血清相关炎症因子表达水平与老年膝关节骨性关节炎病情严重程度的相关性*

姚力偀 唐洁 郑洁 吴泳华 胡冬 陈刚

(绵阳市中心医院检验科,四川 绵阳 621000)

膝关节骨性关节炎(KOA)是中老年人常见的一种慢性骨关节病，其患病率在60岁以上人群中达50%，75岁以上人群中超过80%[1-2]。随着老龄化程度加重，KOA患病人群也在增多[2]。临床常以X片表现作为KOA患者病情严重程度的评估依据，但其灵敏度低，受主观影响因素多且难以标准化。而血清学检查简单便捷，客观灵敏，更有利于临床诊疗。KOA作为炎症性疾病，一系列炎症反应直接参与其发病过程，引发关节疼痛肿胀等症状体征[3]。故评估炎症因子水平，有利于观察老年KOA患者病情严重程度。目前KOA病理机制仍未被完全阐明，但普遍认为软骨损伤在KOA发病中具有重要作用[4]。基质金属蛋白酶及其特异性组织抑制因子、转化生长因子-β1(TGF-β1)均与关节软骨的降解和增殖分化密切相关[5]。基于此，本研究选取血清白介素-17(IL-17)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、TGF-β1、基质金属蛋白酶组织抑制剂-1(TIMP-1)作为观察指标，评估其与老年KOA患者病情严重程度的相关性，以期为临床诊治提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2019年1月～2019年12月我院收治的148例老年KOA患者临床资料，所有患者均行X线检查并行KL(kellgren Lawrence)分级，根据分级结果将患者分为轻中度组(KL2～3级)和重度组(KL4级)。纳入患者中KL分级：2级者11例、3级者45例、4级者92例。纳入标准：①符合KOA诊断标准[6]。②年龄>65岁。③根据影像学检查，KL分级≥2级。④临床资料完整者。排除标准：①合并器官功能障碍、心脑血管疾病、内分泌系统严重原发疾病者。②类风湿性、痛风性、感染性、创伤性关节炎者。③近期接受关节内药物注射治疗者。

1.2 方法 由研究者及研究小组收集KOA患者一般资料、实验室检测结果及X线影像学资料，由1名专业影像学医师根据X线片评估KL分级。比较不同KL分级患者实验室指标水平，采用spearman法分析实验室指标水平与KL分级的关系，绘制ROC曲线评估血清学指标诊断重度KOA的效能。

1.3 评估方法及标准 所有患者均进行X线检查，患者维持双下肢站立、膝关节完全伸直，X线球管以患者膝关节为中心进行透射，评估患者病情严重程度(KL分级)。KL分级：2级(轻度)，关节间隙可能变窄，明确的骨赘形成；3级(中度)，明确的关节间隙变窄，多处、中等量骨赘，软骨下骨质轻度硬化，关节骨轮廓可能变性；4级(重度)，关节间隙严重变窄，大量骨赘，软骨下骨质硬化极为明显，关节明显畸形[7]。所有患者均于入院次日采集空腹静脉血，采用酶联免疫法测定患者血清白介素-17(IL-17)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、转化生长因子-β1(TGF-β1)、基质金属蛋白酶组织抑制剂-1(TIMP-1)(试剂盒由上海信帆生物科技有限公司、上海谷研生物科技有限公司提供，仪器：AP-960全自动酶联免疫分析仪，日本协和医药株式会社生产)。

2 结果

2.1 患者一般资料对比 轻中度组KOA患者与重度组年龄、性别、体质量对比，差异均无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 不同病情严重程度KOA患者一般资料对比Table 1 Comparison of general data of KOA patients with different disease severity

2.2 不同病情严重程度KOA患者实验室指标水平比较 轻中度组IL-17、TNF-α、TIMP-1水平均低于重度组(P<0.05)，TGF-β1高于重度组(P<0.05)，见表2。

表2 不同病情严重程度KOA患者实验室指标水平比较Table 2 Comparison of laboratory indexes levels of KOA patients with different disease severity

2.3 实验室指标水平与KL分级的关系Spearman相关性分析显示，KL分级与IL-17、TNF-α呈正相关关系(P<0.05)，与TIMP-1、TGF-β1呈负相关关系(P<0.05)，见表3。

表3 实验室指标水平与KL分级的关系Table 3 Relationship between laboratory indexes levels and KL classification

2.4 实验室指标诊断重度KOA的效能 ROC曲线显示，IL-17、TNF-α、TGF-β1、TIMP-1均能诊断重度KOA(P<0.05)，其中TGF-β1的AUC最高，见表4、图1。

表4 实验室指标诊断重度KOA的效能Table 4 Efficacy of laboratory indexes in diagnosing severe KOA

图1 实验室指标诊断重度KOA的ROC曲线图Figure 1 ROC curves of laboratory indexes in the diagnosis of severe KOA

3 讨论

有文献指出，连续软骨细胞凋亡、滑膜炎和骨质破坏导致KOA进行性加重，在KOA发病期间，血清和关节液的炎症介质显著增加，且炎症因子的浸润在关节软骨的整个降解过程中持续[8]。其中TNF-α是软骨基质降解、滑膜损害的重要介质[9-10]，而IL-17有强大的致炎作用，因此本研究选取IL-17和TNF-α作为炎症因子观察指标。软骨基质的降解主要依赖蛋白酶，故蛋白酶及其抑制剂的代谢平衡紊乱是KOA发生病理改变的基础因素，基质金属蛋白酶及其抑制剂是目前被认为与KOA密切相关的蛋白酶之一[11]。而有研究显示，老年KOA患者TGF-β1水平与其病情严重程度呈正相关关系[12]。因此本研究选取TIMP-1、TGF-β1作为软骨代谢观察指标。本研究以X线片表现为基准，发现炎症因子、软骨代谢指标与KOA病情严重程度存在关联。

中老年人是KOA的主要患病群体，既往有文献显示BMI≥28是KOA发生的独立危险因素[13]。但本研究显示，轻中度组、重度组KOA患者之间，年龄、性别及体质量对比，差异均无统计学意义，说明年龄和BMI不是影响KOA患者病情严重程度的因素。在KOA病理机制相关影响因素中，本研究数据显示，重度组患者较轻中度KOA患者具有更高的IL-17、TNF-α水平。这说明重度KOA患者机体炎性因子高表达，相关性分析也显示出相同趋势，炎性因子浸润会促使KOA患者病情加重。Chen等[14-15]学者的研究也显示IL-17、TNF-α能反映KOA的严重程度和进展。IL-17主要由活化的Th17淋巴细胞产生，IL-17和TNF-α作为前炎性细胞因子，不仅能增强破骨细胞活性，抑制软骨基质合成，还会促进滑膜细胞分泌多种细胞因子，启动炎性反应，进一步加快膝关节软骨基质破坏速率[16-17]。本研究ROC曲线显示，IL-17和TNF-α诊断重度KOA的AUC均可达0.85以上，其中TNF-α特异性在四个指标中最高，即血清TNF-α水平异常高表达可作为KOA患者病情进展的持续监测指标。

TIMP-1是基质金属蛋白酶的移植物，广泛分布于机体组织及体液中，可1∶1与活化的基质金属蛋白酶结合，达到抑制蛋白酶降解软骨的目的[18]。在KOA组织中，TIMP与基质金属蛋白酶的数量不平衡，导致活性MMP的水平增加[19]；而TGF-β1有促进软骨生成的作用[20]，因此TGF-β1水平降低会导致软骨细胞增殖速度减缓。本研究结果显示，KL分级与TIMP-1、TGF-β1呈负相关关系，反映出软骨代谢在KOA发病及病情进展中均发挥重要作用。在KOA患者中，TIMP-1、TGF-1β1水平越低，与MMP比值失衡越严重，因此反映关节软骨代谢失调和软骨受损程度越高，致使KOA患者病情越严重。但回溯数据可发现，TGF-β1与KL相关系数在0.7以上，呈强相关关系，而TIMP-1与KL分级的相关系数仅为0.359。ROC曲线显示，TGF-β1在四个指标中AUC最高，而TIMP-1的AUC最低。这种数据差异在一定程度上说明了软骨生成退化与软骨降解抑制增长速度不相匹配，表明软骨代谢平衡被破坏，软骨生成退化是KOA病情加重中更重要的因素[21-24]。TGF-β1诊断重度KOA敏感性最高，TNF-α诊断重度KOA特异性最高。因此在临床实际应用中，应考虑将血清TGF-β1和炎性因子作为主要的病情变化血清学检测指标。X线片需站位诊断，在诊治和随访过程中具有一定限制性，且不利于反映短期内病情变化。而血清学检测方便快捷，创伤性也较小，作为定量指标能更好地反映短期内保守治疗效果。临床医师可考虑影像学和血清学的优劣势，根据患者实际情况进行选择。

4 结论

血清IL-17、TNF-α、TGF-β1、TIMP-1表达水平与老年KOA患者病情严重程度均存在相关性，其中IL-17、TNF-α与KOA病情严重程度呈正相关，TGF-β1、TIMP-1与病情严重程度呈负相关，均可作为诊断重度KOA的辅助指标，其中TGF-β1、TNF-α诊断效能更好。