老年人血清組織蛋白酶K與冠心病的相關性研究

冠心病是目前老年人致死和致殘的首因,雖然近年來其生存率有所提高,但冠心病導致的死亡例數仍居首位[1]。隨著人口老齡化時代的到來,骨質疏松性骨折已成為我國50歲以上中老年人死亡的重要原因[2]。國內外眾多臨床研究均顯示，骨質疏松與冠心病存在相關性[3-4]。組織蛋白酶K(cathepsin K,CatK)是溶酶體半胱氨酸蛋白酶中番木瓜蛋白酶超家族的成員之一,是骨吸收過程中的關鍵酶,可促進老年骨質疏松的發生發展,但CatK與老年動脈粥樣硬化是否相關的研究較少,本研究旨在通過測定老年人血清CatK的水平,探討血清CatK與冠心病的相關性及可能機制,為臨床冠心病的防治探尋新思路。

1 材料與方法

1.1 研究對象 納入2015年6月至2017年6月因臨床診斷冠心病入住東南大學附屬中大醫院老年科,且年齡>60歲的老年病人133例,其中女61例,男72例,年齡60～93歲,平均(74.8±8.4)歲。收集年齡、性別、身高、體質量、疾病史及服藥史等一般臨床資料。排除標準:(1)合并有腫瘤病史、內分泌代謝疾病、結締組織疾病、消化系統疾病和營養不良性疾病、血液系統疾病、嚴重肝腎功能不全、長期臥床制動、服用糖皮質激素及合并感染者;(2)既往骨折或已接受抗骨質疏松治療者。

1.2 研究方法

1.2.1 冠狀動脈造影:采用德國SIEMENS Artis Zee造影儀(配有數字成像系統和冠狀動脈定量分析軟件),以Jundins法常規體位投照左、右冠狀動脈。按左主干、左前降支、左回旋支、右冠狀動脈進行分段分析,至少有一支冠狀動脈或其大分支內徑狹窄≥50%診斷為冠心病,<50%為非冠心病。

1.2.2 骨密度測定:采用HOLOGIC Discovery雙能X線骨密度儀測定腰椎1～4(L1～L4)正側位、股骨近端(左側)及Ward’s 區等不同部位的骨密度值,結果以T值表示,T值≤-2.5為骨質疏松,-1.0

1.2.3 血標本的收集和處理:所有病人入院次日清晨抽取靜脈血標本6 mL,于檢驗科檢測Ⅰ型膠原羧基末端肽(type Ⅰ collagen cross-linked C-telopeptide,CTX)和總Ⅰ型膠原N端前肽(total N-terminal propeptide of type 1 collagen,TP1NP)以及生化指標。留取剩余血標本于常溫下自然凝固1 h后離心,吸取上層血清分裝,并保存于-80 ℃冰箱待檢。檢測前將血清放于室溫下復融,按照各ELISA試劑盒說明書進行操作,各實驗均獨立重復2次。

2 結果

2.1 冠心病組與非冠心病組臨床基線特征比較 冠心病組合并糖尿病、高血壓、骨質疏松、吸煙的比例和血肌酐(serum creatinine,SCr)、血鈣(Ca2+)、甘油三酯(triglyceride,TG)水平均高于非冠心病組,差異有統計學意義(P<0.05);而體質量指數(BMI)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、總膽固醇(TC)、腰椎骨密度、股骨頸骨密度水平均低于非冠心病組,差異有統計學意義(P<0.05);2組年齡、性別、服用他汀等藥物、堿性磷酸酶(ALP)水平差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

2.2 冠心病組與非冠心病組血清CTX、TP1NP、基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)、CatK、腫瘤壞死因子(TNF)-α水平比較 冠心病組血清CTX、CatK、TNF-α水平均高于非冠心病組,差異有統計學意義(P<0.05);2組TP1NP、MMP-9的水平差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。

項目冠心病組(n=68)非冠心病組(n=65)P年齡(歲)75.1±9.574.5±7.20.699性別(n,男/女)42/2630/350.071糖尿病(n)288<0.001高血壓(n)5229<0.001骨質疏松(n)36230.042他汀類藥物(n)30220.225抗血小板聚集藥物(n)37270.137β受體阻滯劑(n)19160.663ACEI/ARB類藥物(n)30230.304硝酸酯類(n)25190.356吸煙(n)2040.001TG(mmol/L)1.41±0.91.02±0.40.002TC(mmol/L)3.97±0.94.36±0.80.008BMI23.9±2.825.7±4.00.003SCr(μmol/L)88.6±17.672.9±16.5<0.001Ca2+(mmol/L)2.2±0.22.2±0.10.002ALP(IU/L)63.8±17.670.0±22.70.081HDL-C(mmol/L)1.1±0.31.4±0.2<0.001LDL-C(mmol/L)2.3±0.82.6±0.60.019腰椎骨密度(g/m2)0.8±0.20.9±0.20.002股骨頸骨密度(g/m2)0.7±0.10.7±0.20.043

項目冠心病組(n=68)非冠心病組(n=65)PCTX(ng/mL)0.5±0.20.3±0.20.001TP1NP(ng/mL)44.5±21.345.7±9.50.654MMP-9(ng/mL)322.5±211.5340.6±187.90.604CatK(pmol/L)99.0±37.670.6±45.3<0.001TNF-α(pg/mL)37.2±8.526.6±9.4<0.001

2.3 影響血清CatK水平的相關因素分析 以CatK為因變量,將年齡、TG、TC、BMI、SCr、Ca2+、ALP、HDL-C、LDL-C、CTX、TP1NP、MMP-9、TNF-α作為自變量納入多元線性回歸模型。結果顯示血清CatK水平與TNF-α(β=0.393,P<0.01)、年齡(β=0.300,P<0.01)、CTX(β=0.225,P<0.01)、ALP(β=0.175,P<0.01)、HDL-C(β=0.235,P<0.01)呈正相關;與血鈣(β=-0.254,P<0.01)呈負相關。

2.4 血清CatK與冠心病的關系 將冠心病作為因變量,糖尿病、高血壓、吸煙、性別、CatK、骨密度等級作為自變量納入多因素Logistic回歸分析,結果顯示,糖尿病(OR=5.632,95%CI1.767～17.950,P<0.01)、高血壓(OR=4.530,95%CI1.482～13.844,P<0.01)、吸煙(OR=8.164,95%CI1.942～34.319,P<0.01)、骨密度(OR=2.402,95%CI1.294～4.462,P<0.01)、CatK(OR=1.022,95%CI1.008～1.036,P<0.01)、女性(OR=0.223,95%CI0.081～0.613,P<0.01)均與冠心病發病顯著相關。

3 討論

CatK大量表達于破骨細胞,由破骨細胞分泌至骨表面,具有降解骨膠原的功能,其降解Ⅰ型膠原蛋白的N-端肽,產生Ⅰ型膠原氨基末端肽;降解Ⅰ型膠原蛋白的C-端肽,產生CTX。而Ⅰ型膠原蛋白是含量最多的骨基質蛋白,占整個基質的90%,為礦物質的沉積提供支架。除此之外,它也有促進骨組織中的非膠原蛋白失活和加速其降解的作用,是破骨細胞表達量最高、溶骨活性最強的一種半胱氨酸蛋白酶,是骨吸收過程中的關鍵酶。本研究顯示，血清CatK的水平與反映骨代謝的指標CTX、ALP呈線性正相關。目前CatK抑制劑用于治療骨質疏松已進入臨床試驗階段。與其他抗骨吸收藥物相比,CatK抑制劑對骨吸收生化指標的降低幾乎同樣有效,但對骨形成標記物的抑制作用相對較弱[5]。

近年來CatK與心血管疾病的相關性成為了研究的熱點。 CatK除了明確與破骨細胞相關,也已發現其在血管平滑肌細胞、內皮細胞以及浸潤動脈粥樣硬化斑塊的巨噬細胞中含量豐富[6],提示這些細胞可能分泌CatK,從而降解Ⅰ型膠原和彈性蛋白。在動脈粥樣斑塊中,發現同時存在成骨樣細胞、破骨樣細胞、膽固醇沉積、礦物質、代謝碎片以及一些外來碎片等。破骨樣細胞主要破壞礦物質的沉積,阻止血管鈣化的形成,與成骨樣細胞的作用起動態平衡的作用[7]。本研究顯示老年冠心病組骨質疏松患病率及血清CatK水平顯著升高,血清CatK水平升高使老年人罹患冠心病的風險增加,這與之前的研究結果相符[8-9]。考慮到血清CatK水平升高還與人動脈粥樣硬化斑塊不穩定性相關[10],而MMP-9的活性增強是造成斑塊不穩定的主要因素,MMP-9是非鈣化斑塊和混合斑塊的獨立預測因子,MMP-9≥531.6 ng/mL提示存在非鈣化斑塊和混合斑塊的中度風險[11]。本研究中納入的是穩定型心絞痛病人,且根據2組血清MMP-9水平進一步佐證了斑塊的穩定性,排除因斑塊不穩定導致的血清CatK水平升高。

骨質疏松或骨量減少與冠心病的相關性已得到公認,而本研究并未得出骨質疏松與冠心病直接相關,但Logistic回歸分析已顯示骨密度越低,冠心病患病風險增高。考慮可能的原因與樣本量較少或臨床混雜因素有關。(1)他汀類藥物雖在冠心病組和非冠心病組使用率無差異,但冠心病組與非冠心病組比較,TC、LDL-C水平顯著降低,結合臨床資料考慮與冠心病組使用他汀類藥物的強度高于后者有關。而親脂性他汀已被證實除了可降低膽固醇的合成外,還可以降低骨轉換,促進骨形成[12]。因此,強化他汀治療可能導致冠心病組骨質疏松患病率下降。(2)低體質量是公認的骨質疏松的高危因素,增加體質量有助于加強骨骼強度。但也有研究認為體質量過高和過低都是引起骨質疏松性骨折的危險因素[13],本研究中非冠心病組BMI值顯著高于冠心病組,且有肥胖病人,可能導致非冠心病組骨質疏松的發病風險增加。后續,我們尚需擴大樣本量,按他汀的使用強度分層,并排除BMI的組間差異來證實冠心病與骨質疏松的關系。

動脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病,TNF-α是炎性細胞因子。研究表明人血管內皮細胞有血流紊亂和血流剪切力的部位,TNF-α水平被上調,誘導單核細胞粘附聚集,并可獨立刺激CatK的表達和激活[14]。本研究結果顯示,血清CatK和TNF-α水平在老年冠心病組顯著升高,且血清TNF-α與CatK水平呈線性正相關,由此推測,血清CatK導致的動脈粥樣病變進展可能由炎癥反應介導。

綜上所述,血清CatK水平升高,不僅參與了骨質疏松的發生發展,還使冠心病的患病風險增加,有望成為在骨密度下降的老年人群中預測冠心病患病風險的敏感指標之一,其作用機制可能與炎癥有關。