慢性阻塞性肺疾病并骨質(zhì)疏松患者血清MMP-9、TNF-α與骨代謝異常的相關(guān)性研究.pdf

1、背景及目的:
　　 慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種常見具有氣流受限特征的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，致殘率、病死率高，且有越來越高的趨勢(shì)，到2020年，COPD可能成為第三大致死性疾病。骨質(zhì)疏松癥以骨量減少、骨結(jié)構(gòu)退化和骨折風(fēng)險(xiǎn)增加為特征，是COPD重要的系統(tǒng)性合并癥之一，其在COPD的發(fā)病率明顯高于正常人群。在嚴(yán)重骨質(zhì)疏松病人，肺活量隨胸椎壓縮性骨折和脊柱后凸增多而逐步下降。以往的研究顯示:肺功能下降與骨密度下降在某種程度上存在一定

2、的相關(guān)性。但COPD繼發(fā)骨質(zhì)疏松的潛在機(jī)制尚有待進(jìn)一步闡明。
　　 COPD以肺外周氣腔異常持久擴(kuò)大，伴肺泡壁結(jié)構(gòu)破壞為特點(diǎn)。蛋白酶-抗蛋白酶系統(tǒng)失衡學(xué)說占重要地位，近來研究顯示，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)及其抑制劑(TIMPs)的平衡在COPD和哮喘患者的肺泡壁細(xì)胞外基質(zhì)的降解和重塑中占重要地位。MMPs是一組由鈣離子激活的含鋅離子內(nèi)肽酶，廣泛存在于各種結(jié)締組織中，是降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜過程中必不可少的酶。在COPD發(fā)展的不

3、同時(shí)期，MMP-9表達(dá)水平不同。TIMPs是MMPs的內(nèi)源性天然抑制因子，MMP-9/TIMP-1的比例，目前被認(rèn)為是反映氣道組織破壞與修復(fù)動(dòng)態(tài)平衡的標(biāo)志。
　　 另一方面，MMPs又是反映骨吸收和骨重建的關(guān)鍵酶。不僅破骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞，單核細(xì)胞等也可產(chǎn)生分泌MMP-9，MMP-9促進(jìn)骨吸收。MMP-9在破骨細(xì)胞遷移和骨吸收過程中起重要作用。MMP-9在破骨細(xì)胞中特異性表達(dá)，可促進(jìn)骨質(zhì)疏松形成，可能在破骨性骨吸收中發(fā)揮重要作用

4、。TIMP-1可阻止骨吸收。
　　 TNF-α是已經(jīng)明確的重要的COPD系統(tǒng)性炎癥因子，COPD系統(tǒng)性合并癥的發(fā)生和發(fā)展均與其有關(guān)。TNF-α亦被證實(shí)是骨代謝和重塑的重要調(diào)節(jié)因子，可能通過協(xié)同作用的方式刺激破骨細(xì)胞的分化。TNF-α和IL-1β、IL-6等多個(gè)血清炎癥性細(xì)胞因子與高分辨CT下定量評(píng)估的肺氣腫嚴(yán)重程度之間存在明確的相關(guān)性。同時(shí)，TNF-α和IL-1β，IL-6等細(xì)胞因子已經(jīng)被證實(shí)是骨代謝和重塑的重要調(diào)節(jié)因子，可以通

5、過協(xié)同作用的方式刺激破骨細(xì)胞的分化。這些炎癥因子一方面對(duì)間質(zhì)細(xì)胞作用調(diào)節(jié)骨誘裂的發(fā)生，另一方面還可以直接作用于破骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞，最終結(jié)果可以導(dǎo)致破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)，引起和加速骨質(zhì)破壞和骨量丟失。除此之外，這些炎癥因子還可以與骨質(zhì)疏松相關(guān)蛋白OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)發(fā)生相互作用，共同調(diào)節(jié)骨代謝。
　　 骨質(zhì)疏松相關(guān)蛋白OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)是骨代謝的重要調(diào)節(jié)因子，在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。骨

6、質(zhì)疏松相關(guān)蛋白OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)是骨質(zhì)疏松和骨代謝研究領(lǐng)域的重大突破。RANKL和OPG分別是破骨細(xì)胞分化的促進(jìn)因子和抑制因子，二者在體內(nèi)保持一定的比率，如果二者比率失去平衡，就可引起骨代謝紊亂，產(chǎn)生骨量減少/骨質(zhì)疏松癥。然而MMP-9/TIMP-1、TNF-α、OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)在COPD繼發(fā)骨質(zhì)疏松發(fā)病過程中相互關(guān)系及作用，目前尚不明確。
　　 骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生是破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的平衡失調(diào)引起。

7、骨轉(zhuǎn)換加速即骨吸收超過骨形成，就導(dǎo)致負(fù)鈣平衡及脫鈣。骨吸收和骨形成的速率可以通過測(cè)定血清或尿液中細(xì)胞代謝的特有產(chǎn)物而確定。骨代謝標(biāo)志物分為骨形成標(biāo)志物和骨吸收標(biāo)志物，隨著對(duì)這些標(biāo)志物認(rèn)識(shí)的不斷深入，骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物可以作為骨密度測(cè)定的補(bǔ)充手段，更多的應(yīng)用于評(píng)估骨質(zhì)量、預(yù)測(cè)骨折率，以及評(píng)價(jià)骨質(zhì)疏松治療的效果。生化標(biāo)志物以其無創(chuàng)性、易重復(fù)性和及時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)而易于采用。
　　 本研究旨在對(duì)COPD并骨質(zhì)疏松患者血清MMP-9及其抑制劑TIM

8、P-1、TNF-α、OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)及骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物水平定量評(píng)估，明確其與COPD患者骨代謝異常的相關(guān)性，并進(jìn)一步探討其在COPD患者肺功能受損及骨質(zhì)疏松發(fā)生發(fā)展過程中的作用及相關(guān)性，為COPD并骨質(zhì)疏松患者的治療和監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。
　　 本研究分為二部分:
　　 第1部分:慢性阻塞性肺疾病并骨質(zhì)疏松患者血清MMP-9、TNF-α、與OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)相關(guān)性研究
　　 目的:本研究旨在對(duì)

9、COPD并骨質(zhì)疏松患者血清MMP-9及其抑制劑TIMP-1、TNF-α和OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)水平定量評(píng)估，明確三者間的相關(guān)性，并進(jìn)一步探討這三者在COPD患者肺功能下降及骨質(zhì)疏松發(fā)生發(fā)展過程中的作用及相關(guān)性。
　　 方法:1.病人資料及標(biāo)本收集:收集從2010年9月到2012年5月我院穩(wěn)定期COPD男性患者90例，按照GOLD(the Global Initiative for ChronicObstructive

10、Pulmonary Disease)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行COPD診斷和嚴(yán)重度分級(jí)。為避免女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松對(duì)結(jié)果的影響，未納入女性患者。根據(jù)骨密度(BMD)結(jié)果，分為COPD正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組各30人。均完成細(xì)胞因子檢測(cè)。入組患者要求:年齡超過40歲;確診COPD穩(wěn)定期;既往有吸煙史或戒煙者。滿足以上入選條件的患者如被證實(shí)具有以下任意一條或多條特征時(shí)則應(yīng)退出本研究（排除標(biāo)準(zhǔn)）:1）.有嚴(yán)重心腦血管疾病、肝腎功能衰竭、意識(shí)障礙;2)明確

11、患有COPD之外的其它呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、支氣管擴(kuò)張等;3）既往有骨骼系統(tǒng)疾病史，如骨折、骨軟化癥等;4）風(fēng)濕性疾病史:如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等;5）內(nèi)分泌代謝疾病:甲狀腺功能亢進(jìn)、甲狀旁腺功能亢進(jìn)等;6）入組3個(gè)月內(nèi)有口服或吸入或靜脈使用過糖皮質(zhì)激素;7）入組1年內(nèi)有使用影響骨骼代謝的藥物，包括已經(jīng)確診骨質(zhì)疏松給予治療的患者;8）5年內(nèi)有惡性腫瘤史。所有入組患者均簽署知情同意書。
　　 所有入組患者當(dāng)日完成一般資料和病史采集、肺功

12、能?；颊呱钯|(zhì)量評(píng)估采用慢性阻塞性肺疾病評(píng)估測(cè)試(COPD Assessment Test，CAT)。患者入組同日完成骨密度測(cè)定。對(duì)全部受試者正位腰椎L1-4及雙側(cè)股骨頸進(jìn)行骨密度測(cè)定，采用雙能X線快速全身骨密度測(cè)定儀(DXA)，BMD測(cè)量結(jié)果包括絕對(duì)值(g/cm2)和T值（表示與參考均值的標(biāo)準(zhǔn)差）兩種形式。按照WHO(the World HealthOrganization)的骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)T值做出如下診斷:腰椎L1-4及股骨

13、頸各受檢部位與同性別、同種族健康成人的骨峰值相比，①骨量正常:不足1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差屬正常，即T值≥-1.0;②骨量減少:任一受檢部位-2.5＜T值＜-1.0;③骨質(zhì)疏松癥:任一受檢部位T值≤-2.5。按照此標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，將入組病人分為3組:COPD骨密度正常組（30例）;COPD骨密度減低組(30例);COPD骨質(zhì)疏松組（30例）。
　　 2.細(xì)胞因子檢測(cè):所有入組90例患者在次日清晨空腹抽取肘靜脈血10ml，室溫下1000

14、轉(zhuǎn)離心5分鐘，留取上清液，-80℃凍存待測(cè)。MMP-9，TIMP-1，TNF-α1和OPG/RANK/RANKL的檢測(cè)采用ELISA法。OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)水平檢測(cè)亦采用ELISA法。
　　 3.統(tǒng)計(jì)方法:采用SPSS13.0(SPSS Inc，Chicago，USA)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。正態(tài)檢驗(yàn)分析采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)，正態(tài)分布的計(jì)量資料組間比較采用單因素方差分析(on

15、e-way ANOVA analysesof variance with a post-hoc Tukey's test)，參數(shù)之間的相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析。分別以腰椎骨密度、股骨頸骨密度為因變量，以血清MMP-9/TIMP-1、TNF-α、OPG/RANK/RANKL水平等為自變量，采用多元逐步線性回歸分析。
　　 p＜0.05表明差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 結(jié)果:COPD穩(wěn)定期并骨質(zhì)疏松組與正常骨量組、低

16、骨量組相比較，BMI、CAT評(píng)分存在顯著性差異（均P＜0.01）;而年齡、吸煙指數(shù)、FEV1/FVC、FEV1％Pre未見明確統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。低骨量組及骨質(zhì)疏松組的腰椎骨密度均較正常骨量組下降，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，P＜0.01)。低骨量組及骨質(zhì)疏松組的股骨頸密度較正常骨量組明顯下降，有顯著性差異（均P＜0.01）。
　　 腰椎骨密度、股骨頸骨密度與BMI顯著正相關(guān)(分別為r=0.278，P＜0.01;r

17、=0.273，P＜0.01);腰椎骨密度、股骨頸骨密度與CAT評(píng)分顯著負(fù)相關(guān)(分別為r=-0.331, P＜0.01; r=-0.486, P＜0.01)。
　　 血清MMP-9、MMP-9/TIMP-1比值、TNF-α在COPD正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組依次升高，骨質(zhì)疏松組升高最顯著（P＜0.05或P＜0.01）;血清TIMP-1水平在COPD正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組依次升高，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

18、血清OPG、RANKL、RANKL/OPG比值在COPD正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組依次升高，骨質(zhì)疏松組升高最顯著，骨質(zhì)疏松組較正常骨量組均升高(P＜0.01);但三組間RANK水平無顯著性差異(P＞0.05)。腰椎骨密度、股骨頸骨密度、FEV1％Pre與血清MMP-9顯著負(fù)相關(guān)（分別為r=-0.432，P＜0.01;r=-0.697，P＜0.01和r=-0.226，P＜0.05）;腰椎骨密度、股骨頸骨密度、FEV1％Pre與RAN

19、KL（分別為r=-0.434，P＜0.01;r=-0.538，P＜0.01和r=-0.325，P＜0.01）、RANKL/OPG比率（分別為r=-0.345，P＜0.01和r=-0.420，P＜0.01和r=-0.459，P＜0.05）呈顯著負(fù)相關(guān);而與其它細(xì)胞因子(TIMP-1、TNF-α、OPG、RANK)無顯著相關(guān)性(P＞0.05)。FEV1％Pre與腰椎骨密度、股骨頸骨密度顯著正相關(guān)(r=0.338，P＜0.01)和(r=0.4

20、09，P＜0.01);MMP-9與TNF-α呈顯著正相關(guān)(r=0.370，P＜0.001)，與OPG呈顯著正相關(guān)(r=0.306，P＜0.01)，MMP-9與RANKL/OPG比值顯著正相關(guān)(r=0.318，P＜0.01)。
　　 結(jié)論:骨質(zhì)疏松癥是COPD重要的系統(tǒng)性合并癥之一，是多種因素綜合作用的結(jié)果。腰椎骨密度、股骨頸骨密度、FEV1％Pre與血清MMP-9、RANKL、RANKL/OPG比率顯著負(fù)相關(guān);而與其它細(xì)胞因子(

21、TIMP-1、TNF-α、OPG、RANK)無顯著相關(guān)性。在男性穩(wěn)定期COPD患者，升高的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-9可能在骨質(zhì)疏松發(fā)揮重要作用，與骨密度下降可能有關(guān)。MMP-9、TNF-α、OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)在肺實(shí)質(zhì)損傷和骨質(zhì)疏松的發(fā)生發(fā)展過程中，有可能發(fā)揮協(xié)同作用。
　　 第2部分慢性阻塞性肺疾病患者血清MMP-9及其抑制劑-1、TNF-α與骨轉(zhuǎn)換生化指標(biāo)及骨密度的關(guān)系
　　 目的:觀察慢性阻塞性肺疾病

22、(COPD)患者血清基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-9及其抑制劑-1、TNF-α與骨轉(zhuǎn)換生化指標(biāo)及骨密度(BMD)的關(guān)系。
　　 方法:收集穩(wěn)定期COPD男性患者90例，采用雙能X線吸光測(cè)定法(DXA)測(cè)定骨密度，根據(jù)BMD檢測(cè)結(jié)果分為正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組（各30例）。各組患者入組當(dāng)日完成病史采集、肺功能檢查、病情嚴(yán)重程度評(píng)分(CAT評(píng)分)，并ELISA法檢測(cè)血清MMP-9、TIMP-1、TNF-α和血清骨堿性磷酸酶(sB

23、AP)、血清骨鈣素(sOC)、血清Ⅰ型膠原交聯(lián)C端肽(sCTX)水平。
　　 結(jié)果:COPD穩(wěn)定期并骨質(zhì)疏松組與正常骨量組、低骨量組相比較，BMI、CAT評(píng)分存在顯著性差異（均P＜0.01）;而年齡、吸煙指數(shù)、FEV1/FVC、FEV1％Pre未見明確統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。低骨量組及骨質(zhì)疏松組的腰椎骨密度、股骨頸密度均較正常骨量組下降，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05或P＜0.01)。血清MMP-9、MMP-9/TIMP-

24、1比值、TNF-α在COPD正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組依次升高，骨質(zhì)疏松組升高最顯著（P＜0.05或P＜0.01）;血清TIMP-1水平在COPD正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組依次升高，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。 COPD骨質(zhì)疏松組、低骨量組的血清sBAP、sOC水平低于正常骨量組(P＜0.01)，而低骨量組與骨質(zhì)疏松組間未見顯著性差異(P＞0.05);COPD骨質(zhì)疏松組與正常骨量組、低骨量組比較，血清sCTX水平升高

25、，存在顯著性差異（均P＜0.01），而在低骨量組與正常骨量組間未見顯著性差異(P＞0.05)。腰椎骨密度、股骨頸骨密度、FEV1％Pre與血清MMP-9顯著負(fù)相關(guān)（分別為r=-0.432，P＜0.01;r=-0.697，P＜0.01和r=-0.226，P＜0.05）;腰椎骨密度、股骨頸骨密度、FEV1％Pre與sBAP顯著正相關(guān)(r=0.418，P＜0.01;r=0.702，P＜0.01;r=0.295，P＜0.01)、sOC顯著正相關(guān)

26、((r=0.338，P＜0.01; r=0.574，P＜0.01;r=0.278，P＜0.01)、sCTX呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.418，P＜0.01;r=-0.602，P＜0.01;r=-0.243，P＜0.05);而與TIMP-1、TNF-α無顯著相關(guān)性。FEV1％Pre與血清MMP-9顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.226，P＜0.05);MMP-9/TIMP-1與sBAP、sOC呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.525，P＜0.01;r=-0.46

27、0，P＜0.01），與sCTX呈顯著正相關(guān)(r=0.635，P＜0.01)。TIMP-1與sCTX呈顯著正相關(guān)(r=0.236，P＜0.05)，與sBAP、sOC無顯著相關(guān)性(P＞0.05)。TNF-Ⅸ與sBAP呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.350，P＜0.01)，與sCTX呈顯著正相關(guān)(r=0.370，P＜0.01)。TNF-α與sOC無顯著相關(guān)性(P＞0.05)。
　　 結(jié)論:在男性穩(wěn)定期COPD患者，升高的MMP-9、TNF-α