骨关节炎患者血清中DKK-1和MMP-13水平的相关研究*

刘 焕，孙 磊，刘 华，崔国峰，陈庆平，王素芝，马晓红

1.西安市第五医院风湿免疫科(西安710082)，2.西安交通大学第二附属医院骨科(西安710004)， 3.西安市中医医院皮肤科(西安710021)

骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种引起关节软骨的损害，骨赘形成，软骨下硬化，以及滑膜炎的常见老年退行性疾病。近年OA的发病率逐年升高，严重降低人类的生活质量，威胁着人类健康。最新研究显示: Wnt途径在骨与关节形成和破坏中起关键的调控作用。多项研究表明: Wnt信号异常与OA发病有关[1]。这个途径被几个不同的抑制性的分泌型分子调控，如抑癌蛋白DKK1抗原(DKK-1)，硬化素，卷曲蛋白等，其中DKK-1很重要，DKK-1 可以抑制这条路径[2]。研究显示：DKK-1在OA的膝关节的滑膜、软骨及软骨下的成骨细胞中均有表达，在炎症性及退行性关节病中，DKK-1对关节重构起调控作用[3]。

MMPs是Wnt/β-catenin信号路径中现有调节因子之一[4]。MMP-13是一种胶原酶，由软骨细胞、滑膜细胞、纤维母细胞及中性粒细胞等产生。主要功能是分解细胞外基质，参与了人体多种生理和病理过程。该因子在MMP-13是水解Ⅱ型胶原的重要MMP之一，其可加速细胞外基质降解，促进软骨退变。

以往研究显示：激活Wnt信号诱导MMPs的产生可以导致OA。那么DKK-1作为Wnt路径的抑制者是否可以通过抑制MMP-13的表达而影响OA的发生。因此，本实验选择了DKK-1和MMPs中的MMP-13水平，观察两指标相关性。

资料与方法

1 一般资料 选择68例门诊及住院的OA患者， 2016年1月至2017年7月来西安市第五医院风湿科就诊的患者，其中男42例，女26例，年龄45～74岁，平均(61.47±6.86)岁。均为另外选取同期来我院体检中心年龄匹配的72例作为正常对照组，其中男35例，女37例，年龄45～76岁，平均(62.31±7.43)岁，所有入选人员均签署知情同意书。OA患者符合《骨关节炎诊断及治疗指南》所推荐的诊断标准，并排除类风湿关节炎或其他骨关节系统疾病病史，并排除近期曾接受过免疫及药物治疗的患者。研究方案通西安市第五医院医院伦理委员会同意。

2 研究方法

2.1 实验标本处理：取受试者肘正中静脉血1.5ml，3000r/min离心10min，分离上层血清，置-80℃保存用于测定血清DKK-1、MMP-13的表达。

2.2 试剂及方法：采用武汉博士德生物工程有限公司购置的试剂盒测定血清DKK-1及MMP-13水平，操作均按说明书。

结 果

1 两组血清中DKK-1及MMP-13的表达比较 见表1～3。与对照组相比，OA组血清DKK-1水平降低，MMP-13水平明显高，差异均有统计学意义(P<0.01)。分别单独分析检查男性或女性时，与正常组相比，OA组患者的DKK-1血清水平减低，但MMP-13血清水平升高。

2 OA患者血清DKK-1与MMP-13相关性分析 见图1。分析测定所有受试者血清中DKK-1与MMP-13水平的相关性。可见DKK-1水平与MMP-13呈显著负相关(r=-0.588，P<0.01)。

表1 两组血清中DKK-1及MMP-13的表达比较(ng/L)

注：与正常组比较，*P<0.01

表2 男性血清DKK-1及MMP-13表达水平(ng/L)

注：与正常组比较，*P<0.05

表3 女性血清DKK-1及MMP-13表达水平(ng/L)

注：与正常组比较，*P<0.05

图1 OA患者血清DKK-1与MMP-13相关性分析

讨 论

以往认为骨关节炎(OA)是一种退行性关节病变，与增龄和运动过量相关，但现在研究发现：越来越多的研究提示OA也存在严重的多种免疫炎症反应。研究发现：OA组软骨细胞IL-1β、TNF-α明显增高，通过透明质酸的关节腔注射，并随着透明质酸剂量增高可抑制IL-1β、TNF-α合成,起到抑制TNF-α的作用，从而达到减轻炎症反应，改善临床症状的作用[5]。另一项研究同样表明：OA与免疫炎症反应相关，李娟等通过研究发现玻璃酸钠关节腔注射治疗无效的KOA患者,甲氨蝶呤关节腔注射治疗可有效减轻膝骨关节炎疼痛,改善关节功能。甲氨蝶呤为一种强有力的免疫抑制剂，通过甲氨蝶呤对关节炎炎症反应的抑制，有效的控制了关节骨水肿的发生，改善了OA的病情发展[6]。另外，影像学检查的发展，应用MRI进行分析对OA具有重要作用，王功夏等选取膝关节骨关节炎患者60例,行磁共振(MRI)扫描及KOA MOAKS评分,同时对患者进行WOMAC OA调查,分析半定量膝关节骨关节炎MRI评分系统与WOMAC OA指数的相关性。结果:MRI显示软骨损伤58例,骨髓损伤53例,骨赘58例,半月板形态及信号异常57例,半月板位置异常35例,Hoffa滑膜炎45例,检出率分别为96.67%、88.33%、96.67%、95.00%、58.00%、75.00%，提示:KOA MOAKS能较好的反应出患者关节损伤程度,与OMAC OA指数有较好的相关性,可作为膝关节OA病情评估的重要指标[7]。同时，外科的手术治疗，可能对炎症具有消除作用，同时改善力学结构，从而改善OA的病情，马晓军等研究提示：全膝关节置换术应用于晚期膝关节OA老年患者的治疗可以起到很好的效果。可以有效缓解患者的疼痛症状,更快地恢复膝关节功能,值得临床应用[8]。

随着对OA发病机制的不断认识和理论更新，研究Wnt信号途径，并在骨形成及破坏中有重要的作用成为研究热点。另一方面，多种骨关节疾病的骨代谢紊乱过程，是Wnt信号途径发挥了重要的生物学作用。DKK-1主要是由细胞内分泌而来的分泌型糖蛋白，是一种内源性蛋白质或者是生物活性物质，其作为Wnt信号途径的抑制剂，可以阻止信号在细胞内进行传递，从而参与细胞的增殖、分化及迁徙等过程[9]。近年来，随着逐渐深入了解Wnt信号通路与骨形成关系之间的关系，进一步探索骨关节疾病中DKK-1的作用已成为新的研究热点。

MMPs是Wnt/β-catenin信号通路中的下游靶基因之一。Le Maitre发现：外科标本中退行性椎间盘组织的MMP-13表达显著增加，与退化严重程度正相关。研究结果表明：DKK-1通过特异性阻断Wnt通道抑制MMP-13的表达，保护了Ⅱ型胶原和蛋白多糖的基质合成[10]。OA疾病研究中发现DKK-1依赖性的抑制剂，通过Wnt通路介导MMP-13表达水平的下调[11]。

根据以往的实验结果，非常有必要探索二者在汉族OA群体中是否有关联，并且引起OA。本次研究结果表明对照组相比，OA组血清DKK-1水平降低，MMP-13水平明显高，差异均有统计学意义。值得注意的是：无论是在男性亦或者在女性OA患者中，DKK-1水平显著低于健康对照组，MMP-13相反高于对照组。提示S1P、MMP3参与了早期OA的发病。Spearman相关分析中，DKK-1和MMP-13的血清水平呈负相关。提示DKK-1水平高于正常对照组，当DKK-1表达减少，调控MMP-13抑制减弱，使MMP-13升高，最终导致OA发生。目前的发现与以往的研究结果一致[9]。

综上所述，DKK-1的下降对MMP-13水平抑制性作用减弱，作用底物是II型胶原的MMP-13表达增多，致使II型胶原降解，使软骨的拱形纤维结构破坏而受损，继而关节软骨破坏，加速骨关节炎关节软骨退变。最终导致OA。因此了解DKK-1及MMP-13之间的关系可以为今后OA防治提供数据支持。

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