绝经后女性骨密度与雌激素水平、免疫细胞因子和骨代谢指标的相关性研究①

李凝旭 黄 莺 涂 艳 沈 莹 覃艳琼 雷 超 柳湘洁

(华中科技大学同济医学院附属梨园医院老年病科，武汉430077)

·临床免疫学·

绝经后女性骨密度与雌激素水平、免疫细胞因子和骨代谢指标的相关性研究①

李凝旭 黄 莺 涂 艳 沈 莹 覃艳琼 雷 超 柳湘洁②

(华中科技大学同济医学院附属梨园医院老年病科，武汉430077)

目的：分析绝经后女性骨密度变化及其与雌激素水平、免疫细胞因子和血清骨代谢指标的相关性。方法：将135名绝经后女性根据其腰椎骨密度(BMD)分为骨质疏松(OP)组(54例)、骨量减少组(43例)及正常组(38例)。测定三组研究对象血清雌二醇(E2)、骨源性碱性磷酸酶(BALP)、骨钙素(BGP)、抗酒石酸酸性磷酸酶- 5b(TRAP- 5b)、白细胞介素- 6(IL- 6)、白细胞介素- 10(IL- 10)、肿瘤坏死因子- α(TNF- α)、转化生长因子- β(TGF- β1)水平，并分析其与BMD的相关性。结果：与正常组比，OP组和骨量减少组血清E2、TGF- β1、IL- 10水平均显著降低(P<0.05)，血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6及TNF- α水平均显著升高(P<0.05)；与骨量减少组比，OP组的血清E2水平更低，血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6及TNF- α水平均更高，差异有统计学意义(P<0.05)。E2、TGF- β1、IL- 10与BMD呈正相关(P<0.05)；BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6及TNF- α均与BMD呈负相关(P<0.05)。低血清E2水平和高血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6、TNF- α水平是绝经后女性BMD降低的独立影响因素(P<0.05)。结论：绝经后女性E2水平降低，引起骨重建失衡及骨免疫炎症反应，该变化与BMD降低有关。

绝经后骨质疏松症；骨密度；雌激素；骨代谢；细胞因子

绝经后骨质疏松症(Postmenopausal osteopo- rosis,PMOP)又称原发性Ⅰ型骨质疏松症，是指绝经后女性发生的以骨量低下，骨微结构损坏以及骨折风险性增加为病理特征的全身性骨骼系统疾病。骨密度(Bone mineral density，BMD)是反映骨骼强度的一个重要指标，采用双能X线吸收法(DEXA)测定的BMD值是国际公认的骨质疏松症(Osteoporosis，OP)诊断的金标准[1]。目前认为，绝经后女性发生OP主要与其雌激素水平降低有关，而雌激素缺乏可引起相应的免疫功能变化及炎症反应，继而影响骨重建平衡[2，3]。本研究将通过分析绝经后女性BMD变化及其与骨代谢相关指标、免疫细胞因子及雌激素水平的相关性，探讨骨代谢、骨免疫炎性反应在PMOP发病过程中的作用。

1 材料与方法

1.1 一般资料 选择2014年6月至2016年6月在本院进行BMD扫描检查的绝经后女性135例作为研究对象，详细记录身高、体重、月经史、婚育史、当前及既往疾病史，所有入选女性均未口服过雌激素类药物替代治疗。采用DEXA测定各研究对象BMD，参照世界卫生组织(WHO)推荐的OP诊断标准(基于BMD测定)[1]，t值为与青年人BMD相比SD的倍数，t值≥-1.0 SD属正常；-2.5 SD

1.2 方法

1.2.1 骨密度测定 采用法国MEDLINK双能X线骨密度测定仪(型号：O steocore 2)测量各研究对象第2～4腰椎(L2～L4)侧位BMD。

1.2.2 血清指标检测 取各研究对象空腹静脉血3～5 ml，3 000 r/min离心20 min，分离出血清并保存于-20℃备用。血清雌二醇(E2)、IL- 6、TNF- α、TGF- β1及IL- 10采用放射免疫分析法(RIA)测定(所使用仪器为美国贝克曼公司生产)；血清骨源性碱性磷酸酶(BALP)、骨钙素(BGP)及抗酒石酸酸性磷酸酶- 5b(TRAP- 5b)采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定。所用试剂由美国赛默飞世尔(Thermo Fisher)公司生产。所有检测项目均按仪器操作规定及试剂盒说明书要求进行。

2 结果

2.1 各组临床资料比较 OP组、骨量减少组及正常组的年龄、BMI及绝经年限差异均无统计学意义(P>0.05)；三组BMD(L2～L4)比较，OP组<骨量减少组<正常组，组间差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

2.2 各组血清雌激素、骨代谢指标及免疫细胞因子水平比较 与正常组比，OP组和骨量减少组的血清E2、TGF- β1、IL- 10水平均显著降低(P<0.05)，血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6及TNF- α水平均显著升高(P<0.05)；与骨量减少组比，OP组的血清E2水平更低，血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6及TNF- α水平均更高，差异有统计学意义(P<0.05)；OP组与骨量减少组组间TGF- β1、IL- 10水平差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

2.3 血清雌激素、骨代谢指标及免疫细胞因子水平与BMD的相关性 相关性分析表明，血清E2、TGF- β1水平与BMD呈明显正相关(r=0.682、0.423，P<0.05)；血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6及TNF- α水平均与BMD呈明显负相关(r=-0.596、-0.510、-0.376、-0.448、-0.351，P<0.05)； 血清IL- 10与BMD的相关性不显著(r=0.284，P>0.05)。见图1。

GroupsnAge(year)BMI(kg/m2)Timeofmenopause(year)BMD(L2-L4)(g/cm2)Normalgroup3866.02±4.5622.15±2.7320.00±6.210.87±0.08Osteopeniagroup4365.82±4.7122.68±2.5419.15±6.450.74±0.111)OPgroup5465.44±4.8023.02±2.6919.06±6.370.53±0.091)2)

Note：Compared with the normal group,1)P<0.05;compared with the osteopenia group,2)P<0.05.

GroupsnE2(pmol/L)BALP(U/L)BGP(μg/L)TRAP-5b(U/L)Normalgroup38138.33±11.27186.70±21.356.33±1.254.64±1.60Osteopeniagroup43109.54±15.061)235.44±18.201)13.06±2.341)5.37±1.731)OPgroup5494.85±9.131)2)251.63±25.521)2)21.59±4.531)2)6.08±1.541)2)GroupsnIL-6(ng/L)TNF-α(ng/L)TGF-β1(ng/L)IL-10(ng/L)Normalgroup3873.69±20.543.15±1.247.02±1.3355.37±15.64Osteopeniagroup43105.30±25.661)4.48±2.111)6.41±1.151)34.26±10.581)OPgroup54118.47±21.041)2)5.79±2.031)2)5.28±0.861)29.74±13.021)

Note：Compared with the normal group,1)P<0.05;Compared with the osteopenia group,2)P<0.05.

图1 血清雌激素、骨代谢指标及免疫细胞因子水平与BMD的相关性(散点图)Fig.1 Correlation of serum estrogen,bone metabolism and immune cytokines with BMD (Scatter plot)

2.4 回归性分析 以BMD为因变量进行多因素Logistic回归分析，结果显示，低血清E2水平和高血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6、TNF- α水平是BMD降低的独立影响因素(P<0.05)。见表3。

3 讨论

OP是一种与衰老有关的常见病，随着社会人口老龄化的加剧，OP的发病率明显升高，目前全世界约有2亿OP患者，该病已成为世界范围内发病率、病死率及医疗费用消耗较大的疾病之一[4，5]。OP多发于中老年人群，其中女性发病率高于男性，尤其是绝经后女性，为OP的高发群体[6]。

表3 多因素Logistic回归分析

Tab.3 Multivariate logistic regression analysis

CorrelativefactorStandardizedCoefficientsStd.ErrortPE20.2060.0012.5460.012BALP-0.5250.002-6.3660.000BGP-0.4410.002-4.9570.000TRAP-5b-0.1560.003-2.4040.018IL-6-0.1650.007-2.6480.009TNF-α-0.1400.007-2.1600.033TGF-β10.0860.0091.3490.180

OP的主要发病机制为骨重建失衡。骨重建平衡即骨形成和骨吸收之间的动态平衡，该过程主要由破骨细胞、成骨细胞和骨细胞等在内的多种细胞及细胞因子参与。当骨吸收超过骨形成时，过度的骨吸收引起骨量减少，BMD降低，骨微结构破坏，骨骼的最佳质量和最佳力量失衡而导致骨强度降低，骨骼脆性增加[7,8]。骨强度取决于BMD和骨质量，但目前尚缺乏较为理想的骨强度直接测量方法，临床上主要以BMD值作为OP诊断、骨折风险预测及病情程度评估的最佳定量指标[9]。本研究135例绝经后女性的腰椎BMD测量结果显示，正常者、骨量减少者及PMOP患者的BMD依次显著下降，说明BMD能够较好地反映三组的骨强度差异，其中PMOP患者骨强度最低。PMOP的发生还与雌激素缺乏有关。雌激素可以通过多种途径参与成骨- 破骨。正常的雌激素水平可以促进骨形成而抑制骨吸收，对于维持骨重建平衡和骨内微环境稳态具有重要作用[10]。而绝经后女性由于卵巢功能衰退，由卵巢分泌的雌激素急剧减少；破骨细胞受雌激素抑制作用减轻或解除，骨吸收明显增加，骨形成随之也增加，形成高转换率OP，可体现为骨形成标志物BALP和BGP水平的显著提高[10- 12]。TRAP- 5b是由破骨细胞分泌的骨转换生化标志物，能够反映骨吸收的状态，在骨吸收增加时其水平显著增高[13,14]。本研究结果显示，PMOP患者和绝经后骨量减少者血清BALP、BGP和TRAP- 5b水平均明显高于绝经后正常者，且PMOP患者这三个指标的水平比骨量减少组更高，说明PMOP患者骨转换率明显增加。另外血清E2水平与BMD呈正相关，而血清BALP、BGP和TRAP- 5b水平均与BMD呈负相关，提示雌激素水平的下降可能增加了BALP、BGP和TRAP- 5b活性，使骨转换更活跃，进一步导致PMOP发生。

新近研究发现，免疫学因素在OP的发病机制中发挥重要作用。免疫学因素包括共刺激分子、B淋巴细胞、T淋巴细胞及淋巴细胞衍生的细胞因子等。动物研究表明，细胞因子调节骨代谢在雌激素缺乏引起骨丢失的分子机制中起关键作用，其中由淋巴细胞分泌的炎性细胞因子可通过各种炎症途径促进骨的形成和吸收[15,16]。因此PMOP也被认为是炎症性疾病，甚至是一种自身免疫状态[17]。绝经后雌激素缺乏及T细胞免疫功能减退可引起血清IL- 6、TNF- α等细胞因子水平上升[18]。IL- 6和TNF- α可作用于破骨细胞，刺激骨吸收作用；同时还能增加骨胶原酶分泌，促进骨基质降解而影响成骨细胞活性，进而影响骨形成作用[19]。TGF- β1和IL- 10具有与IL- 6和TNF- α相反的生理作用，可通过下调炎性细胞因子抑制破骨细胞激活而促进成骨细胞增殖，进而抑制骨吸收和促进骨形成[20,21]。本研究中，PMOP患者和绝经后骨量减少者血清IL- 6和TNF- α水平均明显高于正常者，而TGF- β1和IL- 10水平均明显低于正常者；但PMOP患者与骨量减少者之间比较，仅IL- 6和TNF- α水平有显著差异，提示PMOP患者骨吸收作用超过骨形成作用，骨重建失衡。另外，血清IL- 6及TNF- α水平均与BMD呈明显负相关，说明骨强度越低者，由细胞因子刺激的骨吸收作用越强，PMOP发生的风险性可能就越高。

本研究回归性分析结果显示，高血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6、TNF- α水平是PMOP患者BMD降低的独立影响因素，降低PMOP患者血清BALP、BGP、TRAP- 5b、IL- 6及TNF- α水平有利于防止BMD下降，减少PMOP发生的风险性；适当的雌激素治疗是预防低BMD和PMOP发生的保护因素。

综上所述，PMOP的发生受体内雌激素水平、BMD、细胞因子及骨代谢等多种因素共同参与，各种因素之间相互联系，相互影响，在PMOP的发病机制中发挥重要的调控作用。

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[收稿2017- 03- 31]

(编辑 倪 鹏)

Study on relationship between bone mineral density and levels of bone metabolism,immune cytokines and estrogen in postmenopausal women

LI Ning- Xu,HUANG Ying,TU Yan,SHEN Ying,QIN Yan- Qiong,LEI Chao，LIU Xiang- Jie.

Department of Geriatrics,Liyuan Hospital，Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430077,China

Objective:To analyze the change of bone mineral density (BMD) in postmenopausal women,and to study the relationship between BMD and the estrogen,cytokines,and serum levels of bone metabolism.Methods: 135 postmenopausal women were divided into the OP group (n=54),Osteopenia group (n=43) and normal group (n=38) according to the results of lumbar spine bone mineral density (BMD) scan.To detected the concentration of serum estradiol (E2),bone alkaline phosphatase (BALP) and osteocalcin (BGP),tartrate resistant acid phosphatase- 5b (TRAP- 5b),interleukin- 6 (IL- 6),tumor necrosis factor alpha (TNF- α),transforming growth factor beta (TGF- β1) and IL- 10 of research objects in the three groups.And to analyze the relationship between BMD and the levels of E2,BALP,BGP,TRAP- 5b,IL- 6,TNF- α,TGF- β1 and IL- 10.Results: In the OP group and the Osteopenia group,BMD and the levels of E2,TGF- β1 and IL- 10 were obviously lower than that in the normal group (P<0.05),and the levels of BALP,BGP,TRAP- 5b,IL- 6 and TNF- α were obviously higher than that in the normal group (P<0.05).When compared with the Osteopenia group,the BMD and E2 level in the OP group was more lower (P<0.05),and the levels of BALP,BGP,TRAP- 5b,IL- 6 and TNF- α were more higher (P<0.05).E2 and TGF- β1 showed the significant positive correction with BMD (P<0.05),and the BALP,BGP,TRAP- 5b,IL- 6 and TNF- α were all negatively corrected with BMD (P<0.05).However,no significant difference of relevance was seen between IL- 10 and BMD (P>0.05).The low serum E2 levels and high serum levels of BALP,BGP,TRAP- 5b,IL- 6 and TNF- α were the independent factors affecting the reduction of BMD (P<0.05).Conclusion: The E2 level in patients with PMOP decreased obviously,which caused the imbalance of bone remodeling and inflammatory reaction,and which was related to the decrease of BMD.

Postmenopausal osteoporosis;Bone mineral density;Estrogen;Bone metabolism;Cytokines

10.3969/j.issn.1000- 484X.2017.08.016

①本文为湖北省自然科学基金资助项目(2016CFB542)。

李凝旭(1977年-)，女，博士，副主任医师，主要从事骨代谢与骨质疏松方面的研究，E- mail：liningxu33@163.com。

及指导教师：柳湘洁(1968年-)，女，主任医师，主要从事内分泌与代谢性疾病方面的研究，E- mail：liuxiangjie89@163.com。

R580

A

1000- 484X(2017)08- 1201- 04