血清鎂濃度與絕經后骨質疏松癥患者骨轉換指標和骨密度的相關性研究

韋瑋 李劍 黃林海 蘭敏東 盧顯威 黃紹東

廣西醫科大學附屬武鳴醫院骨科，廣西 南寧 530199

骨質疏松癥是低骨量和骨組織的微結構破壞，骨脆性增加和骨折易感性。骨結構的這種破壞是由骨重建的不平衡引起的，破骨細胞活性增加，成骨細胞活性降低所致[1]。雌激素缺乏是絕經后骨質疏松癥的主要危險因素。它在絕經后的早期誘導骨量快速丟失，明顯快于年齡增長相關的骨丟失[2]。通過雙能X射線吸收測定法(DXA)測量骨密度(bone mineral density，BMD)被認為是診斷骨質疏松癥的金標準。骨折風險評估(FRAX)工具用于預測主要骨折概率。骨代謝標志物(bone turnover marker，BTM)反映了成骨細胞和破骨細胞的代謝活動。在連續測定(特別是吸收標志物)中，它們可以識別加速的骨轉換，與增加的骨折風險相關。每個BTM確定都有一些優點和一些限制。大多數骨吸收標志物代表骨膠原的降解產物，除了抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase-5b，TRAP-5b)之外[3]。此外，TRAP-5b的血清水平反映了破骨細胞的數量及其活性[4]，且血清濃度不受食物攝入和肝臟或腎臟疾病的影響。它具有良好的靈敏度和特異性，與其他吸收標志物相關性很好。最廣泛使用的骨形成標志之一是血清骨特異性堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，BSAP)。BSAP在成骨細胞的細胞表面表達，其合成與骨形成率呈正相關。鎂代表骨基質正常合成所需的酶的重要輔助因子。低鎂血癥可直接作用于骨細胞，導致異常的磷灰石晶體，并通過改變甲狀旁腺分泌(與終末器官對甲狀旁腺激素和低維生素D的抵抗相關)和誘導低度炎癥(加速骨質流失)間接作用[5]。目前大多數作者認為低血清Mg2+水平與骨質疏松癥風險增加有關[6-7]。本研究的目的是確定絕經后骨質疏松婦女骨密度與血清骨吸收標志物TRAP-5b、骨形成標志物BSAP、雌二醇(E2)和Mg2+離子濃度之間的相關性。

1 材料和方法

1.1 一般臨床資料

該研究包括于2016年8月至2017年12月在廣西醫科大學附屬武鳴醫院骨科門診或病房進行診治的123例絕經后骨質疏松癥女性(至少1年閉經)(骨質疏松組)和97名健康絕經后無骨質疏松癥女性(對照組)。骨質疏松組中的入選標準是絕經后期的女性，腰椎或股骨頸的BMD的T評分低于2.5標準差(SD)(世界衛生組織標準)。對照組包括絕經后婦女，腰部或股骨頸T評分>-2.0SD。排除標準：骨質疏松癥的繼發原因，可能影響骨代謝或電解質失衡的其他疾病(特別是鎂)，前一年的骨折，激素替代療法以及任何可能影響骨轉換的藥物。

使用DXA掃描(Hologic裝置；QDR Inc.，Bedford，MA，USA)評估BMD(g/cm2)，在腰椎和髖部進行，確定T評分。記錄受試者的身高和體重，并基于檢測的重量(kg)/身高的平方(m2)計算體質量指數(body mass index，BMI)。

對于檢測血清標志物，在禁食早上7點通過肘靜脈取血。在2 000 r/min離心后，獲取血清樣品并將血清樣品冷凍保存在-20 ℃冰箱直至檢測。通過酶聯免疫吸附測定(ELISA)人試劑盒測定E2濃度。最大測定間和測定內變異系數(CV)分別為6.8%和7.25%，分析靈敏度為3～6 pg/mL。使用MicroVue BSAP人ELISA試劑盒測量血清BSAP水平，最大測定間和測定內CV分別為4.8%和5.2%。使用MicroVue TRAP-5b測定法測量TRAP-5b濃度。測定的最大檢測限為0.2 U/L，最大測定間和測定內CV分別為3.0%和4.6%。使用比色光譜技術檢測血清Mg2+濃度；最低檢測限值為0.8 mg/dL(0.33 mmol/L)，正常范圍為1.6～2.4 mg/dL。該研究得到了醫院倫理委員會的批準。每位患者均知曉研究方案并簽署了知情同意書。

1.2 統計學分析

用Windows版本的SPSS 17.0用于數據分析。使用Kolmogorov-Smirnov檢驗研究定量數據的分布，根據該檢驗應用參數(Student’st-檢驗)或非參數(Mann-WhitneyU檢驗)檢驗。連續數據表示為均數±標準差。分類數據以頻率和百分比表示。對于正態分布數據，計算Pearson相關系數；對于無分布數據，計算Spearman系數。對研究組中的BSAP、TRAP-5b和Mg2+離子進行分析。計算靈敏度、特異性和接受者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，以評估BTM在檢測骨質疏松癥女性中的診斷性能。P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

受試者一般基線資料如表1所示。骨質疏松組受試者年齡顯著大于對照組(P<0.05)。雖然兩組的絕經年齡相似，但骨質疏松組的E2缺乏持續時間比對照組長(表1)。絕經后骨質疏松癥女性的血清E2濃度顯著低于對照組。本研究發現，E2值與年齡之間存在強烈的負相關(r=-0.385，r2=0.149，95%CI=-0.524～-0.239，P<0.001)。在對照組中未觀察到這種相關性。在不同部位(腰椎和股骨頸)測定BMD結果顯示骨質疏松癥組的BMD顯著降低(P<0.05)。此外，兩組腰椎的BMD均低于髖部的BMD(P<0.05)。BMD值與年齡呈負相關(r=-0.233，r2=0.04，95%CI=-0.387～-0.068，P=0.005)。在兩組中，BMI值與BMD或其他參數均無顯著相關性。

生化測試結果如表2所示。骨質疏松癥組中BSAP和TRAP-5b的血清水平顯著高于對照組。年齡和BSAP(r=0.405，95%CI=0.278～0.523，P<0.0001)、TRAP-5b(r=0.652，95%CI=0.561～0.725，P<0.0001)顯著相關。骨質疏松組血清Mg2+濃度范圍為1.58～1.88 mg/dL。控制血清Mg2+水平范圍為2.1～2.28 mg/dL，對照組的血清Mg2+顯著高于骨質疏松癥患者(P<0.001)。Mg2+濃度與E2水平呈正相關(r=0.682，r2=0.582，95%CI=0.594～0.758，P<0.001)。此外，在E2缺乏持續時間和Mg2+水平之間發現呈負相關(r=-0.801，r2=0.642，95%CI=-0.845～-0.749，P<0.001)。在任一研究組中，TRAP-5b與BSAP均無顯著相關性。腰椎骨密度與所有患者的BSAP水平呈負相關(r=-0.357，95%CI=-0.507～-0.264，P<0.001)。此外，TRAP-5b水平的相關性很強且為陰性(r=-0.617，95%CI=-0.700～-0.521，P<0.001)。血清E2濃度與兩組腰椎BMD測量結果呈正相關(r=0.753，95%CI=0.687～0.814，P<0.001)。髖骨密度與BTM無明顯相關性。兩組中Mg2+水平與年齡無顯著相關性。Mg2+與BTM呈負相關，TRAP-5b水平(r=-0.608，95%CI=-0.691～-0.509，P<0.001)和BSAP水平(r=-0.414，95%CI=-0.523～-0.294，P<0.001)。維生素D濃度與BMD或BTM值無顯著相關性。TRAP-5b水平與所有患者的血清E2濃度呈負相關(r=-0.626，95%CI=-0.702～-0.58，P<0.001)。 BSAP濃度與E2水平呈正相關(r=0.415，95%CI=0.291～0.533，P<0.0001)。此外，BSAP水平與E2剝奪的持續時間呈負相關(r=-0.555，95%CI=-0.644～-0.447，P<0.001)。

所有受試者的Mg2+水平均與BMD值呈正相關(r=0.745，r2=0.546，95%CI=0.667～0.795，P<0.001)(圖1 A)。ROC曲線分析顯示BSAP在截止點21.27 U/L時具有中等敏感性(76.8%)和特異性(84.7%)(ROC曲線下面積為0.832，95%CI=0.771～0.892，P<0.001)(圖1B)。在3.46 U/L的截止點，TRAP-5b的敏感性為86.8%，特異性為90.8%(ROC曲線下面積為0.951，95%CI=0.921～0.973，P<0.001)(圖1C)。

表1 研究對象的基本特征Table 1 Characteristics of the study

表2 兩組的生化參數比較Table 2 Biochemical parameters in study

圖1 A：整個研究組中BMD值(g/cm2)和Mg2+水平之間的相關性；B：接受者操作特征曲線表示骨質疏松癥患者與健康女性的BSAP差異；C：接受者操作特征曲線表示骨質疏松癥患者與健康女性之間的TRAP-5b差異Fig.1 A: The correlation between BMD (g/cm2) and Mg2+ level in the whole study groups; B: Receiver-operating characteristic curve of the BSAP, the difference between the patients with osteoporosis and healthy women; C: Receiver-operating characteristic curve of the TRAP-5b, the difference between the patients with osteoporosis and healthy women.

3 討論

雌激素缺乏通過骨骼和骨骼外作用導致骨質疏松癥的發生。雌激素通過成骨細胞和破骨細胞上的受體直接作用來維持骨形成(通過增強成骨細胞的分化和抑制其凋亡)和骨吸收(通過阻止破骨細胞的分化和刺激其細胞凋亡)之間的平衡。雌激素缺乏誘導骨髓細胞核因子κ-B配體(RANKL)受體活化劑的上調，以及成骨細胞中骨鈣素合成的減少，導致骨吸收加速[8]。盡管DXA被認為是骨質疏松癥診斷的黃金標準，但它在預測骨折風險方面存在一些局限性。研究證實，高水平的骨吸收標志物可以預測骨折，與BMD無關[9]。

骨微結構的改變(影響骨質量)增加了骨折風險，與低BMD無關[10]。此外，BTM被證明可用于監測抗骨質疏松治療的功效和依從性[3]。沒有關于BTM在評估絕經后骨質疏松癥中的敏感性和特異性的公開數據。BTM可以評估骨骼動態的改變，BTM被認為是骨質疏松性骨折的獨立危險因素[10]。BMD高于診斷標準的患者(T值<-2.5 SD)發生了相當大比例的骨質疏松性骨折。因此，單獨確定BMD可能是用于識別存在骨折風險的受試者。BTM可以代表具有預后價值的獨立診斷工具，并且還是BMD的補充參數，用于評估骨折風險[11]。大量研究證實了BMD值與BTM之間的負相關性。更高水平的預處理BTM與加速骨丟失有關。對于特定BTM的相同水平，關于骨丟失存在顯著的個體間變化。盡管如此，在特定患者中BTM不能用作快速骨丟失的預測因子[12]。BTM對于選擇對抗骨質疏松癥治療反應更好的患者也是有用的[13]。以前的數據顯示，BTM與BMD之間的負相關性隨著年齡的增長而增強，尤其是75歲以上的患者(特別是吸收標志物)。其他作者研究表明BTM與BMD之間的相關性在絕經早期更強。由于骨吸收加速，兩種類型的BTM(再吸收和形成)在絕經后早期更增加[12]。

在本研究中，年齡與BTM呈正相關，與BSAP相比，TRAP-5b更強，反映了骨骼動態。這與其他研究一致，這些研究表明在絕經后婦女中，BTM增加，與骨轉換增加有關[14]。在老年患者中，BTM仍然增加，通常由其他機制(維生素D缺乏、鈣的腸吸收不良和繼發性甲狀旁腺功能亢進)解釋[15]。在本研究組中，沒有觀察到骨吸收標志物和BMD的負相關性隨著年齡的增長而變得更強，因為患者年齡小于75歲。哪些是評估骨吸收和形成的最佳BTM仍然是一個爭論。本研究選擇評估TRAP-5b水平，因為晝夜變化較小，血清濃度不受食物或肝臟和腎臟功能障礙的影響。相反，作為骨形成標志物，本研究選擇血清BSAP，因為它不受腎功能影響，具有1～2 d的長循環半衰期。患者中腰椎骨密度與BSAP呈負相關。在之前的一項研究中，本研究發現在缺乏雌激素缺失的情況下，骨質疏松癥患者的BSAP水平較低[15]。在本研究中，BSAP水平與E2缺乏時間呈負相關，表明隨著E2缺乏時間的增加，骨形成正在減少。一些作者提出，BSAP濃度可以區分骨質疏松和健康的絕經后婦女[15]。本研究發現BSAP的相對適度的敏感性和特異性，與其他研究相比，BSAP作為首次評估骨質疏松癥患者的有用工具。

先前的研究證實了TRAP-5b與BMD之間的負相關。在本研究中，TRAP-5b與BMD相關性更強，反映了骨重塑過程的不平衡，主要是骨吸收。與非骨質疏松癥患者相比，骨質疏松組血清TRAP-5b濃度顯著升高，從而反映了絕經引起的骨質流失。在一項以人群為基礎的大型研究中，其中包括75歲以上的女性，隨訪9年，高水平的TRAP-5b與椎體骨折風險增加有關[16]。一些作者證實，TRAP-5b與女性BMD獨立相關，提出TRAP-5b作為骨質疏松癥的篩查標志物[17]。許多研究證實了本研究中發現的E2水平與BMD的正相關，證明E2濃度是決定BMD的最重要因素之一。此外，在本研究中，年齡增加與E2和BMD降低相關，證明低血清E2水平會增加骨轉換，這是骨折的危險因素。

有學者證明BSAP和Mg在骨轉換中起作用，骨質疏松癥與缺鎂有關。在骨質疏松組中，血清Mg2+濃度低于對照組。此外，Mg2+水平與E2水平和BMD值呈正相關，與BTM呈負相關。這些發現可能與降低的成骨細胞增殖能力(與年齡增長相關)和成骨細胞凋亡有關。這表明骨質疏松癥中的骨重建受損，骨形成減少和骨吸收增加。骨質疏松女性骨小梁中的鎂濃度顯著降低。Mg在骨質疏松癥中的作用也得到了研究的支持，這些研究表明，鎂補充劑可以增加骨密度，并在相當大比例的受試者中阻止骨質流失[18]。本研究也有一些局限性：兩組之間的年齡差異可能影響分析數據；分析的BTM數量有限；沒有關于BTM對人口的參考值的數據。

本研究表明，BMD與BTM呈負相關，與E2和Mg2+呈正相關。TRAP-5b水平與血清E2呈負相關，而與BSAP呈正相關。此外，BSAP水平與E2缺乏持續時間呈負相關。