骨性关节炎患者血清和关节滑液中BMP-7的检测及临床意义

廖伟雄，李众利，王 杰，王鸿丽，傅仰木，白晓伟

1解放军总医院 骨科，北京 100853；2国家生物医学分析中心，北京 100850

骨性关节炎(osteoarthritis，OA)是成年人中最常见的关节疾病。其主要特征为慢性持续性和进行性的关节软骨损坏，常导致关节疼痛、僵硬、肿胀、活动受限和功能障碍[1]。在老年肥胖人群中，OA是引起膝关节进行性疼痛的最主要原因。目前OA的诊断主要依靠临床症状结合影像学资料，但病程早期患者通常无明确症状及异常影像学表现，使得OA的早期诊断受到限制。监测体内的生物标志物能够定量和动态地反映关节内的变化，有助于OA的早期亚临床诊断、疾病分期、疗效检测及预后评估[2-3]。

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)是唯一能够单独诱导骨组织形成的局部生长因子。BMP-7是BMPs家族中一员，它不仅具有强烈的诱骨活性[4]，还可促进软骨细胞蛋白多糖表达并抑制软骨基质降解，修复关节软骨损伤，维持软骨的完整性[5-6]。本研究拟采用酶联免疫吸附试验(ELISA)测定OA及非OA患者血清和关节滑液中的BMP-7水平，以此研究血清和滑液中BMP-7与OA影像学严重程度分级的相关性。

资料和方法

1 研究对象 收集2012年1-6月在解放军总医院行关节镜诊治或关节置换的膝关节疾病患者90例。其中OA组67例，男21例，女46例；年龄43~81岁，平均62.7岁。所有OA患者均符合1995年美国风湿病学会关于OA的诊断标准。OA严重程度分级采用Kellgren-Lawrence放射学分级标准(图1)。1级：可疑关节内骨赘及关节间隙狭窄16例；2级：肯定关节内骨赘，可疑关节间隙狭窄19例；3级：少量关节内骨赘、硬化，肯定关节间隙狭窄，可疑骨关节畸形20例；4级：大量关节内骨赘，严重骨质硬化，关节间隙明显狭窄，肯定骨关节畸形12例。非OA组23例，男16例，女7例；年龄13~40岁，平均25.1岁。均为非OA的其他膝关节疾病患者，其中半月板损伤11例，前交叉韧带损伤9例，盘状半月板2例，髌骨半脱位1例，且均无明显关节软骨损伤。

2 标本收集和BMP-7检测 两组均在行关节镜诊治或关节置换时抽取膝关节滑液原液2~3 ml，同时取静脉全血2 ml。离心后取上清液保存在-80 ℃冰箱内待测。采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清和关节滑液中BMP-7的水平。操作按试剂盒(美国R＆D公司提供)说明进行。在450 nm波长下测量各孔的吸光度值(OD值)。

3 统计学分析 采用SPSS13.0统计学分析软件，计量资料结果以-x±s表示，OA组与非OA组间数据比较应用Student's t检验，多组数据间比较应用one-way ANOVA检验，BMP-7浓度与OA严重程度(Kellgren-Lawrence放射学分级标准)之间的相关性采用Pearson相关性分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 两组BMP-7水平比较 OA组血清BMP-7水平高于非OA组[(11.44±8.38) pg/ml vs (3.81±2.24) pg/ml，P＜0.001]，OA组关节滑液BMP-7水平亦高于非OA组[(9.04±7.32) pg/ml vs (2.97±1.83) pg/ml，P=0.001]。两组血清BMP-7水平均高于滑液[(9.49±8.03) pg/ml vs (7.49±6.90) pg/ml，P＜ 0.001]。见图 2。

图1 Kellgren-Lawrence放射学分级 A：1级； B：2级； C：3级； D：4级Fig.1 Kellgren-Lawrence radiographic grading criteria A： Grade 1； B： Grade 2； C： Grade 3； D： Grade 4

2 非OA组与不同严重程度OA亚组BMP-7水平比较 4级OA组血清BMP-7明显高于其他各组(P＜0.001)；3级OA组血清BMP-7明显高于2级、1级和非OA组(P＜0.001)；2级OA组血清BMP-7高于1级(P=0.049)和非OA组(P=0.002)；1级OA组血清BMP-7虽然高于非OA组，但差异无统计学意义(P=0.355)。4级OA组滑液BMP-7明显高于其他各组(P＜0.001)；3级OA组滑液BMP-7明显高于2级、1级和非OA组(P＜0.001)；2级OA组滑液BMP-7高于非OA组(P=0.018)，2级OA组滑液BMP-7虽然高于1级OA组，但差异无统计学意义(P=0.058)；1级OA组与非OA组之间滑液BMP-7水平差异亦无统计学意义(P=0.772)。见表1、图3。

表1 非OA组与不同严重程度OA亚组之间血清和滑液BMP-7水平的比较Tab.1 BMP-7 levels in serum and SF from non-OA group and OA subgroup with different severity of OA

3 血清和滑液中BMP-7水平与OA严重程度相关性分析 血清中BMP-7水平与OA严重程度相关(r=0.788，P＜0.001)，滑液中BMP-7水平亦与OA严重程度相关(r=0.766，P＜0.001)(图4)。此外，血清中BMP-7与滑液中BMP-7水平呈正相关(r=0.817，P＜ 0.001)(图 5)。

讨 论

本研究表明，OA组血清及滑液BMP-7水平均明显高于非OA组，提示OA患者系统及关节局部BMP-7合成量增加，这可能与下列因素有关：1)软骨基质中残留BMP-7及凋亡软骨细胞内源性BMP-7的释放，导致滑液中BMP-7升高；2)滑膜细胞及软骨细胞产生的BMP-7通过自分泌或旁分泌的方式促进内源性BMP-7的合成与分泌；3)关节内的其他结缔组织如半月板、韧带和肌腱亦能生成一部分BMP-7。虽然骨与软骨是产生BMP-7的主要来源，但OA组血清中BMP-7升高的程度较滑液更为显著，提示其他非骨骼组织亦能产生BMP-7[7]。有研究表明，成人肾脏可能是BMP-7合成的重要场所，可以持续分泌BMP-7并释放入血，但OA患者血循环中BMP-7的升高机制仍有待研究。

与正常软骨相比，OA患者关节软骨BMP-7mRNA的表达量上调2倍[8]。大量有活性的BMP-7参与OA早期软骨损伤的修复反应[9]。因此可推断本研究中BMP-7的升高可能与OA关节软骨的保护和修复过程有关，是OA软骨损伤后出现的代偿性反应。血清和滑液中BMP-7水平与OA严重程度相关，检测血清或滑液中BMP-7水平能一定程度上反映OA病情的严重程度，可作为OA早期诊断与预后评估的候选生物学标志。

需要指出的是，本研究由于伦理学限制，只能选择非OA的其他膝关节疾病患者作为对照，因此无法获取正常人血清及滑液BMP-7的数据资料。另外，由于OA发病机制的多样性，在研究对象的选取方面并不能完全排除年龄、性别、并发症等混杂因素的干扰。此外，本实验局限于BMP-7的定量分析和比较蛋白质组学研究，未能反映BMP-7在其信号转导通路中的功能和作用，因此需进一步研究以阐述BMP-7表达变化在OA病程中的作用机制及临床意义。

图2 两组血清和滑液BMP-7水平比较(左)Fig.2 Comparison of BMP-7 levels in serum and SF between two groups(left)

图3 非OA组与不同严重程度OA亚组之间血清和滑液BMP-7水平的比较(右)Fig.3 Comparison of BMP-7 levels in serum and SF between non-OA group and OA subgroup of different disease severity(right)

图4 血清和滑液中BMP-7水平与OA严重程度相关(左)Fig.4 Levels of BMP-7 in plasma and SF are significantly correlated with OA severity(left)

图5 血清中BMP-7与滑液中BMP-7水平呈正相关(右)Fig.5 Levels of BMP-7 in plasma and SF are positively correlated(right)

1 Michael JW， Schlüter-Brust KU， Eysel P. The epidemiology， etiology， diagnosis， and treatment of osteoarthritis of the knee［J］. Dtsch Arztebl Int， 2010，107（9）：152-162.

2 Maiotti M， Monteleone G， Tarantino U， et al. Correlation between osteoarthritic cartilage damage and levels of proteinases and proteinase inhibitors in synovial fluid from the knee joint［J］. Arthroscopy， 2000， 16（5）：522-526.

3 Yamagiwa H， Sarkar G， Charlesworth MC， et al. Two-dimensional gel electrophoresis of synovial fluid： method for detecting candidate protein markers for osteoarthritis［J］. J Orthop Sci， 2003，8（4）：482-490.

4 Urist MR. Bone： formation by autoinduction. 1965［J］. Clin Orthop Relat Res， 2002， （395）：4-10.

5 Söder S， Hakimiyan A， Rueger DC， et al. Antisense inhibition of osteogenic protein 1 disturbs human articular cartilage integrity［J］.Arthritis Rheum， 2005， 52（2）： 468-478.

6 Chubinskaya S， Hurtig M， Rueger DC. OP-1/BMP-7 in cartilage repair［J］. Int Orthop， 2007， 31（6）： 773-781.

7 Honsawek S， Chayanupatkul M， Tanavalee A， et al. Relationship of plasma and synovial fluid BMP-7 with disease severity in knee osteoarthritis patients： a pilot study［J］. International orthopaedics， 2009，33（4）：1171-1175.

8 Chubinskaya S， Merrihew C， Cs-Szabo G， et al. Human articular chondrocytes Express osteogenic protein-1［J］. J Histochem Cytochem， 2000， 48（2）： 239-250.

9 Chubinskaya S， Kuettner KE. Regulation of osteogenic proteins by chondrocytes［J］. Int J Biochem Cell Biol， 2003， 35（9）：1323-1340.