血清镁浓度与绝经后骨质疏松症患者骨转换指标和骨密度的相关性研究

韦玮 李剑 黄林海 兰敏东 卢显威 黄绍东

广西医科大学附属武鸣医院骨科，广西 南宁 530199

骨质疏松症是低骨量和骨组织的微结构破坏，骨脆性增加和骨折易感性。骨结构的这种破坏是由骨重建的不平衡引起的，破骨细胞活性增加，成骨细胞活性降低所致[1]。雌激素缺乏是绝经后骨质疏松症的主要危险因素。它在绝经后的早期诱导骨量快速丢失，明显快于年龄增长相关的骨丢失[2]。通过双能X射线吸收测定法(DXA)测量骨密度(bone mineral density，BMD)被认为是诊断骨质疏松症的金标准。骨折风险评估(FRAX)工具用于预测主要骨折概率。骨代谢标志物(bone turnover marker，BTM)反映了成骨细胞和破骨细胞的代谢活动。在连续测定(特别是吸收标志物)中，它们可以识别加速的骨转换，与增加的骨折风险相关。每个BTM确定都有一些优点和一些限制。大多数骨吸收标志物代表骨胶原的降解产物，除了抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase-5b，TRAP-5b)之外[3]。此外，TRAP-5b的血清水平反映了破骨细胞的数量及其活性[4]，且血清浓度不受食物摄入和肝脏或肾脏疾病的影响。它具有良好的灵敏度和特异性，与其他吸收标志物相关性很好。最广泛使用的骨形成标志之一是血清骨特异性碱性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，BSAP)。BSAP在成骨细胞的细胞表面表达，其合成与骨形成率呈正相关。镁代表骨基质正常合成所需的酶的重要辅助因子。低镁血症可直接作用于骨细胞，导致异常的磷灰石晶体，并通过改变甲状旁腺分泌(与终末器官对甲状旁腺激素和低维生素D的抵抗相关)和诱导低度炎症(加速骨质流失)间接作用[5]。目前大多数作者认为低血清Mg2+水平与骨质疏松症风险增加有关[6-7]。本研究的目的是确定绝经后骨质疏松妇女骨密度与血清骨吸收标志物TRAP-5b、骨形成标志物BSAP、雌二醇(E2)和Mg2+离子浓度之间的相关性。

1 材料和方法

1.1 一般临床资料

该研究包括于2016年8月至2017年12月在广西医科大学附属武鸣医院骨科门诊或病房进行诊治的123例绝经后骨质疏松症女性(至少1年闭经)(骨质疏松组)和97名健康绝经后无骨质疏松症女性(对照组)。骨质疏松组中的入选标准是绝经后期的女性，腰椎或股骨颈的BMD的T评分低于2.5标准差(SD)(世界卫生组织标准)。对照组包括绝经后妇女，腰部或股骨颈T评分>-2.0SD。排除标准：骨质疏松症的继发原因，可能影响骨代谢或电解质失衡的其他疾病(特别是镁)，前一年的骨折，激素替代疗法以及任何可能影响骨转换的药物。

使用DXA扫描(Hologic装置；QDR Inc.，Bedford，MA，USA)评估BMD(g/cm2)，在腰椎和髋部进行，确定T评分。记录受试者的身高和体重，并基于检测的重量(kg)/身高的平方(m2)计算体质量指数(body mass index，BMI)。

对于检测血清标志物，在禁食早上7点通过肘静脉取血。在2 000 r/min离心后，获取血清样品并将血清样品冷冻保存在-20 ℃冰箱直至检测。通过酶联免疫吸附测定(ELISA)人试剂盒测定E2浓度。最大测定间和测定内变异系数(CV)分别为6.8%和7.25%，分析灵敏度为3～6 pg/mL。使用MicroVue BSAP人ELISA试剂盒测量血清BSAP水平，最大测定间和测定内CV分别为4.8%和5.2%。使用MicroVue TRAP-5b测定法测量TRAP-5b浓度。测定的最大检测限为0.2 U/L，最大测定间和测定内CV分别为3.0%和4.6%。使用比色光谱技术检测血清Mg2+浓度；最低检测限值为0.8 mg/dL(0.33 mmol/L)，正常范围为1.6～2.4 mg/dL。该研究得到了医院伦理委员会的批准。每位患者均知晓研究方案并签署了知情同意书。

1.2 统计学分析

用Windows版本的SPSS 17.0用于数据分析。使用Kolmogorov-Smirnov检验研究定量数据的分布，根据该检验应用参数(Student’st-检验)或非参数(Mann-WhitneyU检验)检验。连续数据表示为均数±标准差。分类数据以频率和百分比表示。对于正态分布数据，计算Pearson相关系数；对于无分布数据，计算Spearman系数。对研究组中的BSAP、TRAP-5b和Mg2+离子进行分析。计算灵敏度、特异性和接受者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，以评估BTM在检测骨质疏松症女性中的诊断性能。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

受试者一般基线资料如表1所示。骨质疏松组受试者年龄显著大于对照组(P<0.05)。虽然两组的绝经年龄相似，但骨质疏松组的E2缺乏持续时间比对照组长(表1)。绝经后骨质疏松症女性的血清E2浓度显著低于对照组。本研究发现，E2值与年龄之间存在强烈的负相关(r=-0.385，r2=0.149，95%CI=-0.524～-0.239，P<0.001)。在对照组中未观察到这种相关性。在不同部位(腰椎和股骨颈)测定BMD结果显示骨质疏松症组的BMD显著降低(P<0.05)。此外，两组腰椎的BMD均低于髋部的BMD(P<0.05)。BMD值与年龄呈负相关(r=-0.233，r2=0.04，95%CI=-0.387～-0.068，P=0.005)。在两组中，BMI值与BMD或其他参数均无显著相关性。

生化测试结果如表2所示。骨质疏松症组中BSAP和TRAP-5b的血清水平显著高于对照组。年龄和BSAP(r=0.405，95%CI=0.278～0.523，P<0.0001)、TRAP-5b(r=0.652，95%CI=0.561～0.725，P<0.0001)显著相关。骨质疏松组血清Mg2+浓度范围为1.58～1.88 mg/dL。控制血清Mg2+水平范围为2.1～2.28 mg/dL，对照组的血清Mg2+显著高于骨质疏松症患者(P<0.001)。Mg2+浓度与E2水平呈正相关(r=0.682，r2=0.582，95%CI=0.594～0.758，P<0.001)。此外，在E2缺乏持续时间和Mg2+水平之间发现呈负相关(r=-0.801，r2=0.642，95%CI=-0.845～-0.749，P<0.001)。在任一研究组中，TRAP-5b与BSAP均无显著相关性。腰椎骨密度与所有患者的BSAP水平呈负相关(r=-0.357，95%CI=-0.507～-0.264，P<0.001)。此外，TRAP-5b水平的相关性很强且为阴性(r=-0.617，95%CI=-0.700～-0.521，P<0.001)。血清E2浓度与两组腰椎BMD测量结果呈正相关(r=0.753，95%CI=0.687～0.814，P<0.001)。髋骨密度与BTM无明显相关性。两组中Mg2+水平与年龄无显著相关性。Mg2+与BTM呈负相关，TRAP-5b水平(r=-0.608，95%CI=-0.691～-0.509，P<0.001)和BSAP水平(r=-0.414，95%CI=-0.523～-0.294，P<0.001)。维生素D浓度与BMD或BTM值无显著相关性。TRAP-5b水平与所有患者的血清E2浓度呈负相关(r=-0.626，95%CI=-0.702～-0.58，P<0.001)。 BSAP浓度与E2水平呈正相关(r=0.415，95%CI=0.291～0.533，P<0.0001)。此外，BSAP水平与E2剥夺的持续时间呈负相关(r=-0.555，95%CI=-0.644～-0.447，P<0.001)。

所有受试者的Mg2+水平均与BMD值呈正相关(r=0.745，r2=0.546，95%CI=0.667～0.795，P<0.001)(图1 A)。ROC曲线分析显示BSAP在截止点21.27 U/L时具有中等敏感性(76.8%)和特异性(84.7%)(ROC曲线下面积为0.832，95%CI=0.771～0.892，P<0.001)(图1B)。在3.46 U/L的截止点，TRAP-5b的敏感性为86.8%，特异性为90.8%(ROC曲线下面积为0.951，95%CI=0.921～0.973，P<0.001)(图1C)。

表1 研究对象的基本特征Table 1 Characteristics of the study

表2 两组的生化参数比较Table 2 Biochemical parameters in study

图1 A：整个研究组中BMD值(g/cm2)和Mg2+水平之间的相关性；B：接受者操作特征曲线表示骨质疏松症患者与健康女性的BSAP差异；C：接受者操作特征曲线表示骨质疏松症患者与健康女性之间的TRAP-5b差异Fig.1 A: The correlation between BMD (g/cm2) and Mg2+ level in the whole study groups; B: Receiver-operating characteristic curve of the BSAP, the difference between the patients with osteoporosis and healthy women; C: Receiver-operating characteristic curve of the TRAP-5b, the difference between the patients with osteoporosis and healthy women.

3 讨论

雌激素缺乏通过骨骼和骨骼外作用导致骨质疏松症的发生。雌激素通过成骨细胞和破骨细胞上的受体直接作用来维持骨形成(通过增强成骨细胞的分化和抑制其凋亡)和骨吸收(通过阻止破骨细胞的分化和刺激其细胞凋亡)之间的平衡。雌激素缺乏诱导骨髓细胞核因子κ-B配体(RANKL)受体活化剂的上调，以及成骨细胞中骨钙素合成的减少，导致骨吸收加速[8]。尽管DXA被认为是骨质疏松症诊断的黄金标准，但它在预测骨折风险方面存在一些局限性。研究证实，高水平的骨吸收标志物可以预测骨折，与BMD无关[9]。

骨微结构的改变(影响骨质量)增加了骨折风险，与低BMD无关[10]。此外，BTM被证明可用于监测抗骨质疏松治疗的功效和依从性[3]。没有关于BTM在评估绝经后骨质疏松症中的敏感性和特异性的公开数据。BTM可以评估骨骼动态的改变，BTM被认为是骨质疏松性骨折的独立危险因素[10]。BMD高于诊断标准的患者(T值<-2.5 SD)发生了相当大比例的骨质疏松性骨折。因此，单独确定BMD可能是用于识别存在骨折风险的受试者。BTM可以代表具有预后价值的独立诊断工具，并且还是BMD的补充参数，用于评估骨折风险[11]。大量研究证实了BMD值与BTM之间的负相关性。更高水平的预处理BTM与加速骨丢失有关。对于特定BTM的相同水平，关于骨丢失存在显著的个体间变化。尽管如此，在特定患者中BTM不能用作快速骨丢失的预测因子[12]。BTM对于选择对抗骨质疏松症治疗反应更好的患者也是有用的[13]。以前的数据显示，BTM与BMD之间的负相关性随着年龄的增长而增强，尤其是75岁以上的患者(特别是吸收标志物)。其他作者研究表明BTM与BMD之间的相关性在绝经早期更强。由于骨吸收加速，两种类型的BTM(再吸收和形成)在绝经后早期更增加[12]。

在本研究中，年龄与BTM呈正相关，与BSAP相比，TRAP-5b更强，反映了骨骼动态。这与其他研究一致，这些研究表明在绝经后妇女中，BTM增加，与骨转换增加有关[14]。在老年患者中，BTM仍然增加，通常由其他机制(维生素D缺乏、钙的肠吸收不良和继发性甲状旁腺功能亢进)解释[15]。在本研究组中，没有观察到骨吸收标志物和BMD的负相关性随着年龄的增长而变得更强，因为患者年龄小于75岁。哪些是评估骨吸收和形成的最佳BTM仍然是一个争论。本研究选择评估TRAP-5b水平，因为昼夜变化较小，血清浓度不受食物或肝脏和肾脏功能障碍的影响。相反，作为骨形成标志物，本研究选择血清BSAP，因为它不受肾功能影响，具有1～2 d的长循环半衰期。患者中腰椎骨密度与BSAP呈负相关。在之前的一项研究中，本研究发现在缺乏雌激素缺失的情况下，骨质疏松症患者的BSAP水平较低[15]。在本研究中，BSAP水平与E2缺乏时间呈负相关，表明随着E2缺乏时间的增加，骨形成正在减少。一些作者提出，BSAP浓度可以区分骨质疏松和健康的绝经后妇女[15]。本研究发现BSAP的相对适度的敏感性和特异性，与其他研究相比，BSAP作为首次评估骨质疏松症患者的有用工具。

先前的研究证实了TRAP-5b与BMD之间的负相关。在本研究中，TRAP-5b与BMD相关性更强，反映了骨重塑过程的不平衡，主要是骨吸收。与非骨质疏松症患者相比，骨质疏松组血清TRAP-5b浓度显著升高，从而反映了绝经引起的骨质流失。在一项以人群为基础的大型研究中，其中包括75岁以上的女性，随访9年，高水平的TRAP-5b与椎体骨折风险增加有关[16]。一些作者证实，TRAP-5b与女性BMD独立相关，提出TRAP-5b作为骨质疏松症的筛查标志物[17]。许多研究证实了本研究中发现的E2水平与BMD的正相关，证明E2浓度是决定BMD的最重要因素之一。此外，在本研究中，年龄增加与E2和BMD降低相关，证明低血清E2水平会增加骨转换，这是骨折的危险因素。

有学者证明BSAP和Mg在骨转换中起作用，骨质疏松症与缺镁有关。在骨质疏松组中，血清Mg2+浓度低于对照组。此外，Mg2+水平与E2水平和BMD值呈正相关，与BTM呈负相关。这些发现可能与降低的成骨细胞增殖能力(与年龄增长相关)和成骨细胞凋亡有关。这表明骨质疏松症中的骨重建受损，骨形成减少和骨吸收增加。骨质疏松女性骨小梁中的镁浓度显著降低。Mg在骨质疏松症中的作用也得到了研究的支持，这些研究表明，镁补充剂可以增加骨密度，并在相当大比例的受试者中阻止骨质流失[18]。本研究也有一些局限性：两组之间的年龄差异可能影响分析数据；分析的BTM数量有限；没有关于BTM对人口的参考值的数据。

本研究表明，BMD与BTM呈负相关，与E2和Mg2+呈正相关。TRAP-5b水平与血清E2呈负相关，而与BSAP呈正相关。此外，BSAP水平与E2缺乏持续时间呈负相关。