血清瘦素、骨保护素与特发性股骨头坏死相关性研究

陆万里 李同林 卞恒杰 周 飞 王 睿

南京中医药大学附属南京市中西医结合医院骨科，江苏南京 210014

股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是骨科常见难治性疾病，多发生于中青年人群，如不进行有效的治疗，80%患者将发生股骨头塌陷，严重影响患者运动能力，给国家造成巨大的经济及社会负担[1-2]。股骨头坏死具体发病机制仍然不明，糖皮质激素（glucocorticoids，GCs）、酗酒、脂质代谢异常，髋关节骨折，凝血异常等均可诱发股骨头坏死[3-4]，其中15%～40%发病的患者无明确诱因，称为特发性股骨头坏死（Idiopathic osteonecrosis of the femoral head，ONFH，IONFH）[5-6]。

瘦素（leptin）是ob基因翻译的蛋白质，约为16kDa，主要由白色脂肪组织分泌，参与调节糖、脂代谢，炎症及免疫反应等进程[7]。相关研究表明，瘦素在骨代谢中也发挥着重要的作用，在小鼠模型中血清瘦素高表达明显减少小鼠的骨量，而血清瘦素低的小鼠骨量明显增多[8]。骨保护素（osteoprotegerin，OPG）是肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）受体家族的成员，通过OPG/RANKL/RANK（osteoprotegerin/nuclear factor-kappa B ligand/nuclear factor kappa B）信号通路在骨代谢中起到重要调节作用[9-10]。在人体内，瘦素、骨保护素对于骨代谢的影响尚未完全清楚。故本研究主要探讨血清瘦素、骨保护素水平与特发性股骨头坏死的相关性及其意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入2017年1月～2019年12月于南京中医药大学附属南京市中西医结合医院骨科住院治疗的特发性股骨头坏死患者61例作为试验组。其中男31例，女30例，年龄34～91岁，平均（61.6±12.9）岁，体重指数（BMI）为（24.8±4.6）kg/m2。按股骨头坏死ARCO分型[11]，其中Ⅲ型（X线或CT扫描示股骨头软骨下或坏死区骨折、塌陷）28例，Ⅳ型（X线表现为髋关节骨关节炎，关节间隙变窄，髋臼改变或关节破坏）33例。同期选择门诊健康体检者61例作为对照组，年龄35～90岁，平均（61.0±12.4）岁，BMI为（24.6±4.2）kg/m2，其中两组年龄（±1岁）、性别、BMI（±1kg/m2）配对，差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究通过医院医学伦理委员会批准，所有入组者均签署知情同意书。

1.2 纳入标准

（1）无股骨颈骨折病史、无服用激素类药物、近1周无服药史、无长期饮酒等病史，无其他严重的系统性合并伤的患者；（2）无糖尿病，无严重的系统性并发症，如心、肺、肝、肾等明显的实质性病变；（3）无恶性肿瘤及其他神经系统、免疫系统病史者；（4）无细菌、病毒感染等病史。

1.3 排除标准

（1）近1个月内有手术及创伤史者；（2）近半年体重波动＞20kg的患者[12]。

1.4 方法

所有入组者均于清晨空腹采集肘部静脉血3～5mL，静置后4℃条件下3500r/min离心10min，血清分装后于-80℃冰箱冻存待测。血清中瘦素、骨保护素的检测采用免疫磁珠流式液相芯片技术（Luminex），试剂购自美国EMD Millipore公司，操作严格按说明书进行。检测数值通过FlexMAP-3D系统获取并用百分数表示，利用XPonent 4.0软件及五参数逻辑回归分析计算最后数值[7]。所有分析样品的数值单位均为ng/mL。进行血清学检测的技术人员均不知道入组血样的个人信息。

1.5 统计学分析

采用SPSS22.0统计软件进行统计分析，正态分布计量资料采用（）表示，采用配对t检验；非正态分布计量资料采用中位数（P25～P75）表示，配对样本采用Wilcoxon符号秩和检验、独立样本采用Mann-Whitney U秩和检验；相关性分析采用Spearman相关性分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组受试者相关血清指标比较

试验组患者血清瘦素值、骨保护素值均显著高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.001），见表1。两组受试者血糖、三酰甘油、总胆固醇比较差异无统计学意义（P＞0.05）。在特发性股骨头坏死ARCO分型IV期患者血清瘦素值为17.69（12.69～34.88）ng/mL，显著高于Ⅲ期患者血清瘦素 值 的 5.50（3.25～ 9.49）ng/mL（P=0.000）。 而ARCO分型Ⅲ期患者血清骨保护素值为0.46（0.23～0.62）ng/mL，高于Ⅳ期患者血清骨保护素值的0.36（0.26～0.45）ng/mL，但差异无统计学意义（P=0.208）。试验组患者血清瘦素与骨保护素值无相关性（r=-0.185，P=0.153）。对照组血清瘦素与骨保护素值呈正相关（r=0.333，P=0.009）。试验组血清瘦素值与股骨头坏死分期呈正相关（r=0.583，P=0.000），而试验组血清骨保护素值与股骨头坏死分期无相关性（r=-0.163，P=0.211）。

表1 两组受试者相关血清指标比较

2.2 两组受试者年龄、BMI分别与其瘦素、骨保护素值相关性比较

试验组及对照组血清瘦素值均与其BMI值呈正相关，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。在两组中瘦素值均未发现与年龄存在相关性（P＞0.05）。试验组骨保护素值与其年龄呈正相关，与其BMI值呈负相关，差异有统计学意义（P＜0.05）。在对照组中，骨保护素值与BMI值同样有负相关趋势，差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2 两组受试者年龄、BMI分别与其瘦素、骨保护素值相关性分析

2.3 血清瘦素、骨保护素浓度诊断特发性股骨头坏死的敏感性及特异性

采用ROC曲线分析血清瘦素浓度诊断特发性股骨头坏死，结果显示曲线下面积为0.683，P=0.001，敏感性为 62.30%（95%CI0.587 ～ 0.778），特异性为70.50%，cut-off值为6.12ng/mL。见图1。

图1 血清瘦素浓度诊断IONFH的ROC曲线

ROC曲线分析血清骨保护素浓度诊断特发性股骨头坏死，结果显示曲线下面积为0.682，P=0.001，敏感性为63.90%（95%CI0.584～0.779），特异性为73.80%，cut-off值为0.33ng/mL。见图2。

图2 血清骨保护素浓度诊断IONFH的ROC曲线

3 讨论

股骨头坏死是多种因素导致的病理过程，其中成骨细胞及破骨细胞在其中起关键作用，特发性股骨头坏死的发病机制尚未清楚。相关研究表明，瘦素、骨保护素在骨代谢中发挥着重要的作用。而瘦素、骨保护素与特发性股骨头坏死患者有关人体研究尚缺乏。本试验主要探究人体血清瘦素、骨保护素水平与特发性股骨头坏死的相关性。

瘦素参与调节糖、脂代谢，炎症及免疫反应等多种生理病理进程。本研究发现，瘦素与BMI存在相关性，故本研究选择性别、年龄、BMI配对的健康人作为对照组，并排除糖尿病等患者[13]，尽量减少相关干扰因素。本研究两组间三酰甘油、总胆固醇值无明显差异，进一步减小血脂异常所造成的影响。

骨保护素是肿瘤坏死因子受体家族的成员，分子量约60kD，体内多种组织器官可分泌骨保护素，其中心、肺、肾和骨组织合成骨保护素较多[14]。骨保护素对于骨代谢的影响主要通过OPG/RANKL/RANK信号通路。破骨细胞分泌RANKL和骨保护素，它们相互竞争破骨细胞上的RANK受体来调节破骨细胞的功能。RANKL促进破骨细胞的增殖，并抑制其凋亡。而骨保护素则抑制破骨细胞分化，成熟，并促进破骨细胞凋亡[15]。

在体外研究中，Mutabaruka等[16]研究表明，瘦素可促进破骨细胞的增殖、矿化，并抑制破骨细胞凋亡。Martin等[17]研究表明，在悬尾造成骨量流失的大鼠模型中，瘦素可促进大鼠体内骨保护素的表达以防止骨量流失。Cheng等[18]研究发现，雌性大鼠破骨细胞中，瘦素可以显著促进破骨细胞增殖、分化及矿化，并促进RANKL mRNA的表达，而瘦素并不影响骨保护素mRNA的表达。在小鼠模型中血清瘦素高表达明显减少小鼠的骨量，而血清瘦素低的小鼠骨量明显增多[8]。

Miao等[19]研究发现，缺血性股骨头坏死患者股骨头坏死区瘦素基因表达有增高趋势，但无统计学差异，而RANKL，RANK的表达显著增高。Li等[20]研究335例酒精性股骨头坏死患者及对照组发现，骨保护素和RANKL的基因多态性与酒精性股骨头坏死相关。Zhou等[21]研究表明，瘦素可以减轻高脂饮食诱导的大鼠股骨头坏死，并促进股骨头血管生成，改善股骨头血供。这一研究结果与本研究发现特发性股骨头坏死IV期患者血清瘦素值显著高于Ⅲ期患者血清瘦素值相一致。

在特发性股骨头坏死方面相关研究较少，本研究显示，在特发性股骨头坏死患者血清瘦素、骨保护素水平较健康对照组均呈高表达状态，其中瘦素升高水平更加明显，特发性股骨头坏死IV期患者血清瘦素值显著高于Ⅲ期患者，且血清瘦素值与股骨头坏死分期呈正相关。结合体外试验相关结果，特发性股骨头坏死患者在出现股骨头坏死塌陷后，机体瘦素高表达可能促进股骨头血管生成，改善股骨头血供，延缓股骨头坏死进程。而骨保护素高表达，则抑制破骨细胞功能，防止股骨头坏死加剧，减缓股骨头塌陷。本研究发现，试验组及对照组血清瘦素值均与其BMI值呈正相关，并有统计学意义，这与Tariq等[22]在骨质疏松人群中研究结果一致。本研究中试验组患者骨保护素值与其BMI值呈负相关，与Stanik等[23]在年轻人群中研究结果一致，但本研究还发现血清骨保护素值与年龄存在正相关可能。

血清瘦素、骨保护素在诊断特发性股骨头坏死时具有一定的敏感性和特异性。从ROC曲线计算的cut-off值有助于确定股骨头坏死的临界值，此临界值可能为股骨头坏死的征兆。因此，检测血清瘦素、骨保护素浓度有助于监测股骨头坏死患者病情进展，cut-off值可作为临床预测股骨头坏死的参考指标。

本研究显示，血清瘦素、骨保护素在人体内变化显著，与股骨头坏死进程相关，在其中起到重要作用。在未来体内研究中，通过改变血清瘦素、骨保护素水平有可能延缓股骨头坏死进程，防止股骨头坏死塌陷，为股骨头坏死的治疗提供新的治疗思路。

综上所述，瘦素、骨保护素在骨代谢中起重要的作用。在特发性股骨头坏死患者血清中，瘦素、骨保护素呈高表达状态，其参与股骨头坏死病理进程，并起到关键性作用，进一步研究可加深对特发性股骨头坏死的认识，还能利用瘦素、骨保护素为靶点治疗股骨头坏死。