血清五聚素3和C1q/TNF相关蛋白3对膝关节骨性关节炎患者合并骨质疏松的诊断价值

洪坤豪 吴淮 刘文刚 杨文斌 叶国柱 刘欣

广东省第二中医院骨科（广州 510095）

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是膝关节关节软骨的变性、破坏，伴有疼痛等症状，严重时可导致患者残疾［1］。骨质疏松（osteoporosis，OP）也是常见的退行性骨代谢疾病，病理上表现为骨量减少，骨组织微小结构破坏［2］。临床上，KOA 与OP 常同时存在，两者在病因病理上存在关联性，如OP 导致关节腔软骨受力不均匀，关节面坍陷，诱导KOA 的发生［3］。五聚素3（pentraxin3，PTX3）是五聚蛋白超家族的成员，在先天性和适应性免疫应答中发挥重要的作用［4］。近年来发现，PTX3除在炎症过程的早期阶段发挥关键作用外，还在KOA 及OP 中组织重塑过程中参与调节骨代谢［5］。C1q/TNF 相关蛋白3（C1q/TNF related protein 3，CTRP3）其作为CTRP 家族成员，在软骨及脂肪细胞中高度表达，参与软骨细胞的增殖和迁移，并调节软骨和骨代谢的体内稳态［6-7］。本研究通过检测血清PTX3、CTRP3 在KOA 合并OP 中的表达，分析两者与KOA 严重程度及骨代谢指标的关系，为OA 合并OP 的临床诊治提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 病例资料 选取我院自2018年1月1日至2021年12月1日期间我院诊治的154 例KOA 作为研究对象。纳入标准：（1）所有患者均接受膝关节X 线正侧位检查，并由骨科和放射科医师共同评价图像，KOA 的诊断标准符合中华医学会骨科学分会制定的《骨关节炎诊断及治疗指南（2018 版）》［8］；（2）根据Kellgren-Lawrence（KL）分期标准对KOA的严重程度进行评估［9］，Ⅰ级：关节间隙可疑狭窄；Ⅱ级：有骨赘，关节间隙可疑狭窄；Ⅲ级：中度骨赘，关节间隙明显狭窄，软骨下骨部分硬化；Ⅳ级：巨大骨赘，关节间隙明显狭窄，软骨下骨严重硬化，伴有畸形；（3）临床资料完整；（4）患者及家属知情同意并签署知情同意书。排除标准：（1）伴有自身免疫性疾病；（2）合并恶性肿瘤或患者处于妊娠哺乳期；（3）近一个月有应用骨代谢药物病史；（4）合并冠心病、心力衰竭及糖尿病等疾病。根据2014年版《中国人骨质疏松症诊断标准专家共识》中OP 的诊断标准，根据是否有OP 将KOA 患者分为KOA+OP 组（92 例），其中女78 例，男14 例，平均年龄（61.12 ± 5.7）岁；无OP 的KOA 患者作为KOA 组（62 例），其中女52 例，男10 例，平均年龄为（60.37 ± 6.1）岁；骨密度正常32 例，骨密度低下30 例。以同期健康查体的40 例健康人作为对照组，其中女38 例，男12 例，平均年龄58.8 岁。KOA+OP 组、KOA 组及对照组之间在性别、年龄之间差异无统计学意义（P＞0.05）。本研究经本院伦理委员会审核批准通过。

1.2 检测方法 采集KOA 患者空腹静脉血及对照组查体时静脉血5 mL，离心（2 500 r/min）10 min，分离上层血清，-80 ℃保存待测。采用酶联免疫吸附法检测血清PTX3、CTRP3 及骨代谢指标降钙素（calcitonin，CT）、骨钙素（osteocalcin，BGP）、护骨素（osteoprotegerin，OPG）表达。实验步骤严格按照试剂盒说明书进行。PTX3 酶联免疫吸附试剂盒购自上海酶联生物科技公司。CTRP3、OPG 试剂盒购自上海江莱生物科技公司。采用放射免疫发光法检测血清CT、BGP 水平。

1.3 统计学方法 应用SPSS 20.0 软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用SNK-q检验。相关性分析采用Pearson 相关分析。应用受试者工作曲线分析血清PTX3、CTRP3 单独及联合检测对KOA 合并OP 的诊断价值。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组血清PTX3、CTRP3 水平及骨代谢指标比较 三组血清PTX3、CTRP3、CT、BGP、OPG 表达差异具有统计学意义。相比于对照组及KOA 组，KOA+OP 组血清PTX3 表达及骨代谢指标CT、BGP、OPG 明显较高，CTRP3 明显较低；相比于对照组，KOA 组血清PTX3 表达及骨密度指标CT、BGP、OPG明显较高，CTRP3 明显较低（均P＜0.05）。见表1。

表1 各组血清PTX3、CTRP3 水平表达比较Tab.1 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in each group ±s

表1 各组血清PTX3、CTRP3 水平表达比较Tab.1 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in each group ±s

注：与对照组比较，*P ＜0.05；与KOA 组比较，＃P ＜0.05

参数KOA+OP 组KOA 组对照组F 值P 值例数92 62 40 PTX3（ng/mL）5.01 ± 1.15*＃4.16 ± 1.06*3.12 ± 0.65 47.824＜0.001 CTRP3（pg/mL）22.18 ± 4.54*＃34.29 ± 5.65*52.91 ± 5.38 514.114＜0.001 CT（ng/L）10.80 ± 2.20*＃6.06 ± 2.14*4.82 ± 1.13 168.592＜0.001 BGP（mg/L）3.18 ± 0.52*＃2.09 ± 0.35*1.11 ± 0.03 392.100＜0.001 OPG（ng/L）3.30 ± 0.74*＃2.50 ± 0.62*1.13 ± 0.31 163.821＜0.001

2.2 不同KOA 严重程度及骨密度血清PTX3、CTRP3 水平表达比较 不同KOA 严重程度分级的患者血清PTX3、CTRP3 水平差异具有统计学意义（F= 37.234、91.013，均P＜0.05）。KOA 严重程度越重，PTX3 水平越高，而CTRP3 水平越低。

不同骨密度分组患者血清PTX3、CTRP3水平差异具有统计学意义（F=22.630、98.164，均P＜0.05）。相比于骨密度正常组及骨密度低下组，骨质疏松组PTX3 水平较高，而CTRP3 水平较低；相比于骨密度正常组，骨密度低下组PTX3 水平较高，而CTRP3 水平较低。见表2。

表2 不同KOA 严重程度患者血清PTX3、CTRP3 水平表达比较Tab.2 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in patients with different KOA severity ±s

表2 不同KOA 严重程度患者血清PTX3、CTRP3 水平表达比较Tab.2 Comparison of serum PTX3 and CTRP3 levels in patients with different KOA severity ±s

注：相比于KOAⅠ级，1P ＜0.05；相比于KOAⅡ级，2P ＜0.05；相比于KOAⅢ级，3P ＜0.05；相比于骨质疏松组，aP ＜0.05；相比于骨密度低下组，bP ＜0.05

分组KOA 严重程度分级Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级骨密度分组骨密度正常组骨密度低下组骨质疏松组例数45 41 37 31 32 30 92 PTX3（ng/mL）3.61 ± 0.75 4.42 ± 1.011 5.19 ± 1.1012 5.91 ± 1.15123 3.52 ± 1.27 4.54 ± 1.05a 5.11 ± 1.15ab CTRP3（pg/mL）35.05 ± 4.08 29.11 ± 5.051 23.91 ± 5.7012 16.49 ± 5.34123 37.62 ± 6.65 30.17 ± 5.38a 22.36 ± 5.05ab

2.3 血清PTX3、CTRP3 单独及联合检测对KOA合并OP的诊断价值 PTX3、CTRP3联合检测对KOA合并OP 诊断的曲线下面积显著大于PTX3、CTRP3单独诊断（Z= 3.588、3.265，P＜0.001、0.003）。见表3 和图1。

图1 ROC 曲线分析血清PTX3、CTRP3 单独及联合检测对KOA 合 并OP 的诊断 价 值Fig.1 ROC curve analysis of the diagnostic value of serum PTX3 and CTRP3 detection alone and in combination in KOA patients with OP

表3 血清PTX3、CTRP3 及联合检测对KOA 合并OP 患者的诊断价值Tab.3 Diagnostic value of serum PTX3，CTRP3 and combined detection in KOA patients with OP

3 讨论

骨关节炎以膝关节最为常见，近年来随着我国老龄化，KOA 的年龄标准化总患病率从1996年的2.0%上升到2015年的3.6%，严重威胁我国中老年人群健康［10］。KOA 的主要表现为关节软骨缺损、滑膜炎症、骨赘形成及关节周围肌肉韧带改变等，与软骨细胞凋亡及软骨退化关系密切［11］。OP是以骨量减少，骨组织微小结构破坏，脆性增加为特征的骨代谢性疾病。临床中许多中老年患者同时患KOA 和OP 两种疾病，KOA 合并OP 的患者，临床治疗效果差，具有较高的致残致畸率［12-13］。目前KOA 与OP 合并发生的机制尚不清楚。深入研究能够反映KOA 与OP 的疾病机制，寻找能够早期诊断及判断疾病严重程度血清生物标志物，对KOA 与OP 的临床防治具有重要意义。PTX3 是五聚蛋白超家族成员，在先天性和适应性免疫应答中起着重要作用［14］。在真菌、细菌和病毒等病原体及白介素-1、肿瘤坏死因子α 等炎症细胞因子的炎症刺激下，PTX3 由上皮细胞和单核吞噬细胞分泌产生，并促进纤维细胞分化，参与调节炎症和补体激活，促进血管生成和组织重塑［15］。近年来发现，PTX3 在肿瘤、KOA 等疾病中异常表达上调，是一种新的血清生物标志物［16-17］。糖尿病、肥胖等代谢疾病是骨关节炎的重要危险因素［18］。机体的脂肪组织参与炎症反应的调节、代谢调节等过程，与KOA 的疾病发生发展关系密切。最近的证据表明脂肪分泌蛋白在骨性关节炎的病理生理学过程中起着重要作用，参与体内软骨和骨稳态的调节［19］。CTRP3 是脂肪因子超家族成员，可以通过自分泌、旁分泌和内分泌的方式发挥作用，参与包括细胞糖异生、甘油三酯稳态及核因子κB 信号的负调控等多种生物学过程的调控［20］。

本研究中，KOA 合并OP 患者血清PTX3 表达显著升高，并且其升高程度与KOA 疾病严重程度及OP 骨质疏松程度有关。提示PTX3 参与KOA 和OP疾病发生发展。研究发现，KOA 时局部肿瘤坏死因子-α 的产生能导致骨组织中PTX3 表达增加，导致成骨细胞前体释放核因子-κB 配体TNF-α（Nuclear factor NF-κB receptor activator ligand，RANKL），RANKL 作为活化因子，促进成骨前体细胞分化为破骨细胞谱系，导致骨质疏松的发生［11-21］。此外，PTX3 作为一种可溶性模式识别分子，在动物试验中发现其表达升高还能够靶向抑制小鼠骨发育过程中骨小梁体积，并抑制实验性骨折后骨痂矿化过程［4］。因此，PTX3 参与促进KOA 局部炎症过程和骨组织退化，可能是新的与OP 和KOA 骨相关表型相关的潜在非侵入性诊断标记物。本研究中，KOA患者血清CTRP3显著降低，并且其表达与KOA严重程度有关。提示CTRP3 参与KOA 的疾病发生发展。分析其原因，可能是CTRP3 表达降低与细胞因子表达调控有关。体外细胞实验研究发现，促炎细胞因子白介素1β 能够显著抑制软骨细胞SW1353 中CTRP3 的表达，而CTRP3 表达降低通过抑制成纤维细胞生长因子受体1/RAS 信号通路，抑制细胞增殖，促进细胞凋亡［22］。此外，有学者利用CTRP3 基因敲除鼠发现，CTRP3 的表达缺失促进促炎细胞因子及Ⅱ型胶原的表达，导致软骨膜无法维持其有序性结构，并促进其骨性转化［23］。因此，血清CTRP3 的降低可能是KOA 患者软骨退行性变的重要生物学标志物。此外，本研究进一步发现，对于合并OP 的KOA 患者，血清CTRP3 水平降低更为明显，并且与骨质疏松的严重程度有关，提示CTRP3 参与KOA 患者骨质疏松的发生发展。其原因一方面可能是CTRP3 参与骨代谢过程有关。研究表明，CTRP3 表达降低的患者钙磷代谢平衡失调，钙磷等物质吸收能力降低，导致骨质疏松症的发生［24］。此外，CTRP3 还能够通过抑制RANKL 激活的腺苷酸活化蛋白激酶信号通路，抑制破骨细胞的分化，而KOA 中CTRP3的表达降低导致破骨细胞过度激活，促进骨质疏松的发生［25］。另一方面，骨质疏松导致骨皮质退化，关节面的坍陷导致关节不稳定，应力失衡导致KOA的发生。本研究ROC曲线分析结果血清PTX3、CTRP3 联合检测是对KOA 合并OP 具有较高的诊断价值，并且联合检测具有较高的敏感性和特异性，提示检测血清PTX3、CTRP3 水平有助于KOA合并OP 的早期诊断能力，是新的KOA 合并OP 诊断的血清生物标志物。

本研究尚存在一定的局限性，由于本研究样本量有限，未能对于不同KOA 及OP 程度的患者进行分层研究，有待今后开展多中心临床试验，扩大样本量深入研究PTX3，CTRP3 的临床应用价值。此外，PTX3，CTRP3 在KOA 合并OP 中的作用机制尚不清楚，两者是否能够作为治疗的生物靶点，有待今后进行深入的实验研究进一步探索。

综上所述，KOA 合并OP 患者血清PTX3 表达升高，CTRP3 表达降低。两者表达与KOA 严重程度及骨质疏松程度有关，可能参与骨代谢调节过程有关。血清PTX3 和CTRP3 联合检测有助于KOA 合并OP 的诊断。临床医生可根据血清PTX3、CTRP3 水平辅助诊断KOA 合并OP，但两者是否能够反映临床治疗疗效，值得今后深入探索。