软骨寡聚基质蛋白和Ⅱ型胶原羟基端交联肽作为膝骨关节炎生物标志物的Meta分析

冯程钦 曾平 刘金富 黄佳兴

(广西中医药大学 1研究生学院，广西 南宁 530299；2第一附属医院)

膝骨关节炎(KOA)是一种以关节软骨变性为特征的慢性退行性疾病。在全球的患病率约为3.8%〔1〕。在中国，KOA的患病率约为18%〔2〕。鉴于全球人口老龄化越来越严重，KOA的患病率预计在未来几年将持续上升。但目前KOA的病因尚不明确，早期诊断存在较大的困难〔3〕。到目前为止，诊断KOA最成熟的方法是使用平面X线，可以观察关节间隙宽度(JSW)、骨赘和软骨下骨的重塑情况。然而，当X线观察到JSW的改变时，KOA往往已经进展到中晚期，关节软骨出现不可逆损伤。一项回顾性研究发现，X线诊断和临床诊断之间的一致性<10%〔4〕。磁共振成像(MRI)被认为是监测KOA的最佳方法，在诊断KOA方面优于X线，能更好观察关节内软骨和滑囊的改变〔5〕。但由于其价格较为昂贵，患者接受能力差，尚未能普及。超声(US)也是一种有效的关节软组织结构可视化技术，但由于声学阴影的存在，超声只能对整个关节进行可视化〔6〕，不能进行早期诊断。有研究表明早期治疗有利于KOA患者的恢复〔7〕。因此，寻找一种能够早期诊断KOA并适用于大多数患者的无创、廉价、准确的评估方法至关重要。生物标志物是指关节软骨、软骨下骨和滑膜组织基质代谢过程中分泌到生物液体中的分子，如促炎和抗炎细胞因子、分解代谢酶、软骨和骨周转率标志物等，研究表明生物标志物对KOA的早期诊断和疾病的监控起重要作用〔8，9〕。软骨寡聚基质蛋白(COMP)和Ⅱ型胶原羟基端交联肽(CTX-Ⅱ)作为软骨代谢的副产物，当软骨病变时释放到生物体液中，有研究表明COMP和CTX-Ⅱ是目前对于诊断KOA最有价值的生物标志物之一〔10〕。COMP是血小板反应蛋白基因家族的五聚亚群成员，是一种细胞外基质(ECM)糖蛋白，从软骨中分离出来并在多种组织中表达：肌腱、韧带、滑膜、肌成纤维细胞和活化的血小板等〔11〕。Ⅱ型胶原是软骨基质的主要成分，其合成和分解与软骨代谢密切相关。CTX-Ⅱ是Ⅱ型胶原裂解产生的分子片段，是一种能够反映关节组织病理变化和代谢的生物标志物，可以在尿液、血液和滑液中检测到〔9，12〕。有研究表明尿CTX(uCTX)-Ⅱ比血清CTX-Ⅱ的敏感度更高〔13〕，而尿标本相对于关节滑膜液更容易获得，所以uCTX-Ⅱ有更高的可靠性。近年来，血清COMP(sCOMP)和uCTX-Ⅱ在KOA的诊断中受到了广泛的关注，国内外研究表明在KOA疾病中sCOMP和uCTX-Ⅱ水平明显高于健康人〔14～56〕。但是由于单个研究样本量相对较小，研究的统计能力有限。本Meta分析通过检索目前发表相关的研究，旨在评估sCOMP和uCTX-Ⅱ作为KOA生物标志物的诊断价值及Kellgren-Lawrence (K-L)分级中sCOMP和uCTX-Ⅱ水平与KOA疾病严重程度的相关性。

1 资料和方法

1.1检索策略 系统检索PubMed、EMBASE、Web of Science、中国生物医学文献数据库(CBM)、中国学术期刊全文数据库(CNKI)、万方、维普等数据库，检索KOA与sCOMP或uCTX-Ⅱ关系的病例研究，检索截止日期为2019年2月。采取主题词加自由词检索，中文检索词：“关节炎”、“膝骨关节炎”、“Ⅱ型胶原的C端交联末端肽”、“软骨寡聚基质蛋白”，英文检索词：“osteoarthritis”、“knee osteoarthritis”、“KOA”、“cartilage oligomeric matrix protein”、“COMP”、“C-terminal cross-linked telopeptides of type Ⅱ collagen”、“CTX-Ⅱ”。筛选从最初搜索中获得的所有文献摘要。如果摘要没有包含足够的信息来分析包含或排除该研究，则查看全文。所有研究没有关于发表日期、研究设计和患者种族的限制。

1.2文献纳入标准 ①研究对象确诊为临床KOA，有健康对照组；②研究KOA发病进展与sCOMP或uCTX-Ⅱ浓度的关系；③可提取或计算sCOMP或uCTX-Ⅱ参数；④KOA患者的严重程度采用K-L分级。

1.3文献排除标准 ①重复性研究、重复发表的文献；②综述文献、个案报道、会议摘要；②排除动物实验研究；④纽卡斯尔-渥太华量表(NOS)评分<6分〔57〕；⑤先前使用药物治疗KOA患者的研究。

1.4文献筛选 数据由两位独立研究者按文献的纳入和排除标准对文献资料进行提取，交叉核对，如意见不一致则相互讨论或由第3名研究者协助。文献提取信息包括：一般资料、KOA和对照组患者数量、K-L级分组数量、sCOMP和uCTX-Ⅱ的均值和标准差、检测方法、研究所在地区。sCOMP和uCTX-Ⅱ水平是本研究关注的指标。在纳入的大多数研究中，对于sCOMP的比较单位多为ng/ml、pg/ml、μg/ml、mg/ml〔14～39〕，也有一些研究的比较单位为U/L〔40～44〕，uCTX-Ⅱ的比较单位多为ng/mmol〔41，45～51〕，少数为ng/ml、pg/ml、μg/mol、ng/L、nmol/L〔24，52～56〕。本研究提取不同计量单位sCOMP和uCTX-Ⅱ浓度，采用标准化均值差异(SMD)模型进行数据组合。

1.5质量评价 采用NOS〔57〕评价纳入研究的质量，满分是9分，评分≥ 7分则认为是高质量研究，适合进行Meta分析。

1.6统计分析 统计分析均使用RevMan5.3统计软件进行。对KOA患者与健康对照组进行组间比较分析，亚组分析是基于K-L分级对比各期sCOMP和uCTX-Ⅱ水平的差异，同时根据地区分组，观察各地区sCOMP和uCTX-Ⅱ水平的差异，统计分析采用χ2检验进行比较，并将其作为森林图。当研究间存在较大异质性(I2>50%)时，采用随机效应模型进行数据计算。相反，当I2<50%时，采用固定效应模型。敏感性分析是通过每次删除一个研究来观察每个研究对总体结果的影响，并验证汇集效应的稳定性。根据K-L分级进行亚组分析，比较疾病严重程度，以确定该生物标志物的实际临床表现。

2 结 果

2.1文献检索结果 按检索策略检索数据库，流程见图1。共纳入42篇文章，共纳入7 298例患者，其中病例组3 756例KOA患者，对照组3 542例健康人。其中Sowers等〔40〕提供了两组数据，分别为1997年和2009年统计的数据值，后文标注Sowers等〔40〕1997和Sowers等〔40〕2009。见表1。

图1 文献检索流程

2.2Meta分析结果

2.2.1sCOMP水平与KOA发生率的相关性 31项〔14～42，56〕研究的汇总分析显示，与对照组相比，KOA患者sCOMP显著升高〔SMD=1.22，95%CI(0.89～1.55)，P<0.000 01，图2〕。提示KOA患者sCOMP浓度较健康人升高。由于I2=96%，显示异质性较大，进行敏感性分析，敏感性分析采取逐篇排除文献法，观察每个研究对总体结果的影响，并验证汇集效应的稳定性，显示合并SMD在1.11～1.26，I2在94%～96%，结合森林地形图和敏感性分析显示，当忽略每一项研究时，SMD和I2值均无明显变化。

表1 纳入文献的基本特征

续表1 纳入文献的基本特征

2.2.2sCOMP水平与KOA疾病严重程度比较 根据K-L分级行亚组分析，K-L 0、1级与对照组比较显示〔SMD=1.41，95%CI(0.10～2.71)，P=0.03〕，提示K-L 0、1级KOA患者sCOMP水平明显高于健康人；K-L 2级KOA患者比K-L 0、1级患者sCOMP水平显著升高〔SMD=0.73，95%CI(0.38～1.08)，P<0.000 1〕。见图3。

图2 sCOMP水平与KOA发生率的Meta分析结果

图3 sCOMP水平与KOA疾病严重程度相关性Meta分析

将K-L 3、4级与K-L 2级KOA患者的sCOMP进行比较，显示〔SMD=0.29，95%CI(0.04～0.55)，P=0.02〕，I2=61%，异质性较大，结合森林地形图和敏感性分析显示，异质性来源可能是李恒等〔32〕的研究，见图3。忽略李恒等〔32〕的研究结果，合并结果由〔SMD=0.29，95%CI(0.04，0.55)，P=0.02〕变为〔SMD=0.23，95%CI(0.09～0.37)，P=0.001〕，I2值由61%降至0%。合并统计显示，随着KOA疾病的加重，sCOMP水平呈上升趋势。对不同地区行亚组分析，分析结果如表2所示，sCOMP与KOA疾病严重程度在各个地区均有统计学意义，在亚洲更具有检验价值。

2.2.3uCTX-Ⅱ水平与KOA发生率的相关性 15项〔24，43～55〕研究的汇总分析显示，与对照组相比，KOA患者uCTX-Ⅱ显著升高〔SMD=1.12，95%CI(0.68～1.57)，P<0.000 01，图4〕，由于I2=97%，显示异质性较大，进行敏感性分析，结合森林地形图和敏感性分析显示，异质性来源可能是张军峰等〔24〕、丁朋等〔50〕、颜世昌等〔55〕和Xu等〔53〕的研究，在忽略上述研究结果，合并结果由〔SMD=1.12，95%CI(0.68～1.57)，P<0.000 01〕变为〔SMD=0.51，95%CI(0.32～0.70)，P<0.000 01〕，I2值由97%降至76%。

表2 根据不同地区对sCOMP和uCTX-Ⅱ与KOA发病率的亚组分析

图4 uCTX-Ⅱ水平与KOA发生率的Meta分析结果

2.2.4uCTX-Ⅱ水平与KOA疾病严重程度比较 根据K-L分级行亚组分析，K-L 0、1级与对照组差异无统计学意义〔SMD=0.82，95%CI(-0.42～2.07)，P=0.19〕；K-L 2级与K-L 0、1级差异无统计学意义〔SMD=0.70，95%CI(0.28～1.67)，P=0.16〕。K-L 3、4级与K-L 2级KOA患者的uCTX-Ⅱ进行比较，显示〔SMD=0.96，95%CI(0.38～1.55)，P=0.001〕，I2=87%，见图5，显示异质性较大，进行敏感性分析，当我们忽略每一项研究时，没有发现不一致的结果。合并统计显示，随着KOA症状的加重，uCTX-Ⅱ水平有上升趋势。对不同地区行亚组分析，分析结果见表2，uCTX-Ⅱ与KOA疾病的发病率在各个地区均有统计学意义(均P<0.05)，在亚洲更具有检验价值。

图5 uCTX-Ⅱ水平与KOA疾病严重程度相关性Meta分析

3 讨 论

KOA是一种退行性疾病，疾病的进展较为缓慢，但是对于疾病的发生和发展需要快速准确的检测指标，能够早期诊断疾病和及时观测治疗的效果。在KOA的早期，病理改变的特征是软骨基质的蛋白水解破坏，软骨表面的纤颤和侵蚀，随后向滑膜液中释放分解产物(蛋白聚糖和胶原碎片)〔9〕，所以在KOA的早期，检测生物标志物是一种切实可行的方法，能够更好地反映关节软骨、滑囊的改变，早期诊断，早期治疗，减缓KOA的发生。

本研究结果显示KOA患者的sCOMP和uCTX-Ⅱ水平较健康人显著升高，但研究存在相当大的异质性，行敏感性分析，逐篇排除文献结果后，观察结局指标。在检测sCOMP的研究中未发现明显的异质性来源。考虑纳入研究较多，来自不同的国家和地区，存在种族的差异性，研究纳入的患者疾病严重程度也不一样，所以针对不同地区行亚组分析，各个地区的研究结果汇总均有统计学意义，在亚洲更具有检验价值，但异质性没有完全消除。也有研究认为检测的方法和所使用的试剂盒是重要的影响因素〔57，58〕，虽然各研究都是使用酶联免疫吸附试验检测sCOMP，但所使用的试剂盒不尽相同。对于试剂盒的差异，由于各研究使用的试剂盒种类较多，不能行亚组分析。

在uCTX-Ⅱ研究的敏感性分析中，我们结合森林地形图，考虑异质性来源文献均来自亚洲，考虑可能存在地区的差异，Cheng等〔59〕研究认为种族差异对uCTX-Ⅱ的结果有影响。影响生物标志物水平的因素有很多，有研究表明生物标志物的水平随着性别、年龄、体内激素水平、正常活动的不同而出现波动〔20，29〕。Andersson等〔60〕研究表明，体育活动会影响KOA患者的COMP水平，运动后sCOMP的水平显著升高，在椅子上休息1 h后恢复到基线水平。 Tanishi等〔46〕研究发现，在KOA疾病的各个分级中女性uCTX-Ⅱ水平均高于男性，刘渊等〔28〕发现，KOA疾病中女性血清COMP和血清CTX-Ⅱ水平均高于男性，考虑这可能是体内激素的差异所导致的。

本研究发现sCOMP水平的比较，差异并不是很大，作为早期诊断的生物标志物仍有待大样本的、严谨的前瞻性研究。在uCTX-Ⅱ水平的比较中，P=0.19，差异无统计学意义，在张军峰等〔24〕研究显示KOA患者的uCTX-Ⅱ水平较健康人明显升高，而颜世昌等〔55〕研究显示KOA患者的uCTX-Ⅱ水平较健康人无差别，考虑纳入研究较少，结果可信度不高，所以sCOMP和uCTX-Ⅱ作为KOA早期诊断的生物标志物尚未明确。

sCOMP和uCTX-Ⅱ是否随着KOA的严重程度加重而增加也是备受关注，本研究结果示K-L2级比K-L0、1级KOA患者的uCTX-Ⅱ水平也升高，但无统计学意义。考虑该亚组分析只纳入3篇研究，样本量较少，不能得出确切的结论，但从研究的汇总结果显示，sCOMP和uCTX-Ⅱ的水平与KOA的严重程度密切相关，且随着疾病的进展而升高。但目前为止，暂无研究表明sCOMP和uCTX-Ⅱ哪个生物标志物与KOA的关联程度更高。但COMP和CTX-Ⅱ都是软骨代谢产物，而KOA的早期也表现为关节软骨的破坏，所以联合检测的准确性可能更高，未来需要大样本、多中心的前瞻性研究来验证。