李江華 李新梅 陳磊 戴毅 李琪

1.石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院骨科，新疆 石河子 832000 2.石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院醫(yī)務(wù)處，新疆 石河子 832000

骨膜素(sPostn)是具有誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的粘附蛋白，由于在骨膜中的高表達(dá)而得名[1]。骨損傷后顯著表達(dá)，特別是出現(xiàn)骨折后[2]，且對(duì)機(jī)械和激素刺激很敏感。它可以在許多涉及損傷的病例中檢測(cè)到，例如牙周韌帶、梗死心肌、血管、骨骼肌損傷和皮膚傷口愈合。在骨組織中，骨膜素具有調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的粘附和聚集，以促進(jìn)骨修復(fù)和骨重建[3]。進(jìn)一步研究表明骨膜素在骨骼的發(fā)育、骨重塑和維持骨骼強(qiáng)度起到重要的作用[4-5]，因此骨膜素被提出作為具有價(jià)值功能的細(xì)胞外基質(zhì)的組分。老年人髖部骨折常常伴隨不良的并發(fā)癥，包括殘疾、死亡率和獨(dú)立生活能力的喪失[6-7]。確定危險(xiǎn)因素和監(jiān)測(cè)促進(jìn)骨折愈合的干預(yù)因素變得極為迫切。骨愈合可以通過直接或間接修復(fù)形成，即膜內(nèi)骨化或軟骨內(nèi)骨形成，其模仿早期發(fā)育過程[8]。在實(shí)驗(yàn)性嚙齒動(dòng)物長(zhǎng)骨骨折模型中，骨膜素基因在骨折組織中上調(diào)[2]。骨膜素對(duì)代謝性骨病的重要性因其對(duì)骨生長(zhǎng)的影響而變得明顯。此外，高水平的骨膜素與絕經(jīng)后婦女的骨折風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)，但是與骨密度(bone mineral density，BMD)和既往骨折無關(guān)[9]。據(jù)推測(cè)，急性髖部骨折與老年婦女骨膜素水平的短暫變化相關(guān)，并且在骨愈合階段時(shí)間測(cè)量骨膜素可能包括評(píng)估對(duì)骨折治療的反應(yīng)。本研究的目的是研究血清骨膜素水平與骨質(zhì)流失之間的關(guān)系，探討影響骨修復(fù)的因素，并評(píng)估骨膜素作為監(jiān)測(cè)骨折愈合的影響工具的可能性。

1 材料和方法

1.1 一般臨床資料

本研究選取2015年1月至2017年6月在石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院骨科就診的65歲及其以上女性急性骨質(zhì)疏松性髖部骨折患者作為研究對(duì)象，且所有患者均在低能量下出現(xiàn)骨折。排除標(biāo)準(zhǔn)是病理性骨折或高能量創(chuàng)傷性骨折。所有病例都有一般臨床資料，人體測(cè)量資料和臨床合并癥、并發(fā)癥、實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，以及在到達(dá)急診室后48 h內(nèi)過夜禁食后測(cè)量的骨膜素水平。108例患者隨訪1年，在髖部骨折后第2、7、30、90、180和365天檢測(cè)到一系列骨膜素和骨代謝指標(biāo)水平。另外106名與年齡相匹配、無癡呆、低能量骨折和中風(fēng)病史的女性從門診作為對(duì)照組招募。如果她們有低能量骨折的存在或病史或無法提供知情同意，則排除這些老年人。這些受試者具有一般臨床資料、人體測(cè)量資料和臨床合并癥、并發(fā)癥、實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和測(cè)量的骨膜素水平。在這兩組中排除了可能影響骨代謝的疾病患者，如轉(zhuǎn)移性骨癌、原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)癥、甲狀腺功能亢進(jìn)癥、多發(fā)性骨髓瘤、骨軟化癥、腎功能不全和佩吉特病、或藥物補(bǔ)充劑。所有患者在隨訪期間均未接受抗骨質(zhì)疏松治療。

1.2 生化指標(biāo)檢測(cè)

在骨折患者中，在到達(dá)急診室后48 h內(nèi)在禁食過夜后的7:00至9:00進(jìn)行血液樣本，還從對(duì)照中獲得空腹靜脈血樣。將樣品立即離心并儲(chǔ)存在-80 ℃直至檢測(cè)。隨訪和對(duì)照患者的血液樣本也獲得非禁食。通過全自動(dòng)測(cè)量I型膠原(PINP，骨形成標(biāo)志物)的血清N-末端前膠原和I型膠原的β-異構(gòu)化羧基-端肽(β-CTX，骨吸收標(biāo)志物)。電化學(xué)發(fā)光系統(tǒng)(Cobas 6000 Analyzer，Roche Diagnostics Co，LTD. Germany)。最小檢測(cè)限PINP和β-CTX分別為5 ng/mL和0.01 ng/mL。PINP的內(nèi)部和實(shí)驗(yàn)間系數(shù)分別為5.0%和5.0%，β-CTX分別為2.7%和3.8%。使用ELISA試劑盒(USCN Life Science，Wuhan，China)測(cè)定骨膜素，其中內(nèi)部和實(shí)驗(yàn)間系數(shù)(CV)分別<10%和<12%。所有實(shí)驗(yàn)室評(píng)估均在骨折后2 d內(nèi)進(jìn)行，隨后在骨折后的第7、30、90、180和365天進(jìn)行。

1.3 骨密度測(cè)量

在骨折后1周內(nèi)測(cè)量BMD的測(cè)量值，通過雙能X線吸收測(cè)定法(DXA，GE Lunar，Madison，WI，USA)測(cè)量腰椎(L1-L4)和股骨頸的BMD。對(duì)于髖部骨折患者，未受影響的一側(cè)用于測(cè)量BMD。在本研究機(jī)構(gòu)的每個(gè)站點(diǎn)，BMD的分析間內(nèi)和分析內(nèi)CV均<3%。在進(jìn)行骨密度掃描后同時(shí)測(cè)量體質(zhì)量和身高。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

對(duì)于連續(xù)變量，兩組之間的平均值通過正態(tài)分布變量的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)和偏斜變量的Mann-WhitneyU檢驗(yàn)進(jìn)行比較。使用卡方檢驗(yàn)比較分類變量數(shù)據(jù)。使用協(xié)方差(ANCOVA)或Mann-WhitneyU檢驗(yàn)測(cè)試1年內(nèi)骨膜素濃度變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)以評(píng)估連續(xù)結(jié)果變量之間的相關(guān)性并評(píng)估這些變量變化之間的關(guān)聯(lián)。為了評(píng)估多重比較的潛在影響和多重共線性現(xiàn)象的重要性，使用多個(gè)線性回歸模型評(píng)估骨膜素和BMD值與骨標(biāo)記估計(jì)量的關(guān)聯(lián)，根據(jù)絕經(jīng)年齡和時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。逐步方法用于計(jì)算R2的值。使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行所有統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

表1列出了急性髖部骨折患者和對(duì)照組的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、臨床特征、實(shí)驗(yàn)室和DXA數(shù)據(jù)。在108例髖部骨折患者中，所有患者均簽署了書面知情同意書，88例完成(81.5%)隨訪。1年隨訪期間，其他20人被排除在所有分析之外。在20名參與者中，4名失訪，3名出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥，7名延遲愈合或不愈合，6名死亡。正如兩組匹配設(shè)計(jì)所預(yù)期的那樣，兩組患者的年齡和絕經(jīng)時(shí)間沒有差異(P>0.05)。兩組患者的骨膜素水平比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，腰椎和股骨頸BMD較對(duì)照組低(P<0.05)；而體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)、估計(jì)的腎小球?yàn)V過率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)和合并癥沒有顯著差異(P>0.05)。髖部骨折患者血清β-CTX和PINP水平高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1)。

在研究人群中，骨膜素的初始水平與β-CTX和PINP呈正相關(guān)，與股骨頸的BMD呈負(fù)相關(guān)(表2)。在患者中觀察到類似的趨勢(shì)，但在對(duì)照中未觀察到。未發(fā)現(xiàn)年齡、絕經(jīng)時(shí)間、BMI和eGFR有顯著相關(guān)性。使用多元線性回歸分析，發(fā)現(xiàn)骨膜素是股骨頸BMD的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，這解釋了19.1%的BMD變異。在進(jìn)行所有進(jìn)一步調(diào)整后，這種關(guān)聯(lián)仍然顯著(表3)。然而，在腰椎BMD的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子中未觀察到這樣的結(jié)果(表3)。正如預(yù)期的那樣，β-CTX與股骨頸BMD之間存在強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)，并且在所有調(diào)整后仍可預(yù)測(cè)骨密度方差的21.8%。與骨膜素不同，β-CTX與腰椎BMD存在顯著負(fù)相關(guān)，預(yù)測(cè)BMD方差的35.3%變化(表3)。在另一個(gè)回歸模型中，使用骨膜素作為因變量，獨(dú)立決定因素是β-CTX，而年齡、絕經(jīng)時(shí)間、BMI和PINP未發(fā)現(xiàn)是所有人群和髖部骨折患者的獨(dú)立混雜因素。

在髖部骨折后第2、7、30、90、180和365天檢測(cè)骨膜素、β-CTX和PINP，見圖1。骨膜素、β-CTX和PINP在骨折第7天時(shí)最高，隨后下降到稍高于術(shù)后第2天水平。

表1 病例組和對(duì)照組的基線特征 Table 1 Baseline characteristics of cases and controls

表2所有女性骨折和骨膜素潛在危險(xiǎn)因素之間的相關(guān)性

Table2Correlation between potential risk factors for fractures and sPostn in all women

參數(shù)R(相關(guān)系數(shù))P值年齡-0.1430.232絕經(jīng)時(shí)間-0.0870.406BMI-0.2250.012eGFR0.0330.882PINP0.2320.037β-CTX0.3490.006股骨頸BMD-0.512<0.001腰椎BMD0.1670.134

表3多元線性回歸分析以確定與髖部骨折患者的股骨頸BMD和腰椎BMD值相關(guān)的獨(dú)立變量

Table3Multiple linear regression analyses to determine the independent variables associated with femoral neck BMD and lumbar spine BMD values in hip fracture patients

自變量因變量β(標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù))P值模型1股骨頸BMD年齡-0.0850.367BMI0.1510.198PINP-0.1970.081β-CTX-0.5120.001骨膜素-0.3670.003模型2腰椎BMD年齡-0.0250.857BMI0.2570.401PINP-0.3630.123β-CTX-0.3640.011 骨膜素-0.1530.187

圖1 不同時(shí)間點(diǎn)骨膜素、PINP 和β-CTX水平Fig.1 Levels of periostin, PINP, and beta-CTX at different time points注：和骨折2 d時(shí)間點(diǎn)比較，*P<0.05。

3 討論

本研究中對(duì)65歲或以上骨質(zhì)疏松性髖部骨折和匹配對(duì)照的絕經(jīng)后婦女的骨膜素分布進(jìn)行描述，調(diào)查了骨膜素在這一特定人群中365 d的初始和長(zhǎng)期影響。本研究證明了第一次增加的骨膜素水平是股骨頸BMD損失的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，骨形成標(biāo)志物(PINP)和骨重吸收標(biāo)志物(β-CTX)在骨折早期愈合階段明顯增加。這表明骨形成和再吸收之間的相對(duì)不平衡與脆性髖部骨折后的高骨膜素水平相關(guān)，這反映了愈合過程中早期的骨膜內(nèi)成骨[10]。骨膜素是機(jī)械因素對(duì)骨皮密度和骨修復(fù)影響的重要因子[11]。本研究發(fā)現(xiàn)老年女性髖部骨折的骨膜素水平顯著高于年齡匹配的對(duì)照組。相比之下，低骨量女性骨膜素水平?jīng)]有差異，且與BMD無關(guān)[12]。本研究表明骨膜素的水平在骨折后早期持續(xù)增加，并且在髖部骨折后1年內(nèi)仍保持高水平，這表明骨膜素的釋放不僅取決于髖部骨折本身，還取決于骨質(zhì)疏松癥的存在，同時(shí)作為骨質(zhì)疏松性骨折的新調(diào)節(jié)因子，骨膜素可能反映了骨膜細(xì)胞代謝活動(dòng)對(duì)骨折的適應(yīng)性，從而使骨質(zhì)修復(fù)得以加速。

骨愈合過程主要由骨膜決定，骨膜作為軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的前體細(xì)胞的一種基質(zhì)來源。骨膜素由成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞合成。此外，與不完全性骨折相比，骨膜素基因在1周內(nèi)在硬骨痂中上調(diào)，隨后在骨折中上調(diào)[10]。同樣，本研究中髖部骨折后骨膜素的水平提高也是如此。在骨折修復(fù)過程中骨膜素的這種增加表達(dá)將通過更高的骨膜素水平反映在血清中。這些結(jié)果表明，骨膜素涉及骨折修復(fù)的雙線性事件，在骨祖細(xì)胞募集到骨折組織期間以及骨發(fā)育和重塑的早期階段。雖然骨膜素優(yōu)先在胚胎發(fā)生過程中在新生兒的骨膜中表達(dá)，但它也可能在骨折愈合和骨修復(fù)過程中在骨形成中發(fā)揮核心作用[13]。在骨折修復(fù)期間的骨損傷部位，重新表達(dá)的骨膜素有助于促進(jìn)骨形成的增加，這可以通過在不同時(shí)間點(diǎn)血清中循環(huán)骨膜素水平的增加來反映。了解各種骨質(zhì)疏松癥藥物如何影響骨折愈合對(duì)骨質(zhì)疏松癥患者的治療至關(guān)重要[14]。

以前的研究表明，合成代謝劑和抗吸收藥物都不會(huì)干擾骨折愈合，甚至可能導(dǎo)致更強(qiáng)大的生物力學(xué)特性[14]。通過機(jī)械刺激骨骼，骨膜素水平可能會(huì)反映骨折愈合的預(yù)后并監(jiān)測(cè)治療過程。本研究表明更高的骨膜素水平是股骨頸BMD的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，而不是腰椎的BMD。這種關(guān)聯(lián)可以通過骨膜中骨膜素的主要表達(dá)來解釋，骨膜主要覆蓋長(zhǎng)骨。然而，骨膜素和BMD之間的關(guān)聯(lián)在其他研究中存在爭(zhēng)議[15]。在筆者看來，骨膜附著部分彌補(bǔ)了絕經(jīng)后的皮質(zhì)內(nèi)骨質(zhì)流失。隨著骨質(zhì)流失的進(jìn)展，皮質(zhì)變薄，而機(jī)械應(yīng)變由于微結(jié)構(gòu)不良而增加，導(dǎo)致骨膜素表達(dá)增加以補(bǔ)償骨脆性，從而增加骨折風(fēng)險(xiǎn)。因此，可以認(rèn)為絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松性髖部骨折合成的骨膜素?cái)?shù)量也可能增加。本研究結(jié)果和以前的研究一致表明，這種蛋白質(zhì)可能是長(zhǎng)骨中骨質(zhì)疏松癥骨折的更好的潛在生物標(biāo)志物，特別是在髖部區(qū)域[12]。

本研究存在許多局限性。沒有考慮骨折固定后骨折愈合，身體活動(dòng)變化和康復(fù)鍛煉對(duì)骨膜素的影響。除骨折分類外，髖部骨折部位、骨折后出血年齡和手術(shù)本身可能影響骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物的表達(dá)[30]。骨折組內(nèi)固定設(shè)備的應(yīng)用及固定的時(shí)間也會(huì)影響骨代謝指標(biāo)。骨膜素的濃度可能受許多其他因素的調(diào)節(jié)，包括軟組織損傷和應(yīng)激反應(yīng)?？傊?，與對(duì)照組相比，髖部骨折女性在初始和早期愈合階段的骨膜素水平較高。對(duì)骨膜素水平的評(píng)估可能是骨丟失評(píng)估的一部分，甚至可能用于監(jiān)測(cè)藥物干預(yù)對(duì)促進(jìn)骨折愈合的影響，但在解釋存在急性骨折和醫(yī)學(xué)合并癥時(shí)的分析時(shí)需要謹(jǐn)慎。進(jìn)一步的研究證實(shí)了骨膜素對(duì)骨愈合的額外益處的假設(shè)是必要的。