準的KOA患者24例，其中男14例，女10例；年齡40～70歲，平均45歲。KOA臨床診斷標準采用2007年中華醫學會骨科學分會修訂的標準：（1）近1個月內反復膝關節疼痛。（2）X線片（站立或負重位）示關節間隙變窄、軟骨下骨硬化和（或）囊性變、關節緣骨贅形成。（3）關節液（≥2次）清亮、粘稠，WBC＜2000個/ml。（4）中老年患者（≥40歲）。（5）晨僵≤30min。（6）活動時有骨摩擦音（感）。綜合臨床+實驗室及X線檢查，符合（1）+（2）或（1）+（3）+（5）+（6）或（1）+（4）+（5）+（6）可診斷為KOA。所有患者在留取關節液樣本前1個月內未應用任何藥物，1年內無關節穿刺治療及關節內用藥史。

1.2 儀器設備 MMP-13 酶聯免疫吸附（ELISA）試劑盒購自美國ABcam公司。酶標儀型號： 美國BioTex公司ELx800型全自動酶標儀。磁共振成像儀型號為西門子Verio 3.0TMR，掃描序列采用超短回波時間（UTE）序列。

1.3 方法 （1）24例KOA患者均應用磁共振ute序列對患側膝關節軟骨進行矢狀位掃描。掃描結束后，由1名資深骨科醫師（臨床工作＞10年，博士學歷）分析磁共振圖像，選取炎性面積最大且最清晰的矢狀位掃描層，手工精確描繪炎性區域（包括股骨內側髁和脛骨內側平臺）（見圖1），并使用圖像處理軟件計算描繪區內的炎性面積。（2）磁共振掃描結束后，24例KOA患者均各自在同日留取膝關節液。患者仰臥屈膝位，常規消毒鋪巾，采用髕下入路穿刺針尖進入關節腔，回抽無血后抽取2ml關節液，置于無菌塑料離心管中，10min內常溫4000r/min離心5min，取上清液置EP管，編號后保存于-80°冰箱中待測。24例待測關節液標本均按ELISA試劑盒說明書檢測MMP-13含量。

1.4 統計學方法 采用SPSS 22.0統計軟件包。樣本均采用Kolmogorov-Smirnov 正態分布檢驗，并對兩組數據進行Pearson 相關性分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

圖1 2例KOA軟骨ute序列磁共振矢狀位掃描炎性區域示意圖

2 結果

24例KOA患者關節液MMP-13指標為（0.179±0.03）pg/ml，磁共振炎性面積為（144.23±91.95）mm2，24對數據無法詳細列表給出，故作者關節液MMP-13指標為y軸（單位：pg/ml），以ute序列磁共振炎性面積為X軸（單位：mm2）、運用excel軟件建立散點圖（見圖2）。Kolmogorov-Smirnov檢驗顯示兩組數據均呈正態分布。Pearson相關性分析顯示，ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13指標呈顯著性正相關關系（r=0.920，P＜0.01）。

圖2 ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13指標的散點圖

3 討論

OA的病因及發病機制尚未完全明確，現今認為是力學及生物學因素共同作用下，軟骨細胞、細胞外基質及軟骨下骨代謝紊亂、降解與合成失衡的結果。由于人體力學結構，正常人步行和站立時，膝關節內側間室承載65%～70%的人體重力和地面反作用力［2］，引起內側軟骨的長期機械磨損，這便是力學因素的作用結果，故內側間室KOA發病率相較于外側更高。本資料中24例炎性區域均分布于股骨內側髁及脛骨內側平臺，這與人體力學因素所致發病特點相符合。

近幾年來分子生物學和細胞生物學不斷發展，國內外眾多學者對OA的生物學發病機制進行了深入研究，認為軟骨退變的病理變化過程中蛋白降解酶（寡聚基質蛋白酶和金屬基質蛋白酶）起著至關重要的作用。關節滑液作為軟骨組織營養的供給源，在軟骨的生理代謝及病理變化中的作用極其重要。在軟骨及滑膜受到內外因素（包括機械因素）的刺激后，即可分泌基質金屬蛋白酶釋放至關節滑液，盡管這些降解酶受到滑液中抑制劑的抑制，但持續的刺激使軟骨的降解大于合成，從而誘發軟骨的退變。由滑膜及軟骨組織分泌的各類代謝產物均進入關節液，在關節液中經過一定的代謝變化進而發揮其特定的生理病理作用，因此檢測關節液中蛋白降解酶的含量從而間接判斷軟骨組織的代謝情況已在臨床及實驗室廣泛開展。

隨著磁共振成像技術的飛速發展，開發了許多短T2成分的成像方法，使臨床磁共振成像系統不但能采集到短T2成分的信號，甚至可能將短T2成分的不同組織區別開來，擴展了磁共振成像視野。超短回波時間脈沖（UTE）序列的TE值介于0.008～0.500ms之間，可主要在短T2成分組織的關節軟骨、軟骨下骨橫向弛豫時間衰減至1之前采集其信號，相較于常規序列能夠更敏感的識別深層鈣化軟骨［3］，常作為KOA早期影像學診斷，故被應用于本研究磁共振炎性面積的獲取。

人體關節軟骨除水分外主要由兩種大分子構成：II型膠原（60%）及大蛋白聚糖，而MMP-13因其可以優先強力地降解II型膠原使其成為骨膠原酶中最有效的酶。Roach等［4］在臨床研究中發現MMP-13在關節軟骨破壞的患者中高度表達，說明MMP-13表達水平的升高可能是影響關節軟骨退化、炎癥發展的重要因素。Higashiyama等［5］研究發現關節軟骨中MMP-13含量與軟骨退變呈正相關，從而再次證實MMP-13 在OA發病機制中的關鍵作用。本資料發現KOA ute序列磁共振炎性面積與關節液MMP-13指標呈正相關，MMP-13是KOA炎癥發展的重要指標，與上述文獻報道相一致。綜上所述，MMP-13具有軟骨降解的作用，通過研究MMP-13抑制劑防止關節軟骨退變來治療OA可能成為創新與熱點。

1 黃洪容.我國社區中老年人膝關節骨關節炎的發病趨勢分析.當代醫學，2012，18（12）： 59～60.

2 MA Hunt， KL Bennell.Predicting dynamic knee joint load with clinical measures in people with medial knee osteoarthritis .The Knee，2011，18（4）：231～234.

3 Hajimu，Goto，Masahiko，et al.Magnetic resonance imaging （MRI） of articular cartilage of the knee using ultrashort echo time （uTE） sequences with spiral acquisition .Journal of Medical Imaging and Radiation Oncology，2012，56（3）：318～323.

4 Roach HI，Yamada N，Cheung KS，et al.Association between the abnormal expression of matrix-degrading enzymes by human osteoarthritic chondrocytes and demethylation of specific CpG sites in the promoter regions .Arthritis Rheum，2005，52（10）：3110～3124.

5 Higashiyama R，Miyaki S，Yamashita S，et al.Correlation between MMP-13 and HDAC7 expression in human knee osteoarthritis.Mod Rheumatol，2010，20（1）：11～17.

浙江省科技廳課題（2013KYB184）；浙江科技廳創新團隊子課題（2011R50022-04）；浙江省重大科技專項（2014C13G2120049）

310053 浙江中醫藥大學（金鵬 陳俊杰）

310006浙江省中醫院（莊汝杰）