IL-33與絕經后骨質疏松女性骨密度和骨代謝指標相關性研究

王雅純 周少法 張翔

1.海南醫學院第一附屬醫院老年內科，海南 海口 571101 2.海南中和藥業股份有限公司，海南 海口 571101 3.海南醫學院第一附屬醫院神經內科，海南 海口 571101

白細胞介素-33(IL-33)是一種細胞因子，主要由基質細胞表達；最近研究表明IL-33在調節適應性和先天性免疫，炎癥過程和對環境壓力的反應方面起著關鍵作用[1]。在患有類風濕性關節炎的患者中，IL-33比正常對照組明顯升高，并且與骨破壞呈正相關[2-3]。骨質疏松癥是骨骼的全身性疾病，其主要特征是骨量減少，骨密度(bone mineral density，BMD)下降和骨微觀結構破壞；主要后果是增加骨骼脆弱性、增加骨折風險。絕經后婦女的雌激素缺乏會導致骨吸收增加；當由破骨細胞進行的骨吸收和由成骨細胞介導的骨形成之間的平衡被破壞時，發生骨質疏松癥[4]。最近研究已明確表明骨重建受到嚴格的免疫調控[5]，骨細胞的活性受細胞因子調節[5]。IL-33是IL-1細胞因子家族中最新鑒定的成員；其他兩個成員，即IL-1和IL-18，對骨細胞具有重要的作用[6]。到目前為止，lL-33在自身免疫性和傳染性疾病以及動脈粥樣硬化，糖尿病和癌癥中作用得到證實[1]，但其在骨質疏松癥患者中的作用尚未被研究。目前關于骨質疏松癥中IL-33血清水平的臨床研究較為有限。因此，筆者研究了絕經后骨質疏松癥患者的血清IL-33水平與骨代謝指標和骨密度之間的相關性。

1 材料和方法

1.1 一般資料

本研究納入50名絕經后骨質疏松女性[年齡(65.42±9.59)歲]和50名年齡匹配[(62.07±8.34)歲]的健康絕經后女性。通過雙能X射線吸收測定法(DXA)(Hologic QDR4 500 W)評估髖部和腰椎(L1～4)的BMD。排除服用影響骨轉換的藥物，繼發性骨質疏松癥患者；BMD檢測結果使用T值表示，骨質疏松癥的診斷參考世界衛生組織制定的標準。T值<-2.5定義骨質疏松癥，-1.0～-2.5定義為骨量減少，>-1.0表示正常BMD。對每個受試者進行詳細的體格檢查，獲取準確的病史，檢測人體參數，例如體重、身高和體重指數以及實驗室檢測指標。研究得到醫院倫理委員會批準，每位參與者均知曉研究目的并簽署書面知情同意書。

1.2 檢測指標

本研究檢測了血清鈣、磷、維生素D(1α，25-二羥維生素D3)、甲狀旁腺素(PTH)和堿性磷酸酶(ALP)水平。此外，在患者和對照組中，還進行了骨代謝標志物的檢測如骨形成標志物血清1型原膠原N-端前肽(P1NP)、骨吸收標志物血清1型膠原交聯C-末端肽(β-CTX)以分別間接評估破骨細胞和成骨細胞活性。從骨質疏松癥和健康對照受試者收集的所有臨床和測量數據如表1所示。

對患有骨質疏松癥的婦女和健康對照受試者血清IL-33水平進行檢測。通過靜脈抽取的血液5 mL并以3 000 r/min離心5 min，將獲得的血清冷凍并在-20 ℃下儲存直至檢測。根據制造商推薦的標準程序(USCN LIFE SCIENCE Houston，TX，USA)，通過使用夾心ELISA試劑盒評估IL-33的水平，在450 nm處測量吸光度，并將獲得結果以pg/mL表示。檢測步驟參考試劑盒的制造商說明書，IL-33的最小可檢測水平低于5.3 pg/mL。還根據制造商建議的以下程序建立了檢測下限(LLD)，本研究的LLD為1.9 pg/mL。還進行了從7.8 pg/mL開始的標準曲線，以更準確地檢測測試血清樣品中的IL-33濃度。

1.3 統計學分析

檢測的結果使用均數±標準差表示。采用Mann-Whitney檢驗法分析兩組之間的差異。使用Spearman相關系數進行相關分析。在校正其他因素后，進行了多元回歸分析以確定每個獨立變量的影響。所有統計分析均使用SPSS for Windows(版本19.0)進行。P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者一般資料比較

研究人群的人口學和臨床特征如表1所示。OP患者的年齡、BMI、ALP、1,25(OH)2D3、鈣和磷水平與健康對照組比較差異無統計學意義(P均>0.05)。骨質疏松患者血清IL-33水平顯著低于對照組，比較差異有統計學意義[(3.53±2.45)pg/mL vs (13.72±5.39) pg/mL；P<0.05]。OP組血清CTX和P1NP、PTH水平均顯著高于對照組(P均<0.05)。OP組腰椎BMD和股骨頸BMD明顯低于對照組(P均<0.05)。

2.2 Spearman相關分析結果

Spearman相關分析如表2所示。血清IL-33水平與年齡、BMI、PTH、CTX和P1NP水平呈負相關，與腰椎BMD和股骨頸BMD呈正相關。血清IL-33與ALP、1,25(OH)2D3、鈣和磷水平無相關性。

2.3 多元回歸分析結果

多元回歸分析如表3所示。因變量為血清IL-33水平，自變量為年齡、BMI、腰椎BMD、股骨頸BMD、PTH、ALP、CTX、P1NP、1,25(OH)2D3、鈣和磷水平。結果表明，年齡、BMI、腰椎BMD、PTH、股骨頸BMD和血清CTX和P1NP水平是骨質疏松癥患者血清IL-33水平降低的獨立預測因子。

表1 兩組一般特征和檢測指標比較

表2 OP患者血清IL-33與年齡、BMI、BMD和骨轉換指標的相關性

表3 OP患者的多元回歸結果Table 3 Results of multiple regression in OP patients

3 討論

雖然IL-33最初認為是Th2免疫反應的誘導物，現在IL-33認為是一種多效性細胞因子，它可以在細胞外空間釋放，也可以作為炎癥性疾病的細胞內核因子引起細胞損傷或機械損傷[1]。IL-33可以介導過敏性氣道炎癥，導致動脈粥樣硬化和對某些類型的感染具有保護作用；但在許多自身免疫性疾病的發展中也起著關鍵作用[1]。因此，IL-33既可以促進炎癥的消退也可以導致疾病的發生發展。免疫系統和炎癥對骨骼的影響是由細胞因子介導的。然而，并非所有參與骨重建的細胞因子都具有促進破骨細胞生成作用：一些細胞因子有助于骨吸收，而其他細胞因子對骨質疏松癥具有保護作用，而部分細胞因子具有多效性功能。因此，每一個細胞因子的最終效果取決于靶細胞以及控制骨骼健康的復雜骨重塑過程的各個階段中涉及的其他細胞因子和抑制劑和(或)刺激控制因子的聯合作用[7]。

本研究的結果表明，IL-33的抗破骨細胞作用對絕經后婦女的骨重建有重要作用。雖然IL-33對破骨細胞功能或骨吸收的直接影響尚不清楚，但IL-33與吸收標志物CTX之間的負相關結果似乎證實IL-33抑制破骨細胞分化。在骨質疏松癥患者中發現的較低水平的IL-33與以前幾項研究結果一致，即IL-33在實驗條件下可以抑制破骨細胞分化[8-9]。事實上，IL-33抑制RANKL依賴性破骨細胞的形成，從而防止炎性骨質流失[10]。此外，IL-33還通過誘導減少破骨細胞生成細胞因子如粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、IL-10、IL-4和IFN-γ生成以及抑制破骨細胞前體巨噬細胞和樹突狀細胞的分化激活來抑制破骨細胞形成[11]。雖然有學者提出IL-33在人類破骨細胞形成過程中的RANKL樣作用，但相對于RANKL的強烈且一致的作用，IL-33對骨骼的促重吸收作用較弱[12]。此外，IL-33對骨骼的影響可能因疾病的階段和激素影響而有所不同，因此IL-33對骨骼的最終影響因骨量差異而受到較大的影響。

IL-33在骨重塑中的調節作用也部分由激素介導。PTH是維持骨穩態和促進骨形成的重要激素。IL-18也是IL-33所屬的IL-1家族的另一成員，是PTH介導合成代謝作用所必需的[13]。本研究發現骨質疏松絕經后婦女中PTH和IL-33血清水平之間呈負相關的結果與IL-33和PTH強烈抑制的觀察結果一致[13]，從而證實該細胞因子可能參與成骨細胞介導的合成代謝作用。IL-33與骨合成代謝標志物P1NP之間的負相關性也證實了這點。骨質疏松癥認為是Th1/Th17細胞介導的炎癥性疾病，毫無疑問的是IL-33能有效增強Th2免疫反應對骨質疏松癥表現出保護作用[14]，這表明該細胞因子在絕經后骨質疏松癥中也存在保護作用。另一方面，最近在體外和體內的觀察結果表明，Th2細胞因子也可能有助于骨質疏松癥的發展[15]。正如本研究結果一致，與年齡相關的健康女性相比，絕經后骨質疏松癥患者血清IL-33水平較低。然而，隨著疾病進展和BMD降低，IL-33對骨骼的保護作用趨于消失，可能是由于其他因素和破骨細胞生成因子的干擾[16]。因此，IL-33可能被認為是骨細胞活性的重要內源調節因子，可以發揮抗破骨細胞增生和刺激破骨細胞作用[16]。然而，由于各種相關細胞因子之間的平衡是非常復雜的，IL-33本身也可能是一把雙刃劍，取決于具體的疾病階段[16]。

本研究表明，與對照組相比，絕經后骨質疏松癥患者的血清IL-33水平顯著降低。還觀察到IL-33和PTH血清水平之間的負相關。此外，IL-33與骨形成和重吸收標志物之間的負相關分別表明該細胞因子可能在骨重塑中發揮作用，可能影響成骨細胞和破骨細胞功能。這些數據表明IL-33可能是一種重要的骨保護細胞因子，它可能在絕經后骨質疏松癥發生發展中發揮重要的作用。