軟骨寡聚基質蛋白和Ⅱ型膠原羥基端交聯肽作為膝骨關節炎生物標志物的Meta分析

馮程欽 曾平 劉金富 黃佳興

(廣西中醫藥大學 1研究生學院，廣西 南寧 530299；2第一附屬醫院)

膝骨關節炎(KOA)是一種以關節軟骨變性為特征的慢性退行性疾病。在全球的患病率約為3.8%〔1〕。在中國，KOA的患病率約為18%〔2〕。鑒于全球人口老齡化越來越嚴重，KOA的患病率預計在未來幾年將持續上升。但目前KOA的病因尚不明確，早期診斷存在較大的困難〔3〕。到目前為止，診斷KOA最成熟的方法是使用平面X線，可以觀察關節間隙寬度(JSW)、骨贅和軟骨下骨的重塑情況。然而，當X線觀察到JSW的改變時，KOA往往已經進展到中晚期，關節軟骨出現不可逆損傷。一項回顧性研究發現，X線診斷和臨床診斷之間的一致性<10%〔4〕。磁共振成像(MRI)被認為是監測KOA的最佳方法，在診斷KOA方面優于X線，能更好觀察關節內軟骨和滑囊的改變〔5〕。但由于其價格較為昂貴，患者接受能力差，尚未能普及。超聲(US)也是一種有效的關節軟組織結構可視化技術，但由于聲學陰影的存在，超聲只能對整個關節進行可視化〔6〕，不能進行早期診斷。有研究表明早期治療有利于KOA患者的恢復〔7〕。因此，尋找一種能夠早期診斷KOA并適用于大多數患者的無創、廉價、準確的評估方法至關重要。生物標志物是指關節軟骨、軟骨下骨和滑膜組織基質代謝過程中分泌到生物液體中的分子，如促炎和抗炎細胞因子、分解代謝酶、軟骨和骨周轉率標志物等，研究表明生物標志物對KOA的早期診斷和疾病的監控起重要作用〔8，9〕。軟骨寡聚基質蛋白(COMP)和Ⅱ型膠原羥基端交聯肽(CTX-Ⅱ)作為軟骨代謝的副產物，當軟骨病變時釋放到生物體液中，有研究表明COMP和CTX-Ⅱ是目前對于診斷KOA最有價值的生物標志物之一〔10〕。COMP是血小板反應蛋白基因家族的五聚亞群成員，是一種細胞外基質(ECM)糖蛋白，從軟骨中分離出來并在多種組織中表達：肌腱、韌帶、滑膜、肌成纖維細胞和活化的血小板等〔11〕。Ⅱ型膠原是軟骨基質的主要成分，其合成和分解與軟骨代謝密切相關。CTX-Ⅱ是Ⅱ型膠原裂解產生的分子片段，是一種能夠反映關節組織病理變化和代謝的生物標志物，可以在尿液、血液和滑液中檢測到〔9，12〕。有研究表明尿CTX(uCTX)-Ⅱ比血清CTX-Ⅱ的敏感度更高〔13〕，而尿標本相對于關節滑膜液更容易獲得，所以uCTX-Ⅱ有更高的可靠性。近年來，血清COMP(sCOMP)和uCTX-Ⅱ在KOA的診斷中受到了廣泛的關注，國內外研究表明在KOA疾病中sCOMP和uCTX-Ⅱ水平明顯高于健康人〔14～56〕。但是由于單個研究樣本量相對較小，研究的統計能力有限。本Meta分析通過檢索目前發表相關的研究，旨在評估sCOMP和uCTX-Ⅱ作為KOA生物標志物的診斷價值及Kellgren-Lawrence (K-L)分級中sCOMP和uCTX-Ⅱ水平與KOA疾病嚴重程度的相關性。

1 資料和方法

1.1檢索策略 系統檢索PubMed、EMBASE、Web of Science、中國生物醫學文獻數據庫(CBM)、中國學術期刊全文數據庫(CNKI)、萬方、維普等數據庫，檢索KOA與sCOMP或uCTX-Ⅱ關系的病例研究，檢索截止日期為2019年2月。采取主題詞加自由詞檢索，中文檢索詞：“關節炎”、“膝骨關節炎”、“Ⅱ型膠原的C端交聯末端肽”、“軟骨寡聚基質蛋白”，英文檢索詞：“osteoarthritis”、“knee osteoarthritis”、“KOA”、“cartilage oligomeric matrix protein”、“COMP”、“C-terminal cross-linked telopeptides of type Ⅱ collagen”、“CTX-Ⅱ”。篩選從最初搜索中獲得的所有文獻摘要。如果摘要沒有包含足夠的信息來分析包含或排除該研究，則查看全文。所有研究沒有關于發表日期、研究設計和患者種族的限制。

1.2文獻納入標準 ①研究對象確診為臨床KOA，有健康對照組；②研究KOA發病進展與sCOMP或uCTX-Ⅱ濃度的關系；③可提取或計算sCOMP或uCTX-Ⅱ參數；④KOA患者的嚴重程度采用K-L分級。

1.3文獻排除標準 ①重復性研究、重復發表的文獻；②綜述文獻、個案報道、會議摘要；②排除動物實驗研究；④紐卡斯爾-渥太華量表(NOS)評分<6分〔57〕；⑤先前使用藥物治療KOA患者的研究。

1.4文獻篩選 數據由兩位獨立研究者按文獻的納入和排除標準對文獻資料進行提取，交叉核對，如意見不一致則相互討論或由第3名研究者協助。文獻提取信息包括：一般資料、KOA和對照組患者數量、K-L級分組數量、sCOMP和uCTX-Ⅱ的均值和標準差、檢測方法、研究所在地區。sCOMP和uCTX-Ⅱ水平是本研究關注的指標。在納入的大多數研究中，對于sCOMP的比較單位多為ng/ml、pg/ml、μg/ml、mg/ml〔14～39〕，也有一些研究的比較單位為U/L〔40～44〕，uCTX-Ⅱ的比較單位多為ng/mmol〔41，45～51〕，少數為ng/ml、pg/ml、μg/mol、ng/L、nmol/L〔24，52～56〕。本研究提取不同計量單位sCOMP和uCTX-Ⅱ濃度，采用標準化均值差異(SMD)模型進行數據組合。

1.5質量評價 采用NOS〔57〕評價納入研究的質量，滿分是9分，評分≥ 7分則認為是高質量研究，適合進行Meta分析。

1.6統計分析 統計分析均使用RevMan5.3統計軟件進行。對KOA患者與健康對照組進行組間比較分析，亞組分析是基于K-L分級對比各期sCOMP和uCTX-Ⅱ水平的差異，同時根據地區分組，觀察各地區sCOMP和uCTX-Ⅱ水平的差異，統計分析采用χ2檢驗進行比較，并將其作為森林圖。當研究間存在較大異質性(I2>50%)時，采用隨機效應模型進行數據計算。相反，當I2<50%時，采用固定效應模型。敏感性分析是通過每次刪除一個研究來觀察每個研究對總體結果的影響，并驗證匯集效應的穩定性。根據K-L分級進行亞組分析，比較疾病嚴重程度，以確定該生物標志物的實際臨床表現。

2 結 果

2.1文獻檢索結果 按檢索策略檢索數據庫，流程見圖1。共納入42篇文章，共納入7 298例患者，其中病例組3 756例KOA患者，對照組3 542例健康人。其中Sowers等〔40〕提供了兩組數據，分別為1997年和2009年統計的數據值，后文標注Sowers等〔40〕1997和Sowers等〔40〕2009。見表1。

圖1 文獻檢索流程

2.2Meta分析結果

2.2.1sCOMP水平與KOA發生率的相關性 31項〔14～42，56〕研究的匯總分析顯示，與對照組相比，KOA患者sCOMP顯著升高〔SMD=1.22，95%CI(0.89～1.55)，P<0.000 01，圖2〕。提示KOA患者sCOMP濃度較健康人升高。由于I2=96%，顯示異質性較大，進行敏感性分析，敏感性分析采取逐篇排除文獻法，觀察每個研究對總體結果的影響，并驗證匯集效應的穩定性，顯示合并SMD在1.11～1.26，I2在94%～96%，結合森林地形圖和敏感性分析顯示，當忽略每一項研究時，SMD和I2值均無明顯變化。

表1 納入文獻的基本特征

續表1 納入文獻的基本特征

2.2.2sCOMP水平與KOA疾病嚴重程度比較 根據K-L分級行亞組分析，K-L 0、1級與對照組比較顯示〔SMD=1.41，95%CI(0.10～2.71)，P=0.03〕，提示K-L 0、1級KOA患者sCOMP水平明顯高于健康人；K-L 2級KOA患者比K-L 0、1級患者sCOMP水平顯著升高〔SMD=0.73，95%CI(0.38～1.08)，P<0.000 1〕。見圖3。

圖2 sCOMP水平與KOA發生率的Meta分析結果

圖3 sCOMP水平與KOA疾病嚴重程度相關性Meta分析

將K-L 3、4級與K-L 2級KOA患者的sCOMP進行比較，顯示〔SMD=0.29，95%CI(0.04～0.55)，P=0.02〕，I2=61%，異質性較大，結合森林地形圖和敏感性分析顯示，異質性來源可能是李恒等〔32〕的研究，見圖3。忽略李恒等〔32〕的研究結果，合并結果由〔SMD=0.29，95%CI(0.04，0.55)，P=0.02〕變為〔SMD=0.23，95%CI(0.09～0.37)，P=0.001〕，I2值由61%降至0%。合并統計顯示，隨著KOA疾病的加重，sCOMP水平呈上升趨勢。對不同地區行亞組分析，分析結果如表2所示，sCOMP與KOA疾病嚴重程度在各個地區均有統計學意義，在亞洲更具有檢驗價值。

2.2.3uCTX-Ⅱ水平與KOA發生率的相關性 15項〔24，43～55〕研究的匯總分析顯示，與對照組相比，KOA患者uCTX-Ⅱ顯著升高〔SMD=1.12，95%CI(0.68～1.57)，P<0.000 01，圖4〕，由于I2=97%，顯示異質性較大，進行敏感性分析，結合森林地形圖和敏感性分析顯示，異質性來源可能是張軍峰等〔24〕、丁朋等〔50〕、顏世昌等〔55〕和Xu等〔53〕的研究，在忽略上述研究結果，合并結果由〔SMD=1.12，95%CI(0.68～1.57)，P<0.000 01〕變為〔SMD=0.51，95%CI(0.32～0.70)，P<0.000 01〕，I2值由97%降至76%。

表2 根據不同地區對sCOMP和uCTX-Ⅱ與KOA發病率的亞組分析

圖4 uCTX-Ⅱ水平與KOA發生率的Meta分析結果

2.2.4uCTX-Ⅱ水平與KOA疾病嚴重程度比較 根據K-L分級行亞組分析，K-L 0、1級與對照組差異無統計學意義〔SMD=0.82，95%CI(-0.42～2.07)，P=0.19〕；K-L 2級與K-L 0、1級差異無統計學意義〔SMD=0.70，95%CI(0.28～1.67)，P=0.16〕。K-L 3、4級與K-L 2級KOA患者的uCTX-Ⅱ進行比較，顯示〔SMD=0.96，95%CI(0.38～1.55)，P=0.001〕，I2=87%，見圖5，顯示異質性較大，進行敏感性分析，當我們忽略每一項研究時，沒有發現不一致的結果。合并統計顯示，隨著KOA癥狀的加重，uCTX-Ⅱ水平有上升趨勢。對不同地區行亞組分析，分析結果見表2，uCTX-Ⅱ與KOA疾病的發病率在各個地區均有統計學意義(均P<0.05)，在亞洲更具有檢驗價值。

圖5 uCTX-Ⅱ水平與KOA疾病嚴重程度相關性Meta分析

3 討 論

KOA是一種退行性疾病，疾病的進展較為緩慢，但是對于疾病的發生和發展需要快速準確的檢測指標，能夠早期診斷疾病和及時觀測治療的效果。在KOA的早期，病理改變的特征是軟骨基質的蛋白水解破壞，軟骨表面的纖顫和侵蝕，隨后向滑膜液中釋放分解產物(蛋白聚糖和膠原碎片)〔9〕，所以在KOA的早期，檢測生物標志物是一種切實可行的方法，能夠更好地反映關節軟骨、滑囊的改變，早期診斷，早期治療，減緩KOA的發生。

本研究結果顯示KOA患者的sCOMP和uCTX-Ⅱ水平較健康人顯著升高，但研究存在相當大的異質性，行敏感性分析，逐篇排除文獻結果后，觀察結局指標。在檢測sCOMP的研究中未發現明顯的異質性來源。考慮納入研究較多，來自不同的國家和地區，存在種族的差異性，研究納入的患者疾病嚴重程度也不一樣，所以針對不同地區行亞組分析，各個地區的研究結果匯總均有統計學意義，在亞洲更具有檢驗價值，但異質性沒有完全消除。也有研究認為檢測的方法和所使用的試劑盒是重要的影響因素〔57，58〕，雖然各研究都是使用酶聯免疫吸附試驗檢測sCOMP，但所使用的試劑盒不盡相同。對于試劑盒的差異，由于各研究使用的試劑盒種類較多，不能行亞組分析。

在uCTX-Ⅱ研究的敏感性分析中，我們結合森林地形圖，考慮異質性來源文獻均來自亞洲，考慮可能存在地區的差異，Cheng等〔59〕研究認為種族差異對uCTX-Ⅱ的結果有影響。影響生物標志物水平的因素有很多，有研究表明生物標志物的水平隨著性別、年齡、體內激素水平、正常活動的不同而出現波動〔20，29〕。Andersson等〔60〕研究表明，體育活動會影響KOA患者的COMP水平，運動后sCOMP的水平顯著升高，在椅子上休息1 h后恢復到基線水平。 Tanishi等〔46〕研究發現，在KOA疾病的各個分級中女性uCTX-Ⅱ水平均高于男性，劉淵等〔28〕發現，KOA疾病中女性血清COMP和血清CTX-Ⅱ水平均高于男性，考慮這可能是體內激素的差異所導致的。

本研究發現sCOMP水平的比較，差異并不是很大，作為早期診斷的生物標志物仍有待大樣本的、嚴謹的前瞻性研究。在uCTX-Ⅱ水平的比較中，P=0.19，差異無統計學意義，在張軍峰等〔24〕研究顯示KOA患者的uCTX-Ⅱ水平較健康人明顯升高，而顏世昌等〔55〕研究顯示KOA患者的uCTX-Ⅱ水平較健康人無差別，考慮納入研究較少，結果可信度不高，所以sCOMP和uCTX-Ⅱ作為KOA早期診斷的生物標志物尚未明確。

sCOMP和uCTX-Ⅱ是否隨著KOA的嚴重程度加重而增加也是備受關注，本研究結果示K-L2級比K-L0、1級KOA患者的uCTX-Ⅱ水平也升高，但無統計學意義。考慮該亞組分析只納入3篇研究，樣本量較少，不能得出確切的結論，但從研究的匯總結果顯示，sCOMP和uCTX-Ⅱ的水平與KOA的嚴重程度密切相關，且隨著疾病的進展而升高。但目前為止，暫無研究表明sCOMP和uCTX-Ⅱ哪個生物標志物與KOA的關聯程度更高。但COMP和CTX-Ⅱ都是軟骨代謝產物，而KOA的早期也表現為關節軟骨的破壞，所以聯合檢測的準確性可能更高，未來需要大樣本、多中心的前瞻性研究來驗證。