骨关节炎软骨生物标记物的研究进展

夏蓉晖， 蔡莉萨， 赵绵松 (北京世纪坛医院风湿免疫科， 北京 100038;通讯作者，E-mail:zmsdoctor@163.com)

骨关节炎软骨生物标记物的研究进展

夏蓉晖， 蔡莉萨， 赵绵松*(北京世纪坛医院风湿免疫科， 北京 100038;*通讯作者，E-mail:zmsdoctor@163.com)

骨关节炎; 生物学标记物; Ⅱ型胶原C－端肽; 软骨寡聚基质蛋白; 软骨基质蛋白YKL-40

骨关节炎(osteoarthritis，OA)是一种临床常见的关节退行性疾病，主要累及髋、膝、脊柱等负重关节，严重影响老年人日常活动，甚至致残。其诊断主要依靠临床表现和影像学证据，但存在一定的局限性。通过病理标本研究发现，即使在X线表现正常时，关节软骨也可能已严重受累。

随着分子生物学的发展，许多研究者都在寻找用于临床评价OA的生物学标志物，不仅可以从分子水平探讨发病机制，而且在疾病的早期诊断和治疗上有重要的指导意义。下面我们主要介绍的是OA软骨生物学标记物的研究进展。

1 Ⅱ型胶原C－端肽(collagen typeⅡC-telopeptide，CTX-Ⅱ)

软骨由软骨细胞和细胞外基质组成，胶原排列组成网架结构，赋予软骨一定的形状和硬度，蛋白多糖(proteoglycans，PGs)和水使得软骨富有弹性。其中，Ⅱ型胶原是关节软骨的主要结构成分，占胶原总量的80% －90%。Eyre等［1］于1987年首次发现CTX-Ⅱ，且认为其主要是由软骨中的Ⅱ型胶原在蛋白酶的作用下产生的小分子多肽，其结构是胶原的三螺旋结构。当发生OA时，组织处于重建或修复状态，更新加速，Ⅱ型胶原降解代谢加快，在蛋白酶的作用下，Ⅱ型胶原首先裂解产生C－端肽，即为CTX-Ⅱ，CTX-Ⅱ在基质金属蛋白酶等的进一步作用下，三螺旋结构解离，以小肽形式全部进入尿液，与其他软骨代谢的生物标记物相比，其样品具有较长时间的稳定性(常温＞24 h)及良好的可靠性(可经历几次冻融过程仍保持性状)，并且是惟一可同时在血、尿和滑液中测到的标记物［2］。

CTX-Ⅱ的中间区域有EKGPDP小肽(Ⅱ型胶原羧基末端肽α1链片段)，它是蛋白溶解产生的有6个氨基酸序列的线性表位，只存在于Ⅱ型胶原。因此，体液中的EKGPDP小肽水平可以反映胶原降解情况，通过测量体液中EKGPDP 小肽的浓度可了解CTX-Ⅱ水平，从而间接反映软骨代谢状况［3］。目前，通常采用竞争性酶联免疫吸附法(ELISA)测定CTX-Ⅱ。

大量研究表明，CTX-Ⅱ可反映关节软骨降解破坏程度。Jordan等［4］在研究176名男性OA患者的尿液中CTX-Ⅱ与其膝关节影像学改变关系中发现，在胫骨平台和髌股骨面严重退变过程中，CTX-Ⅱ明显升高。Reijman等［5］发现，OA 患者的尿 CTX-Ⅱ水平升高还与软骨的快速破坏相关联，这提示尿CTX-Ⅱ水平越高，OA的发病危险越大，疾病进展的可能性也越大。

最近还有一些实验将CTX-Ⅱ合成和降解的标记物联合检测，以期提高敏感性和特异性。Garnero等［6］在一项确诊膝OA患者的前瞻性研究中发现，同时具备血清低水平的PⅡANP(ⅡA型前胶原氨基端前肽)和尿液高水平的CTX-Ⅱ分泌与关节破坏的速度密切相关，将这两种生物学标记物综合起来形成一种非配对的Ⅱ型胶原合成与分解的指数比检测单个标记物能更好地预测软骨的破坏。Cibere等［7］检测了201例有膝关节疼痛临床症状的白人的10项OA生物学标记物，包括CTX-Ⅱ及其相关的代谢产物，结果提示，这些生物学标记物水平和OA的严重程度明显相关，并且发现，与反映软骨合成的指标相比，反映软骨降解的指标更有意义。Conrozier等［8］对56例髋关节OA患者进行了CTX-Ⅱ降解产物(C2C，C1，2C)及合成产物(CPⅡ)的血清检测，发现多关节OA患者的CTX-Ⅱ水平明显降低，这可能提示在OA修复过程中代谢加快，导致CTX-Ⅱ不足。同时还发现，C2C水平和单髋关节OA的发生之间有显著的相关性。此外，Deberg等［9］发现了软骨Ⅱ型胶原2种降解产物肽Coll2-1及Coll2-1NO2水平在OA患者中升高。

CTX-Ⅱ作为唯一可同时在血、尿和滑液中检测的标志物，其样品具有较长时间的稳定性，对临床常规检测更有意义，因此逐渐成为研究OA生物学标志物的首选指标。

2 软骨寡聚基质蛋白(cartilage oligomeric matrix protein，COMP)

COMP是细胞外基质蛋白的一种，属于凝血栓蛋白家族，其作为软骨非胶原蛋白的主要成分，是目前研究较为广泛、应用较多的软骨生物学标志物。COMP主要由软骨细胞分泌，在滑膜和肌腱中也有少量分布。

多项研究证实COMP水平在OA患者中增加。Sharif等［10］对115例膝 OA患者随访5年发现，进展期患者COMP基础水平明显高于非进展期患者，即说明血清COMP水平与膝OA关节损害的程度呈正相关。最近美国Boston膝OA研究小组还将血清COMP作为临床药物观察筛选入组和疗效评定的指标之一。

也有研究指出，在无髋OA影像学特征性表现的患者中，血COMP的升高已被观察到与髋部相关症状(疼痛，僵直)有关联，但在膝OA患者中无此发现［11］。

由于COMP只在关节内高表达，具有明显的组织特异性，因此其作为关节软骨损伤的标志物已越来越受到重视，但其血清水平仍有波动，单独诊断缺乏足够的敏感性和特异性。

3 软骨基质蛋白YKL-40

YKL-40是属于壳质酶蛋白家族的一种糖蛋白，又称人软骨糖蛋白39(HCpg-39)，主要由关节软骨细胞、滑膜细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等产生，其mRNA在软骨细胞及肝脏中表达强烈。免疫组织化学研究表明，YKL-40染色主要集中在OA软骨的表层和中层的软骨细胞中，而不是深层软骨细胞中，且在正常人的软骨中检测不到。YKL-40的功能虽然尚不清楚，但越来越多的研究发现其水平与OA的活动度及严重程度有相关性。

Takahashi等［12］在对71例膝OA女性患者的研究中发现，有症状的OA患者血清YKL-40比无症状者的 YKL-40水平增高更明显，并进一步观察到YKL-40水平与影像学分级有关，但与关节间隙无相关性。这提示血清的YKL-40水平可反映关节软骨的降解破坏程度，还可反映局部疾病的活动性，是关节破坏的一个局部诊断性标志物。

Zivanovic等［13］利用超声测量了88位OA患者骨赘的长度和软骨的厚度，发现血清YKL-40的浓度和骨赘长度呈正相关，并且随着病程的延长，YKL-40的浓度也越来越高，这提示YKL-40可作为软骨破坏程度的评估标准之一。

4 其他软骨生物学标记物

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)也参与了关节软骨基质的降解，特别是MMP-1和MMP-3，并受基质金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs)调节，可作为判断疗效的指标之一。Manicourt等［14］发现膝OA患者中，鲑鱼降钙素治疗后尿CTX-Ⅱ，C2C和MMP-1，3水平明显下降。

5 小结

综上所述，软骨的生物学标记物拥有较强的敏感性和特异性，可用于OA的早期诊断、监测疾病进展和判断预后，如能将多种标记物联合应用，可获得更好的效果。

［1］ Eyre DR，Apon S，Wu JJ，et al.Collagen type Ⅸ:evidence for covalent linkages to type Ⅱ collagen in cartilage［J］.FEBS Lett，1987，220(2):337 －341.

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［5］ Reijman M，Hazes JM，Bierma-Zeinstra SM，et al.A new marker for osteoarthritis:cross sectional and longitudinal approach［J］.Arthritis Rheum，2004，50(8):2471 －2478.

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［10］ Sharif M，Granell R，Johansen J，et al.Serum cartilage oligomeric matrix protein and other biomarker profiles in tibiofemoral and patellofemoral osteoarthritis of the knee［J］.Rheumatology(Oxford)，2006，45(5):522 －526.

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［12］ Takahashi M，Naito K，Abe M，et al.Relationship between radiographic grading of osteoarthritis and the biochemical markers for arthritis in knee osteoarthritis［J］.Arthritis Res Ther，2004，6(3):R208－212.

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R684.3

A

1007 －6611(2011)01 －0094 －03

10.3969/J.ISSN.1007 －6611.2011.01.026

夏蓉晖，女，1981－12生，硕士，医师.

2010－09－20］