基质金属蛋白酶-9、基质金属蛋白酶抑制物-1 及其比值在评估膝骨关节炎患者病情严重程度中的价值

康伯寅 吴媛君

膝骨关节炎 ( knee osteoarthritis，KOA ) 是常发生在中老年人群的骨科疾病，其病理特点主要为膝关节软骨受到破坏，进而出现软骨下骨反应性增生改变[1]。由于 KOA 具有较高的发病率及致残率，目前已受到世界各国研究人员的关注。既往临床多采用临床症状、体征及影像学检查评估 KOA 患者的病情严重程度，但缺乏较高的敏感度和特异度，难以指导医务人员实施精准化的治疗，甚至还会错失最佳的治疗时机[2]。研究证实 KOA 病理改变主要发生在膝关节软骨，与构成软骨的基质胶原纤维和蛋白多糖等物质完整性受到严重破坏有一定关系[3]。由于基质金属蛋白酶-9 ( matrix metalloproteinase-9，MMP-9 ) 是基质胶原纤维降解过程中发挥重要作用的酶蛋白，而基质金属蛋白酶抑制剂-1 ( matrix metalloproteinase inhibitor-1，TIMP-1 ) 是基质金属蛋白酶 ( matrix metalloproteinase，MMPs ) 的特异性抑制剂，两者表达水平平衡关系是 KOA 软骨是否出现降解的关键所在[4]。本研究选择我院 2016 年 5 月至 2019 年 8 月期间确诊为 KOA 的 97 例患者作为研究对象，拟探讨 MMP-9、TIMP-1 及其比值在评估KOA 患者病情严重程度中的价值，从而为医务人员选择准确治疗方案提供帮助。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 明确诊断为 KOA[5]，且近期未服用糖皮质激素药物治疗者；( 2 ) 签署研究参与知情同意书者。

2. 排除标准：( 1 ) 伴随有类风湿关节炎、半月板损伤等关节疾病者；( 2 ) 膝关节存在肿瘤、结核等疾病或化脓感染者；( 3 ) 膝关节间隙明显狭窄或呈骨性连接表现者；( 4 ) 精神系统异常或凝血异常者；( 5 ) 妊娠期或哺乳期妇女。

二、一般资料

本研究共纳入 97 例，均为单膝病变，同期选择30 例无关节炎表现的膝关节运动型损伤手术患者作为对照组，两组性别、年龄及 BMI 比较差异无统计学意义 (P＞0.05 )，本研究符合医院伦理委员会要求并审批通过。

三、研究方法

1. 标本采集：两组患者入院后均在空腹状态下抽取 10 ml 肘部静脉血液，2000 r / min 离心处理后留取血清，在 -80 ℃ 冰箱内保存。KOA 手术患者及对照组患者在手术期间抽取病变膝关节关节液，非手术患者则通过关节穿刺抽取关节液，均留取3 ml。关节液经 2000 r / min 离心处理后留取上层清液，在 -80 ℃ 冰箱内保存。

2. 检测方法：采用酶联免疫吸附 ( enzymelinked immunosorbent assay，ELISA ) 法检测两组患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1 表达水平 ( 检测试剂盒均购自美国的 ABI 公司 )，由本院检验科医师严格按照试剂盒说明进行操作，同时计算两者比值。

四、统计学处理

采用 SPSS 20.0 软件对所有数据资料进行统计学分析，各组血清及关节液 MMP-9、TIMP-1 表达水平及两者比值比较采用独立样本t检验和方差分析，相关性研究采用 Pearson 法分析，P＜0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、两组患者基线资料比较

两组患者性别、年龄及平均体质量指数 ( body mass indax，BMI ) 比较差异无统计学意义 (P＞0.05 )( 表 1 )。

表 1 两组患者基线资料比较Tab.1 Comparison of baseline data between the two groups

二、两组患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 比较

KOA 组患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 均明显高于对照组，差异有统计学意义 (P＜0.05 ) ( 表 2 )。

三、不同 Kellgren-Lawrence ( K-L ) 分级 KOA患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 /TIMP-1 比较

不同 K-L 分级 KOA 患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 比较差异有统计学意义 (P＜0.05 )，且随着病情程度加重，血清及关节液MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 均明显升高，差异有统计学意义 (P＜0.05 ) ( 表 3 )。

四、K-L 分级与血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 的相关性分析

K-L 分级与血清 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 /TIMP-1 (r＝0.372，0.397，0.475 ) 及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 (r＝0.406，0.442，0.581 ) 均呈正相关性关系 (P＜0.05 )。

表 2 两组患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 比较Tab.2 Comparison of MMP-9, TIMP-1, and MMP-9 / TIMP-1 in serum and joint fluid between the two groups

表 3 不同病情严重程度 KOA 患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 比较Tab.3 Comparison of MMP-9, TIMP-1, and MMP-9 / TIMP-1 in serum and joint fluid of patients with different KOA severities

讨 论

膝关节置换术是治疗 KOA 患者惟一有效的手术措施，然而随着对其发病机制的深入研究发现常需要较长时间才能形成 KOA，故早期防治 KOA 成为可能[6-7]。目前膝关节正侧位 X 线是临床诊断 KOA的影像学检查方法，尤其基于上述检查的 K-L 分级仍是评估 KOA 病情严重程度的重要标准[8]。但超过半数的 KOA 患者未出现典型的影像学特征表现，其原因在于 KOA 疾病早期阶段以软骨微观病理改变为主，影像学检查无法准确检出，故在评估病情严重程度方面具有明显的局限性[9]。关节镜检查虽然可直接观察关节软骨病变，但对患者具有一定的创伤性，不适合应用于常规疾病监测，近些年还有研究通过检测血清及关节液炎症细胞因子用于临床诊断和评估 KOA 病情严重程度，但无法准确反映膝关节软骨的破坏程度[10]。由于缺乏评估 KOA 的病情严重程度，难以及时采取恰当的治疗措施，导致 KOA 持续发展，进而出现滑膜增生、关节积液等情况，最终对患者生活质量产生严重的影响。因此，寻找一种客观评估 KOA 患者病情严重程度的实验室指标显得极为重要。

膝关节软骨主要由基质和软骨细胞共同组成，其中基质不但使得软骨具有较好的弹性功能，还可有效吸收、分散膝关节受到的负荷压力，此外软骨细胞还可起到维持膝关节软骨解剖结构和生理功能的作用[11]。MMPs 可降解大部分关节软骨基质，在 KOA 发病过程中发挥着重要作用，其表达水平明显升高及其与基质金属蛋白酶抑制剂 ( matrix metalloproteinase inhibitors，TIMPs ) 之间动态平衡关系失调已成为 KOA 发病机制研究的关注焦点[12]。TIMPs 可与 MMPs 相互结合形成特异性复合物，从而阻断 MMPs 与底物的结合过程，从而有效维持关节软骨基质物质合成、降解之间的平衡状态[13]。正常情况下，关节软骨内 TIMPs 和 MMPs 的分泌处于平衡状态，而在 KOA 病变形成时，关节滑膜细胞、软骨细胞可合成和分泌大量 MMPs，使得 MMPs /TIMPs 平衡状态出现严重紊乱，进而使得较多关节软骨细胞凋亡，基质成分出现降解，最终导致膝关节软骨的严重破坏[14]。由于 MMP-9 是早期反映KOA 病理改变的重要实验室指标，而 TIMP-1 则是机体内 MMP-9 的特异性抑制物，因此本研究检测血清及关节液两者表达水平及其比值变化，结果显示：KOA 组患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 均明显高于对照组 (P＜0.05 )，且随着病情程度加重，不同 K-L 分级组患者血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 均明显升高(P＜0.05 )，提示血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 与 KOA 患者病情严重程度可能有一定关系。分析原因为 MMP-9 / TIMP-1 比值逐渐升高，MMP-9 降解基质的功能相对增强，使得蛋白多糖分解并大量丢失、损坏关节软骨中胶原与蛋白多糖的网络结构，加快软骨细胞的凋亡，阻止蛋白多糖和胶原的合成，导致在细胞外基质成分破坏增多的情况下，抑制细胞外基质降解的物质未得到有效增加，使得软骨退行性病理改变远超 TIMP-1 的修复作用，故无法抑制 MMP-9 对 KOA 关节软骨的降解作用，反过来还会加重软骨细胞的损伤严重程度，导致 KOA 病情逐渐加重[15]。

本研究还采用 pearson 法分析 K-L 分级与血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 的相关性，结果显示 K-L 分级与血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 均呈正相关性关系 (P＜0.05 )，提示血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 /TIMP-1 与病情严重程度存在密切的相关性，而通过检测血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 /TIMP-1 有助于评估 KOA 患者的病情严重程度。其中关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 的r值大于血清，关节液 MMP-9 / TIMP-1 的r值大于MMP-9、TIMP-1，由此提示关节液 MMP-9 / TIMP-1评估 KOA 患者病情严重程度的价值优于其它指标。本研究还存在一些不足之处，研究病例数较少，还需开展多个中心联合的大样本研究，以期将关节液MMP-9 / TIMP-1 作为评估 KOA 患者病情严重程度的重要实验室指标。

综上所述，血清及关节液 MMP-9、TIMP-1、MMP-9 / TIMP-1 与 KOA 患者病情严重程度存在密切联系，其中尤以关节液 MMP-9 / TIMP-1 评估KOA 患者病情严重程度的价值最优。