老年人血清炎症因子与骨密度变化及骨吸收相关性研究

韩学明 孙忠良 徐建华 吴俊

新疆生产建设兵团四师医院骨科，新疆伊犁835000

骨质疏松症的特点是骨密度降低，导致骨脆性增加、骨折风险增加，已成为目前一个主要的公共卫生问题［1］。骨质疏松症的许多危险因素是公认的，包括年龄、女性性别、吸烟、缺乏运动、维生素D和雌激素。近年来，炎症也牵涉其中，动物实验研究提供了大量证据表明某些炎性细胞因子如白细胞介素－6(IL－6)和肿瘤坏死因子－α(TNF－α)在骨质疏松症的发病机制中起重要作用［2－4］。对绝经后或老年妇女血清细胞因子水平与骨密度(bone mineral density，BMD)之间关系的初步研究结果不一致，甚至相互矛盾［5－7］。这些不一致性可能反映了这些循环细胞因子不能准确反映局部骨微环境中发生的情况，也可能反映了血清中存在天然拮抗剂，可能会干扰实验解释。高敏感性C反应蛋白(CRP)是全身炎症的循环标志物，已被确定为绝经后健康女性心血管事件的一种依赖风险因素［8］。肝脏CRP的产生主要受到IL－6样细胞因子的刺激［9］，血清中hs－CRP水平越高，BMD越低，骨代谢标志物水平越高，骨折风险也越高［10］。然而目前还没有关于老年女性和男性HS－CRP与骨质流失之间关系的报告。因此，本研究的目的是确定随机选取的老年女性和男性血清炎症标志物与骨密度变化及尿嘧啶(PYR)与肌酐(Cr)比值之间的相关性。

1 对象和方法

1.1 研究方案

这项研究于2015年3月～12月在新疆生产建设兵团四师医院进行，随访约2.9年。年龄在52～78岁之间的受试者是从我院就诊的老年人中选取的，男女人数大致相等。通过问卷调查，记录受试者类风湿关节炎(RA)、哮喘、心血管疾病、糖尿病及用药情况(［包括非甾体类抗炎药、环氧化酶－2抑制剂、强的松龙、激素替代疗法(HRT)］的自我报告，吸烟、体力活动(无/轻度、中度和剧烈)和绝经状态也被记录在内。测量受试者身高、体重并计算体质量指数［体重(kg)/身高(m2)］。该研究得到了医院伦理委员会的批准，并获得了所有参与者的书面知情同意。

1.2 指标检测

采用双能 X线骨密度仪(Hologic，Inc．，Waltham，MA)测量受试者全身、腰椎、髋部骨量基线及随访，骨量检测为面积BMD(g/cm2)，纵向变异系数(CV)为0.39%。采用化学发光竞争性免疫分析法测定尿PYR/Cr比值，该方法对从夜间定时尿液收集中提取的20 mL进行测定，并在分析前将其保存在－20℃冰箱中。血清炎性标志物测定血清分离，置于塑料管中冷藏过夜，制备测定物，置于－80℃保存。IL－6和TNF－α分别在基线和2.9年使用固相双位点化学发光酶免疫测定法检测，IL－6为8%，TNF－α为6%。

1.3 统计学分析

采用单变量和多变量分析来检验BMD和炎症因子以及在对年龄、性别、体重、身高、吸烟、其他疾病(RA、心血管疾病、哮喘、糖尿病)进行调整前后的变化。采用Logistic回归分析检验上述因素调整后的PYR/Cr比值(四分位数与其他四分位数)变化与炎症标志物之间的相关性。计算基线的四分位数和所有炎症标志物的变化，并通过线性回归分析确定这些四分位数与BMD年变化百分比之间的关系。绝经后年数 (绝经后不到10年，绝经后10年或10年以上)和炎症生物标志物也进行了研究。P值小于0.05(双尾)或不包含零点的95%置信区间为有统计学意义。所有统计分析均通过SPSS 19.0统计软件进行。

2 结果

共有193名年龄在52～78岁之间的受试者(平均63岁)参加，女性占48%，168名受访者在随访中获得完整数据。当前队列和未测量血清标志物的受试者之间的人口统计学因素和BMD没有显著差异。受试者的一般特征见表1。受试者全身、腰椎和髋部的T值基本正常，有3.1%、7.8%和0.5%的受试者三个部位的T值小于2.5 SD。经过平均2.9年，hs－CRP和IL－6的血清水平基本保持不变(P均＞0.05)，TNF－α的血清水平显著降低(P=0.01)。IL－6的变化与 TNF－α(P＜0.001)、hs－CRP(P＜0.001)和年龄(P＜0.001)的变化呈正相关，但与体质量指数(bone mass index，BMI)的变化无显著相关性(P=0.80)。

TNF－α的变化与BMI呈正相关(P=0.01)，而与hs－CRP(P=0.71)或年龄(P=0.45)变化无相关性。hs－CRP的变化与年龄(P=0.16)或BMI(P=0.86)无关。在调整IL－6后，年龄与髋部BMD变化之间的显著相关性(β=－0.05%/年;P＜0.004)在幅度上降低(系数变化20%)，但和hs－CRP或TNF－α无关。在整个样本中，基线hs－CRP和hs－CRP的变化与大多数协变量调整后的全身BMD变化相关，但这些相关性在进一步调整IL－6后幅度减小或变得不显著(表2)，但不适用于TNF－α。

hs－CRP、hs－CRP 变化与绝经10年以上女性全身BMD变化之间的关系更为显著(r=0.58，P＜0.001;r=0.48，分别为 P＜0.01)。关于骨转换、hs－CRP及其变化与整个样本中PYR/Cr比率的变化无显著相关性;然而，经过绝经年龄的进一步调整后，它们与女性PYR/Cr比值的变化显著相关(表3)。在调整所有协变量后，基线IL－6、IL－6变化与全身和腰椎BMD变化之间均表现出显著关联(表2和图1)。进一步调整hs－CRP和TNF－α后，这些关联基本保持不变，甚至在髋关节变得显著(表2)。尽管IL－6、IL－6的变化和全身BMD变化之间的关联再次在女性绝经后等于或大于10年女性中出现(r=0.53，P=0.003;r=0.50，P=0.002)，但是在绝经和IL－6与BMD变化之间没有显著的性别或年龄之间的相互作用。关于骨转换、IL－6及其变化与整个样本中PYR/Cr比率的变化无显著相关性;然而，进一步调整绝经时间后，两者均与女性PYR/Cr比值的变化显著相关(表3)。

在进一步调整药物用量、尿Cr水平和身体活动后，它们基本保持不变。HRT的使用和绝经后年数与IL－6及其变化无显著相关性。在调整HRT使用和绝经后数年后，骨丢失和炎症标志物之间的关联基本保持不变。

表1 参与者的特征Table 1 Characteristics of study participants

表2 炎性标志物与BMD变化之间的关联Table 2 Associations between inflammatory markers and change in BMD

表3 炎症标志物与女性PYR/Cr比率变化之间的关系Table 3 Associations between inflammatory markers and change in the PYR/Cr ratio in women

图1 老年受试者中基线时IL－6与2.9年全身(A)、脊柱(B)和全髋(C)BMD变化之间的关系Fig．1 Associations between IL－6 at baseline and changes in total body(A)，spine(B)and total hip(C)BMD over 2.9 years in older subjects

3 讨论

这项纵向研究首次全面分析了基线炎症标志物、炎症标志物变化和老年人骨质流失之间的关系。IL－6的相关性在老年妇女(尤其是绝经后10年以上的妇女)和男性中最为一致，而HS－CRP和TNF－α的一致性要低得多。提示IL－6是最严重的炎症标志物，可能与骨质疏松有因果关系。动物和体外研究［11］充分证明IL－6在绝经引起性雌激素水平下降后，可导致破骨细胞和小梁骨吸收增加。在本次研究中，IL－6在随机选取的老年人群中与骨质疏松等疾病的低发病率相关，并始终与骨转化标志物相关。反过来，IL－6与年龄的相关性与其他研究一致［12］，但与BMI等其他危险因素无关，与年龄相关的髋骨骨质流失似乎至少部分是由于IL－6的增加介导的。一项未经调整的分析［5］中报道，绝经后妇女血清IL－6与桡骨远端骨密度呈负相关［13］，而其他横断面研究在妇女中没有显著相关性。一项研究［14］报道血清IL－6是绝经后早期女性股骨(非腰椎)骨质流失的重要预测因子，而有的研究［14］报道血清IL－6与围绝经期女性腰椎骨密度增加有关。相反，本次研究在两种情况下测定了血清IL－6水平，发现基线IL－6和IL－6的变化均与所有部位的骨质流失相关。

此次研究发现血清 TNF－α与骨质流失有关(整个样本的全身和男性腰椎)。但是，TNF－α变化是否与IL－6变化有关，以及TNF－α/IL－6调整后骨丢失量减少，提示TNF－α不独立于IL－6。然而，本次研究发现TNF－α与骨吸收无关。在这个样本中，hs－CRP的变化与IL－6的变化显著相关。进一步研究发现了hs－CRP、骨丢失和骨吸收(PYR/Cr比值，后者主要发生在绝经后期妇女)之间的显著相关性。这些关联与IL－6和骨测量之间的关联是平行的，但与TNF－α和骨密度无关。这说明IL－6既增加 hs－CRP，又影响骨丢失/再吸收，hs－CRP 无独立作用。也可能与其他因素有关，因为调整IL－6后hs－CRP的变化仍与机体总BMD的变化显著相关。目前尚不清楚hs－CRP本身是否是骨丢失的介导因子，类似于其在动脉粥样硬化中的作用［15］。

本次研究提供了直接的证据，证明老年人的骨质流失与低度的炎症有关，可用于鉴别骨组织快速失活的人群。最后，考虑到HRT不推荐用于预防和治疗老年女性骨质疏松症、双膦酸盐由于具有对心血管的副作用不能用于预防骨密度正常的受试者骨折，靶向抗炎治疗尤其是抗IL－6治疗［16］可能是合适的替代干预措施。到目前为止，TNF－α抗体在RA、脊椎关节病和克罗恩病患者中的治疗有助于阻止骨质流失，但尚不清楚是由于对疾病的影响还是直接对骨骼造成的。本研究的优势是对在两种情况下炎症标志物的测量，使得能够评估这些标志物随时间产生的变化。血清中天然拮抗剂对炎症标志物的影响可能小于这些标志物的横断面水平。此次研究不仅评估了全髋关节和腰椎的骨质流失，还评估了全身的骨质流失，并发现IL－6存在一致的相关性。

当然本研究也存在一定的局限性。首先，样本量小，不允许检查骨标志物的弱相关性，也不能提供足够大的骨折样本。既往研究报道血清hs－CRP水平是骨质疏松性骨折的重要预测因子，最近的研究［17］表明，血清 IL－6和 TNF－α 可能与老年男性和女性骨折风险增加有关(不显著);其次，基线的应答率为57%，这可能是由于每次3 h访问的广泛协议所致，确实为选择性偏差留下了可能性，而选择性偏差可能是RA高流行的区域。然而，尽管样本中包含一些疾病的受试者，但在调整分析以适应疾病状态时，结果基本没有变化，或者这些受试者被排除在外，也往往有很高的保留率(82%)来取消这个设置;第三，没有测量骨形成标志物和血清雌激素水平，因此无法确定本研究中骨形成和雌激素在炎症标志物和骨丢失之间联系中的作用;第四，平均2.9年的随访时间并不长，因此在更长的时间内不能确定这些关联。

综上所述，本研究证实炎症标志物水平(尤其是IL－6)的变化可预测骨丢失，提示靶向抗炎治疗可能对预防骨质疏松症具有潜在作用。