兒童骨代謝標志物

崔坤華 李琪

昆明醫科大學第一附屬醫院兒科，云南 昆明 650032

1 概述

1.1 兒童骨骼系統疾病特點

維生素D缺乏性佝僂病是兒科最常見的疾病之一。維生素D缺乏性佝僂病占我國兒童佝僂病發病率的95%以上[1]。骨質疏松的患病率增加，所以兒童骨質疏松越來越受到重視[2]。青春期末獲得的峰值骨量的高低和成年后骨量丟失的速度是在中老年后骨質疏松發病的兩個重要因素。兒童和青少年時期是骨量快速增長和骨礦物作用的重要時期，在青春期末所達到的峰值骨量能夠決定成年時期病理性骨折和骨質疏松的患病風險。在兒童和青少年時期未能達到適合骨量的個體，即使在成年以后沒有發生骨量加速流失的現象，仍有患骨質疏松癥的可能。因而，兒童青少年期獲得的骨量是人體骨骼健康的重要因素。骨質疏松應當被理解為起病于兒童期，在老年期出現癥狀，稱為“具有老年期影響的兒科疾病”[3]。因此，即使兒童期未發生骨質疏松，但青春發育期兒童獲得理想的骨骼發育狀態，可影響成年后骨骼的發育。

1.2 兒童骨代謝標志物的特點

在兒童時期，骨骼不斷進行著生長和重塑。骨的生長在小兒時期包含骨塑造和骨再造。前者為小兒所特有，而后者終生存在。成骨細胞的骨形成作用與破骨細胞的骨吸收作用在小兒時期并不平衡，骨形成大于骨吸收，于是骨骼不斷生長。兒童生長速度很快，骨代謝迅速，因而骨標濃度很高，在生理和病理狀態下都可以導致骨標志物濃度的顯著變化[4]。兒童期反映骨生長代謝的生化指標有其自身的變化規律，不能以成人的指標作為判斷標準，而應采用兒童期的骨生長代謝指標來指導診斷和治療[5]。

2 兒童骨代謝標志物

目前認為雙能X線吸收法是測定骨密度的標準方法[2]，而骨密度的下降是診斷兒童骨質疏松的必備條件[6]。但雙能X線吸收法在兒童中應用的精密度和準確度仍有爭議，且其測量的是局部的骨量變化，很容易高估或者低估骨密度，加之兒童骨骼處于不斷增長增粗的階段，此種差異就更明顯，且其不能作為常規的檢測，只有在該患者有發生骨質疏松癥風險的情況下才有完善雙能X線檢測的適應證。而兒童處于快速生長發育中，大多數骨量的丟失都是隱性的，因此，僅憑骨密度的檢測容易導致漏診誤診[7]。在兒童骨質疏松中，繼發性骨質疏松占大部分，在繼發性骨質疏松特別是糖皮質激素誘導的骨質疏松中，在骨密度正常的情況下，仍有骨質疏松的發生[6]。基于以上骨密度檢測的局限性，骨代謝標志物能更早地反映骨量的丟失，雖然不能診斷骨質疏松，但可以作為藥物治療的監測指標和正常人群的篩查指標，聯合骨密度能更準確地評估骨量的丟失，減少骨質疏松的漏診及誤診。骨代謝標志物之所以不能評估骨量的丟失，其局限性在于兒童的不同生長發育階段，骨代謝標志物存在很大的差異。本文就不同兒童生長發育階段骨代謝標志物的特點予以總結，以期能與骨密度一起提高骨質疏松的診斷與治療[8]。

2.1 骨形成標志物

2.1.1I型前膠原肽(Type I procollagen peptide)：膠原是骨組織中最主要的蛋白質，占骨全部有機質的93%，對維持骨結構的完整及骨生物力學特性非常重要。I型膠原在骨膠原中約占97%。骨I型膠原由成骨細胞產生，首先在其細胞內部合成大分子前體蛋白I型原膠原，后分泌到細胞外，在特異性肽內切酶作用下切去N末端和C末端成為膠原分子，再進一步組裝成不溶性膠原纖維，最后形成交聯物，以保證其結構的完整性。所切去的兩端非膠原結構，即I型原膠原羧基(procollagen I C-terminal propeptide，PICP)或I型氨基末端前肽(procollagen I N-terminal peptide，PINP)。因此，原膠原前肽是骨膠原合成時的產物，且其與所形成膠原分子存在1∶1的對應關系，故可準確地反映膠原的合成及成骨細胞活性[9]。PINP的高峰在嬰兒期，此后，在青春期前PINP開始下降，僅僅只有輕度的波動，當在青春期增長階段，PINP值升高，而且男孩與女孩出現顯著差異。在停止生長后，PINP值降至成人水平[10]。0～18歲歐洲中部男孩和女孩的PINP參考值見圖1、2。

圖1 青春期前兒童PINP參考值，上下偏差對應2.5和97.5個百分位Fig.1 PINP in prepubertal children. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile摘自：文獻[10]。

圖2 9.1～18歲兒童PINP參考值(白色表示男孩，灰色表示女孩，上下偏差對應2.5和97.5個百分位)Fig.2 PINP in children of 9.1-18 years old. (White bar, boys; gray bar, girls. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile)摘自：文獻[10]。

2.1.2骨堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，BAP)：骨堿性磷酸酶由成骨細胞在骨形成階段大量生成，是成骨細胞增殖停止初期的特征性產物，當骨基質礦物化開始后即減低。血液中的堿性磷酸酶95%以上來自于肝臟和骨骼[11]。目前國內單獨對骨堿性磷酸酶兒童的參考范圍研究較少。但正常兒童血清堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)與BAP呈顯著正相關，國內常規檢測ALP代替BAP，作為一個評價兒童骨代謝方便快捷又便宜的指標[12]。15歲以后的兒童BAP值比15歲以前兒童低，而且13歲以后男孩中BAP值明顯比女孩高[13]。0～20歲美國男女兒童BAP的參考值見圖3。

圖3 美國男女兒童的骨堿性磷酸酶參考值曲線(實點代表男孩，虛點代表女孩，曲線表示第50百分位數和3、97百分位數)Fig.3 Back transformed reference curves for bone formation markers BALP in boys (filled circles) and girls (open circles). Curves represent the 50th centile (straight lines) and 3rd/97th centile (dotted lines).摘自：文獻[13]。

2.1.3骨鈣素(osteocalcin，OC)：骨鈣素又稱骨依賴維生素K蛋白，是由成骨細胞在維生素D3調節下合成的多肽類物質，是骨組織中最豐富的一種非膠原蛋白質。OC是唯一在礦化組織中大量存在的骨代謝標志物，是骨形成的最直接反映。OC在血清中含量約占成骨細胞合成量的20%，兩者呈正相關[9]。國際上已將血清OC的檢測作為能敏感、特異、準確地反映機體成骨細胞功能的重要指標。OC沒有峰值，但是兒童的參考范圍比成人高。在青春期增長階段，OC值升高，而且男孩與女孩出現顯著差異。在停止生長后，OC值降至成人水平[10]。0～18歲歐洲中部男孩和女孩OC的參考值見圖4、5。

圖4 青春期前兒童OC參考值，上下偏差對應2.5和97.5個百分位Fig.4 Osteocalcin in prepubertal children. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile摘自文獻[10]。

圖5 9.1～18歲兒童OC參考值(白色表示男孩，灰色表示女孩，上下偏差對應2.5和97.5個百分位)Fig.5 Osteocalcin in children of 9.1-18 years old (White bar, boys; gray bar, girls. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile)摘自：文獻[10]。

2.2 骨吸收標志物

2.2.1吡啶交聯物：骨組織中最多的交聯物是吡啶啉和脫氧吡啶啉，當破骨細胞吸收骨基質時，它們就從膠原分子中釋放出來進入血循環，并不經過肝臟代謝，在血液和尿中以游離和肽結合形成存在，直接由尿排泄。盡管吡啶啉和脫氧吡啶啉并非骨組織所特有，但兩者比例在骨中與尿中均為4∶1，而軟組織中則大于10∶1，提示其主要為骨源性，是反映骨吸收的可靠指標[9]。

2.2.2I型膠原交聯N-末端肽(N-terminal peptides，NTX)和C-末端肽(C-terminal peptides，CTX)：I型膠原羧基或氨基末端交聯肽(CTX、NTX)也是膠原分子交聯物的一部分，在膠原分解時產生，是特異性反映骨吸收的指標。尿NTX的穩定性、敏感性均好于傳統骨吸收指標[9]。CTX值與年齡和身高成線性關系，身高對男孩的影響比女孩稍強一些[14]。與2～15歲兒童相比，17歲以后血清CTX值更低，CTX值在11～15歲兒童中的應用價值更大[13]。3～9歲男女兒童的CTX參考值見圖6。

圖6 歐洲兒童男孩和女孩CTX參考曲線，曲線表示第50百分位數和3、97百分位數Fig.6 CTX reference curves of boys and girls considering the 3rd, 50th and 97th age- and sex-specific height percentile摘自：文獻[14]。

2.2.3抗酒石酸酸性磷酸酶5b片斷(TRAP-5b)：TRAP-5b是酸性磷酸酶6種同工酶(O～5型)中的一種，即第5型。在正常人血清中，TRAP-5以兩種不同的糖基化形式存在，即TRAP-5 a和TRAP-5b，其中TRAp-5b主要來源于破骨細胞。血清中的TRAP-5b可間接反映破骨細胞的數量[4]。有研究表明，TRAP-5b在各年齡段分布不同，15歲后 TRAP-5b值低于3歲以下兒童，13～17歲男孩參考值相對于女孩更高[13]，0～20歲美國男女兒童的TRAP-5b參考值見圖7。

圖7 美國男女兒童的抗酒石酸酸性磷酸酶5b片斷(TRAP-Sb)參考值曲線(實點代表男孩，虛點代表女孩，曲線表示第50百分位數和3、97百分位數)Fig.7 Back transformed reference curves for bone resorption markers TRAP5b in boys (filled circles) and girls (open circles). Curves represent the 50th centile (straight lines) and 3rd/97th centile (dotted lines).摘自：文獻[13]。

2.3 兒童骨代謝的調節指標

維生素D是重要的調節骨代謝的類固醇激素，其活性成分是1，25-(OH)2D3。1，25-(OH)2D3的靶器官是小腸、骨骼和腎臟，作用為升高血鈣和血磷。甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)是甲狀旁腺主細胞合成和分泌的，受到細胞外液鈣離子濃度的負反饋調節，調控鈣磷濃度。PTH作用的靶器官是骨骼、腎小管和小腸，總的作用是升高血鈣、降低血磷。

2.4 新型骨代謝標志物

在傳統骨代謝生化標志物中，PINP和CTX是骨形成和骨吸收的參考標志物[15]。然而，傳統的骨代謝生化標志物有一些局限性，包括缺乏骨組織特異性，不能反映骨細胞的活動性及骨膜的新陳代謝。有研究表明，一種新的類型標志物，循環中小分子核糖核酸可以在骨質疏松癥中代表早期生物標志物[16]。

2.4.1骨膜蛋白(periostin，POSTN)：骨膜蛋白主要由骨膜成骨細胞和骨細胞表達[17]，不僅能調節骨形成和骨礦物密度，而且能通過調節膠原蛋白交聯增加骨骼強度[18]。血清中骨膜蛋白反映的是生物過程，而不是檢測靜態的骨礦物密度或者骨代謝動態指標[16]。血清中骨膜蛋白的測定是非常有用的，但是骨膜蛋白對骨骼不是特異的，肺纖維化、心臟、皮膚都有表達，目前無骨骼特異性亞型。為了提高骨折風險評估，需要把骨礦物密度和骨代謝標志物聯合使用[16]。

2.4.2鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)：S1P是一種脂質介質，通過S1P受體扮演不同的作用，S1P受體是G蛋白家族受體[19]。盡管S1P可能影響成骨細胞的增殖、存活、遷移，但是在骨代謝方面最主要的作用是在破骨細胞生成方面[20]。S1P在骨折方面的作用取決于末梢循環中S1P的值與骨髓腔中S1P值的比值。末梢循環中S1P的水平和末梢循環中S1P的值與骨髓腔中S1P值的比值，是評估骨折風險的新的生化標志物[16]。

2.4.3骨硬化蛋白(Sclerostin)：骨硬化蛋白是一種分泌性蛋白，通過抑制Wnt信號通路，進而影響骨的形成[21]。骨硬化蛋白也能刺激骨細胞來源的破骨細胞分化因子的分泌，從而直接激活破骨細胞的活動[22]。循環中骨硬化蛋白與骨髓腔中骨硬化蛋白呈正相關，這意味著血清中骨硬化蛋白的水平可以反映自身的骨產生[23]。血清中骨硬化蛋白與骨轉換標志物呈負相關，與BMD呈正相關[16]。在青春期前，女孩中骨硬化蛋白水平略高于男孩，不管男孩還是女孩，在青春期，骨硬化蛋白都開始下降，但在青春期后男孩中骨硬化蛋白明顯高于女孩[24]。在II型糖尿病患者、類風濕關節炎、慢性腎臟疾病中都有表達，所以用骨硬化蛋白來預測骨質疏松癥患者骨折風險存在一定的局限性[16]。

2.4.4微小核糖核酸(MicroRNAs)：微小核糖核酸不僅參與了正常成骨細胞和破骨細胞的功能，而且在一些骨骼疾病狀態包括骨質疏松也會釋放微小核糖核酸[25]。從診斷的角度來看，測量循環中微小核糖核酸是很有用的，因為它在骨代謝改變方面可以提供非常有價值的信息，可能比骨生化標志物更早[16]。微小核糖核酸以細胞外囊泡、高密度脂蛋白囊泡形式從細胞胞漿釋放到生物液中，也可以是RNA結合蛋白以核質蛋白的形式釋放到生物液中[26]。微小核糖核酸在生物液中非凡的穩定性，血液循環中微小核糖核酸是以囊泡與蛋白締合物的形式存在，它們在外周血中可以耐核糖核酸酶活動，所以它們可以作為優秀的生物標志物[27]。但是，微小核糖核酸在骨骼系統精密醫學方面建立診斷工具和提供可靠的治療目標，還需要更進一步的研究[28]。

3 骨代謝標志物在兒科中的應用

3.1 生長發育的監測

血清P1NP值和OC值以及CTX值在學齡前期及學齡期水平較低，在兒童青春期達到峰值，并在青春期后快速降低，這與兒童生長特點相似[3]。特發性身材矮小(idiopathic short stature，ISS)兒童的血清BAP和OC與胰島素樣生長因子(insulin like growth factor 1，IGF-1)均存在顯著的直線正相關關系，二者不僅能反映骨骼的生長動力，同時是骨骼生長的結果反映，并與骨骼的生長速率保持一致，因此二者可作為評價ISS兒童骨骼生長發育的監測指標。對準確判斷ISS兒童現時生長狀況以及監測療效具有很大的臨床實用價值[29]。生長激素缺乏癥(growth hormone deficiency，GHD)兒童，尤其是完全性GHD兒童的骨形成指標BAP和骨吸收指標CTX均明顯下降，同時伴有IGF-1明顯下降，IGF1與CTX呈正相關，經生長激素(growth hormone，GH)治療后，各項骨轉換指標和IGF1顯著升高[30]。

3.2 藥物對骨代謝影響的監測

糖皮質激素(glucocorticoid，GC)在臨床上應用極為廣泛，且經常是長期使用。不論通過何種給藥途徑，長期接受GC治療者都有發生骨質疏松的危險，稱為糖皮質激素性骨質疏松[10]。并且具有劑量依賴性，在一定劑量范圍內，地塞米松是有促成骨分化作用的，但達到一定高劑量后，這種作用不再增加，由于其抑制成骨細胞增殖和促細胞凋亡的作用，最終高濃度的地塞米松對骨骼的作用反而是負性的[10]。癲癇是小兒神經系統的常見疾病之一，長期服用抗癲癇藥物是治療癲癇的最常用方法。長期服用抗癲癇藥物可致骨損害，主要表現為亞臨床的骨代謝障礙。身材矮小、牙齒發育不全、佝僂病和骨質軟化癥發生率為30%～50%，嚴重者可致自發性骨折[31]。

3.3 疾病對兒童骨代謝的影響

3.3.1骨代謝性疾病：佝僂病患兒BAP和OC升高提示成骨細胞功能活躍，均與佝僂病的病情嚴重程度呈正比[32]。成骨不全是先天性骨代謝異常所致的疾病。近年來的研究表明骨形成標志物測定可能是診斷成骨不全的較好指標[11]。

3.3.2腎病綜合征：腎病綜合征為兒科的常見病之一，腎上腺糖皮質激素治療是其首選措施,但治療劑量的潑尼松對患兒的骨代謝有極大的負性影響。由于腎病綜合征小兒存在骨生長發育障礙，治療后繼發性骨質疏松及骨質疏松性骨折等嚴重并發癥更時有發生[33]。有研究發現在慢性腎臟疾病的患兒中，骨代謝標志物提示骨轉換率更高[34]。糖皮質激素長期應用也會引起骨質疏松[35]。慢性腎臟疾病患者可能發展為骨質疏松和腎性骨病，抗酒石酸酸性磷酸酶5b片斷和骨堿性磷酸酶不經腎臟清除，因此用于腎臟疾病的評估可能存在缺陷。骨骼組織形態學仍是慢性腎臟疾病所致骨骼疾病診斷的金標準[8]。