慢阻肺合并骨質(zhì)疏松患者血清IL-31、IL-33水平與OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)相關性研究

張海婷 徐麗敏

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種常見的以氣道慢性炎癥為核心、持續(xù)氣流受限為特征的可預防及可治療的全身性疾病[1],氣道炎癥反應除主要累及肺臟外,也可引起肺外各器官的損害,其中骨質(zhì)疏松是常見的肺外合并癥之一[2-3]。目前COPD并發(fā)骨質(zhì)疏松的機制尚未完全明確,骨保護素(OPG)/核因子κB受體活化因子(RANK)/RANK配體(RANKL)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)破骨細胞分化、活化及功能的關鍵信號通路[4]。研究發(fā)現(xiàn)炎癥細胞因子白細胞介素31(interleukins-31,IL-31)及白細胞介素33(interleukins-33,IL-33)具有調(diào)節(jié)骨代謝作用且與骨質(zhì)疏松的發(fā)生發(fā)展密切相關[5],但其在COPD并骨質(zhì)疏松患者中的研究較少。本研究擬通過檢測COPD并骨質(zhì)疏松患者血清IL-31、IL-33、OPG及RANKL的水平,旨在探討IL-31、IL-33在COPD骨量丟失中的作用。

資料與方法

一、研究對象

收集2019年6月～2023年1月在惠州市第一人民醫(yī)院就診的90例男性穩(wěn)定期COPD患者為COPD組,并隨機納入同期男性健康體檢者45例為對照組。COPD診斷參考中華醫(yī)學會呼吸病學分會制定的《慢性阻塞性肺疾病診治指南(2013年修訂版)》[6],病例組患者年齡50～72歲,平均(58.3±10.2)歲,排除使用抗骨質(zhì)疏松治療及合并有惡性腫瘤、內(nèi)分泌代謝性疾病、風濕性疾病等病史者,所有研究對象入組前常規(guī)行骨密度檢測,COPD組患者根據(jù)骨量丟失情況分為骨質(zhì)疏松組(n=41)和非骨質(zhì)疏松組(n=49),骨質(zhì)疏松診斷參考《原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥診療指南(2017)》[7]。對照組年齡48～69歲,平均(57.1±11.8)歲,COPD組、對照組年齡差異無統(tǒng)計學意義。該研究已通過惠州市第一人民醫(yī)院倫理委員會批準(2020107)。

二、肺功能檢查及骨密度檢測

肺功能檢查由經(jīng)驗豐富的技術人員使用意大利科時邁肺功能測試儀進行,并根據(jù)美國胸科學會發(fā)布的標準進行質(zhì)量控制。在進行肺功能之前,需停止使用短效吸入支氣管擴張劑6小時及長效支氣管擴張劑24小時以上。所有受試者的1秒用力呼氣量(FEV1)、用力肺活量(FVC)及其比例(FEV1/FVC)均通過三次有效測試中最佳結果確定。

用雙能X射線骨密度儀(美國NORLAND公司)測量腰椎(L1～L4)及雙側股骨頸的骨密度(bone mineral density,BMD),腰椎BMD、股骨頸BMD分別為L1～L4、雙側股骨頸BMD的平均值,BMD結果以g/cm2和T值表示,參照世界衛(wèi)生組織制定的骨質(zhì)疏松的斷標準:T≤-2.5為骨質(zhì)疏松,T>-2.5為非骨質(zhì)疏松[7]。

三、標本收集及指標檢測

留取所有研究對象入組當天外周靜脈血2 ～ 4mL,室溫下以轉(zhuǎn)速2000 r/min離心5min,留取上層血清,保存于-80℃冰箱中。采用酶聯(lián)免疫吸附測定法檢測血清中的IL-31、IL-33、OPG及RANKL,嚴格按照試劑盒說明書上的操作步驟進行,試劑盒均由武漢華美生物有限公司提供。

四、統(tǒng)計學分析

結 果

一、COPD組、對照組基線資料、細胞因子、骨代謝及肺功能指標的比較

90例COPD患者中41例并發(fā)骨質(zhì)疏松,占比45.6%。相比正常對照組,COPD組患者血清IL-31、RANKL水平及RANKL/OPG比值明顯升高,而血清IL-33水平及FEV1%、FEV1/FVC明顯下降,差異有統(tǒng)計學意義(均P<0.05),兩組間的OPG水平差異不顯著。兩組吸煙指數(shù)、體重指數(shù)(BMI)無統(tǒng)計學差異(P>0.05)(見表1)。

表1 COPD組、對照組基線資料、細胞因子、骨代謝及肺功能指標的比較

二、COPD非骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)疏松組患者細胞因子、骨代謝及肺功能指標的比較

與COPD非骨質(zhì)疏松組患者相比,骨質(zhì)疏松組血清IL-31、RANKL水平及RANKL/OPG比值顯著升高,而血清IL-33水平、BMI、骨密度及肺功能相關指標FEV1%、FEV1/FVC明顯降低,差異有統(tǒng)計學意義(均P<0.05)。骨質(zhì)疏松組OPG水平高于非骨質(zhì)疏松組,但差異不顯著(見表2)。

表2 COPD非骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)疏松組患者細胞因子、骨代謝及肺功能指標的比較

三、COPD組患者各指標之間相關性分析

股骨頸、腰椎BMD與血清IL-33水平、FEV1%、BMI均呈正相關,而與RANKL/OPG比值及血清IL-31、RANKL水平均呈負相關,與OPG水平則無相關性(見表3)。血清IL-31水平與FEV1(%)呈負相關,與RANKL水平、RANKL/OPG比值呈正相關,血清IL-33水平與FEV1(%)呈正相關,與RANKL水平、RANKL/OPG比值呈負相關(見表4)。

表3 COPD組患者骨密度與細胞因子、BMI、骨代謝及肺功能指標的相關性分析

表4 COPD組患者細胞因子與骨代謝指標及肺功能的相關性分析

討 論

COPD是一種常見的慢性肺部疾病,具有較高的患病率及常繼發(fā)多種肺外并發(fā)癥,包括骨質(zhì)疏松、營養(yǎng)不良、代謝綜合征等[2,4]。研究發(fā)現(xiàn)COPD患者骨質(zhì)疏松患病率比年齡匹配的健康者高2～5倍[4],薈萃分析顯示COPD患者中骨質(zhì)疏松患病率為14%～66%,明顯高于健康者[8]。本研究納入的COPD患者中,45.6%繼發(fā)骨質(zhì)疏松,與文獻報道相符[8],均表現(xiàn)為較高的患病率。故對于COPD尤其肺功能較差的患者,應常規(guī)進行骨密度檢查,以早期識別骨質(zhì)疏松。

目前COPD繼發(fā)骨質(zhì)疏松的機制尚未明確,研究認為全身性炎癥反應是導致COPD骨量丟失的關鍵機制之一,由多種炎癥細胞及細胞因子參與的氣道炎癥反應除引起肺臟病變外,也可累及骨骼系統(tǒng),影響骨重建及礦物質(zhì)代謝,最終導致骨質(zhì)疏松[4,9,10]。研究發(fā)現(xiàn)OPG/RANK/RANKL信號系統(tǒng)在骨代謝動態(tài)平衡中起著重要的調(diào)控作用,OPG具有促進骨形成及抑制破骨細胞活性的作用,而RANKL表達增高則會促進破骨細胞活化,導致骨吸收增強,當OPG、RANKL表達失衡時,則會引起骨形成、骨吸收的失衡[11-13]。本研究結果顯示COPD并骨質(zhì)疏松患者RANKL表達升高及RANKL/OPG表達失衡,提示COPD骨量丟失以骨吸收增強為主,與Zhang P.F.等[14]的研究結果基本一致。IL-31主要由活化的CD4+T 淋巴細胞產(chǎn)生,研究發(fā)現(xiàn)IL-31可誘導巨噬細胞及單核細胞活化,使得IL-6、IL-1β等促炎細胞因子基因轉(zhuǎn)錄增加,IL-6、IL-1β等促炎因子表達增加進一步刺激RANKL的分泌,導致骨吸收增強、骨量丟失。IL-33與IL-31同為Th2細胞因子,主要由基質(zhì)細胞受促炎癥介質(zhì)刺激后產(chǎn)生,其主要通過抗破骨細胞基因來抑制RANKL誘導的破骨細胞形成,抑制骨吸收,起到骨保護作用。臨床及實驗研究均表明IL-33/IL-31軸在骨質(zhì)疏松中發(fā)揮重要作用,骨質(zhì)疏松患者中,IL-33減少,而IL-31升高[15-17]。杜嬌嬌等[18]報道絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者中IL-31明顯升高,與骨密度呈負相關,而IL-33顯著下降,與骨密度呈正相關。目前IL-31、IL-33在COPD并骨質(zhì)疏松中變化的研究較少,本研究發(fā)現(xiàn)COPD并骨質(zhì)疏松患者IL-31顯著升高,而IL-33明顯下降,且IL-31、IL-33水平與RANKL水平、RANKL/OPG比值顯著相關,提示IL-31為COPD骨質(zhì)疏松癥的危險因素,而IL-33為骨保護因子,可抑制骨吸收。

綜上所述,本研究結果表明,IL-31在COPD骨質(zhì)疏松癥中表達升高,而IL-33表達下降,提示IL-31為COPD骨質(zhì)疏松癥的可能危險因素,而IL-33為可能保護因素。由于本研究為單中心且病例數(shù)相對較少,希望能夠多中心及大樣本量來驗證。