骨质疏松症的生物标志物临床应用研究进展

阮建伟 孔劲松 宫小康 郏舜杰

●综 述

骨质疏松症的生物标志物临床应用研究进展

阮建伟 孔劲松 宫小康 郏舜杰

骨质疏松症（osteoporosis）是一种中老年人易患的、系统性骨量减少性疾病，临床症状以慢性腰背疼痛、畸形及骨折为主。骨质疏松症患者的骨组织显微结构受损，骨矿成分和骨基质等比例不断减少，骨皮质变薄，骨小梁数量减少，骨脆性增加及骨折危险度升高。一般情况下，骨重建周期为3～6个月，主要以骨吸收为主。在生理条件下，骨吸收与骨形成之间是平衡的。然而，在病理状态下骨吸收占优势，导致骨量丢失，从而最终导致骨质疏松症[1]。虽然定量测定骨矿物质密度（bonemineral density，BMD）在骨质疏松症患者的临床评估中必不可少，但其为静态参数，无法提供骨转换的任何信息。相比之下，骨重塑的生化标志物可提供对骨组织动态的、全局性的分析信息。目前已有许多生物标志物在骨质疏松症临床诊治应用中的研究报道，本文就这一领域中的相关研究进展作一综述。

1 骨重塑的生物标志物

90%的骨有机基质由Ⅰ型胶原构成。骨基质降解过程中，羧基肽和氨基酸本胶原蛋白分子先释放到细胞外基质，随后进入血液中[2]，在骨基质形成和降解过程中产生骨转化生物标志物。短期内反复测定标志物的表达水平可评估骨代谢情况。基于成骨细胞活性及破骨细胞活性的骨转化生物标志物分别称为骨形成标志物和骨吸收标志物[3]。

1.1 骨形成的生物标志物 临床上一些标志物可用来反映骨形成活性，如碱性磷酸酶、骨钙素和Ⅰ型本胶原蛋白延长肽等。其中碱性磷酸酶活性来源于各种组织，如肝、骨、胎盘等。骨和肝脏亚型最常见（90%）。两者都以相同的比例存在于健康人群中，但糖基化的模式各不相同。此外，单克隆研究显示两者还有10%～20%的交叉活性[4]。骨异构体在性别间无差异，且不受昼夜节律的影响。所以，尽管在代谢性骨病的研究中骨异构体的灵敏度和特异度均较低，但它很容易在患有肝病的患者中检测到[5]。

骨钙素是细胞外基质中最丰富的非胶原蛋白。骨钙素是通过尿液排泄的，其半衰期较短，肾衰竭时表达量升高。当体内骨和牙本质骨转换增加时，骨钙素的表达也有所增加[6]。目前骨钙素在骨重塑中的确切作用尚未明确。最近有研究发现羧基化骨钙素在预测骨量及骨折风险中具有潜在的作用[7]。

Ⅰ型胶原是成骨细胞合成的主要产物，因此理论上氨基末端的羧基肽段是骨形成的理想标志物。然而，Ⅰ型胶原还存在于骨以外的其他组织中，因此限制了它在骨代谢疾病研究中的使用。

1.2 骨吸收的生物标志物 尿钙首先被用于评估骨吸收。但是，因其含量受到多种因素的影响，如钙的摄入量、肠道吸收和肾排泄的阈值等，尿钙测定的灵敏度和特异度均较低，目前已废用。与此相类似的还有尿羟脯氨酸，但它受到不同的组织起源和饮食摄入量的影响，因此尿羟脯氨酸也不能作为有效的标志物[1]。

骨基质中的胶原蛋白分子由吡啶啉和脱氧吡啶诺林共价连接，并形成纤维。吡啶啉在软骨中也存在，然而脱氧吡啶诺林特异性存在于骨中。两者的含量不依赖于饮食，也不被肠道吸收。两者均可反映出骨代谢的变化，如在童年、更年期、骨软化症、甲状旁腺功能亢进和甲状腺功能亢进时表达水平升高；而在使用雌激素和双膦酸盐治疗时表达水平降低[8]。

骨吸收过程中释放的其他标志物还有胶原蛋白的羧基端肽如Ⅰ型胶原C-末端肽（C-terminal telopeptide of collagen typeⅠ，ICTP）和α-CrossLaps（α-CTX)，以及氨基端肽如Ⅰ型胶原N-末端肽（N-terminal telopeptide of collagen typeⅠ，NTX）。在绝经后的妇女中，这些标志物与BMD显著相关。CTX和NTX都被认为是目前临床上最有用的骨吸收标志物[9]。酸性磷酸酶5b是一种溶酶体酶，存在于除骨以外的其他组织中，并参与破骨细胞的退化，因其特异性差且测定困难，目前很少使用。

1.3 其他骨重塑的生物标志物 目前已出现一些新研发的骨转换标志物，但其临床应用价值尚在研究之中。因组织蛋白酶K的作用是降解胶原蛋白，且其血清水平反映了破骨细胞的数量，所以被推荐为骨吸收标志物。尿骨钙素也来自骨基质的吸收，且特异性更好。在对骨质量的评估中，骨基质蛋白质翻译后的修饰过程，如骨钙素羧基化、CTX的自体形式及异构化等均被认为是非常重要的[9-10]。

2 生物标志物在骨质疏松症诊治中的应用

目前临床上对骨转换标志物在骨质疏松症中最重要的应用是评估治疗反应。此外，在预测骨折风险、骨质流失及其与骨密度的相关性中也有应用。在骨量预测方面，虽然生物标志物可评价骨形成和骨吸收之间的平衡，且通常与BMD呈负相关，但这种相关性还不足以预测骨量。因此，不应该被用于诊断骨质疏松症。

2.1 评估疗效 有研究显示经过初始的抗骨吸收治疗后，骨吸收标志物（4～6周）和骨形成标志物（2～3个月）均有所下降。大多数情况下开始治疗后2～3个月这些标志物的数值较低，并保持恒定。当患者使用潜在的抗吸收药物（如双磷酸盐类）时，骨吸收标志物（血清中的CTX和尿液中的NTX及脱氧吡啶酚）的表达量可减少40%～70%；若使用雷洛昔芬则这些标志物的表达量可减少30%～40%。因此，如未能观察到这些标志物水平的降低，表示患者治疗的依从性较差或使用的药物不合适[11]。

骨成形治疗最初诱导骨形成标志物表达水平迅速增加，随后骨吸收标志物表达量开始上升。有研究指出使用特立帕肽治疗骨质疏松症患者时，Ⅰ型前胶原C-末端肽（C-terminalpropeptide ofprocollagen typeⅠ，PICP）及Ⅰ型前胶原N-末端肽（N-terminal propeptide of procollagen typeⅠ，PINP）标志物对预测骨密度有较高的灵敏度。虽然有效的骨形成和骨吸收标志物尚在研究之中，但根据现有研究证据显示较为有效的临床上应用的骨转换标志物是血清CTX和PINP。治疗2～3个月后这两种标志物的测定结果在评估药物疗效方面优势显著。范光磊等[12]应用双能X线骨密度仪分别测定102例老年2型糖尿病患者和42例健康老年人腰椎和股骨BMD，将糖尿病患者分成骨质疏松组与非骨质疏松组，检测血清中骨转换生化标志物总Ⅰ型前胶原氨基端延长肽（TPINP）、Ⅰ型胶原羧基端肽β特殊序列（β-CTX）及甲状旁腺素（PTH）等相关生化指标，结果发现骨质疏松组腰椎及股骨BMD均值均显著低于对照组，骨质疏松组TPINP、β-CTX及PTH较对照组升高（均P＜ 0.05），提示联合应用TPINP、β-CTX及PTH检测有助于2型糖尿病患者骨质疏松的早期诊断。

2.2 对治疗反应的预测 一些研究显示，使用抗骨吸收或合成代谢治疗后骨转换标志物的改变与长期的抗骨折疗效之间存在相关性。一篇包含18个临床试验的荟萃分析发现在抗骨吸收治疗期间，骨吸收标志物下降70%，可降低40%的脊椎骨折风险；而骨形成标志物下降50%，可降低44%的脊椎骨折风险[13]。有证据表明，使用特立帕肽治疗1个月后骨形成标志物（如PIPC和骨碱性磷酸酶）的增加与骨结构的改善相关[14]。然而，每一个标志物的最佳阈值还没有确立，且尚无生物标志物减少至低于参考范围时的长期数据。一些研究推测，干扰生理性骨修复的“微裂纹”可导致骨脆性增加。

有研究提示骨转换标志物表达水平越高的患者对抗骨质吸收治疗的反应性越好。在一项2年的对女性行激素替代疗法的前瞻性研究中发现，患者尿NTX的水平越高则其骨质增加也越多。理论上生物标志物的参考水平可用于指导骨质疏松症的治疗。然而，大多数的临床试验表明，抗骨折效力在很大程度上是骨重塑的独立的基线标志物。因此，目前认为生物标志物不能完全有效地应用于临床实践中[15]。

2.3 骨质丢失的预测 上述生物标志物的使用还可帮助识别绝经后几年将出现较高骨质流失率的女性，以便及时采取措施以预防骨质疏松症。BMD是一个预测骨折风险的重要因子，但仅此单一因子并不能准确预测骨质流失率。一些研究显示骨转换标志物有利于反映骨质流失率，且与骨吸收标志物联合使用可提供更好的预测能力[4]。

最近有研究分析了不同的骨骼部位中生物标志物与骨量丢失之间的关系。其中，已发现这种关系在桡骨远端与跟骨中最为一致，而在髋部中较小。在腰椎则几乎不存在任何相关性，这可能是由于中老年人椎体骨性关节炎的患病率较高所导致的。结果提示骨转换标志物连同其他人口统计变量可预测30%～40%未经治疗的绝经后女性的骨质流失变化。然而，目前用以防止骨丢失的骨转换阈值尚未确定[16]。

2.4 骨折风险的预测 BMD仍然是最好的骨折风险预测因子。然而，BMD并不能解释所有的问题，且必须考虑到包括骨转换率在内的其他变量。几个有关女性绝经后的前瞻性研究数据显示，虽然与骨形成标志物的结果不一致，但除了BMD之外，骨转化的其他标志物和骨质疏松性骨折风险之间也存在相关性[17]。相比于骨吸收标志物在女性中的正常表达水平，高表达水平的骨形成标志物与增长约两倍的脊椎及非脊椎骨折的风险相关。Robbins等[18]的研究结果与此结论一致，他们发现在老年女性中调整BMD后，尿液中高表达的骨吸收标志物（CTX）与髋部骨折危险性的增加相关。结果提示联合使用BMD和骨重塑的生化标志物可改善对绝经后女性骨折风险的预测。此外，这种风险在低BMD和/或高的骨重塑标志物患者中有所增加。

3 结论

研究骨转换的生物标志物有助于更好地理解骨生理学和代谢性骨疾病的发病机制。虽然这些标志物不适合用于诊断骨质疏松症，但它们可为骨质疏松症的诊断和治疗提供额外的信息。这些信息有助于临床医生选择易感人群，给予治疗并评估疗效。目前，在绝经后骨质疏松症的形成中最敏感的标志物是β胶原特殊序列（βcrosslaps）、骨钙素和PINP，而最好的骨吸收标志物是尿NTX和血清CTX端肽[9]。不过，由于这些标志物广泛存在生物变异性，不建议在评价骨质疏松症患者时常规测定这些标志物。

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2013-12-10）

（本文编辑：沈叔洪）

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