血清S100A8/A9、MMP3、GPI 在膝關節骨性關節炎中的變化及臨床意義

王戰磊 張傅山 臺亞婷

（1. 南樂中興醫院醫學檢驗科，河南 濮陽 457400；2. 鄭州大學第一附屬醫院檢驗科，河南鄭州 450000）

膝關節骨性關節炎是因創傷、勞損、關節畸形、先天性關節異常等因素造成的一種慢性關節退行性疾病，其病理變化為膝關節軟骨下骨和邊緣骨質反應性增生、膝關節軟骨繼發性和原發性退化受損、韌帶攣縮等，臨床癥狀常表現為膝關節僵硬、疼痛、活動受限，甚至發生關節畸形，嚴重影響患者日常生活質量[1]。當前臨床上對于膝關節骨性關節炎疾病診斷方式多采用MRI、X 線片檢查，但難以早期診斷該疾病；葡萄糖-6-磷酸異構酶（ Glucose-6-phosphate isomerase，GPI）是T 細胞分泌而成的，其具有生長因子、細胞因子活性以及酶活性，其廣泛存在于細胞的細胞質和細胞外液內，該因子對補體通路激活并誘發了骨性關節炎[2]。鈣衛蛋白（Calprotectin）S100A8/A9 主要由巨噬細胞、單核細胞和中性粒細胞共同分泌，通過與高級糖基化終產物受體和Toll 受體結合而發揮作用。相關研究顯示[3]，S100A8/A9 在膝關節骨性關節中常呈高水平表達，與關節炎的疾病活動和放射性損傷緊密相關。而基質金屬蛋白酶3（Matrix metalloproteinase3，MMP3）是基質金屬蛋白酶家族的主要成員之一，在膝關節骨性關節炎患者的關節液中含量較高，且機體炎癥因子可促使軟骨細胞大量表達MMP3 并增強其活性，加重軟骨損傷程度，與疾病病變程度相關[4]。鑒于此，本文旨在評估作為膝關節骨性關節炎觀察指標的S100A8/A9、MMP3、GPI 與疾病嚴重程度的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020 年1 月至2022 年9 月我院收治的82 例膝關節骨性關節炎患者作為研究對象的觀察組。納入標準：經臨床檢查確診為膝關節骨性關節炎[5]；經過影像學檢查Kellgren-Lawrence（K-L）處于2~4 級；首次患病。排除標準：存在創傷性、痛風性、感染性關節炎者；伴有心血管疾病、血液系統疾病和內分泌系統疾病者；近期接受過手術治療者。另選取43 例同期健康體檢者作為研究對象的對照組。其中觀察組男21例，女61 例；年齡50~80 歲，平均65.17±5.62歲；左側43 例，右側39 例。對照組男11 例，女32 例；年齡51~80 歲，平均65.62±6.03 歲。兩組患者一般資料差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。本研究經醫院倫理委員會批注，所有研究對象知情并簽訂知情同意書。

1.2 方法

使用X 線球管透射觀察組患者處于伸直和雙下肢站立狀態的膝關節，用以評估其病變嚴重程度。對比觀察組和對照組血清S100A8/A9、MMP3、GPI 水平；比較觀察組不同疾病程度的S100A8/A9、MMP3、GPI 水平；分析血清S100A8/A9、MMP3、GPI 水平對膝關節骨性關節炎的診斷價值。

1.3 觀察指標

1.3.1 K-L 分級

主要分為4 級：1 級為關節間隙可能存在狹窄和唇樣增生現象；2 級為關節間隙狹窄狀態存疑，但具有明顯的骨贅生成；3 級為具有多個中等程度大小的骨贅物質生成，關節間隙顯著性狹窄，且骨質輕度硬化可能會影響骨質形態；4級為膝關節間隙具有明顯狹窄現象，并有較大程度的骨贅產生，關節畸形和骨質硬化程度嚴重。

1.3.2 血清S100A8/A9、MMP3、GPI 水平

入院后，采集所有受試者靜脈血3 mL 置于促凝管內，3000 rpm 離心15 min 后分離血清，使用酶聯免疫吸附法檢測S100A8/A9、MMP3、GPI 水平，上述指標試劑均由賽默飛世爾生物化學制品（北京）有限公司提供。

1.3.3 診斷價值

S100A8/A9、MMP3、GPI 水平與病情嚴重程度應用接收者操作特征曲線（Receiver operating characteristic curve，ROC）進行回歸分析。AUC 值在1.0 和0.5 之間。在AUC＞0.5 的情況下，AUC 越接近于1，說明診斷效果越好。AUC 在0.5-0.7 時有較低準確性，AUC 在0.7-0.9 時有一定準確性，AUC 在0.9 以上時有較高準確性。

1.4 統計學方法

所有數據采用SPSS24.0 軟件進行統計學分析。計數資料以例數（%）表示，采用χ2檢驗；計量資料以均數±標準差（ˉ±SD）表示，采用t 檢驗。P＜0.05 表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 膝關節骨性關節炎嚴重程度與分組

根據K-L 分級結果，K-L 2-3 級患者有48例，分為輕中度組，K-L 4 級患者有34 例，分為重度組。

2.2 兩組受試者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平對比

觀察組S100A8/A9 為318.67±41.53 pg·mL-1、MMP3 為265.98±55.53 pg·mL-1、GPI 為0.48±0.07 mg·L-1，對照組 S100A8/A9 為212.48±14.20 pg·mL-1、MMP3 為51.66±7.70 pg·mL-1、GPI 為0.06±0.02 mg·L-1。觀察組均明顯高于對照組（P＜0.05）。

2.3 不同嚴重程度患者S100A8/A9、MMP3、GPI水平對比

重度患者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平均明顯高于對照組（P＜0.05）。見表1。

表1 不同K-L 分級患者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平對比（±SD）

表1 不同K-L 分級患者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平對比（±SD）

注：與輕中度組比較，*P＜0.05。

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2.4 S100A8/A9、MMP3、GPI 診斷重度膝關節骨性關節炎的效能

經ROC 曲線分析，S100A8/A9 診斷膝關節骨性關節炎曲線下面積（Area Under Curve，AUC）為0.950，MMP3 診斷疾病AUC 為0.978、GPI診斷疾病AUC 為0.861，其中，S100A8/A9 的特異度最高、MMP3 的靈敏度最高，而GPI 的特異度何靈敏度均最低（P＜0.05）。見表2、圖1。

圖1 S100A8/A9、MMP3、GPI 指標診斷重度膝關節骨性關節炎的ROC 曲線圖

表2 S100A8/A9、MMP3、GPI 對膝關節骨性關節炎的預測價值

3 討論

膝關節骨性關節炎好發于中老年人群，隨著我國人口老齡化程度日趨嚴重，膝關節骨性關節炎疾病發生率以逐漸上升趨勢發展，根據流行病學調查研究顯示[6]，我國膝關節骨關節患病率可達8.1%，且地域和性別存在著較大差異，男性低于女性，東部地區遠低于西部地區，是中老年人致殘的常見疾病之一，其已經成為我國所面臨的重要健康問題。

S100A8 與S100A9 屬于鈣結合蛋白，兩者結合可生成鈣衛蛋白，在健康生理狀態下可檢測出鈣衛蛋白，其表達水平在炎癥刺激或者組織受損情況下會異常升高[7]。本研究結果顯示，重度組S100A8/A9 顯著高于輕中度組，表明S100A8/A9 水平與膝關節骨性關節炎病情嚴重程度呈正相關關系。細胞內的S100A8/A9 在花生四烯酸代謝、細胞運輸與髓細胞成熟過程中發揮著重要作用，其分泌至細胞外可趨化單核細胞/巨噬細胞、嗜中性粒細胞等炎性細胞，可促使鈣衛蛋白聚集至機體炎癥部位并參與了炎癥反應；且S100A8/A9 還可增大一氧化氮合酶因子的表達水平，通過對ERK1/2、NF-kB、JNK等信號傳導通路加以激活，使Ⅱ型膠原蛋白以及聚集蛋白聚糖等代謝標記物合成能力降低，繼而造成軟骨細胞大量分解，促進了骨性關節炎的進展過程[8]。除此之外，S100A8/A9 蛋白通過與晚期糖基化終產物（Receptor for advanced glycation end-products，RAGE）受體、Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）相結合可增快骨小梁建立以及軟骨基質鈣化程度，并對鈣離子吸收過程中所產生的氧化還原反應加以調節，有效刺激破骨細胞活性；而S100A8/A9 分子量僅有36.5kDa，在機體炎性部位所激活的單核細胞、嗜中性粒細胞所釋放出的鈣衛蛋白可直接進入至血液循環內，故對膝關節骨性關節炎患者檢測血液內的S100A8/A9 水平可充分反映出病情嚴重程度。RUAN 等研究指出[9]，血清S100A8/A9 表達水平與膝關節骨性關節炎患者的軟骨損傷、膝關節癥狀嚴重程度呈正相關，其水平變化在疾病發生和進展過程中發揮著重要作用，與本文研究結果相一致。

本結果顯示，膝關節骨性關節炎患者血清MMP3、GPI 水平顯著高于健康對照組，且隨著KL 分級增加，其上升程度愈加明顯。MMP3 作為金屬蛋白酶家族中的重要因子，其是由軟骨細胞和滑膜細胞分泌而成的，通過外界的刺激作用，可對滑膜成纖維細胞產生激活效應，大量分泌MMP3，而其會增大MMP9、MMP2 等因子活性，并加重患者機體炎癥反應，造成軟骨降解，生成血管翳現象，促使骨性關節炎病情加重；在膝關節骨性關節炎疾病患者中MMP3 呈顯著升高現象，其通過對細胞生長因子加以調控，可有效促進關節內軟骨、骨組織吸收損傷以及修復生長，且MMP3 作為一種軟骨下骨和軟骨代謝的共同因子對骨性關節炎的進展發揮重要作用[10]。在正常生理情況下，軟骨細胞在滿足自身需求中主要是以糖酵解途徑為主，而膝關節骨性關節炎患者關節軟骨細胞糖酵解水平顯著提升；GPI 因子存在于細胞外液和細胞質內，主要是由T 淋巴細胞分泌形成的，其屬于糖酵解途徑的第二酶物質，在糖異生和糖酵解過程中可有效促進果糖-6-磷酸、葡萄糖-6-磷酸之間的相互轉化。GPI 具有生長因子和細胞因子等多種免疫學活性，可促使B 淋巴細胞轉化為漿細胞，骨髓樣干細胞轉變為單核細胞。有相關研究顯示[11]，在建立T 淋巴細胞受體轉基因的小鼠模型中，GPI 因子可充分引發B 淋巴細胞生成抗GPI 受體，還可對其他免疫細胞產生誘導作用并生成一系列細胞因子，促使膝關節骨性關節發生。另外，在骨性關節炎患者中出現較高水平的GPI 以及免疫復合物，可沉積在毛細血管內皮細胞壁和關節滑膜動脈內，經過多種途徑對補體加以激活，可使炎癥細胞轉移至關節部位，繼而加重關節炎病情程度。本研究尚存不足之處，樣本量納入較少，GPI、S100A8/A9、MMP3 指標與骨侵蝕的相關性以及判斷預后效果未對其研究觀察，后續應擴大樣本量、延長隨訪時間，為臨床提供良好指導意見。

綜上所述，血清S100A8/A9、MMP3、GPI表達水平與膝關節骨性關節炎病情嚴重程度呈正相關，上述指標水平變化對膝關節骨性關節炎具有良好預測價值。