IL⁃1β、IL⁃1和MMP⁃13在膝关节骨性关节炎中的表达及临床意义

郭健 邢乾龙 胡滨 张海勇 李涛

膝关节骨性关节炎（Knee osteoarthritis，KOA）是临床常见的一种慢性进行性骨关节疾病，在50岁以上的中老年人群中高发［1⁃2］。KOA 患者膝关节会出现反复疼痛，严重者关节活动受限、行走困难，甚至会导致残疾。近年来随着人口老龄化加剧，KOA 发病率呈不断上升趋势发展，引起较多学者对该病的重视，并对此病的发病机制进行不断深入研究。基质金属蛋白酶3（Matrix metalloprotein⁃3，MMP⁃3）是滑膜分泌的细胞因子，对金属蛋白酶和其它蛋白水解酶的合成起着重要的调节作用［3］。白介素1β（interleukin⁃1β，IL⁃1β）、白介素1（interleu⁃kin⁃1，IL⁃1）均为炎性滑膜组织分泌的主要炎症因子，可与组织细胞膜上相应的受体结合，发挥促炎功能［4⁃5］。本研究将重点分析IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13在KOA 患者血清中的表达，并分析三项指标与Kellgren⁃Lawrence（K⁃L）分级的相关性，以期为临床评估KOA 疾病进展提供参考。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年9月至2021年2月鹿邑真源医院住院部收治的113 例KOA 患者设为观察组。纳入标准：①均符合中华骨科学会制定的相关诊断标准［6］；②存在膝关节疼痛的症状，活动时有骨摩擦音；③K⁃L 分级为Ⅱ级～Ⅳ级；④均在入院后1 周内进行关节镜清理术治疗。排除标准：①合并骨肿瘤、骨结核、严重骨质疏松的患者；②合并其他恶性肿瘤及重要器官严重疾病者；③有酒精药物滥用史；④类风湿性关节炎、感染等原因引发的膝关节病变者。选取本院同期122 例健康体检者设为对照组。两组一般资料比较差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性，见表1。本研究经院医学伦理委员会批准通过，受试者已签署知情同意书。

表1 两组一般资料比较［n（%），（±s）］Table 1 Comparison of general information between the two groups［n（%），（±s）］

表1 两组一般资料比较［n（%），（±s）］Table 1 Comparison of general information between the two groups［n（%），（±s）］

组别观察组对照组χ2/t 值P 值n 女113 122性别男41（36.28）54（44.26）1.551 0.213 72（63.72）68（55.74）年龄（岁）58.36±7.54 57.12±7.19 1.290 0.198侧别左膝50（44.25）右膝63（55.75）K⁃L 分级Ⅱ级34（30.09）Ⅲ级47（41.59）Ⅳ级32（28.32）

1.2 方法

观察组于入院当天，对照组于体检当日抽取清晨空腹静脉血3 mL，无需抗凝，4℃下放置30 min，3 000 r/min（r=10 cm）离心15 min，分离血清，-18℃保存待测，均在42 h 内完成检测。应用酶联免疫吸附法检测血清IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平，试剂盒购自武汉贝茵莱生物科技有限公司，具体步骤严格按照说明书进行操作。IL⁃1β 正常范围：22～57（pg/mL），>57（pg/mL）视为异常增高［7］；IL⁃1 正常范围：54～89（pg/mL），>89（pg/mL）视为异常增高［8］；MMP⁃13 正常范围：40～110（pg/mL），>110（pg/mL）视为异常增高［9］。

1.3 K⁃L 分级标准［10］

0 级：正常；Ⅰ级：关节间隙可见明显狭窄，并且可能有骨赘；Ⅱ级：关节间隙可见较轻度狭窄，并且有较明显骨赘；Ⅲ级：关节间隙可见较明显变窄，且伴中等量骨赘行成，而软骨下有小范围的骨质轻度硬化；Ⅳ级：关节间隙可见明显变窄，且有大量骨赘，软骨下骨质有极为明显硬化的改变，关节肥大及有明显畸形。

1.4 统计学方法

应用SPSS 22.0 统计软件分析数据。计数资料以率n（%）表示，采用χ2检验；计量资料以（）表示，组间比较采用t检验；多组间比较采用F检验；采用Pearson 直线相关分析IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平浓度与K⁃L 分级的相关性；采用Logistic 回归分析影响KOA 预后不良的相关危险因素；以P<0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平

观察组IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。见表2。

表2 两组IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平［（±s），pg/mL］Table 2 The levels of IL⁃1β，IL⁃1 and MMP⁃13 between the 2 gropps［（±s），pg/mL］

表2 两组IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平［（±s），pg/mL］Table 2 The levels of IL⁃1β，IL⁃1 and MMP⁃13 between the 2 gropps［（±s），pg/mL］

组别观察组对照组t 值P 值n 113 122 IL⁃1β 89.36±15.65 31.24±6.27 37.874<0.001 IL⁃1 130.01±37.45 66.98±10.25 17.883<0.001 MMP⁃3 142.00±34.86 75.25±12.12 19.894<0.001

2.2 不同K⁃L 分级KOA 患者IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13水平

不同K⁃L 分级患者IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平比较：Ⅱ级组<Ⅲ级组<Ⅳ级组，差异有统计学意义（P<0.05）。见表3。

表3 不同K⁃L 分级KOA 患者IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13水平［（±s），pg/mL］Table 3 Levels of IL⁃1β，IL⁃1 and MMP⁃13 in KOA patients with different K⁃L grades［（±s），pg/mL］

表3 不同K⁃L 分级KOA 患者IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13水平［（±s），pg/mL］Table 3 Levels of IL⁃1β，IL⁃1 and MMP⁃13 in KOA patients with different K⁃L grades［（±s），pg/mL］

注：与Ⅱ级组比较，aP<0.05；与Ⅲ级组比较，bP<0.05。

组别Ⅱ级组Ⅲ级组Ⅳ级组F 值P 值n 34 47 32 IL⁃1β 70.26±10.96 86.64±14.41a 113.65±22.45ab 59.700<0.001 IL⁃1 110.68±33.56 130.58±36.16a 149.73±43.47ab 8.880<0.001 MMP⁃3 120.11±23.57 141.37±38.69a 166.19±41.23ab 13.770<0.001

2.3 IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13水平与K⁃L 分级的相关性

L⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平与K⁃L 分级呈正相关（r=0.778，P=0.024；r=0.668，P=0.036；r=0.814，P=0.007）。

2.4 影响KOA 患者预后不良的相关因素

性别非影响KOA 患者预后不良的相关因素（P>0.05）；年龄≧65 岁、有半月板撕裂、未在术后坚持锻炼、L⁃1β 异常增高、IL⁃1 异常增高、MMP⁃13异常增高为影响KOA 患者预后不良的独立危险因素（P<0.05）。见表4。

表4 影响KOA 患者预后不良的相关因素Table 4 Related factors affecting the poor prognosis of KOA patients

3 讨论

KOA 是导致老年人群慢性残疾的首要原因，相关研究报道该病在65 岁以上老年人群中发病率约为70%［11］。该病以膝关节软骨变性和丢失及膝关节边缘和软骨下骨骨质增生为特征，近年来逐渐呈年轻化趋势发展，给家庭及社会带来沉重的医疗负担。对KOA 早期诊断、治疗是改善患者预后的关键。

KOA 的发生可能为软骨基质降解产物引起的继发性改变，滑膜出现炎症进而刺激多种细胞因子分泌增加，活性增高，增生的滑膜反过来加重KOA 血清炎症指标水平，这一恶性循环最终导致软骨的破坏，使得KOA 进展加速［12］。L⁃1β 由活化的单核细胞、巨噬细胞合成及分泌，可抑制软骨基质蛋白聚糖合成，造成关节软骨结构被破坏。有研究显示L⁃1β 是KOA 发病过程中最重要的炎症细胞因子［13］。既往文献报道，IL⁃1 在正常组织中含量较少，在病变的软骨及滑膜中表达量较多［14］。MMP⁃13 是一种细胞因子，具有多种生物效应，可裂解胶原蛋白间的肽链，破坏软骨组织，参与关节软骨破坏过程。本文研究发现，L⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 在KOA 患者血清中的表达水平显著高于对照组，与既往研究所得结果相一致［15］，推测L⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 与KOA 的发生有密切联系。

有研究认为，IL⁃1 可抑制前列腺素的合成，在炎症细胞浸润方面占有举足轻重的地位［16］。IL⁃1β会诱导软骨基质降解酶类基因表达，刺激成纤维细胞、软骨细胞等分泌多种炎症介质，参与软骨损伤的过程，使KOA 患者病情加重。MMP⁃13 水平过高会导致软骨框架结构崩解，从而破坏KOA 患者关节功能，此外，MMP⁃13 可诱导软骨细胞微囊蛋白1 的水平增高，加速软骨细胞凋亡，加重关节软骨退变程度［17］。K⁃L 分级是临床常用的通过膝关节影像学的表现（如骨赘、关节间隙、骨质硬化等）评估膝关节骨性关节炎严重程度的重要标准［18］。本次研究不同K⁃L 分级患者IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13水平比较：Ⅱ级组<Ⅲ级组<Ⅳ级组，这也印证本研究与上述研究结果相一致。IL⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13在KOA 软骨、滑膜中的表达升高，促进病情不断发展，反映软骨退变严重程度及滑膜严重程度，是KOA 的损害性细胞因子，在KOA 患者疾病进展中发挥重要作用。本文进一步研究发现，L⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平与K⁃L 分级呈正相关，提示随着L⁃1β、IL⁃1、MMP⁃13 水平的升高，会使KOA 患者软骨发生退变、剥脱，最终导致K⁃L 分级随之加重。

研究结果显示，年龄≧65 岁、有半月板撕裂、未在术后坚持锻炼、L⁃1β 异常增高、IL⁃1 异常增高、MMP⁃13 异常增高为影响KOA 患者预后不良的独立危险因素，提示高水平的L⁃1β、IL⁃1 及MMP⁃13不利于患者预后。

综上所述，L⁃1β、IL⁃1 及MMP⁃13 在KOA 患者中表达水平较高，临床可对患者加强三者检测，及时评估KOA 患者病情进展及预后状态。但本研究病例数有限，仍存在局限性，对KOA 的诊治仍需进一步探索，寻找特异度、灵敏度兼有的生物标记物是未来医学发展的方向。