股骨头缺血性坏死患者血清COMP和MMP13水平变化及其临床意义

叶握球，冯奕鑫

临床研究

股骨头缺血性坏死患者血清COMP和MMP13水平变化及其临床意义

叶握球，冯奕鑫

目的观察股骨头缺血性坏死（INFH）患者血清软骨寡聚基质蛋白（COMP）和基质金属蛋白酶13（MMP13）水平变化并探讨其临床意义。方法将2012年1月至2015年1月普宁市人民医院收治的38例股骨颈骨折术后发生INFH的患者作为观察组，另选取30例同期股骨颈骨折术后无INFH患者作为手术对照组，30例同期健康查体者作为健康对照组。观察组采用髓芯减压术治疗，运用ELISA法检测术前，术后1、3、5、7、10 d血清COMP和MMP13水平，同时记录两对照组血清COMP和MMP13水平。根据Harris评分评价观察组患者术后髋关节功能；分析血清COMP和MMP13水平与术后Harris评分的关系，采用ROC分析血清COMP和MMP13水平对INFH患者髋关节功能恢复情况的预测价值。结果观察组术前血清COMP、MMP13水平分别为（13.5±2.4）U/L、（45.5±2.2）μg/L，高于手术对照组和健康对照组的（8.5±1.5）U/L和（5.2±1.1）U/L、（34.4±1.9）μg/L和（27.2±1.4）μg/L；手术对照组上述指标亦高于健康对照组（P＜0.05）。观察组术后5、7、10 d血清COMP和MMP13水平均较术前明显降低（P＜0.05）；术后1、3个月Harris评分分别为（87±7）分和（94±3）分，术后3个月髋关节功能优、良、中、差分别为12、17、6、3例，优良率为76%（29/38）；髋关节功能恢复优良者血清COMP和MMP13水平均低于中差者（P＜0.05），血清COMP和MMP13水平截断值为13.14 U/L+ 44.85 μg/L时，敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为97%、89%、97%、89%，预测价值最高。结论INFH患者血清COMP和MMP13水平较高，且与髋关节功能密切相关，联合检测对患者术后髋关节功能的早期预测价值良好。

股骨头坏死；股骨骨折；软骨寡聚基质蛋白；基质金属蛋白酶13；关节功能；康复

髋部受到暴力创伤后可出现股骨骨折、髋关节脱位等，并可进一步引发股骨头缺血性坏死（ischemic necrosis of femoral head，INFH）［1］。INFH可造成髋关节骨结构的改变，导致软骨下骨折、负重区域塌陷、骨小梁及关节软骨功能降低，患者髋关节功能受到明显影响［2］。早期预测INFH患者髋关节功能不良的发生并及时进行干预，对改善患者髋关节功能、提高患者生活质量具有重要意义。软骨寡聚基质蛋白（cartilage oligomeric matrix protein，COMP）是软骨非胶原蛋白成分。通过与胶原纤维结合，COMP可起到稳定关节软骨胶原-纤维网络的作用，当软骨受到损伤时，患者血液中COMP浓度呈增加趋势［3-4］；基质金属蛋白酶13（matrix metalloproteinase 13，MMP13）则可通过降解和破坏Ⅱ型胶原而引发软骨细胞的变形坏死［5］，与关节炎症、关节缺损等骨关节疾病的发生发展关系密切［6-7］。本研究试图通过分析INFH患者血清COMP和MMP13水平的变化，评估两者在预测髋关节功能恢复情况的应用价值，为INFH患者髋关节功能的早期判断和改善提供指导。

1　资料与方法

1.1一般资料

选取2012年1月至2015年1月收治的38例股骨颈骨折术后INFH患者作为观察组，另选取30例同期股骨颈骨折术后无INFH患者作为手术对照组，30例同期健康查体者作为健康对照组。排除伴有髋关节畸形、风湿性关节炎、肿瘤等疾病以及不同意参与实验者。3组性别、年龄等一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性，见表1。其中观察组ARCO分期［9］：Ⅱ期5例、Ⅲ期18例、Ⅳ期15例；骨折术后出现INFH时间为9～58个月，平均时间（28±5）个月；出现INFH至手术时间1～5周，平均时间（1.8±0.4）周；去除内固定后均行髓芯减压术治疗，再根据病情重新进行内固定，术后常规行抗感染治疗和营养支持，根据恢复情况及时进行关节功能锻炼。

1.2血清COMP、MMP13检测

分别于健康对照组和手术对照组入选次日，观察组髓芯减压术前及术后1、3、5、7、10 d检测血清COMP和MMP13水平。受检者均于受检当日抽取空腹静脉血5 mL，置于EDTA抗凝管中静置20 min，以3 500 r/min速度和3 cm离心半径离心5 min，取上层血清分装于1 mL冷冻管，—4°C恒温箱中保存待测。采用ELISA法检测血清COMP和MMP13水平，COMP ELISA试剂盒由上海岚派生物科技有限公司提供，MMP 13 ELISA试剂盒由上海江莱生物科技有限公司提供，酶标仪采用普朗DNM-9602G型全自动酶标仪，操作均严格按照仪器和试剂盒说明书要求进行。

1.3髋关节功能评价

髓芯减压术后1、3个月，由同一组医师采用Harris评分标准评价观察组患者髋关节功能［10］。评价内容包括疼痛、功能、活动范围等，分值范围0～100分，分值越高表明患者髋关节功能恢复情况越好，其中90～100分为优、80～89分为良、70～79分为中、70分以下为差。

1.4统计学方法

应用SPSS 19.0统计软件进行分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，多组比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用SNK-q检验，两组比较采用t检验；计数资料以百分比表示，采用卡方检验进行比较；运用受试者操作特性曲线（receiver operating characteristic curve，ROC）分析血清COMP和MMP13水平对INFH患者髋关节功能恢复情况的联合预测价值。P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1血清COMP和MMP13水平变化

观察组髓芯减压术前血清COMP和MMP13水平均高于手术对照组和健康对照组（P＜0.05），手术对照组血清COMP和MMP13水平亦高于健康对照组（P＜0.05），见表2。

观察组术后5、7、10 d血清COMP和MMP13水平均较术前降低，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表1 3组一般资料比较结果（例）

2.2观察组不同髋关节功能患者血清COMP和MMP13水平

观察组髓芯减压术后1、3个月Harris评分分别为（87±7）、（94±3）分，术后3个月髋关节功能优、良、中、差分别为12、17、6、3例，优良率为76%（29/38）。与术后髋关节功能优良者比较，髋关节功能中差者各时相点血清COMP和MMP13水平均较高（P＜0.05），见表4。

表2 观察组髓芯减压术前与对照组血清COMP和MMP13水平比较（±s）

表2 观察组髓芯减压术前与对照组血清COMP和MMP13水平比较（±s）

注：COMP：软骨寡聚基质蛋白；MMP13：基质金属蛋白酶13；与观察组比较，*P＜0.05；与健康对照组比较，#P＜0.05

例数38 30 30组别观察组手术对照组健康对照组F值P值COMP/U/L 13.5±2.4*8.5±1.5#*5.2±1.1*17.154 0.000 MMP13/μg/L 45.5±2.2*34.4±1.9#*27.2±1.4*36.202 0.000

表3 观察组手术前后血清COMP和MMP13水平变化（±s，n=38）

表3 观察组手术前后血清COMP和MMP13水平变化（±s，n=38）

注：COMP：软骨寡聚基质蛋白；MMP13：基质金属蛋白酶13；与术前比较，*P＜0.05

时相点术前术后1 d术后3 d术后5 d术后7 d术后10 d F值P值COMP/U/L 13.5±2.4 13.6±2.2 12.9±1.8 12.3±1.8*10.6±1.4*8.7±1.2*11.742 0.000 MMP13/μg/L 45.5±2.2 46.3±2.3 44.8±2.0 43.5±2.0*36.2±1.6*28.1±1.4*41.085 0.000

2.3血清COMP和MMP13水平联合预测INFH患者术后髋关节功能的价值

ROC分析结果显示，联合检测血清COMP和MMP13水平对INFH患者术后髋关节髋关节功能恢复情况的预测价值较高，其中血清COMP和MMP13水平截断值为13.14 U/L+44.85 μg/L时可取得最高的预测价值，见表5，图1。

3　讨论

创伤性INFH主要是由于髋关节遭受暴力损伤引发骨折和髋关节脱位后未及时准确复位而导致的［11-12］。因局部血运不良，患者可出现局部充血、缺血、坏死、关节炎症等，导致软骨剥脱、骨小梁断裂且股骨头塌陷，严重者将引起严重的髋关节疼痛和功能障碍［13］。MRI、关节镜检查等可直接观察病变，准确地评价INFH病情，但并不能很好地预测患者髋关节功能的恢复情况。近年来兴起的软骨退化和修复相关生物标记物逐渐引起人们的关注，其检测结果能定量、动态地反映关节内的病理生理变化，有助于及时采取积极的干预措施，改善患者的髋关节功能和生命质量，因此具有很好的应用前景［14］。

3.1 COMP和MMP13水平的变化

COMP是重要的软骨标记物，与软骨细胞状态密不可分，可直接作用于软骨细胞，影响软骨基质的形成；同时，COMP也是调节细胞、基质连接及细胞功能的重要非胶原性糖蛋白。研究表明，其血清浓度变化可反映患者软骨细胞的状态［14-15］。王晓滨等［16］的结果显示，骨关节炎患者关节滑液中COMP水平明显升高，且与病变严重程度呈正相关。刘坚等［17］探讨COMP水平与脊柱关节病患者病情活动及骨破坏的相关性，结果显示，脊柱关节病患者血清COMP水平明显高于正常对照组，病情活动组血清COMP水平亦明显高于非活动组，表明血清COMP高水平提示病情活动，可能预示明显的骨质破坏。国外亦有学者比较骨关节炎和股骨头坏死患者滑膜液中关节生物标记物的浓度差异，结果表明，COMP可作为有价值的关节生物标志物，其与软骨代谢关系密切［18］。本研究分析INFH治疗前后COMP水平变化，结果显示，观察组INFH患者在髓芯减压术前血清COMP水平高于手术对照组和健康对照组，手术对照组患者血清COMP水平亦高于健康对照组；观察组髓芯减压术后5、7、10 d，患者血清COMP水平明显较术前降低，提示COMP水平可能预示INFH病情的恢复程度：髓芯减压术前患者软骨细胞状态较差，骨破坏严重；术后病情缓解，COMP水平也随之逐渐降低。

表4 观察组术后不同髋关节功能患者各时相点血清COMP和MMP13水平比较（±s）

表4 观察组术后不同髋关节功能患者各时相点血清COMP和MMP13水平比较（±s）

注：COMP：软骨寡聚基质蛋白；MMP13：基质金属蛋白酶13

时相点术前术后1 d术后3 d术后5 d术后7 d术后10 d术后3个月髋关节功能/例优良（n=29）中差（n=9）t值P值优良（n=29）中差（n=9）t值P值优良（n=29）中差（n=9）t值P值优良（n=29）中差（n=9）t值P值优良（n=29）中差（n=9）t值P值优良（n=29）中差（n=9）t值P值COMP/U/L 12.3±2.1 14.4±2.3 2.399 0.028 12.5±2.2 14.6±2.6 2.227 0.032 11.2±2.0 14.1±2.4 3.363 0.001 10.7±1.8 13.4±2.2 3.454 0.001 9.2±1.4 11.5±2.0 3.533 0.001 10.0±1.4 7.7±1.2 4.237 0.000 MMP13/μg/L 43.4±2.3 47.8±2.6 4.538 0.000 44.1±2.3 48.4±2.7 4.373 0.000 42.5±2.3 46.5±2.6 4.125 0.000 40.2±2.2 44.3±2.5 4.412 0.000 34.4±1.6 38.4±1.8 5.94 0.000 30.7±1.6 26.2±1.3 7.345 0.000

表5 血清COMP和MMP13水平联合预测INFH患者髋关节功能的价值（%）

图1 血清COMP和MMP13水平联合预测INFH患者髋关节功能受试者操作特性曲线注：COMP：软骨寡聚基质蛋白；MMP13：基质金属蛋白酶13

MMP13属于MMP超家族，可通过分解细胞外基质而参与多个病理生理过程，在成骨细胞的表达过程中发挥重要作用［19-20］。此外，MMP13是MMP家族中惟一能够裂解胶原分子中三维螺旋结构的酶，对胶原具有特异性，在创伤性关节炎软骨破坏的病理过程中扮演重要角色。夏睿等［21］建立兔创伤性骨性关节炎模型后取膝关节软骨细胞进行消化，结果显示，MMP13 mRNA和蛋白表达水平均较正常对照组增加；另外，骨性关节炎患者滑膜细胞中也存在MMP13的mRNA表达［22］。本研究对INFH治疗前后MMP13水平变化情况进行观察，结果显示，观察组INFH患者在髓芯减压术前血清MMP13水平高于手术对照组和健康对照组，手术对照组患者血清MMP13水平亦高于健康对照组；观察组髓芯减压术后5、7、10 d，患者血清MMP13水平均较术前明显降低，提示MMP13水平可能与INFH病情的恢复程度密切相关：髓芯减压术前，参与软骨破坏过程的MMP 13血清水平较高；而术后随着病情的缓解，MMP13水平也逐渐降低。

3.2 COMP和MMP13水平检测对于INFH患者髋关节功能的预测价值

临床上，大部分INFH患者的髋关节功能经过合理治疗后都能获得较好恢复，但部分患者仍会出现髋关节功能恢复不良。COMP和MMP13水平的增高与软骨基质的形成、软骨细胞的状态以及软骨破坏过程有关，可明显影响关节骨强度和腔隙性骨缺损的修复［16-17］，进而延缓骨折愈合，影响髋关节功能水平。本研究结果也证实，髋关节功能恢复中差患者血清COMP和MMP13水平均明显高于功能恢复优良患者，病情较为严重。

为进一步明确血清COMP和MMP13水平联合预测INFH患者髋关节功能的价值，为此类患者髋关节功能恢复情况的早期评估和及时干预提供指导，本研究对其进行ROC分析，结果进一步显示，联合检测INFH患者血清COMP和MMP13水平对患者治疗后髋关节功能恢复情况的预测价值良好，其中以血清COMP和MMP13水平截断值为13.14 U/L+44.85 μg/L时可取得最高的预测价值。我们建议，对于血清COMP和MMP13水平同时升高的INFH患者，应警惕其髋关节功能恢复不良的发生，及时进行干预以改善髋关节功能。

［1］韩金宝，毕郑钢.老年股骨头缺血坏死的临床诊断及治疗现状［J］.中国老年学杂志，2012，32（5）：1089-1091.

［2］康武林，袁普卫.股骨头坏死与骨髓间充质干细胞移植研究进展［J］.中国矫形外科杂志，2013，21（19）：1954-1957.

［3］Das BR，Roy A，Khan FR.Cartilage oligomeric matrix protein in monitoring and prognostication of osteoarthritis and its utility in drug development［J］.Perspect Clin Res，2015，6（1）：4-9.

［4］毋斌强.血清中人类软骨寡聚蛋白（COMP）检测及临床意义［D］.山西：山西医科大学，2007.

［5］姜未，雷光华，林博文，等.骨桥蛋白对人膝骨关节炎软骨细胞基质金属蛋白酶13表达的影响［J］.中国修复重建外科杂志，2014，28（11）：1342-1345.

［6］Aref-Eshghi E，Liu M，Harper PE，et al.Overexpression of MMP13 in human osteoarthritic cartilage is associated with theSMAD-independentTGF-βsignallingpathway［J］. Arthritis Res Ther，2015，17：264.

［7］Mirams M，Tatarczuch L，Ahmed YA，et al.Altered gene expression in early osteochodrosis lesions［J］.J Orthop Res，2009，27（4）：452-457.

［8］Garden RS.Low-angle fixation in fractures of the femoral neck［J］.J Bone Joint Surg Br，1961，43B：647-649，662-663.

［9］李子荣.股骨头骨坏死的ARCO分期［J］.中华外科杂志，1996，34（3）：186-187.

［10］HarrisWH.Advancesintotalhiparthroplasty：the metal-backed acetabular component［J］.Clin Orthop Relat Res，1984（183）：4-11.

［11］普英.股骨头缺血性坏死患者骨密度检测结果及分析［J］.中国骨质疏松杂志，2013，19（1）：32-33.

［12］Aoyama T，Fujita Y，Madoba K，et al.Rehabilitation program after mesenchymal stromal cell transplantation augmented by vascularized bone grafts for idiopathic osteonecrosis of the femoral head：a preliminary study［J］.Arch Phys Med Rehabil，2015，96（3）：532-539.

［13］于志亮，张宁，杨义，等.带旋髂深血管蒂髂骨瓣及松质骨移植治疗成人股骨头缺血性坏死［J］.中国修复重建外科杂志，2013，27（7）：860-863.

［14］莫紫贺，黄江鸿，王大平，等.软骨组织工程相关细胞因子研究新进展［J］.骨科，2015，6（3）：165-168.

［15］Benucci M，Meacci F，Manfredi M，et al.Can tocilizumab decreasecartilageoligomericmatrixproteinlevelsand disease activity in patients with long-standing rheumatoid arthritis？［J］.Curr Rheumatol Rev，2015，10（2）：131-135.

［16］王晓滨，薛庆云.骨关节炎患者滑液中COMP水平与病情严重程度的相关性研究［J］.中国骨与关节外科，2012，5（1）：60-64.

［17］刘坚，胡朝军，李永哲，等.软骨寡聚基质蛋白在脊柱关节病患者血清中的水平及意义的研究［J］.北京医学，2011，33（10）：789-793.

［18］Kato S，Yamada H，Terada N，et al.Joint biomarkers in idiopathic femoral head osteonecrosis：comparision with hip osteoarthritis［J］.J Rheumatol，2005，32（8）：1518-1523.

［19］李夏，薛纯纯，王开强.基质金属蛋白酶13在骨关节炎中的研究进展［J］.中国疼痛医学杂志，2014，20（9）：661-664.

［20］Tang SY，Herber RP，Ho SP，et al.Matrix metalloproteinase-13 is required for osteocytic perilacunar remodeling and maintains bone fracture resistance［J］.J Bone Miner Res，2012，27（9）：1936-1950.

［21］夏睿，董启榕，戴俭英，等.兔创伤性骨性关节炎软骨细胞中基质金属蛋白酶13表达增加［J］.基础医学与临床，2007，27（2）：202-203.

［22］夏睿.MMP13在关节炎软骨中的表达及RNAi对其抑制作用的实验研究［D］.江苏：苏州大学，2006.

（本文编辑：张辉）

Changes of serum COMP and MMP13 levels in patients with ischemic necrosis of femoral head and their clinical significances

YE Woqiu，FENG Yixin.Department of Surgery 6th，Puning People's Hospital，Puning，Guangdong 515300，China

Objective To observe the changes of serum levels of cartilage oligomeric matrix protein（COMP）and matrix metalloproteinase 13（MMP13）in patients with ischemic necrosis of femoral head（INFH），and to explore their clinical significances.Methods A total of 38 patients with INFH after femoral neck fracture surgery in Puning People's Hospital from January 2012 to January 2015 were randomly selected as observation group.At the same time，30 patients without INFH after femoral neck fracture surgery were selected as operation control group and 30 healthy persons were collected as healthy control group.Patients in observation group were performed core decompression，and serum COMP and MMP13 levels at 1，3，5，7，10 d postoperatively were examined by ELISA method；Meanwhile，serum levels of COMP and MMP13 in other 2 groups were also detected.In observation group，relationships between serum COMP，MMP13 levels and postoperative Harris scores were analyzed，and ROC curve analysis was applied to evaluate the predicting value of combined examination of serum COMP and MMP13 levels for hip joint function recovery in INFH patients.Results Serum COMP and MMP13 levels in observation group before treatment were（13.5±2.4）U/L and（45.5±2.2）μg/L respectively，which were higher than（8.5±1.5）U/L，（34.4±1.9）μg/L in operation control group and（5.2±1.1）U/L，（27.2±1.4）μg/L in healthy control group；The above parameters in operation control group were all higher than those in healthy control group（P＜0.05）.Compared with preoperative results，serum COMP and MMP13 level at 5，7 and 10 days postoperatively were lower（P＜0.05）in observation group；Harris score at 1，3 months postoperatively was 87±7 and 94±3 respectively，and hip joint function were excellent in 12 patients，good in 17，fair in 6 and poor in 3 at 3 months after the surgery，with the excellent and good rate of 76%（29/38）.Serum COMP and MMP13 levels in patients with excellent and good hip joint function recovery were lower than those in patients with fair or poor function recovery（P＜0.05）.ROC analysis results showed that when serum COMP and MMP13 level cutoff value was 13.14 U/L+44.85 μg/L，the sensitivity，specificity，positive predictive value and negative predictive value was 97%，89%，97%and 89%respectively，which had highest prognostic value. Conclusions Serum COMP and MMP13 levels in INFH patients are relative high which were closely related to their hip functions，and the combined examination has good value in predicting the early recovery of hip joint functions.

Femur head necrosis；Femoral fractures；Cartilage oligomeric matrix protein；Matrix metalloproteinase 13；Joint function；Rehabilitation

R681.8，R363

A

1674-666X（2015）06-349-07

10.3969/j.issn.1674-666X.2015.06.005

515300广东，普宁市人民医院外六科

E-mail：yewoqiu@163.com

（2015-09-10；

2015-10-28）