骨代谢标志物的变异性和临床应用的研究进展

罗巧彦，徐勇

综述

骨代谢标志物的变异性和临床应用的研究进展

罗巧彦，徐勇△

骨骼重建过程中释放出骨吸收和骨形成标志物。在过去的几十年中，这些骨代谢标志物在骨质疏松和其他骨代谢疾病中得到了广泛的研究。骨代谢标志物可在骨质疏松的管理中补充骨密度的不足，但是其各种各样的变异给临床应用带来很大的挑战。近年来，骨代谢标志物在非骨代谢性疾病中的应用方面的研究也取得了很大的进展。

骨质疏松；骨疾病，代谢性；综述；骨代谢标志物；变异性

骨质疏松是一种“静悄悄”的疾病，往往在其严重并发症骨折发生后才被发现，影响生活质量，并给家庭和社会带来巨大的经济损失，已成为全球威胁人类健康的第七大疾病。目前，国际上仍采用双能X线骨密度吸收仪的方法作为诊断骨质疏松的金标准。近年来，骨代谢标志物与骨质疏松关系的研究有了很大的进展。骨代谢标志物由于其易于检测、无创且相对低廉等特点在骨质疏松的早期诊断和治疗监测方面得到了广泛的应用。然而，其分泌存在年龄、性别、生理周期、昼夜节律等的变异，且在非骨代谢疾病中也起着重要的作用。本文将对近年来常用骨代谢标志物的特点、变异性及临床应用做一综述。

1　骨形成标志物

骨形成过程中会释放出骨形成标志物，目前常用的骨形成标志物有：（1）Ⅰ型前胶原N-端肽（procollagen type 1 N-terminal propeptide，PⅠNP）和Ⅰ型前胶原C-端肽（procolla⁃gen type 1 C-terminal propeptide，PⅠCP），由前胶原分子在酶促反应形成Ⅰ型胶原的过程中释放。PⅠCP在室温条件下可稳定存在15 d，而PⅠNP在室温或4℃条件下均只能稳定存在5 d。完整三聚体形式在人体温条件下不稳定，易降解成更稳定的单体和碎片。Garnero等［1］分别采用全自动罗氏分析仪和放射免疫法检测59例健康绝经前后妇女PⅠNP，研究发现前者检测的血清PⅠNP较后者高，表明放射免疫法只能检测出完整的三聚体形式，低估了PⅠNP的浓度。（2）骨特异性碱性磷酸酶（bone-specific alkaline phosphatase，BALP）由成骨细胞分泌产生，其产生与骨形成速率成正相关。在儿童和青春期，骨碱性磷酸酶亚型占优势。在成人，肝脏和骨的碱性磷酸酶亚型占95%，且二者几乎占相同的比例［2］。（3）骨钙素（Osteocalcin，OC）是由成骨细胞合成的一种小的非胶原性蛋白质，可在维生素K介导的羧化过程中发生蛋白质构象改变，促进骨基质矿化。骨钙素在体外高度不稳定，半衰期约5 min，很快被分解成碎片，标本检测之前需在-20℃短期或在-70℃长期储存。同时应避免反复冻融，因其可降低骨钙素约40%的免疫活性。

2　骨吸收标志物

（1）抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate-resistant acid phospha⁃tase，TRACP）。TRACP在循环中有TRACP5a和TRACP5b

3　变异性

骨代谢标志物结果变异的来源可分为检测前、检测中和检测后的各种变异因素。总的来说，骨形成标志物较骨吸收标志物变异小，血清标志物较尿液标志物变异小［2］。

3.1技术因素样本的采集对变异性影响非常大。尿液标志物的浓度需校正肌酐清除率，因此应考虑肌酐的检测变异对尿液标志物浓度的影响。24 h尿标本避免了昼夜节律的影响，但收集不方便且容易造成收集错误。对于血液标本来说，血浆中抗凝剂的存在可对骨钙素造成影响［2］。随着全自动分析仪的发展，骨代谢标志物的检测变异得到了很大的改善。然而，即使采用相同的检测方法，对同一标本的实验室内部的变异仍是存在的。理想状态下，实验室应当建立适合自身的不同年龄、性别和种族的特定人群的参考范围。

3.2生物学因素

3.2.1年龄和性别儿童骨代谢标志物较成人高，尤其是婴儿时期和青春期，比成人高2～10倍。最近一项关于1 119例法国6～20岁健康青少年的研究表明，胶原交联与体质指数呈负相关，而与身高呈正相关［4］。一旦停止生长，男性和女性在30岁左右达到平稳期后骨代谢标志物则开始逐渐下降。在女性，骨形成和骨吸收标志物在更年期大幅度升高，并在之后保持升高的状态。在男性，骨代谢水平在60岁之前保持不变。60岁后骨代谢标志物的变化仍未明确，尽管多数研究报道骨吸收标志物水平增加，骨形成标志物可增加、降低或不变［5］。其中的一个混杂因素是，在中老年随着年龄的增长，肾小球滤过率（GFR）下降，导致骨钙素和端肽的水平增加。

3.2.2种族骨代谢标志物有着种族的差异，部分研究报道黑人儿童比白人儿童骨吸收标志物低，且骨钙素在年轻男性和女性仍存在着这种差异；而部分研究则认为尽管亚裔女性的骨密度比白人女性低，但BALP、TRACP5b和PⅠNP之间无明显差异［6］。

3.2.3妊娠和月经周期从妊娠第6个月，骨形成标志物和骨吸收标志物开始增加，且浓度较妊娠前高。升高的骨特异性碱性磷酸酶反映了胎盘和骨骼增加的碱性磷酸酶［5，7］。血清骨钙素浓度在妊娠期间降低，分娩后恢复，其可能原因是胎盘对骨钙素的清除或妊娠期间肾脏清除率增加。哺乳期妇女骨代谢标志物缓慢下降，且研究表明长期哺乳是绝经后骨质疏松的危险因素［8］。骨代谢标志物也随着月经周期而改变，在黄体期骨形成标志物升高，在卵泡期骨吸收标志物升高，其升高水平约为10%～20%。月经周期的前3～7 d是标本收集的最佳时期［9］。

3.2.4相关疾病骨折将导致骨代谢标志物发生变化，骨吸收标志物在骨折后前4周升高，随后骨形成标志物也升高。其升高水平约为20%～50%，并持续升高到6个月［10］。非骨骼疾病也可通过多种机制影响骨代谢标志物。由于部分骨代谢标志物在肝脏代谢，存在肝脏疾病的患者可能影响其代谢；存在慢性肾脏疾病的患者，尤其是当GFR低于50 mL/min时，排出骨钙素减少。因此在解释骨代谢标志物结果时排除这些情况十分重要［5］。

3.3生活方式及环境因素

3.3.1昼夜节律和季节变化大多数骨代谢指标在清晨2：00—8：00最高，在下午1：00到晚上11：00最低。在个体的检测中，高峰和低谷之间的差异高达20%～60%。然而，BALP的昼夜节律不同，其峰浓度在下午而低谷在清晨出现。一般来说，骨吸收标志物的昼夜变化幅度较骨形成标志物大，尿液标志物受昼夜节律的影响较血清标志物大。因此，定时收取样本对最大限度减少昼夜变异至关重要。骨吸收和骨形成标志物在冬季升高约20%～30%，可能原因为冬季维生素D水平较低［5］。除了昼夜变化，骨代谢标志物每天都在发生变化（个体内部的变化）。尿PYD和DPD的个体内部变化是16%～26%，NTX为13%～35%，CTX为12%～35%。可以通过收取2～3 d的样本结果取平均值而使这一变异降到最低［9］。

3.3.2运动和制动骨代谢标志物受运动的影响，在剧烈运动后24～72 h其浓度显著升高；在卧床休息2～4 d后即可增加，引起骨量丢失，重新活动后恢复正常［11］。但是运动与骨转换的关系目前仍未得到一致的结论。Karabulut等［12］研究发现运动可减少老年男性的骨转换，坚持运动6周后BALP和BALP/CTX显著增加。而最近研究表明在经过32周的平衡运动训练后，虽然老年男性和女性的骨密度增加了1.7%，但是骨代谢标志物骨钙素、CTX等水平没有发生改变［13］。因此，辨别患者在标本收集期间的活动情况十分必要。

3.3.3饮食部分骨代谢标志物的变异与饮食有关。OHP在摄入肉制品后排泄增加，血清CTX也受饮食的影响，因此在收集标本前应保持空腹［3］。最近韩国一项研究表明摄入的总热量与尿DPD排泄呈负相关，而薯芋类的摄入量与尿DPD排泄呈正相关［14］。

4　骨代谢标志物的临床应用

4.1骨质疏松 （1）预测骨量丢失和骨折。研究表明骨代谢指标浓度增加与骨量丢失增加和骨折风险增加有关，且骨代谢标志物对骨折的预测比独立的骨密度更有用［5，15］。不同部位（前臂、腰椎和髋部）的骨量丢失需运用不同的骨代谢指标。整体来说，骨吸收指标对骨量丢失速率和骨折风险的预测比骨形成指标强。（2）监测治疗和依从性。研究表明抗骨吸收药物使用2周后即可出现骨转换标志物的改变，在3～6个月达到稳定水平，在短期疗效监测及不良反应方面优于骨密度［9，15］。最新研究表明CTX水平低于150 ng/L是双膦酸盐治疗骨质疏松后发生下颌骨坏死的危险因素［16］。开始治疗后骨代谢指标的下降表明规律服药且得到很好的吸收。然而，监测骨代谢指标对患者依从性的提高尚无统一结论。

4.2其他骨代谢性疾病

4.2.1佩吉特病佩吉特病是第二大常见的骨代谢疾病，与骨转换增加相关，骨转换标志物可用于评估疾病的活动性。骨转换标志物改变的类型和范围与疾病的范围和严重程度相关，仅累及单骨的骨转换标志物水平可能正常。在未治疗的佩吉特病患者骨形成标志物（总碱性磷酸酶、BALP、PⅠNP、OHP）和骨吸收标志物（尿NTX、血清CTX、尿CTX）均较正常人显著升高。尽管佩吉特病的主要紊乱在于破骨细胞，运用骨吸收标志物监测疾病活动性的敏感性较骨形成标志物差，研究表明BALP是最敏感的监测指标［17］。

4.2.2转移性骨病由肿瘤引起的骨重建常导致骨转换标志物发生改变。大多数转移性骨病患者的骨转换标志物，尤其是骨吸收标志物升高，且通常比绝经后骨质疏松患者更高。Lipton等［18］回顾性分析了使用唑来膦酸治疗后尿NTX的正常化与肿瘤生存率的相关性，与尿NTX持续升高的患者相比，尿NTX恢复至正常水平者骨骼相关事件和病死率降低。因此，骨转换标志物的正常化可作为抗骨吸收治疗的合理目标，同时可作为药物治疗的替代的终点事件。然而，骨代谢标志物与骨骼相关事件的相关性主要是由回顾性分析推导出来的。因此，在分析转移性骨病时，应结合患者的实际情况进行综合分析，因为可能有其他混杂因素（如肿瘤本身的负担、营养不良、化疗、放疗和制动等）导致其浓度发生改变。

4.3非骨代谢性疾病骨代谢标志物除与骨质疏松和骨代谢疾病相关外，近年来发现其与多种非骨代谢疾病密切相关，并取得了较大的进展。骨唾液蛋白在骨关节炎的发生发展中起重要作用，研究表明BSP可能是肥厚软骨细胞诱导的血管再生的关键调节因子［19］，也有研究表明BSP在肾透明细胞癌的预后中起重要作用［20］。老年男性患心血管疾病的风险与骨钙素水平呈负相关，而老年女性患心血管疾病的风险与骨钙素水平呈正相关［21］。Shi等［22］研究指出尿DPD是脊椎结核病变时的敏感性和特异性指标，是筛查肺结核患者有无脊椎结核的重要指标，当DPD超过8.0 μmol/mol Cr时其敏感性和特异性分别为88%和95%。类风湿性关节炎患者血清PYD水平与未来关节破坏的严重程度相关，PYD水平越高，关节破坏越重［23］。最近研究发现骨保护素与人体多种疾病相关，如动脉钙化、冠心病、卒中和心血管事件。Ayaz等［24］研究表明非酒精性脂肪肝患者血清骨保护素（OPG）水平显著升高，且与颈动脉内膜中层厚度相关。最新研究还发现OPG是复杂性疼痛综合征（complex regional pain syndrome，CRPS）的潜在标志物［25-26］。

综上所述，骨代谢标志物在骨质疏松的诊断、监测治疗效果、评估预后中和骨密度一样起着举足轻重的作用。但是所有骨代谢指标中，没有一项绝对来自于骨骼，均受众多因素的影响，或多或少存在着各种各样的变异，且与多种非骨代谢疾病密切相关。因此，在临床实践及科研工作中应综合考虑各项指标的敏感性、特异性、检测方法、变异性、影响因素和合并疾病等，并参考指南推荐选择最佳骨代谢指标。

［1］Garnero P，Vergnaud P，Hoyle N.Evaluation of a fully automated se⁃rum assay for totalN-terminal propeptide of type 1collagen in post⁃menopausal osteoporosis［J］.Clin Chem，2008，54（1）:188-196.

［2］Lombardi G，Lanteri P，Colombini A，et al.Blood biochemical markers of bone turnover:pre-analytical and technical aspects of sample col⁃lectionandhandling［J］.ClinChemLabMed，2012，50（5）:771-789.doi:10.1515/cclm-2011-0614.

［3］Chubb SA.Measurement of C-terminal telopeptide of type I colla⁃gen（CTX）in serum［J］.Clin Biochem，2012，45（12）:928-935.doi: 10.1016/j.clinbiochem.2012.03.035.

［4］Alberti C，Chevenne D，Mercat I，et al.Serum concentrations of insu⁃lin-like growth factor（IGF）-1 and IGF binding protein-3（IGFBP-3），IGF-1/IGFBP-3 ratio，and markers of bone turnover:reference values for French children and adolescents and z-score comparabil⁃ity with other references［J］.Clin Chem，2011，57（10）:1424-1435.doi: 10.1373/clinchem.2011.169466.

［5］Naylor K，Eastell R.Bone turnover markers:use in osteoporosis［J］.Nat Rev Rheumatol，2012，8（7）:379-389.doi:10.1038/nrrheum.2012.86.

［6］Costa AG，Walker MD，Zhang CA，et al.Circulating sclerostin levels and markers of bone turnover in Chinese-American and white women ［J］.J Clin Endocrinol Metab，2013，98（12）:4736-4743.doi:10.1210/ jc.2013-2106.

［7］Sanz-Salvador L，Garcia-Pérez MA，Tarín JJ，et al.ENDOCRINOLO⁃GY IN PREGNANCY:Bone metabolic changes during pregnancy:a period of vulnerability to osteoporosis and fracture［J］.Eur J Endocri⁃nol，2015，172（2）:R53-R65.

［8］Bolzetta F，Veronese N，De Rui M，et al.Duration of breastfeeding as a risk factor for vertebral fractures［J］.Bone，2014，68:41-45.doi:10.1016/j.bone.2014.08.001.

［9］Hlaing TT，Compston JE.Biochemical markers of bone turnover-us⁃es and limitations［J］.Ann Clin Biochem，2014，51（Pt 2）:189-202. doi:10.1177/0004563213515190.

［10］Wölfl C，Schweppenhäuser D，Gühring T，et al.Characteristics of bone turnover in the long bone metaphysis fractured patients with normal or low Bone Mineral Density（BMD）［J］.PLoS One，2014，9（5）: e96058.doi:10.1371/journal.pone.0096058.

［11］Armbrecht G，Belavy DL，Gast U，et al.Resistive vibration exercise at⁃tenuates bone and muscle atrophy in 56 days of bed rest:biochemi⁃cal markers of bone metabolism［J］.Osteoporos Int，2010，21（4）:597-607.doi:10.1007/s00198-009-0985-z.

［12］Karabulut M，Bemben DA，Sherk VD，et al.Effects of high-intensity resistance training and low-intensity resistance training with vascu⁃lar restriction on bone markers in older men［J］.Eur J Appl Physiol，2011，111（8）:1659-1667.doi:10.1007/s00421-010-1796-9.

［13］Marques EA，Mota J，Viana JL，et al.Response of bone mineral densi⁃ty，inflammatory cytokines，and biochemical bone markers to a 32-week combined loading exercise programme in older men and wom⁃en［J］.Arch Gerontol Geriatr，2013，57（2）:226-233.doi:10.1016/j. archger.2013.03.014.

［14］Kang MH，Kim MH，Bae YJ，et al.Vegetable and fruit intake and its relevance with serum osteocalcin and urinary deoxypyridinoline in Korean adults［J］.Nutr Res Pract，2010，4（5）:421-427.doi:10.4162/ nrp.2010.4.5.421.

［15］Biver E.Use of bone turnover markers in clinical practice［J］.Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes，2012，19（6）:468-473.doi:10.1097/ MED.0b013e3283591492.

［16］Hutcheson A，Cheng A，Kunchar R，et al.A C-terminal crosslinking telopeptide test-based protocol for patients on oral bisphosphonates requiring extraction:a prospective single-center controlled study［J］. J Oral Maxillofac Surg，2014，72（8）:1456-1462.doi:10.1016/j. joms.2014.02.036.

［17］Griz L，Fontan D，Mesquita P，et al.Diagnosis and management of Pag⁃ et's disease of bone［J］.Arq Bras Endocrinol Metabol，2014，58（6）: 587-599.

［18］Lipton A，Cook R，Saad F，et al.Normalization of bone markers is asso⁃ciated with improved survival in patients with bone metastases from solid tumors and elevated bone resorption receiving zoledronic acid ［J］.Cancer，2008，113（1）:193-201.doi:10.1002/cncr.23529.

［19］Pesesse L，Sanchez C，Walsh DA，et al.Bone sialoprotein as a poten⁃tial key factor implicated in the pathophysiology of osteoarthritis［J］. Osteoarthritis Cartilage，2014，22（4）:547-556.doi:10.1016/j.jo⁃ca.2014.01.010.

［20］Righi L，Bollito E，Ceppi P，et al.Prognostic role of bone sialoprotein in clear cell renal carcinoma［J］.Anticancer Res，2013，33（6）:2679-2687.

［21］Holvik K，van Schoor NM，Eekhoff EM，et al.Plasma osteocalcin lev⁃els as a predictor for cardiovascular disease in older men and wom⁃en:A population-based cohort study［J］.Eur J Endocrinol，2014，171 （2）:161-170.doi:10.1530/EJE-13-1044.

［22］Shi J，Wang Z，Li H，et al.Diagnostic performance of the urinary de⁃oxypyridinoline in spinal tuberculosis［J］.Orthopedics，2012，35（6）: e922-e926.doi:10.3928/01477447-20120525-36.

［23］Krabben A，Knevel R，Huizinga TW，et al.Serum pyridinoline levels and prediction of severity of joint destruction in rheumatoid arthritis［J］.J Rheumatol，2013，40（8）:1303-1306.doi:10.3899/jrheum.121392.

［24］Ayaz T，Kirbas A，Durakoglugil T，et al.The relation between carotid intima media thickness and serum osteoprotegerin levels in nonalco⁃holic Fatty liver disease［J］.Metab Syndr Relat Disord，2014，12（5）: 283-289.doi:10.1089/met.2013.0151.

［25］Perez RS.Osteoprotegerin:another piece in a complex（regional pain syndrome）puzzle［J］.Pain，2014，155（5）:845-846.doi:10.1016/j. pain.2014.02.007.

［26］Kramer HH，Hofbauer LC，Szalay G，et al.Osteoprotegerin:a new bio⁃marker for impaired bone metabolism in complex regional pain syn⁃drome［J］？Pain，2014，155（5）:889-895.doi:10.1016/j.pain.2014.01.014.

（2014-08-08收稿2014-10-27修回）

（本文编辑李国琪）

Variability and clinical application of metabolic markers of bone

LUO Qiaoyan，XU Yong△
Department of Endocrinology，Affiliated Hospital of Luzhou Medical College，Luzhou 646000，China
△Reviser and Corresponding AuthorE-mail:xywyll@aliyun.com

Metabolic markers were released in the process of bone resorption and formation during bone remodelling. These markers have been extensively studied in trials of osteoporosis and other metabolic bone disorders during the past de⁃cades.Bone metabolic markers can replenish bone mineral density in the management of osteoporosis，but their use in clini⁃cal practice is challenged by their variability.Recently，there are many great progress in research of bone metabolic markers application in non metabolic bone disorders.

osteoporosis；bone diseases，metabolic；review；bone turnover markers；variability

R681.4

ADOI：10.11958/j.issn.0253-9896.2015.02.029

四川泸州，泸州医学院附属医院内分泌代谢科（邮编646000）

罗巧彦（1987），女，硕士在读，主要从事糖尿病及骨质疏松方面的研究

△审校者及通讯作者E-mail：xywyll@aliyun.com两种存在形式。骨吸收过程中，破骨细胞分泌TRACP5b，产生活性氧消化骨基质微环境中骨退化的产物，常用于评估破骨细胞的活性和数量。血清样本中TRACP5b稳定，在4℃储存3 d后仍有约90%可被检测。（2）吡啶啉（Pyridinoline，PYD）和脱氧吡啶啉（deoxypyridinoline，DPD）。PYD和DPD是成熟骨胶原的特异成分，在羟赖氨酰氧化酶的作用下释放入血，不经过肝脏的进一步降解，直接从尿液排泄，是胶原降解和骨吸收的灵敏指标，不受饮食的影响，可在尿标本中检测，但存在昼夜节律。（3）Ⅰ型胶原交联N端肽（N-terminal telopeptide，NTX）和 C端肽（C-terminal telopeptide，CTX）。NTX和CTX是广泛研究和使用的骨吸收标志物，研究表明，CTX有明显的生理节律变化，空腹可明显降低这一变异［3］。（4）羟脯氨酸（Hydroxyproline，OHP）。OHP由脯氨酸经脯氨酰羧化酶羧化修饰而成，主要在骨吸收过程中释放入循环，同时在骨形成过程中也可释放入循环。因此，OHP不是骨吸收过程中的特异性标志物。（5）羟赖氨酸糖苷（Hydroxylysineglycosides）。羟赖氨酸糖苷由赖氨酸经羧基化修饰而成，进一步被糖基化形成半乳糖基羟赖氨酸（galactosyl hydroxyly⁃sine，GHL）和葡糖基-半乳糖基羟赖氨酸（glucosyl-galactosylhydroxylysine，GGHL）。GHL是骨中所特有的，而GGHL则存在于皮肤和补体分子中。羟赖氨酸在胶原蛋白降解时释放入循环，并通过尿液排出，不受饮食的影响，且其糖苷仅来源于骨吸收过程，特异性较OHP高。（6）骨唾液蛋白（bone sialo⁃protein，BSP）。BSP是骨基质中磷酸化的非胶原糖蛋白。BSP仅存在于矿化的组织中，由成骨细胞、成牙质细胞和破骨细胞产生。BSP在骨基质附着过程中起重要作用，可刺激破骨细胞调节的骨吸收。（7）组织蛋白酶K。组织蛋白酶K是半胱氨酸蛋白酶家族中的成员，已发现有11种亚型。组织蛋白酶K在活化的破骨细胞皱褶缘中表达，是潜在的良好的骨吸收指标。目前，组织蛋白酶K抑制剂正作为治疗骨质疏松的潜在的选择。