血清S100A8/A9、MMP3、GPI 在膝关节骨性关节炎中的变化及临床意义

王战磊 张傅山 台亚婷

（1. 南乐中兴医院医学检验科，河南 濮阳 457400；2. 郑州大学第一附属医院检验科，河南郑州 450000）

膝关节骨性关节炎是因创伤、劳损、关节畸形、先天性关节异常等因素造成的一种慢性关节退行性疾病，其病理变化为膝关节软骨下骨和边缘骨质反应性增生、膝关节软骨继发性和原发性退化受损、韧带挛缩等，临床症状常表现为膝关节僵硬、疼痛、活动受限，甚至发生关节畸形，严重影响患者日常生活质量[1]。当前临床上对于膝关节骨性关节炎疾病诊断方式多采用MRI、X 线片检查，但难以早期诊断该疾病；葡萄糖-6-磷酸异构酶（ Glucose-6-phosphate isomerase，GPI）是T 细胞分泌而成的，其具有生长因子、细胞因子活性以及酶活性，其广泛存在于细胞的细胞质和细胞外液内，该因子对补体通路激活并诱发了骨性关节炎[2]。钙卫蛋白（Calprotectin）S100A8/A9 主要由巨噬细胞、单核细胞和中性粒细胞共同分泌，通过与高级糖基化终产物受体和Toll 受体结合而发挥作用。相关研究显示[3]，S100A8/A9 在膝关节骨性关节中常呈高水平表达，与关节炎的疾病活动和放射性损伤紧密相关。而基质金属蛋白酶3（Matrix metalloproteinase3，MMP3）是基质金属蛋白酶家族的主要成员之一，在膝关节骨性关节炎患者的关节液中含量较高，且机体炎症因子可促使软骨细胞大量表达MMP3 并增强其活性，加重软骨损伤程度，与疾病病变程度相关[4]。鉴于此，本文旨在评估作为膝关节骨性关节炎观察指标的S100A8/A9、MMP3、GPI 与疾病严重程度的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020 年1 月至2022 年9 月我院收治的82 例膝关节骨性关节炎患者作为研究对象的观察组。纳入标准：经临床检查确诊为膝关节骨性关节炎[5]；经过影像学检查Kellgren-Lawrence（K-L）处于2~4 级；首次患病。排除标准：存在创伤性、痛风性、感染性关节炎者；伴有心血管疾病、血液系统疾病和内分泌系统疾病者；近期接受过手术治疗者。另选取43 例同期健康体检者作为研究对象的对照组。其中观察组男21例，女61 例；年龄50~80 岁，平均65.17±5.62岁；左侧43 例，右侧39 例。对照组男11 例，女32 例；年龄51~80 岁，平均65.62±6.03 岁。两组患者一般资料差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究经医院伦理委员会批注，所有研究对象知情并签订知情同意书。

1.2 方法

使用X 线球管透射观察组患者处于伸直和双下肢站立状态的膝关节，用以评估其病变严重程度。对比观察组和对照组血清S100A8/A9、MMP3、GPI 水平；比较观察组不同疾病程度的S100A8/A9、MMP3、GPI 水平；分析血清S100A8/A9、MMP3、GPI 水平对膝关节骨性关节炎的诊断价值。

1.3 观察指标

1.3.1 K-L 分级

主要分为4 级：1 级为关节间隙可能存在狭窄和唇样增生现象；2 级为关节间隙狭窄状态存疑，但具有明显的骨赘生成；3 级为具有多个中等程度大小的骨赘物质生成，关节间隙显著性狭窄，且骨质轻度硬化可能会影响骨质形态；4级为膝关节间隙具有明显狭窄现象，并有较大程度的骨赘产生，关节畸形和骨质硬化程度严重。

1.3.2 血清S100A8/A9、MMP3、GPI 水平

入院后，采集所有受试者静脉血3 mL 置于促凝管内，3000 rpm 离心15 min 后分离血清，使用酶联免疫吸附法检测S100A8/A9、MMP3、GPI 水平，上述指标试剂均由赛默飞世尔生物化学制品（北京）有限公司提供。

1.3.3 诊断价值

S100A8/A9、MMP3、GPI 水平与病情严重程度应用接收者操作特征曲线（Receiver operating characteristic curve，ROC）进行回归分析。AUC 值在1.0 和0.5 之间。在AUC＞0.5 的情况下，AUC 越接近于1，说明诊断效果越好。AUC 在0.5-0.7 时有较低准确性，AUC 在0.7-0.9 时有一定准确性，AUC 在0.9 以上时有较高准确性。

1.4 统计学方法

所有数据采用SPSS24.0 软件进行统计学分析。计数资料以例数（%）表示，采用χ2检验；计量资料以均数±标准差（¯±SD）表示，采用t 检验。P＜0.05 表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 膝关节骨性关节炎严重程度与分组

根据K-L 分级结果，K-L 2-3 级患者有48例，分为轻中度组，K-L 4 级患者有34 例，分为重度组。

2.2 两组受试者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平对比

观察组S100A8/A9 为318.67±41.53 pg·mL-1、MMP3 为265.98±55.53 pg·mL-1、GPI 为0.48±0.07 mg·L-1，对照组 S100A8/A9 为212.48±14.20 pg·mL-1、MMP3 为51.66±7.70 pg·mL-1、GPI 为0.06±0.02 mg·L-1。观察组均明显高于对照组（P＜0.05）。

2.3 不同严重程度患者S100A8/A9、MMP3、GPI水平对比

重度患者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平均明显高于对照组（P＜0.05）。见表1。

表1 不同K-L 分级患者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平对比（±SD）

表1 不同K-L 分级患者S100A8/A9、MMP3、GPI 水平对比（±SD）

注：与轻中度组比较，*P＜0.05。

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2.4 S100A8/A9、MMP3、GPI 诊断重度膝关节骨性关节炎的效能

经ROC 曲线分析，S100A8/A9 诊断膝关节骨性关节炎曲线下面积（Area Under Curve，AUC）为0.950，MMP3 诊断疾病AUC 为0.978、GPI诊断疾病AUC 为0.861，其中，S100A8/A9 的特异度最高、MMP3 的灵敏度最高，而GPI 的特异度何灵敏度均最低（P＜0.05）。见表2、图1。

图1 S100A8/A9、MMP3、GPI 指标诊断重度膝关节骨性关节炎的ROC 曲线图

表2 S100A8/A9、MMP3、GPI 对膝关节骨性关节炎的预测价值

3 讨论

膝关节骨性关节炎好发于中老年人群，随着我国人口老龄化程度日趋严重，膝关节骨性关节炎疾病发生率以逐渐上升趋势发展，根据流行病学调查研究显示[6]，我国膝关节骨关节患病率可达8.1%，且地域和性别存在着较大差异，男性低于女性，东部地区远低于西部地区，是中老年人致残的常见疾病之一，其已经成为我国所面临的重要健康问题。

S100A8 与S100A9 属于钙结合蛋白，两者结合可生成钙卫蛋白，在健康生理状态下可检测出钙卫蛋白，其表达水平在炎症刺激或者组织受损情况下会异常升高[7]。本研究结果显示，重度组S100A8/A9 显著高于轻中度组，表明S100A8/A9 水平与膝关节骨性关节炎病情严重程度呈正相关关系。细胞内的S100A8/A9 在花生四烯酸代谢、细胞运输与髓细胞成熟过程中发挥着重要作用，其分泌至细胞外可趋化单核细胞/巨噬细胞、嗜中性粒细胞等炎性细胞，可促使钙卫蛋白聚集至机体炎症部位并参与了炎症反应；且S100A8/A9 还可增大一氧化氮合酶因子的表达水平，通过对ERK1/2、NF-kB、JNK等信号传导通路加以激活，使Ⅱ型胶原蛋白以及聚集蛋白聚糖等代谢标记物合成能力降低，继而造成软骨细胞大量分解，促进了骨性关节炎的进展过程[8]。除此之外，S100A8/A9 蛋白通过与晚期糖基化终产物（Receptor for advanced glycation end-products，RAGE）受体、Toll 样受体（Toll-like receptors，TLR）相结合可增快骨小梁建立以及软骨基质钙化程度，并对钙离子吸收过程中所产生的氧化还原反应加以调节，有效刺激破骨细胞活性；而S100A8/A9 分子量仅有36.5kDa，在机体炎性部位所激活的单核细胞、嗜中性粒细胞所释放出的钙卫蛋白可直接进入至血液循环内，故对膝关节骨性关节炎患者检测血液内的S100A8/A9 水平可充分反映出病情严重程度。RUAN 等研究指出[9]，血清S100A8/A9 表达水平与膝关节骨性关节炎患者的软骨损伤、膝关节症状严重程度呈正相关，其水平变化在疾病发生和进展过程中发挥着重要作用，与本文研究结果相一致。

本结果显示，膝关节骨性关节炎患者血清MMP3、GPI 水平显著高于健康对照组，且随着KL 分级增加，其上升程度愈加明显。MMP3 作为金属蛋白酶家族中的重要因子，其是由软骨细胞和滑膜细胞分泌而成的，通过外界的刺激作用，可对滑膜成纤维细胞产生激活效应，大量分泌MMP3，而其会增大MMP9、MMP2 等因子活性，并加重患者机体炎症反应，造成软骨降解，生成血管翳现象，促使骨性关节炎病情加重；在膝关节骨性关节炎疾病患者中MMP3 呈显著升高现象，其通过对细胞生长因子加以调控，可有效促进关节内软骨、骨组织吸收损伤以及修复生长，且MMP3 作为一种软骨下骨和软骨代谢的共同因子对骨性关节炎的进展发挥重要作用[10]。在正常生理情况下，软骨细胞在满足自身需求中主要是以糖酵解途径为主，而膝关节骨性关节炎患者关节软骨细胞糖酵解水平显著提升；GPI 因子存在于细胞外液和细胞质内，主要是由T 淋巴细胞分泌形成的，其属于糖酵解途径的第二酶物质，在糖异生和糖酵解过程中可有效促进果糖-6-磷酸、葡萄糖-6-磷酸之间的相互转化。GPI 具有生长因子和细胞因子等多种免疫学活性，可促使B 淋巴细胞转化为浆细胞，骨髓样干细胞转变为单核细胞。有相关研究显示[11]，在建立T 淋巴细胞受体转基因的小鼠模型中，GPI 因子可充分引发B 淋巴细胞生成抗GPI 受体，还可对其他免疫细胞产生诱导作用并生成一系列细胞因子，促使膝关节骨性关节发生。另外，在骨性关节炎患者中出现较高水平的GPI 以及免疫复合物，可沉积在毛细血管内皮细胞壁和关节滑膜动脉内，经过多种途径对补体加以激活，可使炎症细胞转移至关节部位，继而加重关节炎病情程度。本研究尚存不足之处，样本量纳入较少，GPI、S100A8/A9、MMP3 指标与骨侵蚀的相关性以及判断预后效果未对其研究观察，后续应扩大样本量、延长随访时间，为临床提供良好指导意见。

综上所述，血清S100A8/A9、MMP3、GPI表达水平与膝关节骨性关节炎病情严重程度呈正相关，上述指标水平变化对膝关节骨性关节炎具有良好预测价值。