绝经后妇女血清MMP-13、TIMP-1水平与骨密度的相关性研究*

杨 欢 戴 燚△ 肖 璟 陈 哲

1武汉市中医医院骨伤科，武汉 430010

2武汉市第九医院内分泌科，武汉 430081

3华中科技大学同济医学院附属同济医院中西医结合科，武汉 430030

绝经后妇女血清MMP-13、TIMP-1水平与骨密度的相关性研究*

杨 欢1戴 燚1△肖 璟2陈 哲3

1武汉市中医医院骨伤科，武汉 430010

2武汉市第九医院内分泌科，武汉 430081

3华中科技大学同济医学院附属同济医院中西医结合科，武汉 430030

目的检测绝经后妇女血清基质金属蛋白酶-13(MMP-13)和组织金属蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)水平，探讨与骨密度(BMD)和骨代谢指标的相关性。方法选取武汉地区48～65岁绝经后女性120例，按照WHO标准将入选女性分为骨密度正常组、低骨量组和骨质疏松组，双能X线吸收法(DEXA)测定腰椎正位、股骨颈、华氏区和大粗隆的BMD，ELISA测定血清MMP-13、TIMP-1以及雌二醇(E2)、骨保护蛋白(OPG)、骨保护蛋白配体(OPGL)、Ⅰ型原胶原N端前肽(PⅠ NP)和Ⅰ型胶原交联C末端肽(CTX)的水平，计算MMP-13/ TIMP-1。结果与正常组比较，骨质疏松组和低骨量组患者血清MMP-13水平显著升高，MMP-13/ TIMP-1 升高(Plt;0.05)。骨质疏松组患者血清MMP-13与骨密度、血清E2、OPGL水平存在明显负相关(Plt;0.05)，与OPG、PⅠNP和CTX存在明显正相关(Plt;0.05)。结论绝经后骨质疏松症和低骨量患者血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1升高，可能为绝经后骨质疏松症和绝经后妇女早期骨代谢转换过程增快的表现。

基质金属蛋白酶-13； 组织金属蛋白酶抑制物-1； 骨密度； 骨质疏松； 绝经后

绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是一种由于雌激素水平减少，以骨量减少和骨组织微结构破坏为特征，导致骨骼脆性增加和易发生骨折的全身性骨病[1-2]。据不完全统计，女性一生发生骨质疏松性骨折的危险性大于乳腺癌、子宫内膜癌和卵巢癌发病率的总和。研究[3-4]表明，骨胶原代谢与骨代谢密切相关，骨胶原过度降解或者合成减少都会引起骨弹性和骨韧性降低、骨盐丢失依附，最终导致骨质疏松的发生，基质金属蛋白酶-13(matrix metalloproteinase-13，MMP-13)属于基质金属蛋白酶家族中胶原酶成员，参与胞外骨基质的初步降解；组织金属蛋白酶抑制因子-1(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1，TIMP-1)特异地抑制MMP-13的功能，两者的平衡状况参与骨胶原代谢的调节，调控骨基质降解的速度和数量。但是目前绝经后妇女血清MMP-13与TIMP-1是否与骨质疏松症的骨胶原代谢相关还不清楚，因此，本文通过研究其与雌二醇(E2)、骨保护蛋白(OPG)、骨保护蛋白配体(OPGL)、Ⅰ型原胶原N端前肽(PⅠNP)和Ⅰ型胶原交联C末端肽(CTX)的水平以及骨密度的关系，探讨血清MMP-13和TIMP-1的表达水平作为绝经后骨质疏松症患者预测指标的可能性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

对武汉地区120例48～65岁女性志愿者进行调查，停经12个月以上判断为绝经，采用双能X线骨密度仪测定骨密度，按照WHO诊断标准，即骨密度lt;-2.5 SD为骨质疏松，-1.0 SDlt;骨密度lt;-2.5 SD为低骨量，骨密度≥-1.0 SD为正常，分为正常组、低骨量组和骨质疏松组。详细询问现病史、过去史、婚育史、月经史、家族史等，并进行身高、体重、血压、脉搏等体检。正常组28例，年龄(52.26±2.76)岁，身高(154.32±5.21) cm，体重(53.09±3.11) kg，体重指数(23.16±2.58) kg/m2，绝经时间(3.87±1.36) 年；低骨量组36例，年龄(52.48±3.14) 岁，身高(155.19±4.14) cm，体重(56.12±4.02) kg，体重指数(22.26±3.04) kg/m2，绝经时间(3.89±1.53) 年；骨质疏松组56例，年龄(53.13±2.17) 岁，身高(155.02±6.11) cm，体重(55.09±4.15) kg，体重指数(22.88±2.76) kg/m2，绝经时间(3.93±1.43) 年。各组之间在年龄、身高、体重、绝经时间方面比较差异无统计学意义(Pgt;0.05)，具有可比性。排除患有影响骨代谢的内分泌疾病、慢性肝肾疾病、骨关节病、近期骨折史等及服用影响骨代谢药物，患有影响血清MMP-13和TIMP-1的类风湿性关节炎、肿瘤、肺纤维化疾病、肝纤维化疾病、心肌梗死的志愿者。

1.2 方法

1.2.1 血清MMP-13和TIMP-1及骨代谢指标的检测方法 留取空腹静脉血，分离血清标本后置于-70 ℃冰箱保存，ELISA法检测血清MMP-13、TIMP-1和骨代谢指标水平。MMP-13、E2、PⅠNP、CTX ELISA试剂盒购自武汉博士德生物公司，TIMP-1 ELISA试剂盒购自英国Amersham Pharmacia Bio Tech公司，OPGELISA试剂盒购自美国Metra Bio Tech公司，OPGLELISA试剂盒购自Osteometer Bio Tech公司，计算MMP-13/ TIMP-1。

1.2.2 骨密度测定 采用美国Lunar-prodigy型双能X线骨密度仪检测志愿者腰椎正位及左侧股骨颈、华氏区、大粗隆骨密度。

1.3 统计学处理

2 结果

2.1 各组之间血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1比较

与正常组比较，骨质疏松组和低骨量组患者血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1显著升高，骨质疏松组患者血清TIMP-1显著降低(Plt;0.05)。见表1。

2.2 各组之间血清骨代谢相关指标的比较

与正常组比较，骨质疏松组和低骨量组患者血清E2、OPGL水平显著降低，OPG 、CTX水平显著升高(Plt;0.05)；骨质疏松组血清PⅠNP水平显著升高(Plt;0.05)。见表2。

表1 各组血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1的比较

与正常组比较*Plt;0.05

表2 各组之间血清骨代谢相关指标的比较

与正常组比较*Plt;0.05

2.3 血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1与骨密度和骨代谢指标的相关性

在校正年龄和体重指数后，正常组3项指标与骨密度和骨代谢指标均未见明显相关性；骨质疏松组血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1与腰椎正位和华氏区骨密度、血清OPGL、E2呈明显负相关，与OPG、PⅠNP、CTX呈明显正相关(Plt;0.05)；低骨量组血清MMP-13、MMP-13/TIMP-1与腰椎正位和华氏区骨密度、E2水平呈明显负相关，与CTX水平呈正相关(Plt;0.05)。见表3。

表3 血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1与骨密度和骨代谢指标的相关性

已校正年龄和BMI因素，查相关系数对应P值表，*Plt;0.05

3 讨论

绝经后骨质疏松症是一种多由于绝经后妇女卵巢功能衰退，雌激素明显减少，导致骨吸收大于骨形成而产生，以骨量减少和骨组织微结构破坏为特征，导致骨骼脆性增加和易发生骨折的全身性疾病。据统计，2009年我国50岁以上人群骨质疏松症女性患病率为30.8％，患病人数为5 410万[5]，对老年人的生活质量与健康危害极大，同时也造成严重的经济和社会负担。

目前认为骨质疏松症发病与成骨细胞与破骨细胞相互作用及其分化相关的信号，尤其是OPG和OPGL传导相关。正常情况下，破骨细胞形成刺激因子OPGL及OPG 的表达是平衡的，破骨细胞的分化发育和激活受到巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)、OPG和OPGL3种信号分子的调节[6]，使骨形成和骨吸收维持平衡状态。多种趋钙激素和细胞因子调节破骨细胞分化及其功能的效应是通过调节OPGL及其假受体OPG的表达而实现的。因而，OPGL和OPG构成了直接影响破骨细胞分化及其功能、调节骨再建的细胞调控网络，也是其他许多细胞因子介导破骨细胞和骨吸收的最终和共有通路。现有研究[7]表明，OPG基因敲除的小鼠表现严重骨质疏松；转OPG基因的小鼠可引起骨骼弥漫性硬化，表明OPG 对骨密度具有重要调节作用。本文中骨质疏松组OPG和OPGL水平显著不同于正常组，表明绝经后骨质疏松骨代谢旺盛。

PⅠNP和CTX是国际骨质疏松基金会(IOF)推荐的测定骨质疏松症敏感性较好的两个骨代谢指标。众所周知，正常骨组织中90％的胶原都是Ⅰ型胶原，它由Ⅰ型原胶原解链产生，一条原胶原蛋白链产生一条胶原纤维蛋白，PⅠNP是解链后的氨基端残端，它的数量可以代表骨胶原形成的数量，同时，Ⅰ型胶原多由成骨细胞分泌形成，它也可以代表骨形成的活跃程度。CTX是Ⅰ型胶原代谢后的羧基端残端，多由破骨细胞及相关因子(如胶原酶)降解胶原蛋白后产生，它的数量可以代表骨吸收的活跃程度。本研究中骨质疏松组PⅠNP和CTX水平显著高于正常组，表明骨代谢尤其是骨胶原代谢过程活跃，符合绝经后骨质疏松症骨代谢的特点。同时，雌二醇水平的改变也符合绝经后妇女激素水平改变的特点。

MMP-13又称为胶原酶3，主要降解Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型胶原，可酶解胶原分子上的特定位点，解开胶原分子的螺旋结构，从而使其可进一步被其他酶降解，所以MMP-13的表达水平就成为胶原酶解过程中的关键酶[8]。同时，MMP-13可以优先降解透明软骨特征性Ⅱ型胶原，也是所有MMP中最有效的Ⅱ型胶原降解酶。绝经后妇女雌激素缺乏，骨吸收过程加快，一方面Ⅰ型胶原降解速度加快，另一方面，Ⅱ型胶原来源数量减少，转化成Ⅰ型胶原的速度减慢[9]。本研究中骨质疏松组和低骨量组中MMP-13表达水平都增高，并且与骨密度和骨代谢指标均有相关性，可能一方面参与降解Ⅰ型胶原，另一方面参与Ⅱ型胶原降解，Ⅰ型胶原合成减少，导致骨胶原数量减少。同时，低骨量组中MMP-13水平略高于骨质疏松组，而且与骨密度和骨代谢指标显著相关，表明绝经后骨代谢尤其是骨胶原代谢早期中，MMP-13可能起到重要作用。

TIMP-1 可能直接作用于成熟破骨细胞的潜在因子，通过酪氨酸激酶经典级联诱导相同途径[6]，平衡活性的MMP-13，调控骨基质降解的速度和数量。本实验中TIMP-1不能与骨质疏松症骨密度和骨代谢指标形成相关，却发现MMP-13/TIMP-1与骨密度值和骨代谢指标的相关性高，更加有效的提示高转换的骨代谢。可能是绝经后骨质疏松症妇女骨代谢高转换过程中，MMP-13与TIMP-1除了直接作用，还存在破骨细胞与成骨细胞之间其他信号调节的可能。Lewandowski等[10]研究表明，卵巢切除后性激素较少的妇女与年龄匹配妇女比较，TIMP-1在体内未见明显改变，对MMP-13的调节作用有限。可能与骨质疏松症妇女TIMP-1对MMP-13的抑制能力相对减弱有关。pro-MMP-13被激活形成大量活性的MMP-13，TIMP-1可特异性与MMP-13及pro-MMP-13结合，抑制其活性和表达，使之含量降低，活性不足。

总之，本研究表明血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1与绝经后骨质疏松症妇女骨代谢指标和骨密度具有关联性，血清MMP-13水平升高和MMP-13/TIMP-1降低可能为绝经后骨质疏松症伴随骨代谢尤其是胶原代谢转换过程增快的表现，同时，MMP-13水平还在低骨量组中显著升高，可能是绝经后骨质疏松骨代谢早期的骨胶原代谢指标，具有早期预测性。当然这只是根据我们的研究作出的推论，尚需在不同的人群进行全面的检测和验证，更需要分子生物学提供理论支持，以便为绝经后骨质疏松症妇女的监测和诊断提供更加有效的手段。

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CorrelationofSerumMatrixMetalloproteinase-13andTissueInhibitorofMatrixMetalloproteinase-1LevelsandBoneMarrowDensity(BMD)inPostmenopausalWomen

YANG Huan1，DAI Yi1，XIAO Jing2，et al

1DepartmentofOrthopaedicsandTrauma，WuhanHospitalofTraditionalChineseMedicine，Wuhan430014，China

2DepartmentofEndocrinology，Wuhanthe9thHospital，Wuhan430080，China

ObjectiveTo examine serum levels of matrix metalloproteinase-13(MMP-13)and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1(TIMP-1)and their correlations with bone mineral density(BMD)and bone metabolic biomarkers in postmenopausal women.MethodsSerum MMP-13，TIMP-1，estrogen(E2)，osteoprotegerin(OPG)，OPG ligand(OPGL)，procollagen Ⅰ N-terminal peptide(PⅠNP)and collagenⅠC-terminal telopeptide(CTX)in 120 postmenopausal female volunteers were examined using ELISA assay.The ratios of MMP-13 to TIMP-1(MMP-13/TIMP-1)were calculated.BMD were measured using dual energy X-ray absorptiometry.ResultsCompared with control group，serum MMP-13 levels and MMP-13/TIMP-1 ratio were significantly higher in patients with osteoporosis and osteopenia(Plt;0.05).In osteoporosis group，MMP-13 levels were negatively correlated with BMD，OPGL and E2(Plt;0.05)while positively correlated with OPG，PⅠ NP and CTX(Plt;0.05).ConclusionSerum MMP-13 and MMP-13 /TIMP-1 ratio were elevated in patients with osteoporosis and osteopenia.It is possibly considered to be an early stage indicating high bone turnover in postmenopausal women.

matrix metalloproteinase-13；tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1；bone mineral density；osteoporosis；postmenopausal

10.3969/j.issn.1674-4616.2013.05.003

*湖北省卫生厅青年科技人才项目(No.QJX2010-48)；

武汉市青年科技晨光计划项目(No.200950431215)；

武汉市卫生局临床医学项目(No.WZ10C02)

△通信作者，Corresponding author，E-mail：daiyifreeman@yahoo.com.cn

2013-08-05