绝经后骨质疏松症女性血清IL-31和腰椎、股骨颈骨密度相关性研究

张晓越 王小红 王长平

1.甘肃省庆阳市人民医院，甘肃 庆阳 745000 2.甘肃省庆阳市第二人民医院，甘肃 庆阳 745000

越来越多的证据表明免疫系统与骨骼之间存在关联[1]。免疫系统与骨组织细胞之间存在相互影响，这是由共享受体、可溶性分子和信号传导途径介导的[1]。T细胞是公认能够诱发破骨细胞和成骨细胞失衡的关键调节剂[2]。白细胞介素31(IL-31)是近十年发现的一种细胞因子，属于gp130/IL-6细胞因子家族[3]，并倾向Th2表型的活化记忆CD45RO+T淋巴细胞表达[4]。IL-31能刺激促炎性细胞因子、趋化因子和基质金属蛋白酶的分泌[5]。此外，已经有研究观察到IL-31可以在无巨噬细胞的系统中对Th1和Th17的分化产生正向和负向影响[5]。这些数据表明IL-31通过调节抗原呈递细胞或更直接地调节T细胞自身来调节免疫应答的潜在功能。IL-31涉及皮肤病理[6]、炎症性肠病[7]、变态反应[5]、呼吸道炎症[8]和某些类型的肿瘤[9]，但尚未研究其在绝经后骨质疏松症中的作用。因此，本研究的目的是为了探索IL-31和绝经后骨质疏松症关系。

1 材料和方法

1.1 研究方案

本研究纳入2018年1月至2019年12月在甘肃省庆阳市人民医院就诊(年龄为50～75岁)的健康绝经后女性参加本研究。对于绝经后骨质疏松症患者，纳入标准为：(1)绝经超过5年；(2)OP患者的平均BMD至少比正常成年人低2.5个标准差。排除标准：使用过或正在使用骨代谢的药物或保健品，例如激素、骨质疏松症药物或钙和维生素D补充剂；服用可能影响维生素K代谢的肝素或华法林；患有内分泌或其他内科疾病如甲状腺疾病、甲状旁腺疾病、钙和骨代谢异常、自身免疫疾病、肾、心血管、脑血管疾病和恶性肿瘤。本研究得到医院伦理委员会的批准，所有参与者均签署书面知情同意书。

1.2 一般临床资料的收集

根据问卷调查结果和病历记录收集参与者的相关信息。受试者脱掉衣服和鞋子，换上检查服，通过使用标准的身高和体重检测仪器测量其高度，精确到0.1 cm，并且其重量精确到0.1 kg。体质量指数(BMI)通过将体重(kg)除以身高(m)的平方获得。使用XR-600 双能X线骨密度仪对患者的腰椎(L1～4)和左侧股骨颈BMD进行检测。

在受试者禁食12 h后收集血样。通过使用自动化学分析仪(AU-5400；Olympus Optical Co，Tokyo，Japan)测量钙和磷。骨碱性磷酸酶(BAP)、骨钙素(BGP)和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP-5b)的水平通过酶联免疫吸附测定(ELISA，R&D，USA)进行测定。批内CV分别为3.5%～4.2%、3.6%～4.7%、3.1%～4.7%和3.0%～5.4%，批间CV<6.6%。使用自动Roche电化学发光系统测量I型胶原交联N-末端肽(NTX-1)和25-羟基维生素D[25(OH)D]。批内CV分别为3.6%～4.7%、3.1%～4.3%、4.1%～5.2%和3.3%～5.5%，批间CV<5.6%。根据制造商的说明使用标准夹心ELISA试盒IL-31试剂盒(USCN LIFE SCIENCE，Houston，TX，USA)检测IL-31浓度。批内和批间变异系数(CV)分别为<1.9%和<2.7%。

1.3 统计学分析

根据变量的特征使用均数±标准差或比例(%)表示。对于非正态分布的变量，以四分位数范围(25%～75%)表示。对Kolmogorov-Smirnov检验后确定为非正态分布的变量进行对数转换。根据变量的特征使用独立t检验，χ2检验或Mann-WhitneyU检验来比较骨质疏松组和正常骨密度组之间的差异。使用Pearson相关系数研究血清IL-31水平与其他变量之间的相关性。使用IL-31作为因变量，其他参数是自变量，进行逐步多元回归分析寻找血清IL-31浓度与其他变量之间的独立关系。所有数据均使用SPSS 19.0进行分析，P<0.05表示比较有统计学意义。

2 结果

研究人群的人口学和临床特征如表1所示。绝经后骨质疏松症(PMOP)患者的绝经年龄、体重、身高和体重指数与健康对照组(NBMD)比较差异无统计学意义(P均>0.05)。绝经后骨质疏松症组年龄、血清IL-31、TRACP-5b和NTX水平均显著高于对照组(P均<0.05)。绝经后骨质疏松症组血清BAP和BGP水平明显高于对照组(P均<0.05)。绝经后骨质疏松症患者血清25(OH)D水平明显低于对照组 (P<0.05)。

表1 研究人群的特征和生化检测结果Table 1 Characteristic and biochemical data

绝经后骨质疏松组女性血清IL-31水平与年龄、BMI、BAP、BGP、TRACP-5b、NTX和25(OH)D呈正相关；而对照组女性血清IL-31水平与年龄、BMI、BGP和NTX呈正相关，与其他指标未发现相关性；偏相关分析校正年龄和BMI后，绝经后骨质疏松组女性血清IL-31水平与BAP、BGP、TRACP-5b、NTX和25(OH)D仍然呈正相关；而对照组女性血清IL-31水平仅仅与BGP和NTX呈正相关。见表2。

表2 血清IL-31水平与人体测量学和实验室变量之间的双变量相关分析Table 2 Bivariate correlation analyses between serum IL-31 levels and anthropometric and laboratory variables

在绝经后骨质疏松患者中，股骨骨密度(FBMD)与年龄、IL-31、BAP、TRACP-5b和NTX呈负相关。同样，腰椎骨密度(LBMD)与年龄、IL-31、BAP、TRACP-5b和NTX呈负相关；而对照组FBMD与年龄、IL-31呈负相关。同样，LBMD与年龄、IL-31呈负相关(表3)。在偏相关分析中调整年龄和BMI后，对照组IL-31与FBMD呈负相关；对照组IL-31与LBMD(R=-0.339，P<0.01)同样呈负相关。然而，在绝经后骨质疏松组患者中，FBMD及LBMD均与IL-31、BAP、TRACP-5b和NTX之间有显著的负相关性。

表3 骨密度与血清IL-31水平和人体测量学和实验室变量之间的双变量相关分析Table 3 Bivariate correlation analyses between bone mineral density and serum IL-31 levels and anthropometric and laboratory variables

3 讨论

本研究表明，与正常骨密度组成的对照组相比，绝经后骨质疏松症患者的血清IL-31水平显著升高；同时发现这类患者血清BAP和BGP水平明显升高，同时血清TRACP-5b和NTX水平显著升高。进一步研究发现血清IL-31水平与年龄、BMI、BAP、BGP、TRACP-5b、NTX和25(OH)D呈正相关，股骨和腰椎骨密度与IL-31呈负相关。

年龄和雌激素缺乏可能是发生骨质疏松症的两个最重要的危险因素，尽管骨密度降低可能与不同的病理条件有关[10]，而且在这些因素中，最基本的决定因素的影响比其他因素更普遍。据报道，某些细胞因子的水平与骨质疏松症的发生可能存在相关性[11]。重要的例子是绝经期骨质疏松症雌激素缺乏导致干扰素-γ、白细胞介素-6和白细胞介素-17的产生[12]或肿瘤坏死因子-α在类风湿性关节炎继发性骨质疏松症中的作用[13]。本研究证明了绝经后骨质疏松症妇女中IL-31血清水平升高，发现这种细胞因子似乎与绝经后骨质疏松症有关。正如研究中发现血清IL-31水平与年龄呈正相关，再次证实年龄是IL-31的独立预测因子。

本研究结果证实了IL-31水平与年龄之间的关系，这反映在老年患者中这种细胞因子的水平较高。这些发现为更好地了解IL-31在衰老以及与年龄有关的疾病中的多种功能打开了一扇门，并为衰老过程中骨吸收与IL-31之间的联系提供了证据，表明IL-31在老年骨质疏松症的独特作用。IL-31及其受体参与造血祖细胞稳态的调节，特别是与髓系祖细胞的稳态有关[3]，它们也是破骨细胞(专门用于骨吸收的细胞)的常见前体[14]。另外，这种细胞因子能够诱导单核细胞活化[3]。据报道，IL-31增加了促炎基因的转录，并在活化的人单核细胞和巨噬细胞中诱导了促炎作用[5]。

据报道，多种细胞因子和转录因子与骨质疏松症的发生有关，其中一些受到IL-31的调节[5，15]。几项研究表明，IL-31刺激破骨细胞生成因子、趋化因子和基质金属蛋白酶的分泌[5，15]，所有这些都与破骨细胞的分化、募集和功能有关，因此其是破骨细胞在骨重塑过程中的关键调控因子。特别指出的是IL-31可以促进促炎性因子IL-1β、IL-6和趋化因子CXCL1、CXCL8、CCL2和CCL18的释放[3]。这些数据表明，IL-31可能充当促炎细胞因子，参与破骨细胞前体的募集和免疫介导的骨吸收。IL-31的作用在某种程度上可与IL-17 A媲美：这两种细胞因子在刺激具有骨骼吸收能力的促炎症因子和趋化因子的分泌方面显示出累加作用[16]。而且，促炎细胞因子反过来增加了IL-31及其受体复合物的表达。在用IFNγ、IL-1β和TNF-α刺激后，已显示出IL31、IL31Rα和OSMR基因表达的最强上调[16]。随着年龄增长而增加的活性氧也能刺激T细胞，单核细胞和单核细胞衍生的树突状细胞中IL-31的表达，诱导炎症反应，从而增强与年龄有关的骨吸收[17]。正如本研究中发现代表破骨细胞活性标志物TRACP-5b和NTX水平、IL-31呈正相关。

总的来说，本研究揭示了IL-31水平升高与绝经后骨质疏松发生有关。但是由于研究样本量和纳入人群的特异性，因此需要进一步加大样本量和选取不同性别年龄的人群加以研究确认本研究的正确性。