MMP3、IL-18对膝骨关节炎的疗效评估价值及与PGE-2的相关性

王俊江 王红建 宋晓磊 丁俊青 韩井民 袁伟杰 桑振飞 张宾

作者单位：1.新里程安钢总医院骨科，河南，安阳455004

2.新里程安钢总医院检验科，河南，安阳455004

骨性关节炎（Osteoarthritis，OA）是可引起关节软骨面出现原发性或继发性退行性改变或骨质增生［1］，高发于膝关节、髋关节以及脊柱等部位，其中膝骨关节炎（Knee osteoarthritis，KOA）发生率最高。KOA 是发生于膝关节的一种慢性退行性关节疾病［2］，随着病情进展可引起膝关节半月板损伤、骨质增生以及关节脱位等并发症［3］。而胫骨高位截骨（high tibial osteotomy，HTO）是临床用于治疗KOA 的一项安全有效的外科治疗方式，是通过截骨手术使得下肢异常力线改变，改善膝骨关节生物力学环境及血液循环，促进膝骨关节功能恢复［4］。目前临床对于HTO 疗效评估大多采用股胫角、胫骨近端内侧角、膝关节评分以及影像学检查等指标［5］，很少采用生物学指标。临床研究发现，部分炎性细胞因子浓度的改变，可破坏关节软骨，与KOA 进展存在密切关联［6］。然而目前国内外对KOA 的研究大多针对其治疗方式，危险因素等方面［7］，很少有研究MMPs 与炎性因子对KOA 疗效的评估价值。因此本研究探讨基质金属蛋白酶-3（matrix metalloproteinase-3，MMP-3）、白细胞介素-18（interleukin-18，IL-18）对HTO 治疗KOA 的疗效评估价值及其与血清前列腺素E2（Prostaglandin E2，PGE2）的相关性，为临床进一步提高治疗效果，改善患者临床症状提供理论依据。报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年1月至2020月年1月新里程安钢总医院收治接受HTO 手术治疗的KOA 患者120例，其中男42 例，女78 例；平均年龄（59.45±3.16）岁；软骨损伤Outerbridge 分级［8］：1 级24 例，2 级68例，3 级28 例；平均病程（4.52±1.24）年。所有患者及其家属知情同意。

纳入标准：①所有患者均符合中华医学会编制的《骨关节炎诊治指南》中膝骨关节炎的相关诊断标准［9］，并经临床确诊为KOA；②软骨损伤Outerbridge 分级不超过3 级；③均接受HTO 治疗；④依从性好，精神及意识状态正常。排除标准：①未进行两次关节镜检查；②伴有脏器严重病变或存在障碍；③存在全身感染；④术后出现关节感染；⑤膝关节外侧间室病变及髌股骨关节炎，或存在韧带损伤。本实验经医院伦理委员会批准。

1.2 治疗方法

患者取俯卧位，进行腰硬联合阻滞麻醉方式，并对病变下肢采用气囊止血带。常规消毒后，采用膝关节镜对需要手术的膝关节进行检查，并清理关节滑膜及髁间窝骨赘、修整半月板及软骨或软骨下骨、取出游离体等。在胫骨近端关节线前内侧打开6 厘米的竖向切口，在透视监视下，由切口向胫骨前内侧5 毫米处插入钢板，在胫骨内侧平台下3.5 厘米处进行截骨位置标记，再剥离截骨位置至远端内侧副韧带浅层。裸露髌腱、胫骨结节，，在胫骨近端横向的截骨线前后两侧均打入两个克式针，并测量深度。胫骨结节竖斜向截骨完成后，在胫骨后方放置Hoffman 撬板，然后在胫骨近端到外侧皮质1 厘米左右处进行截骨位置标记，再于截骨断端放置撑开器，测量下肢髋膝踝力线，调整截骨断端，使下肢力线恢复到正常位置，于截骨断端植入钢板，并用螺钉固定。在透视指导下复查下肢髋膝踝力线及钢板内固定。在术区留置引流管，并缝合切口，包扎。术后两天鼓励患者进行适当的股四头肌锻炼，指导术后7 天内可进行屈膝动作，28 天可实现负重行走。

1.3 血清MMP3、IL-18、PGE-2 检测方法

所有患者治疗前后在早晨空腹时采集静脉血2 mL，在其分层出现血清时，将其置于离心机中，通过3 000 r/min 的速度离心（半径为10 cm），10 min 后吸取上层血清，将检测样本在-30℃的冰箱内保存，4～6 h 后，利用化学分析仪（上海玉研科学仪器有限公司，Altair 240 型号），按照电化学发光法进行MMP-3水平检测。利用人IL-18 定量酶联免疫吸附检测试剂盒，采用双抗体夹心ABC-ELISA 法进行IL-18水平检测，试剂盒购自厦门慧嘉生物科技有限公司，具体实验步骤严格遵循试剂盒说明书。将静脉血在4℃环境下静置1 h，在其分层出现血清时，将其置于离心机中，通过14 000 r/min 的速度离心20 min 后吸取上层血清，采用PGE2-EIA 单克隆抗体试剂盒，按照酶联免疫竞争法进行PGE2水平检测，试剂盒购自上海研谨生物科技有限公司，具体实验步骤严格遵循试剂盒说明书。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0 统计学软件进行分析。计量资料以（）表示，两组间比较采用t检验，多组间比较采用方差分析；计数资料用n（%）来表示，采用χ2检验。运用多因素Logistic 回归分析影响HTO 治疗KOA 疗效的影响因素。运用受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）分析血清MMP-3、IL-18水平对HTO 治疗KOA 的疗效评估价值。采用Pearson 相关分析法对血清MMP-3、IL-18 与血清PGE-2的相关性进行分析。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 KOA 患者治疗前后血清MMP-3、IL-18、PGE-2水平比较

KOA 患者经HTO 治疗后血清MMP-3、IL-18、PGE-2水平与治疗前相比明显下降，差异有统计学意义（P＜0.05）。治疗后1年与治疗后相比，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 KOA 患者治疗前后血清MMP-3、IL-18、PGE-2水平比较（±s）Table 1 Comparison of serum MMP-3，IL-18 and PGE-2 levels in KOA patients before and after treatment（±s）

表1 KOA 患者治疗前后血清MMP-3、IL-18、PGE-2水平比较（±s）Table 1 Comparison of serum MMP-3，IL-18 and PGE-2 levels in KOA patients before and after treatment（±s）

注：与治疗前比较，aP＜0.05；与治疗后比较，bP＜0.05。

指标MMP-3（ng/mL）IL-18（ng/L）PGE-2（ng/L）治疗前152.71±42.32 72.48±11.75 41.82±9.37治疗后94.18±16.35a 29.42±6.73a 26.54±7.16a治疗后1年93.85±17.24a 28.91±6.45a 26.15±6.83a F 值18.113 15.135 14.258 P 值0.000 0.000 0.000

2.2 评估HTO 治疗KOA 疗效不佳的多因素Logistic 回归分析

多因素Logistic 回归分析结果显示，血清MMP-3、IL-18水平升高是影响HTO 治疗KOA 治疗效果的独立危险因素（P＜0.05）。见表2。

表2 评估HTO 治疗KOA 疗效不佳的多因素Logistic 回归分析Table 2 Multivariate Logistic regression analysis evaluating the poor efficacy of HTO for KOA treatment

2.3 血清MMP-3、IL-18水平对HTO 治疗KOA 的疗效评估价值

血清MMP-3、IL-18联合指标评估HTO治疗KOA治疗效果确切的特异性（89.87%）、灵敏度（87.91%）、AUC（0.915）均显著高于单一指标（P＜0.05）。见表3。

表3 血清MMP-3、IL-18水平对HTO 治疗KOA 的疗效评估价值比较Table 3 Comparison of efficacy evaluation value of serum MMP-3 and IL-18 levels for HTO treatment of KOA

2.4 血清MMP-3、IL-18 与血清PGE-2的相关性

Pearson 相关分析结果显示，血清MMP-3（r=0.714）、IL-18（r=0.653）与血清PGE-2 均呈正相关（P＜0.05）。

2.5 随访结果

120 例HTO 治疗KOA 患者，经1年随访，失访3 例。影像学复查结果显示，117 例患者均达截骨处骨性愈合，FTA 角度为168°～172°，矫正角度8°～18°，平均（12.05±3.26）°，表明HTO 治疗KOA，患者预后良好。

3 讨论

目前临床对于KOA 的治疗包括中西结合非手术治疗以及外科治疗方式［10］，其中HTO 与其他手术方式比较，其操作相对简单，手术风险较低，患者术后恢复较快，但HTO 也存在感染、矫正不足及内翻复发、关节强直等并发症。因此，在HTO 治疗后对其治疗效果进行准确评估可有效降低并发症对患者正常生理功能的损伤，而在生化代谢方面进行疗效评估，则可在并发症不可逆发展前及时进行干预。

有研究表明MMPs水平的变化与OA 的发病存在密切关联［11］。MMP-3 是MMPs 蛋白酶超家族中最为重要的一类，可降解软骨链接蛋白等多种胶原酶和基质蛋白底物，引起关节滑膜炎症［12］。IL-18 为干扰素-γ 诱导因子，具有诱导T 细胞和自然杀伤细胞产生干扰素γ，拮抗感染和肿瘤等生物作用［13］。PGE-2 为一类炎症介质，可持久扩张血管和导致疼痛，是引起OA 患者关节疼痛的因子之一［14］。因此，在KOA 发生发展中均有MMP-3、IL-18及PGE-2 的参与。

王腾等［15］学者研究发现，血清钙卫蛋白、硫酸软骨素846、MMP3 在膝关节骨性关节炎患者表达水平升高，三者联合检测AUC 为0.919，灵敏度为0.906，特异度为0.857，三项指标水平的变化对膝关节骨性关节炎具有一定预测价值。李春树等［16］学者研究发现，KOA 患者治疗前血清IL-18、TNF-α水平较对健康人群高，KOA 患者治疗后血清IL-18及TNF-α水平均低于治疗前，对二者进行检测可充分反映患者KOA 严重程度和治疗效果，可将其作为早期临床诊断及预后的重要指标。本研究结果显示，血清MMP-3、IL-18 二者联合检测与独立指标相比，对HTO 治疗KOA 的疗效评估价值更高。另外，IL-18 能够诱导MMP的产生，增加MMP-13 和组织MMP 抑制剂的表达。因此，经HTO 治疗后，患者关节软骨磨损情况改善，炎症反应降低，对滑膜细胞刺激减少，从而使得IL-18水平降低，并进一步降低MMP-3水平。因此，血清MMP-3及IL-18水平可作为评估疗效的敏感性指标。这与王腾等、李春树等学者研究结论相似。

魏春等［17］学者研究发现，腰椎间盘突出症外周血白细胞介素-1β、PGE2 和MMP-3水平与病情严重程度及患者疼痛程度有相关性，并且患者PGE2 和MMP-3水平呈明显正相关性。付兆宗等［18］学者研究发现，不同浓度的IL-18 刺激软骨细胞，随着IL-18 浓度提高，PGE2水平上升。本研究Pearson 相关分析结果显示，血清MMP-3、IL-18 表达升高会引起血清PGE-2水平上升。原因可能在于MMP-3水平异常升高引起膝关节关节软骨及关节滑膜退行性改变与破坏，形成病变关节骨赘，刺激滑膜细胞，使得IL-18水平升高，促进炎症反应，而炎性环境会刺激巨噬细胞和成骨细胞大量分泌及合成PGE-2，导致血清PGE-2水平上升，从而与血清MMP-3、IL-18水平呈正相关。这与魏春等、付兆宗等学者研究结论相似。

综上所述，血清MMP-3、IL-18水平对HTO 治疗KOA 的疗效评估价值较高，联合指标的评价准确性优于单一指标，且血清MMP-3、IL-18水平与血清PGE-2 均呈正相关，三者在KOA 发生发展及治疗中均有重要作用。