骨质疏松性骨折患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1与MRI信号特点的相关性分析

张馨心，毛晓艳，毛春焕，赵烨

[1.河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院) 颈肩腰腿痛科，河南 洛阳 471002；2.河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院) 骨质疏松科，河南 洛阳 471002；3.河南中医药大学中医骨伤系，河南 郑州 450000]

骨质疏松症发病机制复杂，防治难度大，可明显增加机体骨组织骨脆性及骨折发生率，是日益严重的全球性问题[1]。研究证实，骨组织结构破坏及骨量降低与骨代谢异常相关[2]。而骨转换指标可客观反映骨代谢情况，对预测骨折风险具有重要价值。维生素D(vitamin D，VD)是体内骨代谢重要调节因子，而25羟维生素D[25(OH)D]是公认的衡量体内VD营养状况的金指标[3]。转化生长因子-β1(transforming growth factor beta 1，TGF-β1)、网膜素-1在维持骨生成及骨吸收动态平衡中发挥重要作用[4]。另有研究认为，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)信号强度变化可反映松质骨密度及分布结构变化，利于揭示骨质疏松性骨折发生、愈合及修复重建变化[5]。既往研究多单独采用骨转换指标或MRI评估骨质疏松性骨折病理生理过程，而两者关系如何鲜有报道，本研究对此展开分析，旨在为临床诊疗提供依据，报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年12月至2019年12月河南省洛阳正骨医院164例骨质疏松症患者，根据其是否发生骨折分为骨折组(73例)与非骨折组(91例)。两组患者性别、年龄、病程、体重、体质指数(BMI)及血碱性磷酸酶、血磷、血钾、血钙水平均衡可比(P>0.05)，见表1。本研究经医院伦理委员会审批通过。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 纳入与排除标准

1.2.1 纳入标准 (1) 符合文献[6]中相关诊断标准；(2) 骨折组经临床表现、影像学检查确诊为胸腰椎骨折，由平地扭伤、摔倒、滑倒等轻微小暴力所致；(3) 无 椎体畸形；(4) 患者无抽烟、酗酒等不良嗜好；(5) 患者及家属知情并签署知情同意书。

1.2.2 排除标准 (1) 患有甲状腺机能亢进、甲状旁腺功能异常、恶性肿瘤、慢性肝病；(2) 既往接受过活性维生素D、降钙素等影响骨代谢的药物治疗；(3) 有皮肤疾病无法接受阳光照射；(4) 近两年患有大肠克罗恩病、慢性痢疾；(5) 使用抗惊厥或类固醇激素类药物>6个月；(6) 有严重凝血机制障碍；(7) 有全身感染或局部骨髓炎。

1.3 方法

入组12 h内采集空腹静脉血5 ml，取其中2 ml血液标本采用日本日立7600-120全自动生化分析仪测定血脂、血糖、血磷、血钾、血钙指标；另取3 ml血，以12.5 cm半径、3 000 r·min-1速率离心10 min，取血清，TGF-β1、网膜素-1水平采用酶联免疫吸附法(ELISA)法检测，试剂盒购自美国Santa Cruz公司，25(OH)D水平采用德国罗氏公司E170型电化学发光免疫分析仪以电化学发光免疫分析法检测。骨密度(BMD)采用法国DMS公司LEXXOS双能X线BMD测定仪测定。MRI检查：应用GE 1.5 T MRI设备，对骨折矢状位T1WI、T2WI、T2WI+FS(压脂像)及横断位TWI、T2WI、T2WI+FS(压脂像)扫描，扫描参数：矢状面为层间距0.4 mm，层厚4 mm，层数12层，FOW视野270 mm×270 mm，分辨率352×280；冠状面为层间距1 mm，层厚4 mm，层数4～6层，FOW视野180 mm×180 mm，分辨率256×256。

1.4 观察及分析指标

(1) 两组患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平。(2) 血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平对骨质疏松性骨折的预测价值。(3) 不同MRI信号特点患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平。根据MRI中T2WI信号强度不同分为高信号组(14例)与非高信号组(59例)，非高信号组中有低信号17例、中低信号20例、中等信号22例。早期增强率(SIR)>1为高信号，SIR=1为中等信号组，1/2≤SIR<1为中低信号，SIR<1/2为低信号。SIR=(SIB-SIA)/(SIN-SIA)，SIB、SIN、SIA分别为骨折椎体、相邻椎体、背景噪声的信号强度。(4) 血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平与MRI信号特点的相关性。(5) 不同MRI信号特点骨质疏松性骨折患者的临床资料。(6) 骨质疏松性骨折患者MRI高信号的影响因素。

1.5 统计学处理

2 结 果

2.1 两组患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平比较

骨折组血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平均低于非骨折组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表2。

表2 两组患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平比较(±s)

表2 两组患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平比较(±s)

组 别n25(OH)D水平/nmol·L-1TGF-β1水平/ng·ml-1网膜素-1水平/ng·ml-1骨折组739.47±4.744.32±0.6330.21±3.94非骨折组9117.69±3.129.68±1.5946.95±6.78t值13.33427.13118.707P值<0.001<0.001<0.001

2.2 3个血清指标对骨质疏松性骨折的预测价值

ROC曲线显示，25(OH)D预测骨质疏松性骨折的AUC为0.800，截断值≤15.5 nmol·L-1，敏感度、特异度分别为71.23%、74.73%；TGF-β1预测骨质疏松性骨折的AUC为0.816，截断值≤7.17 ng·ml-1，敏感度、特异度分别为87.67%、67.03%；网膜素-1预测骨质疏松性骨折的AUC为0.745，截断值<38.94 ng·ml-1，敏感度、特异度分别为82.19%、59.34%；各指标联合预测骨质疏松性骨折AUC为0.889，敏感度、特异度分别为93.15%、74.73%。三者联合预测骨质疏松性骨折的AUC高于各指标单独预测，见图1。

2.3 不同MRI信号特点患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平比较

不同MRI信号特点患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平比较，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 不同MRI信号特点患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平比较(±s)

表3 不同MRI信号特点患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平比较(±s)

MRI信号特点n25(OH)D/nmol·L-1TGF-β1/ng·ml-1网膜素-1/ng·ml-1高信号145.42±1.373.02±0.4124.09±1.74非高信号5910.43±3.944.63±0.6531.66±2.92 低信号1712.37±4.925.57±0.7135.61±3.43 中低信号2010.42±3.384.59±0.6231.93±2.74 中等信号228.94±2.263.94±0.5028.37±2.06 F值8.28438.90340.684 P值<0.001<0.001<0.001

2.4 患者血清指标与MRI信号特点的相关性

患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平均与MRI信号强度呈负相关(r1=-0.710、r2=-631、r3=-0.729，P<0.05)，见图2。

2.5 高信号组与非高信号组患者临床资料比较

不同MRI信号特点患者年龄、性别、BMD、三酰甘油、空腹血糖、脆性骨折史以及合并糖尿病、高血压、高脂血症率相比，差异有统计学意义(P<0.05)，见表4。

表4 不同MRI信号特点患者临床资料的比较

2.6 骨质疏松性骨折患者MRI高信号的影响因素分析

回归分析显示，年龄、性别、BMD下降、三酰甘油与空腹血糖水平升高、脆性骨折史、糖尿病、高血压、高脂血症以及血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平下降均为骨质疏松性骨折患者MRI高信号的影响因素(P<0.05)，见表5。

表5 骨质疏松性骨折患者MRI高信号的影响因素分析

3 讨 论

尽早发现、准确评估骨质疏松严重程度及预测骨折风险对骨质疏松性骨折的防治有重要价值。目前国内临床上预测骨质疏松性骨折风险以双能X线吸收法BMD测定为基础，但BMD发生变化需较长时间[7]。骨转换标志物具有变化程度大、变化早等特点，可有效反映骨代谢实时变化，国内外已有相关研究报道了评估椎体及髋部骨折风险过程中骨转换标志物的有效应用[8-9]。

VD属类固醇激素，具有参与调节细胞生长、分化、凋亡及免疫应答等多种生理作用，并通过维持血浆钙和磷正常浓度，对骨组织矿化与形成产生间接影响[10]。25(OH)D是目前公认的衡量体内VD营养状况的金指标。本研究发现，骨质疏松性骨折患者血清25(OH)D低表达，与文献报道[11]结果一致。VD可直接通过软骨细胞、骨细胞、成骨细胞、破骨细胞等细胞上的VD受体参与骨代谢调节。VD缺乏状态下，小肠对钙吸收能力降低，血钙浓度随之下降，同时钙磷比例失调，成骨细胞功能减弱，促使成骨细胞凋亡，两者均导致骨骼矿化速率降低，加重骨质疏松严重程度，增加骨折风险。

新近研究发现，脂肪细胞因子可通过影响骨细胞增殖、分化及活性，参与调控骨代谢[12]。研究报道，网膜素-1抑制成骨细胞分化，并通过下调核因子κB受体活化因子配体(RANKL)/骨保护素(OPG)而减轻由雌激素缺乏引起的骨量丢失[13]。本研究证实，血清网膜素-1水平与骨质疏松性骨折发生密切相关。分析原因可能与网膜素-1通过抑制成骨细胞内RANKL表达、刺激骨钙素形成、抑制破骨细胞形成等途径发挥骨保护作用有关。黄明棣等[14]研究也发现，血清网膜素-1与骨转换有良好相关性，可能是预测骨质疏松性骨折风险的参考指标，本研究结果与之一致。此外，Zorlu等[15]研究表明，绝经后骨质疏松女性网膜素-1水平升高显著，且进一步研究发现网膜素-1与VD水平呈正相关关系。故推测脂肪组织可能是VD作用的靶器官之一，但仍需大量临床试验来证实。

TGF-β1是骨组织中含量最为丰富的细胞生长因子之一，大量体外实验证实，TGF-β1可通过诱导成骨标志物如碱性磷酸酶活性增强、成骨特异性转录因子Runx2表达、骨桥蛋白与骨连接素合成，促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞转化[16-17]。同时，TGF-β1还可降低成熟破骨细胞活性，抑制破骨细胞合成[18]。本研究数据显示，骨折组血清TGF-β1表达显著降低。分析认为，TGF-β1基于在骨代谢方面的作用，从而在骨质疏松性骨折发生过程中起到重要调节作用。另外本研究显示，血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平均可灵敏反映短期内骨代谢情况，在预测骨质疏松患者骨折风险方面均具有一定临床价值，尤其是各指标联合预测的AUC高达0.889，提示各指标联合检测可为临床预测骨折发生提供更全面、可靠的参考信息，从而指导相关预防、治疗措施的制定和开展。

松质骨骨折是骨质疏松性骨折发生的基本病理改变，而松质骨中红骨髓、脂肪、蛋白质含量分别为40%、40%、20%，这些成分构成了MRI的物质基础[19]。MRI可灵敏地检测急性或亚急性骨折所致的骨髓水肿，其中T1WI均为低信号，FS-T2WI均为高信号，而T2WI呈多样性[20]。故本研究就MRI中T2WI信号的强度分组，首次探讨血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1水平与MRI信号特点的相关性，发现三者均与骨质疏松性骨折患者MRI信号强度有关。研究证实骨质疏松性骨折严重程度与患者BMD降低程度相关[21]，而骨髓水肿信号强度变化反映了骨折的不同阶段及患者临床症状的严重程度[22]，故推测骨质疏松骨折患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1通过影响BMD，对MRI信号特点产生影响。这提示临床上可应用血清骨转换标志物协同MRI评价骨质疏松骨折患者的病情及预后。

综上，骨质疏松性骨折患者血清25(OH)D、TGF-β1、网膜素-1表达能有效预测骨折风险，且与MRI信号强度有关，两者联合应用有助于指导临床诊治工作。