阮建偉 孔勁松 宮小康 郟舜杰

●綜 述

骨質(zhì)疏松癥的生物標(biāo)志物臨床應(yīng)用研究進(jìn)展

阮建偉 孔勁松 宮小康 郟舜杰

骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis）是一種中老年人易患的、系統(tǒng)性骨量減少性疾病，臨床癥狀以慢性腰背疼痛、畸形及骨折為主。骨質(zhì)疏松癥患者的骨組織顯微結(jié)構(gòu)受損，骨礦成分和骨基質(zhì)等比例不斷減少，骨皮質(zhì)變薄，骨小梁數(shù)量減少，骨脆性增加及骨折危險度升高。一般情況下，骨重建周期為3～6個月，主要以骨吸收為主。在生理條件下，骨吸收與骨形成之間是平衡的。然而，在病理狀態(tài)下骨吸收占優(yōu)勢，導(dǎo)致骨量丟失，從而最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥[1]。雖然定量測定骨礦物質(zhì)密度（bonemineral density，BMD）在骨質(zhì)疏松癥患者的臨床評估中必不可少，但其為靜態(tài)參數(shù)，無法提供骨轉(zhuǎn)換的任何信息。相比之下，骨重塑的生化標(biāo)志物可提供對骨組織動態(tài)的、全局性的分析信息。目前已有許多生物標(biāo)志物在骨質(zhì)疏松癥臨床診治應(yīng)用中的研究報道，本文就這一領(lǐng)域中的相關(guān)研究進(jìn)展作一綜述。

1 骨重塑的生物標(biāo)志物

90%的骨有機基質(zhì)由Ⅰ型膠原構(gòu)成。骨基質(zhì)降解過程中，羧基肽和氨基酸本膠原蛋白分子先釋放到細(xì)胞外基質(zhì)，隨后進(jìn)入血液中[2]，在骨基質(zhì)形成和降解過程中產(chǎn)生骨轉(zhuǎn)化生物標(biāo)志物。短期內(nèi)反復(fù)測定標(biāo)志物的表達(dá)水平可評估骨代謝情況?；诔晒羌?xì)胞活性及破骨細(xì)胞活性的骨轉(zhuǎn)化生物標(biāo)志物分別稱為骨形成標(biāo)志物和骨吸收標(biāo)志物[3]。

1.1 骨形成的生物標(biāo)志物 臨床上一些標(biāo)志物可用來反映骨形成活性，如堿性磷酸酶、骨鈣素和Ⅰ型本膠原蛋白延長肽等。其中堿性磷酸酶活性來源于各種組織，如肝、骨、胎盤等。骨和肝臟亞型最常見（90%）。兩者都以相同的比例存在于健康人群中，但糖基化的模式各不相同。此外，單克隆研究顯示兩者還有10%～20%的交叉活性[4]。骨異構(gòu)體在性別間無差異，且不受晝夜節(jié)律的影響。所以，盡管在代謝性骨病的研究中骨異構(gòu)體的靈敏度和特異度均較低，但它很容易在患有肝病的患者中檢測到[5]。

骨鈣素是細(xì)胞外基質(zhì)中最豐富的非膠原蛋白。骨鈣素是通過尿液排泄的，其半衰期較短，腎衰竭時表達(dá)量升高。當(dāng)體內(nèi)骨和牙本質(zhì)骨轉(zhuǎn)換增加時，骨鈣素的表達(dá)也有所增加[6]。目前骨鈣素在骨重塑中的確切作用尚未明確。最近有研究發(fā)現(xiàn)羧基化骨鈣素在預(yù)測骨量及骨折風(fēng)險中具有潛在的作用[7]。

Ⅰ型膠原是成骨細(xì)胞合成的主要產(chǎn)物，因此理論上氨基末端的羧基肽段是骨形成的理想標(biāo)志物。然而，Ⅰ型膠原還存在于骨以外的其他組織中，因此限制了它在骨代謝疾病研究中的使用。

1.2 骨吸收的生物標(biāo)志物 尿鈣首先被用于評估骨吸收。但是，因其含量受到多種因素的影響，如鈣的攝入量、腸道吸收和腎排泄的閾值等，尿鈣測定的靈敏度和特異度均較低，目前已廢用。與此相類似的還有尿羥脯氨酸，但它受到不同的組織起源和飲食攝入量的影響，因此尿羥脯氨酸也不能作為有效的標(biāo)志物[1]。

骨基質(zhì)中的膠原蛋白分子由吡啶啉和脫氧吡啶諾林共價連接，并形成纖維。吡啶啉在軟骨中也存在，然而脫氧吡啶諾林特異性存在于骨中。兩者的含量不依賴于飲食，也不被腸道吸收。兩者均可反映出骨代謝的變化，如在童年、更年期、骨軟化癥、甲狀旁腺功能亢進(jìn)和甲狀腺功能亢進(jìn)時表達(dá)水平升高；而在使用雌激素和雙膦酸鹽治療時表達(dá)水平降低[8]。

骨吸收過程中釋放的其他標(biāo)志物還有膠原蛋白的羧基端肽如Ⅰ型膠原C-末端肽（C-terminal telopeptide of collagen typeⅠ，ICTP）和α-CrossLaps（α-CTX)，以及氨基端肽如Ⅰ型膠原N-末端肽（N-terminal telopeptide of collagen typeⅠ，NTX）。在絕經(jīng)后的婦女中，這些標(biāo)志物與BMD顯著相關(guān)。CTX和NTX都被認(rèn)為是目前臨床上最有用的骨吸收標(biāo)志物[9]。酸性磷酸酶5b是一種溶酶體酶，存在于除骨以外的其他組織中，并參與破骨細(xì)胞的退化，因其特異性差且測定困難，目前很少使用。

1.3 其他骨重塑的生物標(biāo)志物 目前已出現(xiàn)一些新研發(fā)的骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物，但其臨床應(yīng)用價值尚在研究之中。因組織蛋白酶K的作用是降解膠原蛋白，且其血清水平反映了破骨細(xì)胞的數(shù)量，所以被推薦為骨吸收標(biāo)志物。尿骨鈣素也來自骨基質(zhì)的吸收，且特異性更好。在對骨質(zhì)量的評估中，骨基質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過程，如骨鈣素羧基化、CTX的自體形式及異構(gòu)化等均被認(rèn)為是非常重要的[9-10]。

2 生物標(biāo)志物在骨質(zhì)疏松癥診治中的應(yīng)用

目前臨床上對骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物在骨質(zhì)疏松癥中最重要的應(yīng)用是評估治療反應(yīng)。此外，在預(yù)測骨折風(fēng)險、骨質(zhì)流失及其與骨密度的相關(guān)性中也有應(yīng)用。在骨量預(yù)測方面，雖然生物標(biāo)志物可評價骨形成和骨吸收之間的平衡，且通常與BMD呈負(fù)相關(guān)，但這種相關(guān)性還不足以預(yù)測骨量。因此，不應(yīng)該被用于診斷骨質(zhì)疏松癥。

2.1 評估療效 有研究顯示經(jīng)過初始的抗骨吸收治療后，骨吸收標(biāo)志物（4～6周）和骨形成標(biāo)志物（2～3個月）均有所下降。大多數(shù)情況下開始治療后2～3個月這些標(biāo)志物的數(shù)值較低，并保持恒定。當(dāng)患者使用潛在的抗吸收藥物（如雙磷酸鹽類）時，骨吸收標(biāo)志物（血清中的CTX和尿液中的NTX及脫氧吡啶酚）的表達(dá)量可減少40%～70%；若使用雷洛昔芬則這些標(biāo)志物的表達(dá)量可減少30%～40%。因此，如未能觀察到這些標(biāo)志物水平的降低，表示患者治療的依從性較差或使用的藥物不合適[11]。

骨成形治療最初誘導(dǎo)骨形成標(biāo)志物表達(dá)水平迅速增加，隨后骨吸收標(biāo)志物表達(dá)量開始上升。有研究指出使用特立帕肽治療骨質(zhì)疏松癥患者時，Ⅰ型前膠原C-末端肽（C-terminalpropeptide ofprocollagen typeⅠ，PICP）及Ⅰ型前膠原N-末端肽（N-terminal propeptide of procollagen typeⅠ，PINP）標(biāo)志物對預(yù)測骨密度有較高的靈敏度。雖然有效的骨形成和骨吸收標(biāo)志物尚在研究之中，但根據(jù)現(xiàn)有研究證據(jù)顯示較為有效的臨床上應(yīng)用的骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物是血清CTX和PINP。治療2～3個月后這兩種標(biāo)志物的測定結(jié)果在評估藥物療效方面優(yōu)勢顯著。范光磊等[12]應(yīng)用雙能X線骨密度儀分別測定102例老年2型糖尿病患者和42例健康老年人腰椎和股骨BMD，將糖尿病患者分成骨質(zhì)疏松組與非骨質(zhì)疏松組，檢測血清中骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物總Ⅰ型前膠原氨基端延長肽（TPINP）、Ⅰ型膠原羧基端肽β特殊序列（β-CTX）及甲狀旁腺素（PTH）等相關(guān)生化指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松組腰椎及股骨BMD均值均顯著低于對照組，骨質(zhì)疏松組TPINP、β-CTX及PTH較對照組升高（均P＜ 0.05），提示聯(lián)合應(yīng)用TPINP、β-CTX及PTH檢測有助于2型糖尿病患者骨質(zhì)疏松的早期診斷。

2.2 對治療反應(yīng)的預(yù)測 一些研究顯示，使用抗骨吸收或合成代謝治療后骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物的改變與長期的抗骨折療效之間存在相關(guān)性。一篇包含18個臨床試驗的薈萃分析發(fā)現(xiàn)在抗骨吸收治療期間，骨吸收標(biāo)志物下降70%，可降低40%的脊椎骨折風(fēng)險；而骨形成標(biāo)志物下降50%，可降低44%的脊椎骨折風(fēng)險[13]。有證據(jù)表明，使用特立帕肽治療1個月后骨形成標(biāo)志物（如PIPC和骨堿性磷酸酶）的增加與骨結(jié)構(gòu)的改善相關(guān)[14]。然而，每一個標(biāo)志物的最佳閾值還沒有確立，且尚無生物標(biāo)志物減少至低于參考范圍時的長期數(shù)據(jù)。一些研究推測，干擾生理性骨修復(fù)的“微裂紋”可導(dǎo)致骨脆性增加。

有研究提示骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物表達(dá)水平越高的患者對抗骨質(zhì)吸收治療的反應(yīng)性越好。在一項2年的對女性行激素替代療法的前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)，患者尿NTX的水平越高則其骨質(zhì)增加也越多。理論上生物標(biāo)志物的參考水平可用于指導(dǎo)骨質(zhì)疏松癥的治療。然而，大多數(shù)的臨床試驗表明，抗骨折效力在很大程度上是骨重塑的獨立的基線標(biāo)志物。因此，目前認(rèn)為生物標(biāo)志物不能完全有效地應(yīng)用于臨床實踐中[15]。

2.3 骨質(zhì)丟失的預(yù)測 上述生物標(biāo)志物的使用還可幫助識別絕經(jīng)后幾年將出現(xiàn)較高骨質(zhì)流失率的女性，以便及時采取措施以預(yù)防骨質(zhì)疏松癥。BMD是一個預(yù)測骨折風(fēng)險的重要因子，但僅此單一因子并不能準(zhǔn)確預(yù)測骨質(zhì)流失率。一些研究顯示骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物有利于反映骨質(zhì)流失率，且與骨吸收標(biāo)志物聯(lián)合使用可提供更好的預(yù)測能力[4]。

最近有研究分析了不同的骨骼部位中生物標(biāo)志物與骨量丟失之間的關(guān)系。其中，已發(fā)現(xiàn)這種關(guān)系在橈骨遠(yuǎn)端與跟骨中最為一致，而在髖部中較小。在腰椎則幾乎不存在任何相關(guān)性，這可能是由于中老年人椎體骨性關(guān)節(jié)炎的患病率較高所導(dǎo)致的。結(jié)果提示骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物連同其他人口統(tǒng)計變量可預(yù)測30%～40%未經(jīng)治療的絕經(jīng)后女性的骨質(zhì)流失變化。然而，目前用以防止骨丟失的骨轉(zhuǎn)換閾值尚未確定[16]。

2.4 骨折風(fēng)險的預(yù)測 BMD仍然是最好的骨折風(fēng)險預(yù)測因子。然而，BMD并不能解釋所有的問題，且必須考慮到包括骨轉(zhuǎn)換率在內(nèi)的其他變量。幾個有關(guān)女性絕經(jīng)后的前瞻性研究數(shù)據(jù)顯示，雖然與骨形成標(biāo)志物的結(jié)果不一致，但除了BMD之外，骨轉(zhuǎn)化的其他標(biāo)志物和骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險之間也存在相關(guān)性[17]。相比于骨吸收標(biāo)志物在女性中的正常表達(dá)水平，高表達(dá)水平的骨形成標(biāo)志物與增長約兩倍的脊椎及非脊椎骨折的風(fēng)險相關(guān)。Robbins等[18]的研究結(jié)果與此結(jié)論一致，他們發(fā)現(xiàn)在老年女性中調(diào)整BMD后，尿液中高表達(dá)的骨吸收標(biāo)志物（CTX）與髖部骨折危險性的增加相關(guān)。結(jié)果提示聯(lián)合使用BMD和骨重塑的生化標(biāo)志物可改善對絕經(jīng)后女性骨折風(fēng)險的預(yù)測。此外，這種風(fēng)險在低BMD和/或高的骨重塑標(biāo)志物患者中有所增加。

3 結(jié)論

研究骨轉(zhuǎn)換的生物標(biāo)志物有助于更好地理解骨生理學(xué)和代謝性骨疾病的發(fā)病機制。雖然這些標(biāo)志物不適合用于診斷骨質(zhì)疏松癥，但它們可為骨質(zhì)疏松癥的診斷和治療提供額外的信息。這些信息有助于臨床醫(yī)生選擇易感人群，給予治療并評估療效。目前，在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的形成中最敏感的標(biāo)志物是β膠原特殊序列（βcrosslaps）、骨鈣素和PINP，而最好的骨吸收標(biāo)志物是尿NTX和血清CTX端肽[9]。不過，由于這些標(biāo)志物廣泛存在生物變異性，不建議在評價骨質(zhì)疏松癥患者時常規(guī)測定這些標(biāo)志物。

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2013-12-10）

（本文編輯：沈叔洪）

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