预测早期激素性股骨头坏死的生物标志物研究进展

田爱现，马剑雄，马信龙

激素性股骨头坏死(steroid-induced necrosis of femoral head，SONFH)是一种常见的进展性疑难疾病，该疾病在临床中表现为早期发病隐匿，病程进展较快，致残率高同时预后差，一旦面临髋关节置换术时将严重影响患者的生活质量。据我国流调显示，在国内每年大约有20万例SONFH新确诊病例[1]。SONFH的致病因素多种多样，而且大多是由于多种复杂原因共同作用，导致疾病的发生和快速进展，但是SONFH的本质和根本诱因还是由于在临床上患有免疫系统等慢性疾病后需采用大剂量或者长期使用激素干预治疗所引起的不良反应。Mont等[2]研究发现高剂量皮质类固醇(＞20 mg/d)与SONFH发生之间存在显著相关性。同时也有相关文献研究显示长期、短期、口服、静脉、局部以及关节内应用糖皮质激素均与SONFH发生存在显著相关性[3-5]。

SONFH发病初期通常较为隐秘，很难被早期发现，同时疾病进展较为迅速，如果不在早期进行诊断并采取早期干预治疗措施，通常会进展为晚期的股骨头坏死和进一步塌陷累及整个髋关节，造成患者的后半生运动障碍，给患者和社会带来严重的负担。目前，精准预测可能发生SONFH的高危人群，并进行一级预防，降低SONFH发生率，具有十分重要的临床意义。X线、MRI以及核素扫描是临床上对人群进行SONFH诊断的主要方法，一旦出现X线检查结果发生明显的改变，也就往往提示SONFH已经进展到中晚期，同时也就错过了早期保髋治疗的最佳时机；而MRI及核素扫描由于其格昂贵且耗时较长，往往限制了其对SONFH疾病早期诊断的广泛使用。血清标志物临床上获取简单便利，能对SONFH发生高危人群筛查与诊断，显示出巨大的应用前景。早期发现SONFH是至关重要的，以便可能预防和延缓SONFH的进展，减少进行全髋手术置换的概率。因此，迫切需要一种简便、侵入性更小且有效的方法来预测SONFH的发生。生物标志物是指从血液或尿液中可检测出的血脂蛋白、炎性免疫指标或骨转换标志物( bone turnover markers，BTMs)，因这些指标的检测价格便宜、对人体侵入性小、可达到重复检测并可动态监测，被广泛应用于多种疾病的诊断、治疗及疗效评价，例如原发性骨质疏松、肿瘤引起的骨软化、佝偻病、类风湿性关节炎、糖尿病等[6]。

1 血脂蛋白

过量使用糖皮质激素可引起机体的脂质代谢紊乱，皮下脂肪动员，血脂升高，导致高脂血症，在坏死股骨头小血管内发现大量的脂肪栓子，越来越多的研究表明脂蛋白与股骨头坏死密切相关。Wu等[7]研究发现SONFH患者的血清载脂蛋白的浓度低于健康人群，并且此浓度随着疾病的发展而增加，认为血载脂蛋白可作为早期诊断SONFH的一个潜在的生物标志物。脂联素（adiponectin）作为一种脂肪细胞分泌的的胶原样蛋白质成为近年来研究热点，其主要在骨细胞与破骨细胞的增殖与分化期发挥作用。Johnston等[8]研究发现使用地塞米松处理大鼠间充质干细胞后，较对照组脂联素表达水平上调。Li等[9]研究发现，与对照组相比SONFH患者血清中脂联素、LDL、HDL明显下降，治疗后脂联素水平上升。此外，Shuai等[10]研究发现与对照组相比，SONFH患者的血浆脂联素和高密度脂蛋白的浓度显著降低，而甘油三酯浓度升高。贾朝旭等[11]研究发现SONFH患者以血脂(总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇)、凝血(纤维蛋白原)指标显著升高为特点，血管内凝血与脂代谢紊乱可能是SONFH发生的病理基础。因此，关于脂联素能否作为SONFH早期诊断的标准，需要进一步研究。

Tan等[12]对SONFH患者和正常人血清的蛋白质图谱分析发现，SONFH患者的PAI-1、交叉包和抗p53抗体这3种蛋白质被上调，而t-PA、BGP、c-sis蛋白质被下调。Fang等[13]对SONFH的生物标志物进行研究，结果发现SONFH患者血清中α-2微球蛋白升高可能与SONFH的病理形态有关，认为α-2微球蛋白可作为诊断SONFH发生的潜在生物标志物或有前途的治疗靶点。

Song等[14]采用质谱对血清中三大免疫球蛋白IgG、IgA和IgM的位点特异性糖基化进行检测，结果发现整个血清糖基化分析产生了14个n-聚糖组成，综合检测产生了8个糖肽，在SONFH病例和对照组之间有统计学意义的改变，非唾液化、非聚焦n-聚糖的增加和聚焦n-聚糖的减少与SONFH的发展有关。因此，糖基化终末产物可考虑作为诊断及预测SONFH 坏死和进一步塌陷的重要检测指标之一。

2 炎症免疫指标

炎症免疫反应促进股骨头血管基底膜发生病理损伤，导致激素性股骨头坏死产生。Zheng等[15]用酶联免疫吸附法检测发现SONFH组血浆白细胞介素-33（IL-33）水平显著升高，而脂联素水平显著降低，认为血浆IL-33浓度可能是早期SONFH诊断和进展的生物标志物，但未对其敏感性和特异性进行评估。Li等[16]将SONFH伴有骨化研究循环（ARCO）I至Ⅳ期的患者与正常组进行对照，结果显示8个基因（BIRC3、CBL、CCR5、LYN、PAK1、PTEN、RAF1、TLR4）被鉴定为SONFH的候选血清生物标志物。从功能上讲，这些候选血清生物标志物在SONFH进展过程中重点参与了一些病理过程，例如免疫调节和炎症，骨代谢和血管生成。之后，基于候选生物标志物的血清水平研究并对发现的8种血清生物标志物进行验证，并研制开发了基于多种生物标志物的预测模型，将其作为检测SONFH发生的潜在非侵入性诊断工具，并且有益于SONFH患者的早期临床诊断和治疗。

Wang等[17]研究发现SONFH发生与巨噬细胞和单核细胞等免疫细胞之间也具有高度相关性，免疫组织化学染色分析显示SONFH组单核细胞水平明显高于对照组，且具有统计学意义，认为使用高剂量糖皮质激素可能激活血液中的巨噬细胞和单核细胞系统，使其渗入股骨头组织，促进局部破骨细胞分化，打破股骨头组织内骨形成和骨吸收之间的平衡关系。

3 骨转换标志物

骨组织具有高修复能力，骨修复和骨重塑在SONFH的发生发展中起到很重要作用，骨重塑是一个由破骨细胞的骨吸收和成骨细胞的新生骨形成两个平衡阶段组成的生理过程[18-19]。骨转换标志物中骨髓间充质干细胞的成骨分化能力和骨形成能力以及骨重塑特异基因的表达是否对SONFH发生具有预测作用，目前的研究结果并不完全一致[20-21]。Floerkemeier等[22]研究证明骨转换标记物和骨特异性碱性磷酸酶、骨钙素、β-交叉酶、25-羟基胆钙化醇、甲状旁腺激素等激素水平不能预测SONFH的发生。但Tian等[23]发现，与对照组相比，SONFH组患者血清BALP平均值在正常参考范围内，尿Dpd/Cr比值增加，脊柱BMD降低，因此需要进一步研究来确定SONFH的发生是局限于股骨头的局部疾病，还是全身性骨代谢性疾病。而对于中年人群，BALP和尿Dpd/Cr比值同时检测，对SONFH的临床诊断具有一定优势，因为在此类人群中原发性骨质疏松及骨关节炎发病较少，能降低临床诊断的干扰因素。

Wang等[24]检测了由于使用糖皮质激素（GC）诱导的SONFH患者血清中13种生物标志物，结果发现，在开始全身性GC治疗之前，血清Ⅱ型胶原羧基端端肽（CTX-Ⅱ）较低的患者发生GC诱导的SONFH的风险增加。此类患者需要后期频繁的进行双侧髋部MRI检查和采用髋关节保护剂进行治疗，以降低GC诱发的SONFH发生的风险。对于接受GC治疗低β-CTX和PINP水平以及PINP显著降低的患者，建议GC治疗1个月后行髋部MRI用于早期诊断SONFH的发生。GC治疗前低的HDL-C水平和高的Apo-B/Apo-A1比值可能是GC诱导的SONFH发生的危险因素，而SOST、OCN、TRAP、Apo-A1、Apo-B、LDL-C、ADPN、LEP和IL-33在本研究中与GC诱导的SONFH发生不相关。四种潜在的血清生物标志物β-CTX、PINP、HDL-C及 Apo-B/Apo-A1比 值，需要在大规模的前瞻性临床研究中开展进一步研究和探索，确定其可能预测早期GC诱导SONFH发生的潜在生物标志物。

骨基质在不断重建的过程中，往往会出现Ⅰ型胶原被分解为CTX释放入血的情况。因此，血中CTX的含量便能反映出骨基质的吸收状态。这能对抗骨吸收药物进行药效评价和某些代谢性骨病进行早期诊断[25]。SOST与CTX是较为常用的骨代谢检测指标，用于观察骨组织的代谢变化。SONFH患者的血浆骨硬化蛋白（SOST)水平显著降低，股骨头的塌陷后明显下降。因此硬化蛋白有可能作为股骨头坏死早期诊断、病情监控的生物标志物[26]。将BMD结合血、尿中骨代谢指标TRACP-5b及CTX-Ⅱ水平检测可进一步准确、全面地了解骨组织新陈代谢情况，用于评价骨代谢状态，也作为选择治疗药物的依据，评估抑制骨吸收药物的疗效，预测SONFH的发生。血、尿中骨代谢指标TRACP-5b及CTX-Ⅱ水平能很好地反映临床各类骨疾病的骨转换及骨吸收状况，从而为诊断及鉴别各类骨疾病提供一定的价值，值得在临床上推广应用[27]。SONFH患者破骨细胞活性增强，骨质吸收快，CTX-Ⅱ含量上升，关节软骨降解快，有望通过测量SONFH患者血清中TRACP-5b及CTX-Ⅱ等骨及软骨生化代谢指标来预测SONFH的病情进展以及指导正确治疗方案的选择[28-30]。

何敏聪等[31]研究发现众多血清标志物获取简便且各有其特点，有巨大应用前景，进一步优化了高危人群SONFH临床筛查与诊断。Dickkopf-1（DKK-1）作为Wnt信号通路抑制剂，能促进骨细胞凋亡，抑制骨形成，最终导致骨坏死。Zhang等[32]研究表明，糖皮质激素通过上调骨细胞内DKK-1表达，促进破骨细胞活性，因为DKK-1能检测激素用药反应，与血清瘦素及脂联素等脂肪代谢异常指标相比，可减少脂肪代谢异常的干扰因素，在一定程度上扩大适用人群，而提高特异性NG+。因此，DKK-1在临床上可以反映无法停用激素患者病情，并作为同时反映治疗效果的标志物之一。蛋白组学检查项目繁多且技术要求高，并不适用于基层单位早期诊断非创伤性股骨头坏死的目的，但随着技术的进步也显示出可观的前景。所以在针对患者选择方面，可以因患者的年龄、体质指数（BMI）、致病因素等对患者做针对性的血清检查，如中青年SONFH患者可选择DKK-1配合TRACP-5b与CTX-Ⅱ，可能会提高检出率。

4 小结

在临床中，SONFH的早期诊断和预防是非常关键的一步，而预防和诊断SONFH的关键时期是糖皮质激素应用的早期阶段。同时，大多数生物标志物在许多病理过程中均表现十分敏感，因此对多种生物标志物的综合分析将比任何单一检测更有效地预测SONFH的发生，在预测SONFH发生中具备良好的应用前景和指导意义。但是，目前其仍难以在临床中推广应用，原因是不同生物标志物结果之间存在异质性，需要长期前瞻性或多中心研究来进一步验证和证实。