创伤性膝关节骨性关节炎患者血清MMP-13、瘦素和IL-6水平及其预后影响因素分析

杨 昆，解小彬，郭维忠，马小军，霍建凤

创伤性膝关节骨性关节炎(knee osteoarthritis，KOA)是由创伤引起，以关节软骨退化变性、滑膜炎和软骨增生为主要病理变化的一种疾病[1]。目前，该病发病机制尚未明确，且其发生和发展过程仍缺乏可靠的预测性指标。然而，由于膝关节功能障碍，创伤性KOA患者日常生活可不同程度受到限制，故寻找有效预测指标及干预措施有重要意义[2]。

近年有研究发现，KOA继发性关节软骨退化变性与细胞外基质合成和降解失衡有关，其中基质金属蛋白酶类(matrix metalloproteinases，MMPs)在这个过程中扮演重要角色[3-4]。此外，炎性介质在KOA的发病中亦具有关键作用[5]。已有研究证实KOA的影像分级与血清中许多炎性标志物有一定相关性，包括瘦素和白细胞介素-6(iterleukin，IL-6)等[6-8]。然而，现临床上有关基质金属蛋白酶-13(matrix metalloproteinase-13，MMP-13)、瘦素和IL-6在KOA患者中的表达及其与凯尔格伦-劳伦斯(Kellgren-Lawrence，K-L)分级、关节功能关系方面的研究较少。本研究探讨创伤性KOA患者血清MMP-13、瘦素和IL-6水平，并分析其预后影响因素，旨在为该病临床诊治提供参考，现报告如下。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2018年2月—2019年10月秦皇岛市第二医院收治的符合纳入及排除标准的创伤性KOA 65例作为创伤性KOA组，其中男35例，女30例；年龄28～72(45.17±6.39)岁；病程1～4(2.89±1.02)年;均为单侧发病，其中左侧30例，右侧35例。另选取同期于该院健康体检中心进行体检的健康体检者50例作为健康对照组，其中男26例，女24例；年龄26～70(45.36±6.41)岁。两组性别和年龄比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。另外，根据术前K-L分级将创伤性KOA 65例分为Ⅰ级组(17例)、Ⅱ级组(19例)、Ⅲ级组(15例)和Ⅳ级组(14例)4组。4组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经医院医学伦理委员会批准同意执行。

1.2纳入及排除标准 纳入标准：①创伤性KOA组均符合创伤性KOA诊断标准[9]，且通过临床表现和影像学检查诊断为创伤性KOA;②至少有1侧膝关节(左或右)遭受过创伤;③临床资料完整;④患者和(或)其家属签署相关知情同意书。排除标准：①合并其他严重感染性疾病者；②合并肝肾功能异常者；③非创伤性关节炎、类风湿性关节炎、化脓性关节炎、痛风、糖尿病和膝机械损伤者。

1.3研究方法

1.3.1血清MMP-13、瘦素和IL-6水平检测：采用无菌采血针抽取入选者晨起空腹外周血 3～5 ml，离心取上清液，-80℃冻存备用。采用酶联免疫吸附试验检测血清MMP-13、瘦素和IL-6水平，MMP-13检测试剂盒购自上海森雄科技实业有限公司，瘦素和IL-6检测试剂盒购自武汉优尔生生物技术有限公司，所有操作均严格按照试剂盒说明书进行。血清MMP-13、瘦素和IL-6的正常参考值参考以往文献[10-12]。

1.3.2X线检查和K-L分级标准：创伤性KOA组均于站立位下应用Kodak DR 7500机进行X线检查，参数为66 kV、6 mAs、90 cm。将患者膝关节X线检查结果按K-L分级标准[13]进行分级，Ⅰ级：关节软骨存在轻微骨赘；Ⅱ级：关节软骨存在明显骨赘，关节间隙轻度变窄；Ⅲ级：关节软骨关节间隙中度变窄，软骨下骨出现硬化；Ⅳ级：关节软骨关节出现大量骨赘，关节间隙严重变窄，软骨下骨硬化和畸形明显。

1.3.3膝关节功能评价：采用美国膝关节协会评分(knee society score，KSS)[14]和美国特种外科医院膝关节评分(hospital for special surgery knee score，HSS)[11]评价创伤性KOA患者膝关节功能，2种评分满分均为100分，得分越高表示患者膝关节功能越好。

1.3.4治疗及随访情况：所有创伤性KOA患者均行膝关节镜清理术，术后随访12个月并记录末次随访时膝关节功能，随访方式以来院复查为主，随访截至2020年10月31日。根据Lysholm膝关节功能评分标准[15]将创伤性KOA患者分为预后良好(70～100分)组和预后不良(<70分)组。

1.4观察指标 收集所有入选者临床资料，比较创伤性KOA组和健康对照组及术前不同K-L分级4组血清MMP-13、瘦素和IL-6水平，应用Pearson相关性分析探讨血清MMP-13、瘦素和IL-6水平与美国KSS和HSS的相关性，应用单因素和多因素Logistic回归分析探讨创伤性KOA患者预后影响因素。

2 结果

2.1创伤性KOA组和健康对照组血清MMP-13、瘦素和IL-6水平比较 创伤性KOA组血清MMP-13、瘦素和IL-6水平均高于健康对照组，差异有统计学意义(P<0.01)，见表1。

表1 创伤性KOA患者和健康体检者两组血清MMP-13、瘦素和IL-6水平比较

2.2术前不同K-L分级4组血清MMP-13、瘦素和IL-6水平比较 创伤性KOA患者术前不同K-L分级4组血清MMP-13、瘦素和IL-6水平总体比较差异均有统计学意义(P<0.01)；随着创伤性KOA患者术前K-L分级增高，血清MMP-13、瘦素和IL-6水平逐渐升高，术前不同K-L分级4组间两两比较差异均有统计学意义(P<0.05)，见表2。

表2 创伤性KOA患者术前不同K-L分级4组血清MMP-13、瘦素和IL-6水平比较

2.3创伤性KOA患者血清MMP-13、瘦素和IL-6水平与美国KSS、HSS相关性 Pearson相关性分析结果显示，创伤性KOA患者血清MMP-13、瘦素和IL-6水平与美国KSS和HSS均呈负相关(P<0.05或P<0.01)，见表3。

表3 创伤性KOA患者血清MMP-13、瘦素和IL-6水平与美国KSS、HSS Pearson相关性分析结果

2.4创伤性KOA患者预后影响因素的单因素分析 单因素分析结果显示，术前K-L分级、术中软骨Outerbridge分级[8]和血清MMP-13、瘦素、IL-6水平与创伤性KOA患者预后有关(P<0.05或P<0.01)，见表4。

表4 创伤性KOA患者预后影响因素的单因素分析

2.5创伤性KOA患者预后影响因素的多因素Logistic回归分析 多因素Logistic回归分析结果显示，术前K-L分级、术中软骨Outerbridge分级和血清MMP-13、瘦素、IL-6水平是影响创伤性KOA患者预后的独立危险因素(P<0.05或P<0.01)，见表5。

表5 创伤性KOA患者预后影响因素的多因素Logistic回归分析

3 讨论

创伤性KOA以关节疼痛和活动功能障碍为主要临床表现，随着疾病发展可导致残疾，严重影响患者生活质量。目前，临床上对创伤性KOA的发生和发展过程预测仍缺乏特异性手段，早期进行诊断及病情评估比较困难，故寻找有效预测手段对更好地管理创伤性KOA患者有重要意义。

创伤性KOA由多种原因造成，关键病理基础为局部关节长时间炎性刺激，即使关节软骨耐磨性较强，但关节机械损伤后，关节滑膜可促使大量炎性介质聚集，最终导致关节软骨炎性损伤[16]。有研究表明，创伤性KOA患者中促炎因子增加可加速关节软骨破坏，加重滑膜炎症反应，导致病情恶化[17]。瘦素和IL-6是常见的促炎因子，瘦素和IL-6引起KOA恶化的机制已被阐明[18]。瘦素是一种由脂肪细胞分泌的激素，为细胞炎症网络中的一员。有动物实验发现，机体瘦素水平增高可促进软骨细胞中MMPs等合成，致软骨损伤，进一步诱发骨质增生，导致创伤性KOA发生[19]。IL-6是一种多效性细胞因子，在炎症反应发生后，IL-6率先生成且水平迅速升高并在2 h达高峰[20]。有研究指出，IL-6可刺激滑膜细胞增殖和活化，导致滑膜血管翳形成和MMPs产生，加速关节软骨的破坏[21]。本研究结果显示，创伤性KOA组血清瘦素和IL-6水平均高于健康对照组，差异有统计学意义。表明在创伤性KOA发生和发展的病理过程中，炎性因子活化发挥着重要作用。本研究Pearson相关性分析结果显示，创伤性KOA患者血清瘦素和IL-6水平与美国KSS、HSS均呈负相关。表明创伤性KOA患者关节液中炎症反应状态与关节功能下降关系密切，提示通过减轻创伤性KOA患者关节局部炎性损伤程度可能有助于提高关节功能，改善预后[22]。

MMP-13又称胶原酶3，为唯一能够裂解胶原分子中三维螺旋结构的酶，对胶原具有特异性，是目前在软骨破坏中研究较多的胶原酶指标[23]。有研究发现，关节软骨损伤后滑膜液中的Ⅱ型胶原抗体可阻碍软骨细胞DNA、硫酸多糖和胶原的合成，加重软骨损伤[24]。MMP-13作用底物主要表达于滑膜液及软骨中，可使Ⅱ型胶原变性裂解，故Sirikaew等[25]认为MMP-13水平增高是软骨破坏并形成恶性循环的原因之一。本研究结果显示，创伤性KOA组血清MMP-13水平高于健康对照组，差异有统计学意义；创伤性KOA患者血清MMP-13水平随着术前K-L分级增高而升高；创伤性KOA患者血清MMP-13与美国KSS和HSS均呈负相关。提示MMP-13在创伤性KOA发生和发展中发挥着重要作用。

此外，本研究采用单因素和多因素Logistic回归分析探讨创伤性KOA患者预后影响因素，结果显示术前K-L分级、术中软骨Outerbridge分级和血清MMP-13、瘦素、IL-6水平是影响创伤性KOA患者预后的独立危险因素。分析其原因在于当影像学或关节镜检查创伤性KOA病变进展为Ⅲ或Ⅳ级时，常代表出现了较严重的关节软骨退变，此时软骨下骨结构和正常肢体力学传导出现继发性改变，可引起关节囊和韧带退行性病变[26]。这也提示当影像学或关节镜检查创伤性KOA病变进展为Ⅲ或Ⅳ级时，除需清除关节腔内炎性因子和改善内环境紊乱外，还要采取其他综合治疗，以改善患者预后[27]。

综上所述，创伤性KOA患者血清MMP-13、瘦素和IL-6水平升高，且其水平与术前K-L分级、膝关节功能密切相关。术前K-L分级、术中软骨Outerbridge分级和血清MMP-13、瘦素、IL-6水平是影响创伤性KOA患者预后的独立危险因素。