血清五聚素3和C1q/TNF相關蛋白3對膝關節骨性關節炎患者合并骨質疏松的診斷價值

洪坤豪 吳淮 劉文剛 楊文斌 葉國柱 劉欣

廣東省第二中醫院骨科（廣州 510095）

膝骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA）是膝關節關節軟骨的變性、破壞，伴有疼痛等癥狀，嚴重時可導致患者殘疾［1］。骨質疏松（osteoporosis，OP）也是常見的退行性骨代謝疾病，病理上表現為骨量減少，骨組織微小結構破壞［2］。臨床上，KOA 與OP 常同時存在，兩者在病因病理上存在關聯性，如OP 導致關節腔軟骨受力不均勻，關節面坍陷，誘導KOA 的發生［3］。五聚素3（pentraxin3，PTX3）是五聚蛋白超家族的成員，在先天性和適應性免疫應答中發揮重要的作用［4］。近年來發現，PTX3除在炎癥過程的早期階段發揮關鍵作用外，還在KOA 及OP 中組織重塑過程中參與調節骨代謝［5］。C1q/TNF 相關蛋白3（C1q/TNF related protein 3，CTRP3）其作為CTRP 家族成員，在軟骨及脂肪細胞中高度表達，參與軟骨細胞的增殖和遷移，并調節軟骨和骨代謝的體內穩態［6-7］。本研究通過檢測血清PTX3、CTRP3 在KOA 合并OP 中的表達，分析兩者與KOA 嚴重程度及骨代謝指標的關系，為OA 合并OP 的臨床診治提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 病例資料 選取我院自2018年1月1日至2021年12月1日期間我院診治的154 例KOA 作為研究對象。納入標準：（1）所有患者均接受膝關節X 線正側位檢查，并由骨科和放射科醫師共同評價圖像，KOA 的診斷標準符合中華醫學會骨科學分會制定的《骨關節炎診斷及治療指南（2018 版）》［8］；（2）根據Kellgren-Lawrence（KL）分期標準對KOA的嚴重程度進行評估［9］，Ⅰ級：關節間隙可疑狹窄；Ⅱ級：有骨贅，關節間隙可疑狹窄；Ⅲ級：中度骨贅，關節間隙明顯狹窄，軟骨下骨部分硬化；Ⅳ級：巨大骨贅，關節間隙明顯狹窄，軟骨下骨嚴重硬化，伴有畸形；（3）臨床資料完整；（4）患者及家屬知情同意并簽署知情同意書。排除標準：（1）伴有自身免疫性疾病；（2）合并惡性腫瘤或患者處于妊娠哺乳期；（3）近一個月有應用骨代謝藥物病史；（4）合并冠心病、心力衰竭及糖尿病等疾病。根據2014年版《中國人骨質疏松癥診斷標準專家共識》中OP 的診斷標準，根據是否有OP 將KOA 患者分為KOA+OP 組（92 例），其中女78 例，男14 例，平均年齡（61.12 ± 5.7）歲；無OP 的KOA 患者作為KOA 組（62 例），其中女52 例，男10 例，平均年齡為（60.37 ± 6.1）歲；骨密度正常32 例，骨密度低下30 例。以同期健康查體的40 例健康人作為對照組，其中女38 例，男12 例，平均年齡58.8 歲。KOA+OP 組、KOA 組及對照組之間在性別、年齡之間差異無統計學意義（P＞0.05）。本研究經本院倫理委員會審核批準通過。

1.2 檢測方法 采集KOA 患者空腹靜脈血及對照組查體時靜脈血5 mL，離心（2 500 r/min）10 min，分離上層血清，-80 ℃保存待測。采用酶聯免疫吸附法檢測血清PTX3、CTRP3 及骨代謝指標降鈣素（calcitonin，CT）、骨鈣素（osteocalcin，BGP）、護骨素（osteoprotegerin，OPG）表達。實驗步驟嚴格按照試劑盒說明書進行。PTX3 酶聯免疫吸附試劑盒購自上海酶聯生物科技公司。CTRP3、OPG 試劑盒購自上海江萊生物科技公司。采用放射免疫發光法檢測血清CT、BGP 水平。

1.3 統計學方法 應用SPSS 20.0 軟件進行統計學分析。計量資料以均數±標準差表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用SNK-q檢驗。相關性分析采用Pearson 相關分析。應用受試者工作曲線分析血清PTX3、CTRP3 單獨及聯合檢測對KOA 合并OP 的診斷價值。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組血清PTX3、CTRP3 水平及骨代謝指標比較 三組血清PTX3、CTRP3、CT、BGP、OPG 表達差異具有統計學意義。相比于對照組及KOA 組，KOA+OP 組血清PTX3 表達及骨代謝指標CT、BGP、OPG 明顯較高，CTRP3 明顯較低；相比于對照組，KOA 組血清PTX3 表達及骨密度指標CT、BGP、OPG明顯較高，CTRP3 明顯較低（均P＜0.05）。見表1。

表1 各組血清PTX3、CTRP3 水平表達比較Tab.1 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in each group ±s

表1 各組血清PTX3、CTRP3 水平表達比較Tab.1 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in each group ±s

注：與對照組比較，*P ＜0.05；與KOA 組比較，＃P ＜0.05

參數KOA+OP 組KOA 組對照組F 值P 值例數92 62 40 PTX3（ng/mL）5.01 ± 1.15*＃4.16 ± 1.06*3.12 ± 0.65 47.824＜0.001 CTRP3（pg/mL）22.18 ± 4.54*＃34.29 ± 5.65*52.91 ± 5.38 514.114＜0.001 CT（ng/L）10.80 ± 2.20*＃6.06 ± 2.14*4.82 ± 1.13 168.592＜0.001 BGP（mg/L）3.18 ± 0.52*＃2.09 ± 0.35*1.11 ± 0.03 392.100＜0.001 OPG（ng/L）3.30 ± 0.74*＃2.50 ± 0.62*1.13 ± 0.31 163.821＜0.001

2.2 不同KOA 嚴重程度及骨密度血清PTX3、CTRP3 水平表達比較 不同KOA 嚴重程度分級的患者血清PTX3、CTRP3 水平差異具有統計學意義（F= 37.234、91.013，均P＜0.05）。KOA 嚴重程度越重，PTX3 水平越高，而CTRP3 水平越低。

不同骨密度分組患者血清PTX3、CTRP3水平差異具有統計學意義（F=22.630、98.164，均P＜0.05）。相比于骨密度正常組及骨密度低下組，骨質疏松組PTX3 水平較高，而CTRP3 水平較低；相比于骨密度正常組，骨密度低下組PTX3 水平較高，而CTRP3 水平較低。見表2。

表2 不同KOA 嚴重程度患者血清PTX3、CTRP3 水平表達比較Tab.2 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in patients with different KOA severity ±s

表2 不同KOA 嚴重程度患者血清PTX3、CTRP3 水平表達比較Tab.2 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in patients with different KOA severity ±s

注：相比于KOAⅠ級，1P ＜0.05；相比于KOAⅡ級，2P ＜0.05；相比于KOAⅢ級，3P ＜0.05；相比于骨質疏松組，aP ＜0.05；相比于骨密度低下組，bP ＜0.05

分組KOA 嚴重程度分級Ⅰ級Ⅱ級Ⅲ級Ⅳ級骨密度分組骨密度正常組骨密度低下組骨質疏松組例數45 41 37 31 32 30 92 PTX3（ng/mL）3.61 ± 0.75 4.42 ± 1.011 5.19 ± 1.1012 5.91 ± 1.15123 3.52 ± 1.27 4.54 ± 1.05a 5.11 ± 1.15ab CTRP3（pg/mL）35.05 ± 4.08 29.11 ± 5.051 23.91 ± 5.7012 16.49 ± 5.34123 37.62 ± 6.65 30.17 ± 5.38a 22.36 ± 5.05ab

2.3 血清PTX3、CTRP3 單獨及聯合檢測對KOA合并OP的診斷價值 PTX3、CTRP3聯合檢測對KOA合并OP 診斷的曲線下面積顯著大于PTX3、CTRP3單獨診斷（Z= 3.588、3.265，P＜0.001、0.003）。見表3 和圖1。

圖1 ROC 曲線分析血清PTX3、CTRP3 單獨及聯合檢測對KOA 合 并OP 的診斷 價 值Fig.1 ROC curve analysis of the diagnostic value of serum PTX3 and CTRP3 detection alone and in combination in KOA patients with OP

表3 血清PTX3、CTRP3 及聯合檢測對KOA 合并OP 患者的診斷價值Tab.3 Diagnostic value of serum PTX3，CTRP3 and combined detection in KOA patients with OP

3 討論

骨關節炎以膝關節最為常見，近年來隨著我國老齡化，KOA 的年齡標準化總患病率從1996年的2.0%上升到2015年的3.6%，嚴重威脅我國中老年人群健康［10］。KOA 的主要表現為關節軟骨缺損、滑膜炎癥、骨贅形成及關節周圍肌肉韌帶改變等，與軟骨細胞凋亡及軟骨退化關系密切［11］。OP是以骨量減少，骨組織微小結構破壞，脆性增加為特征的骨代謝性疾病。臨床中許多中老年患者同時患KOA 和OP 兩種疾病，KOA 合并OP 的患者，臨床治療效果差，具有較高的致殘致畸率［12-13］。目前KOA 與OP 合并發生的機制尚不清楚。深入研究能夠反映KOA 與OP 的疾病機制，尋找能夠早期診斷及判斷疾病嚴重程度血清生物標志物，對KOA 與OP 的臨床防治具有重要意義。PTX3 是五聚蛋白超家族成員，在先天性和適應性免疫應答中起著重要作用［14］。在真菌、細菌和病毒等病原體及白介素-1、腫瘤壞死因子α 等炎癥細胞因子的炎癥刺激下，PTX3 由上皮細胞和單核吞噬細胞分泌產生，并促進纖維細胞分化，參與調節炎癥和補體激活，促進血管生成和組織重塑［15］。近年來發現，PTX3 在腫瘤、KOA 等疾病中異常表達上調，是一種新的血清生物標志物［16-17］。糖尿病、肥胖等代謝疾病是骨關節炎的重要危險因素［18］。機體的脂肪組織參與炎癥反應的調節、代謝調節等過程，與KOA 的疾病發生發展關系密切。最近的證據表明脂肪分泌蛋白在骨性關節炎的病理生理學過程中起著重要作用，參與體內軟骨和骨穩態的調節［19］。CTRP3 是脂肪因子超家族成員，可以通過自分泌、旁分泌和內分泌的方式發揮作用，參與包括細胞糖異生、甘油三酯穩態及核因子κB 信號的負調控等多種生物學過程的調控［20］。

本研究中，KOA 合并OP 患者血清PTX3 表達顯著升高，并且其升高程度與KOA 疾病嚴重程度及OP 骨質疏松程度有關。提示PTX3 參與KOA 和OP疾病發生發展。研究發現，KOA 時局部腫瘤壞死因子-α 的產生能導致骨組織中PTX3 表達增加，導致成骨細胞前體釋放核因子-κB 配體TNF-α（Nuclear factor NF-κB receptor activator ligand，RANKL），RANKL 作為活化因子，促進成骨前體細胞分化為破骨細胞譜系，導致骨質疏松的發生［11-21］。此外，PTX3 作為一種可溶性模式識別分子，在動物試驗中發現其表達升高還能夠靶向抑制小鼠骨發育過程中骨小梁體積，并抑制實驗性骨折后骨痂礦化過程［4］。因此，PTX3 參與促進KOA 局部炎癥過程和骨組織退化，可能是新的與OP 和KOA 骨相關表型相關的潛在非侵入性診斷標記物。本研究中，KOA患者血清CTRP3顯著降低，并且其表達與KOA嚴重程度有關。提示CTRP3 參與KOA 的疾病發生發展。分析其原因，可能是CTRP3 表達降低與細胞因子表達調控有關。體外細胞實驗研究發現，促炎細胞因子白介素1β 能夠顯著抑制軟骨細胞SW1353 中CTRP3 的表達，而CTRP3 表達降低通過抑制成纖維細胞生長因子受體1/RAS 信號通路，抑制細胞增殖，促進細胞凋亡［22］。此外，有學者利用CTRP3 基因敲除鼠發現，CTRP3 的表達缺失促進促炎細胞因子及Ⅱ型膠原的表達，導致軟骨膜無法維持其有序性結構，并促進其骨性轉化［23］。因此，血清CTRP3 的降低可能是KOA 患者軟骨退行性變的重要生物學標志物。此外，本研究進一步發現，對于合并OP 的KOA 患者，血清CTRP3 水平降低更為明顯，并且與骨質疏松的嚴重程度有關，提示CTRP3 參與KOA 患者骨質疏松的發生發展。其原因一方面可能是CTRP3 參與骨代謝過程有關。研究表明，CTRP3 表達降低的患者鈣磷代謝平衡失調，鈣磷等物質吸收能力降低，導致骨質疏松癥的發生［24］。此外，CTRP3 還能夠通過抑制RANKL 激活的腺苷酸活化蛋白激酶信號通路，抑制破骨細胞的分化，而KOA 中CTRP3的表達降低導致破骨細胞過度激活，促進骨質疏松的發生［25］。另一方面，骨質疏松導致骨皮質退化，關節面的坍陷導致關節不穩定，應力失衡導致KOA的發生。本研究ROC曲線分析結果血清PTX3、CTRP3 聯合檢測是對KOA 合并OP 具有較高的診斷價值，并且聯合檢測具有較高的敏感性和特異性，提示檢測血清PTX3、CTRP3 水平有助于KOA合并OP 的早期診斷能力，是新的KOA 合并OP 診斷的血清生物標志物。

本研究尚存在一定的局限性，由于本研究樣本量有限，未能對于不同KOA 及OP 程度的患者進行分層研究，有待今后開展多中心臨床試驗，擴大樣本量深入研究PTX3，CTRP3 的臨床應用價值。此外，PTX3，CTRP3 在KOA 合并OP 中的作用機制尚不清楚，兩者是否能夠作為治療的生物靶點，有待今后進行深入的實驗研究進一步探索。

綜上所述，KOA 合并OP 患者血清PTX3 表達升高，CTRP3 表達降低。兩者表達與KOA 嚴重程度及骨質疏松程度有關，可能參與骨代謝調節過程有關。血清PTX3 和CTRP3 聯合檢測有助于KOA 合并OP 的診斷。臨床醫生可根據血清PTX3、CTRP3 水平輔助診斷KOA 合并OP，但兩者是否能夠反映臨床治療療效，值得今后深入探索。