骨轉(zhuǎn)換生物標(biāo)志物在慢性腎臟病-礦物質(zhì)和骨代謝紊亂中的研究進(jìn)展

朱冬燕，陳 向，曹亞南綜述 呼建民審校

慢性腎臟病-礦物質(zhì)和骨異常(chronic kidney disease-mineral and bone disorder, CKD-MBD)是由于慢性腎臟病(chronic kidney disease, CKD)導(dǎo)致的礦物質(zhì)和骨代謝異常綜合征，可發(fā)生在CKD早期，貫穿于腎功能進(jìn)行性惡化的整個(gè)過程。CKD患者的骨折發(fā)生率隨著腎臟疾病的進(jìn)展而增高，且與患者的發(fā)病率、死亡率和生活質(zhì)量密切相關(guān)。在慢性腎臟病進(jìn)展中出現(xiàn)的骨疾病，被稱為腎性骨營(yíng)養(yǎng)不良(renal osteodystrophy, ROD)[1]。腎性骨營(yíng)養(yǎng)不良包括廣泛的骨組織學(xué)異常，近期把它分為骨轉(zhuǎn)換、礦化及骨容量(bone turnover, mineralization, and volume, TMV)三類[2]。骨轉(zhuǎn)換被認(rèn)為是一個(gè)動(dòng)態(tài)的生物學(xué)過程，它體現(xiàn)骨細(xì)胞的活性。因此動(dòng)態(tài)過程很難在單一時(shí)間點(diǎn)上被評(píng)估。由于骨生物學(xué)這一特點(diǎn)，可以通過經(jīng)四環(huán)素雙標(biāo)記的骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)來監(jiān)測(cè)既定時(shí)間內(nèi)的骨量形成[3，4]。目前，用來治療ROD的藥物，如鈣敏感受體激動(dòng)藥(calcimimetics)、二磷酸鹽(bisphosphonates)、狄諾塞麥(denosumab)、特立帕肽(teriparatide)，都是以骨轉(zhuǎn)換為靶點(diǎn)，通過干預(yù)骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞活性來影響骨容量和強(qiáng)度。臨床上個(gè)別患者在連續(xù)行活組織檢查時(shí)也會(huì)出現(xiàn)抵觸行為。

由于以上原因，在血液成分中能夠被檢測(cè)到的循環(huán)標(biāo)志物，有可能替代骨形態(tài)組織計(jì)量學(xué)的一些方面功能，尤其是在評(píng)估骨轉(zhuǎn)換方面。目前，反映腎性骨營(yíng)養(yǎng)不良的一些生物標(biāo)志物已經(jīng)應(yīng)用于臨床及研究。生物標(biāo)志物在臨床上不僅可以替代反映骨疾病的類型和量化其嚴(yán)重程度，還可以評(píng)估心血管風(fēng)險(xiǎn)[5]。像肝臟疾病中的總堿性磷酸酶(alkaline phosphate，AP)和原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)中的甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)，在非原發(fā)性骨病的一些病理狀態(tài)下，也可以作為標(biāo)志物[6]。

1 骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物的相互作用

骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物由于來源不同，本質(zhì)上差別很大。像TMV和硬化蛋白可以直接調(diào)節(jié)骨生成，而且PTH還是由骨外組織產(chǎn)生。像骨特異性堿性磷酸酶(BSAP)和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP-5b)是由骨細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白。1型前膠原氨基末端肽(P1NP)和1型膠原羧基末端交聯(lián)肽(CTX)，是通過生產(chǎn)或裂解骨膠原產(chǎn)生，可以作為局部作用因子，進(jìn)入全身循環(huán)系統(tǒng)。人們猜測(cè)，盡管標(biāo)志物都反映了相同的骨生物學(xué)過程，但由于來源不同，它們之間可能沒有明顯的關(guān)聯(lián)性。PTH被認(rèn)為是骨轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)者，這一過程與BSAP相關(guān)，BSAP可以反映成骨細(xì)胞的活躍性，當(dāng)縱向評(píng)估透析患者時(shí)是有價(jià)值的[7]，可以部分地解釋CKD相關(guān)的PTH抵抗，包括PTH翻譯后修飾分解生物活性，或者器官終末期抵抗作用[8]。一般來說，通過檢測(cè)骨形成或骨吸收指標(biāo)的標(biāo)志物就可以來評(píng)估骨轉(zhuǎn)換。或者，兩個(gè)單獨(dú)的骨形成指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)差異，也可以部分解釋為什么指示骨生物學(xué)相同特征的骨標(biāo)志物可能分離。當(dāng)評(píng)估骨轉(zhuǎn)換時(shí)，通常通過指示骨骼形成或再吸收的生物標(biāo)志物來完成。在大多數(shù)情況下，成骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞活性是平衡的[9]。在這種情況下，通過檢測(cè)骨形成來判斷骨再吸收率是可靠的。然而，在某些病理狀態(tài)下，如絕經(jīng)后婦女[10]或使用糖皮質(zhì)激素[11]，這種測(cè)量就不同了。在這方面，與CKD非常相關(guān)的是治療的和未治療的繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)，骨形成率可能脫離骨吸收[12]。在嚴(yán)重甲狀旁腺功能亢進(jìn)，盡管高濃度激素促進(jìn)成骨細(xì)胞活性，但是骨平衡常是負(fù)的。在糾正明顯的甲狀旁腺功能亢進(jìn)后，骨質(zhì)混亂也會(huì)增加[13]。在CKD中，由于這些原因，必需認(rèn)識(shí)到通過測(cè)量循環(huán)標(biāo)志物來評(píng)估骨轉(zhuǎn)換充滿了陷阱。因?yàn)楣寝D(zhuǎn)換的評(píng)估并不能反映骨平衡的變化，骨折風(fēng)險(xiǎn)也依賴于無法通過生物標(biāo)志物評(píng)估的骨骼特征，像骨骼結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度也不能依賴骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)評(píng)估。

2 臨床應(yīng)用的骨轉(zhuǎn)換生物標(biāo)志物

2.1 PTH 毫無意外，甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)是經(jīng)常被用來評(píng)估骨轉(zhuǎn)換的生物標(biāo)志物。大型和新近的研究分析都證實(shí)，PTH目前是CKD骨轉(zhuǎn)換中最有用的生物標(biāo)記物[14]。

PTH作為生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用是有價(jià)值的，它獲取方便、經(jīng)常使用、更為重要的是結(jié)構(gòu)易修改。由于PTH的易修改性，使得維生素D、磷酸鹽穩(wěn)態(tài)或擬鈣劑，都具有了能夠調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)換本身的前景[15]。與其他大多數(shù)標(biāo)志物不同的是，PTH不是由骨組織產(chǎn)生，它的分泌也不是由骨細(xì)胞的機(jī)械力所感知的，而是由骨組織局部需求決定的，這與其他的一些骨轉(zhuǎn)換指標(biāo)的情況相同[16]。2009年KDIGO指南提出控制iPTH在正常上限2～9倍的目標(biāo)范圍[17]。然而，這個(gè)目標(biāo)范圍的定義，主要基于PTH與死亡率之間的關(guān)聯(lián)性研究，而不是僅對(duì)骨轉(zhuǎn)換或骨折風(fēng)險(xiǎn)的研究，最近的觀察研究也強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)[18]。KDIGO指南提出的CKD5期PTH控制范圍，在臨床上不能用來判斷高轉(zhuǎn)運(yùn)型還是低轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病[19]。來評(píng)價(jià)PTH作為骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物的有效性的黃金標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)理想的未來骨折風(fēng)險(xiǎn)。的確，以前的幾項(xiàng)研究已經(jīng)討論過這個(gè)問題。一般來說，在檢測(cè)低或高轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病時(shí)，陽性預(yù)測(cè)值和敏感性之間存在折衷。Torres等[19]觀察了119例晚期CKD患者經(jīng)骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)評(píng)估骨轉(zhuǎn)換。這項(xiàng)研究的重要之處在于，通過未經(jīng)指示選擇患者進(jìn)行骨活組織檢查。當(dāng)PTH高于450 pmol/L時(shí)，診斷高轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病的陽性預(yù)測(cè)率是100%，敏感性是43%，說明針對(duì)這個(gè)PTH數(shù)值，超過半數(shù)的高轉(zhuǎn)運(yùn)骨病漏診了。或者，使用PTH的較低閾值，高轉(zhuǎn)運(yùn)骨病的錯(cuò)誤分類增加了，但是漏診的減少了[20]。基于PTH數(shù)值定義低轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病存在同樣的折衷[17]。Bonets[12]的新近研究，通過PTH、BSAP和降鈣素濃度(分別是300 pg/dl，20.9 ng/dl和8.4 mg/dl)選擇患者行骨活檢評(píng)估，在用擬鈣劑開始治療后隨訪這些受試者。在135個(gè)可評(píng)估的活檢樣本中，生物標(biāo)記物基線陽性預(yù)測(cè)值為110個(gè)確診病例，陽性預(yù)測(cè)率是81%，在設(shè)計(jì)上敏感性不能確定。評(píng)估透析患者PTH診斷準(zhǔn)確性的大型研究，是對(duì)四個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)的最新匯總分析[18]。這項(xiàng)研究通過使用第二代和第三代并行測(cè)定方法，由儲(chǔ)存的血清樣本進(jìn)行中央評(píng)估PTH以及其他生物標(biāo)志物。區(qū)分是否低轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病的全段PTH(iPTH) 最佳水平是104 pg/mg，區(qū)分是否高轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病的最佳水平是323 pg/mg，應(yīng)用羅氏測(cè)定法的正常上限是65 pg/ml。盡管，受試者iPTH操作曲線下面積僅有0.701和0.724，說明在臨床應(yīng)用方面，包括PTH第三代檢測(cè)法在內(nèi)，與其他標(biāo)志物比較沒有更多優(yōu)勢(shì)。

2.2 骨特異性堿性磷酸酶(BSAP) 循環(huán)中堿性磷酸酶有略少于50%是骨源性的，其余的主要來源于肝臟細(xì)胞[21]。在沒有肝細(xì)胞膽汁淤積的情況下，任意定義γGT的正常濃度，總堿性磷酸酶(total AP)超過正常范圍的價(jià)值在于被認(rèn)為可以反映骨特異性堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase, BSAP)[17]。在骨形成過程中，成骨細(xì)胞產(chǎn)生BSAP，作為礦化抑制劑[22]，起到抑制磷酸作用。近期小型研究發(fā)現(xiàn)了BSAP同位素的潛在作用。例如，B1x亞型與低轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病正相關(guān)，因此提高了診斷的準(zhǔn)確性[23]。BSAP被認(rèn)為可以反映骨轉(zhuǎn)換，尤其是骨形成率。BSAP和總堿性磷酸酶，與透析患者全因死亡率和心血管死亡率相關(guān)[24]，還與骨折風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。然而，在非CKD人群，沒有發(fā)現(xiàn)BSAP與骨折風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性[25]。在一項(xiàng)關(guān)于42名透析患者研究中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與總堿性磷酸酶相比，BSAP與經(jīng)骨組織形態(tài)學(xué)確定的骨轉(zhuǎn)換有更好的相關(guān)性，在檢測(cè)高骨轉(zhuǎn)換方面也優(yōu)于iPTH[26]。然而，前面提到的Sprague等[14]結(jié)合來自四個(gè)國(guó)家的數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)在診斷低轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病方面，BSAP僅稍優(yōu)于iPTH。在診斷高轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病方面，BSAP不優(yōu)于iPTH。重要的是，后一項(xiàng)研究并不支持BSAP和iPTH聯(lián)合使用。然而，在臨床上，BSAP數(shù)據(jù)還是十分有用的。例如，低轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病的陽性預(yù)測(cè)值可以通過對(duì)BSAP應(yīng)用低的臨界值來提高。

2.3 1型前膠原氨基末端肽(P1NP) 90%以上的骨基質(zhì)由Ⅰ型膠原組成。纖維母細(xì)胞和成骨細(xì)胞先合成Ⅰ型膠原前肽，后者繼續(xù)形成Ⅰ型膠原。1型膠原前肽氨基末端延長(zhǎng)肽鏈即為P1NP(N-terminal propeptide of procollagen-1)[27]。該肽鏈在前膠原轉(zhuǎn)化為膠原的過程中，氨基端和羧基端會(huì)被蛋白酶特異性切割，當(dāng)成熟的膠原形成后會(huì)沉積于骨基質(zhì)中[28]。在循環(huán)中檢測(cè)到P1NP和1型前膠原羧基末端肽(P1CP)，可以反映骨膠原的形成速度[27]。在腎臟疾病中，P1NP以單體形式聚集[29]。在使用P1NP時(shí)，我們應(yīng)知道它的具體測(cè)定特征，因?yàn)橥暾腜1NP檢測(cè)是CKD中唯一可靠的檢測(cè)方法。尤其是由于P1CP半衰期短，在一般人群中，P1NP被認(rèn)為是反映骨形成的標(biāo)志物[27]。P1NP也在Sprague等[14]的研究中被評(píng)估，這項(xiàng)研究中，生物標(biāo)志物基于經(jīng)骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)確定進(jìn)行驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，不管是在診斷低轉(zhuǎn)運(yùn)或非低轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病方面，P1NP的表現(xiàn)都差于iPTH或者BSAP。在診斷高轉(zhuǎn)運(yùn)型骨病方面，P1NP也沒有過多的優(yōu)勢(shì)。

2.4 Ⅰ型膠原羧基末端交聯(lián)肽(CTX) Ⅰ型膠原是骨組織細(xì)胞外基質(zhì)的主要組成成分，其羧基端降解產(chǎn)物β-CTX(C-terminal crosslaps of collagen 1)為8個(gè)氨基酸的小分子多肽。由Ⅰ型膠原蛋白形成的成熟三重螺旋結(jié)構(gòu)也是由成骨細(xì)胞形成的非交聯(lián)蛋白(吡啶啉和脫氧吡啶啉)交聯(lián)形成的，從而建立一個(gè)穩(wěn)定的縱向蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。在骨退化期間，來自破骨細(xì)胞的溶酶體酶，包括抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatases, TRAP)和組織蛋白酶K(cathepsin K)負(fù)責(zé)特定部位的骨膠原基質(zhì)的分解，產(chǎn)生含有原始膠原蛋白1的羧基端和氨基端部分，還有交聯(lián)蛋白[28]。 用于CTX的測(cè)定法確定膠原蛋白1的端肽的特定氨基酸序列，這個(gè)端肽被稱為交叉層，在天冬氨酸β異構(gòu)化的情況下，即β膠原交聯(lián)。重要的是，作為骨骼年齡，α天冬氨酸轉(zhuǎn)換β天冬氨酸，因此βCTX的檢測(cè)能反映成熟骨的再吸收[30]。有研究分析了370名絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松女性的血生物化學(xué)標(biāo)志物與骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)骨代謝參數(shù)之間的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基末端肽(sCTX)與所有骨吸收參數(shù)相關(guān)[31]。不幸的是，CTX的動(dòng)力學(xué)特性明顯限制了它在CKD中的臨床應(yīng)用。首先，它存在相關(guān)的晝夜節(jié)律。更為重要是的，CTX從循環(huán)中清除高度依賴于腎臟功能[27]。由于這個(gè)原因，CTX不建議推薦在CKD患者中的應(yīng)用。

2.5 抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP-5b) 抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphate 5b, TRAP-5b) 主要是破骨細(xì)胞來源的酶[32]。正如名稱中顯示的，這種蛋白能夠從蛋白質(zhì)中切割磷酸鹽，從而影響它們的功能。由于它的活性在相對(duì)低的PH值下是最佳的，所以在如骨吸收陷窩這樣的酸性部位有活性。骨橋蛋白和骨唾液蛋白都是該酶的靶點(diǎn)[32]，還有Ⅰ型膠原蛋白本身[30]。通過暴露于核因子κB受體活化因子配體(RANKL) 的破骨細(xì)胞樣細(xì)胞在體外分化的細(xì)胞系產(chǎn)生TRAP-5b，其數(shù)量與破骨細(xì)胞的數(shù)量和大小明顯相關(guān)[33]。有意思的是，TRAP-5b不受CKD影響[34]，也不受血液透析和腹膜透析的影響[35]。基于這些特點(diǎn)，TRAP-5b是反映CKD患者骨吸收最有吸引力的候選生物標(biāo)志物。該化合物可以通過免疫測(cè)定法在血清中測(cè)量[33]。然而，目前還缺乏表明與骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)有相關(guān)性的數(shù)據(jù)。

3 展 望

反映骨轉(zhuǎn)換的生物標(biāo)志物有望成為診斷與治療腎臟病的輔助工具。全面了解它們所指示的內(nèi)容、測(cè)定特征和由于低估腎小球?yàn)V過率而產(chǎn)生影響，在解釋結(jié)果時(shí)很重要。一般來說，生物標(biāo)志物缺乏足夠的特異性，因而不能對(duì)它們產(chǎn)生深遠(yuǎn)的治療決策。然而，作為后續(xù)參數(shù)，它們可能非常有用。大多數(shù)生物標(biāo)志物主要提供骨形成的指示，如PTH、BSAP和P1NP是可以使用的。唯一能夠反映CKD患者骨重吸收的生物標(biāo)志物是TRAP-5b，但是酶的濃度尚未通過骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)這一金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。雖然目前骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物對(duì)于腎性骨營(yíng)養(yǎng)不良骨轉(zhuǎn)換類型判斷依據(jù)仍然不充分，但綜合PTH、鈣磷代謝及骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物的變化趨勢(shì)，有助于判斷骨轉(zhuǎn)換類型，而且作為非創(chuàng)傷性檢查，操作方便，相對(duì)低廉，動(dòng)態(tài)觀察可以監(jiān)測(cè)病情的進(jìn)展和療效的判斷。臨床上，我們還需要更多關(guān)于骨轉(zhuǎn)換生物標(biāo)志物的研究，明確其在CKD-MBD診治中的價(jià)值。