血清炎症因子与膝骨关节炎MRI影像学特征有一定的相关性

喻 刚，吴威甫，周 燕，刘 建

1遂宁市中医院骨科，四川 遂宁 629000；2成都市第三人民医院放射科，四川 成都610031

膝骨关节炎（KOA）在中老年中较常见，主要表现为关节反复疼痛、肿胀、畸形及行动受限等，对患者生活质量有较大影响［1］。KOA早期较难发现，若不能及时治疗，将出现关节功能丧失甚至致残，发病率高、治疗难度大［2］。临床诊断常采用X线、MRI等辅助诊断KOA，X线检查是临床诊断KOA的“金标准”，但KOA是由关节软骨纤维化、溃疡、脱失等引起的关节病变，早期诊断X线准确性较低。MRI对非骨性病变的诊断具有较高的准确性［3-5］。既往研究表明，血清炎性因子在KOA的发生发展关系密切［6-7］。然而，现阶段关于KOA患者MRI影像学特征及血清炎性因子联合评估患者病情报道较少，二者能否作为KOA早期诊治的依据尚无定论。为进一步明确KOA患者MRI影像学特征及血清炎性因子水平的相关性，继而分析其对KOA病情进展的评估作用，本研究通过探讨KOA患者MRI影像学特征及血清炎性细胞因子水平，并分析其相关性，以期为临床提供早期诊治依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年1月～2021年5月于我院收治的膝骨关节炎患者作为研究对象，所有患者均进行膝骨关节MRI检查。纳入标准：诊断符合《骨关节炎诊治指南》［8］：①近1月内膝关节疼痛反复；②年龄＞40岁；③晨僵时间低于30 min；④X线检查提示关节间隙变窄，软骨下骨硬化或囊性变、关节骨赘形成；⑤关节液（≥2次）呈清亮、黏稠状，且白细胞小于2000/mL；⑥活动时可闻骨摩擦音。满足①②或①③⑤⑥或①④⑤⑥者，可确诊为KOA；认知及沟通正常，可配合检查。排除标准：患有严重脏器性病变者；精神障碍；严重慢性疾病；化脓性关节炎。根据以上标准，共纳入KOA患者120例，同期健康体检人员90例，分别设为研究组和对照组，两组一般资料具有可比性（P＞0.05，表1）。本研究已通过我院伦理委员会审批。

表1 两组一般资料比较Tab.1 Comparison of general data of two groups

1.2 方法

所有入组人员均进行膝关节MRI检查，具体检测方法如下：

MRI扫描及测量：采用GE Signa 1.5T超导型MRI扫描仪，选用膝关节表面线圈。入组人员均呈仰卧位，保持双腿自然伸直，膝关节外旋15°，分别对冠状位、斜矢状位及横轴位进行常规扫描。冠状面为：GRE T1WI，TR 300 ms，TE 10 ms；矢状位扫描参数具体如下：SE TIWI，TR 420 ms，TE 18 ms；FSE T2WI，TR 3000 ms，TE 105 ms；IRFSE序列，TR 4100 ms，TE 120 ms；同时设置层厚4 mm，层间距1 mm，将图像传输到工作站。扫描及测量均由同一名放射科主治医师以上职称者进行，测量两次取其平均值。

1.3 观察指标

1.3.1 膝关节软骨病变程度 采用Rchcht MRI软骨病变分级标准评估膝关节软骨病变程度：4级，软骨圈层缺损或剥脱，软骨下骨暴露同时出现/未出现软骨下骨质信号改变；3级，软骨表面轮廓重度不规则，软骨缺损深度超过全层厚度的1/2；2级，软骨表面轮廓轻至中度不规则，软骨缺损深度小于全层厚度1/2；1级，软骨分层结构消失，软骨内伴有局限性低信号区；0级，关节软骨呈现正常状态，软骨弥漫性均匀变薄，表面光滑。

1.3.2 膝关节滑膜病变程度 参照Walther滑膜病变分级对病变关节滑膜程度进行划分，具体如下：1级，厚度小于2 mm且滑膜无增生；2级，厚度2～5 mm，滑膜轻度增生；3级，厚度5～9 mm同时滑膜中度增生；4级，厚度大于9 mm，滑膜高度增生。

1.3.3 血清炎症因子水平 采集5 mL所有入组人员晨起空腹静脉血，3000 r/min，离心10 min，取上清液，于-20 ℃冷冻保存。采用酶联免疫吸附法检测两组血清的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1（IL-1）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）表达水平，所有操作均严格按照试剂盒（深圳晶美生物公司）要求进行。

1.4 统计学分析

采用SPSS 软件对数据进行分析，计量资料以均数±标准差表示，组内及组间比较采用t检验；计数资料以n(%)表示，组间比较采用卡方检验；相关性分析采用Pearson相关分析法。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 KOA患者膝关节MRI检查结果

根据是否有滑膜炎将研究组分为I组（滑膜炎，n=71）和Ⅱ组（无滑膜炎，n=49），I组所有患者均存在软骨病变，且66.20%为2级软骨病变，而Ⅱ组患者有5例无软骨病变，病变患者59.18%为1级。I组软骨厚度低于Ⅱ组（P＜0.001，表2）。

表2 KOA患者膝关节MRI检查结果对比Tab.2 Comparison of MRI results of knee joint in patients with KOA

2.2 病例分析

患者女，52岁，经右膝关节MRI平扫（矢状、横断、冠状-PDW；冠状-T1W）结果显示：右膝关节对位尚可，关节间隙稍狭窄，关节组成骨质边缘增生，股骨髁、胫骨内侧平台及髌骨后缘软骨变薄，部分欠连续，关节面下片状骨髓水肿及小囊变，初步诊断右膝关节退行性改变，髌骨软化。右膝内、外侧半月板前、后角内小点状高信号影未达关节面，考虑变性/损伤，1级。右膝前、后交叉韧带及内、外侧副韧带形态、信号未见异常。右膝关节囊内少量积液，髌下脂肪垫水肿，关节前方软组织稍肿胀（图1～2）。

图1 右膝内外侧半月板MRI平扫Fig.1 MRI plain scan of medial and lateral meniscus of right knee.

2.3 血清炎性因子水平对比

血清中IL-1β、IL-6和TNF-α表达水平对照组＜Ⅱ组＜I组（P＜0.001），IL-10 表达水平Ⅱ组＜I组＜对照组（P＜0.001，表3）。

表3 三组血清炎性因子水平对比Tab.3 Comparison of serum inflammatory factors in three groups（pg/mL,Mean±SD）

2.4 KOA患者MRI软骨分级与血清炎性细胞因子相关性

I组血清炎性细胞因子中IL-1β、IL-6 和TNF-α与MRI 软骨分级呈正相关（r=0.387、0.289、0.426，P＜0.001），IL-10无相关性（P＞0.05）；Ⅱ组血清炎性细胞因子中仅IL-1β与MRI 软骨分级呈正相关（r=0.509，P＜0.001），IL-6、IL-10和TNF-α均无相关性（P＞0.05，表4）。

表4 KOA患者MRI软骨分级与血清炎性细胞因子相关性Tab.4 Correlation between MRI cartilage grading and serum inflammatory cytokines in patients with KOA

图2 右膝前后韧带MRI平扫Fig.2 MRI plain scan of anterior and posterior ligaments of the right knee.

2.5 KOA合并滑膜炎患者MRI软骨厚度、滑膜厚度与血清炎性细胞因子相关性

KOA合并滑膜炎患者MRI滑膜厚度与血清炎性细胞因子中IL-1β、IL-6 和TNF-α呈正相关关系（r=0.497、0.425、0.506，P＜0.05）；MRI软骨厚度与血清炎性细胞因子中IL-1β和TNF-α呈负相关关系（r=-0.503、-0.313，P＜0.01，表5）。

表5 KOA合并滑膜炎患者MRI软骨厚度、滑膜厚度与血清炎性细胞因子相关性Tab.5 Correlation between MRI cartilage thickness,synovial thickness and serum inflammatory cytokines in patients with KOA complicated with synovitis

3 讨论

KOA是关节软骨发生变性与磨损从而对膝关节造成损害，主要表现为关节疼痛、弹响、红肿、积液等，不及时治疗可导致关节畸形甚至残疾，对患者生活质量产生严重影响［9-10］。早期准确诊断与治疗可提高治疗效果，减轻经济压力，改善患者生活质量［11］。因KOA是一种关节病变且早期症状不明显，X线检查对疾病早期准确性较低。既往研究均显示，MRI对软骨、关节囊等非骨性病变有较高的诊断效能，可作为临床无创辅助诊断方法。KOA是一种炎性反应，血清炎性因子直接参与其发病过程，引发关节肿胀、疼痛等症状体征［12］。因此血清炎性因子水平对KOA意义重大，但现阶段关于血清炎性因子与MRI相关性研究较少。本研究通过探讨KOA患者MRI影像学特征及血清炎性因子表达间相关性，为临床提供一定的参考。

本研究结果显示，I组所有患者均存在软骨病变，且66.20%为2级软骨病变，而Ⅱ组患者有5例无软骨病变，病变患者59.18%为1级，I组软骨厚度低于Ⅱ组。表明59.17%的KOA患者出现滑膜炎，且滑膜炎患者均出现软骨病变，软骨厚度低于无滑膜炎患者，滑膜炎是导致关节软骨病变的重要影响因素，且软骨病变分级越高，其软骨磨损越严重，这与既往研究［13］结果相类似。

3组血清学指标对比结果显示，血清中IL-1β、IL-6和TNF-α表达水平均为对照组＜Ⅱ组＜I组，IL-10表达水平为Ⅱ组＜I组＜对照组，这与既往研究结果相一致［14］，表明上述炎性因子确实参与KOA疾病的发生、发展过程。IL-6是多效性细胞因子，对多种细胞的生长与分化均有调节作用，同时还可调节免疫应答和急性期反应，IL-6在多种疾病时有明显改变，其表达失调可引起许多疾病，当机体感染后，细菌含量升高，会刺激IL-6升高［15-16］。IL-10是一种炎性抑制因子，通过T辅助细胞降低宿主反应，抑制促炎因子IL-6的过度表达，降低IL-6对病原微生物的清除能力［17］。IL-1β与TNF-α可促进膝关节软骨基质降解和软骨破坏，IL-1与TNF-α互为拮抗作用，此二者水平升高表明患者炎症状态较严重［18］。本研究结果中滑膜炎患者IL-1β、IL-6和TNF-α表达水平高于无滑膜炎患者且高于健康人员与上述相符合。既往有研究显示晚期OA滑膜炎MRI厚度分级与膝关节功能、KOA疼痛分级与影像学相关性分析［19-21］，而对于KOA患者血清炎性因子与MRI软骨分级、滑膜厚度的相关性未见报道。本研究进一步分析KOA患者MRI软骨分级、软骨厚度及滑膜厚度与血清炎性因子水平的相关性，结果显示：I组血清炎性细胞因子中IL-1β、IL-6和TNF-α与MRI软骨分级呈正相关；Ⅱ组血清炎性细胞因子中仅IL-1β与MRI软骨分级呈正相关；KOA合并滑膜炎患者MRI滑膜厚度与血清炎性细胞因子中IL-1β、IL-6和TNF-α呈正相关；MRI软骨厚度与血清炎性细胞因子中IL-1β和TNF-α呈负相关。这进一步证实了膝关节MRI表现、血清炎性因子水平可作为KOA发病的危险因素。

综上所述，MRI可较好的鉴别KOA，血清炎性因子表达水平可见患者炎症程度，且膝关节MRI表现与血清炎性因子间具有一定的相关性，临床诊断KOA应结合二者检查结果。本研究存在一定的局限性，未对膝关节MRI表现、血清炎症因子单独或联合检测对KOA患者病情进展的评估进行分析，后续应予以深入研究。