楊 歡 戴 燚△ 肖 璟 陳 哲

1武漢市中醫(yī)醫(yī)院骨傷科，武漢 430010

2武漢市第九醫(yī)院內(nèi)分泌科，武漢 430081

3華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科，武漢 430030

絕經(jīng)后婦女血清MMP-13、TIMP-1水平與骨密度的相關(guān)性研究*

楊 歡1戴 燚1△肖 璟2陳 哲3

1武漢市中醫(yī)醫(yī)院骨傷科，武漢 430010

2武漢市第九醫(yī)院內(nèi)分泌科，武漢 430081

3華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科，武漢 430030

目的檢測絕經(jīng)后婦女血清基質(zhì)金屬蛋白酶-13(MMP-13)和組織金屬蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)水平，探討與骨密度(BMD)和骨代謝指標的相關(guān)性。方法選取武漢地區(qū)48～65歲絕經(jīng)后女性120例，按照WHO標準將入選女性分為骨密度正常組、低骨量組和骨質(zhì)疏松組，雙能X線吸收法(DEXA)測定腰椎正位、股骨頸、華氏區(qū)和大粗隆的BMD，ELISA測定血清MMP-13、TIMP-1以及雌二醇(E2)、骨保護蛋白(OPG)、骨保護蛋白配體(OPGL)、Ⅰ型原膠原N端前肽(PⅠ NP)和Ⅰ型膠原交聯(lián)C末端肽(CTX)的水平，計算MMP-13/ TIMP-1。結(jié)果與正常組比較，骨質(zhì)疏松組和低骨量組患者血清MMP-13水平顯著升高，MMP-13/ TIMP-1 升高(Plt;0.05)。骨質(zhì)疏松組患者血清MMP-13與骨密度、血清E2、OPGL水平存在明顯負相關(guān)(Plt;0.05)，與OPG、PⅠNP和CTX存在明顯正相關(guān)(Plt;0.05)。結(jié)論絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥和低骨量患者血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1升高，可能為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥和絕經(jīng)后婦女早期骨代謝轉(zhuǎn)換過程增快的表現(xiàn)。

基質(zhì)金屬蛋白酶-13； 組織金屬蛋白酶抑制物-1； 骨密度； 骨質(zhì)疏松； 絕經(jīng)后

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是一種由于雌激素水平減少，以骨量減少和骨組織微結(jié)構(gòu)破壞為特征，導(dǎo)致骨骼脆性增加和易發(fā)生骨折的全身性骨病[1-2]。據(jù)不完全統(tǒng)計，女性一生發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折的危險性大于乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌發(fā)病率的總和。研究[3-4]表明，骨膠原代謝與骨代謝密切相關(guān)，骨膠原過度降解或者合成減少都會引起骨彈性和骨韌性降低、骨鹽丟失依附，最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的發(fā)生，基質(zhì)金屬蛋白酶-13(matrix metalloproteinase-13，MMP-13)屬于基質(zhì)金屬蛋白酶家族中膠原酶成員，參與胞外骨基質(zhì)的初步降解；組織金屬蛋白酶抑制因子-1(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1，TIMP-1)特異地抑制MMP-13的功能，兩者的平衡狀況參與骨膠原代謝的調(diào)節(jié)，調(diào)控骨基質(zhì)降解的速度和數(shù)量。但是目前絕經(jīng)后婦女血清MMP-13與TIMP-1是否與骨質(zhì)疏松癥的骨膠原代謝相關(guān)還不清楚，因此，本文通過研究其與雌二醇(E2)、骨保護蛋白(OPG)、骨保護蛋白配體(OPGL)、Ⅰ型原膠原N端前肽(PⅠNP)和Ⅰ型膠原交聯(lián)C末端肽(CTX)的水平以及骨密度的關(guān)系，探討血清MMP-13和TIMP-1的表達水平作為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者預(yù)測指標的可能性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

對武漢地區(qū)120例48～65歲女性志愿者進行調(diào)查，停經(jīng)12個月以上判斷為絕經(jīng)，采用雙能X線骨密度儀測定骨密度，按照WHO診斷標準，即骨密度lt;-2.5 SD為骨質(zhì)疏松，-1.0 SDlt;骨密度lt;-2.5 SD為低骨量，骨密度≥-1.0 SD為正常，分為正常組、低骨量組和骨質(zhì)疏松組。詳細詢問現(xiàn)病史、過去史、婚育史、月經(jīng)史、家族史等，并進行身高、體重、血壓、脈搏等體檢。正常組28例，年齡(52.26±2.76)歲，身高(154.32±5.21) cm，體重(53.09±3.11) kg，體重指數(shù)(23.16±2.58) kg/m2，絕經(jīng)時間(3.87±1.36) 年；低骨量組36例，年齡(52.48±3.14) 歲，身高(155.19±4.14) cm，體重(56.12±4.02) kg，體重指數(shù)(22.26±3.04) kg/m2，絕經(jīng)時間(3.89±1.53) 年；骨質(zhì)疏松組56例，年齡(53.13±2.17) 歲，身高(155.02±6.11) cm，體重(55.09±4.15) kg，體重指數(shù)(22.88±2.76) kg/m2，絕經(jīng)時間(3.93±1.43) 年。各組之間在年齡、身高、體重、絕經(jīng)時間方面比較差異無統(tǒng)計學意義(Pgt;0.05)，具有可比性。排除患有影響骨代謝的內(nèi)分泌疾病、慢性肝腎疾病、骨關(guān)節(jié)病、近期骨折史等及服用影響骨代謝藥物，患有影響血清MMP-13和TIMP-1的類風濕性關(guān)節(jié)炎、腫瘤、肺纖維化疾病、肝纖維化疾病、心肌梗死的志愿者。

1.2 方法

1.2.1 血清MMP-13和TIMP-1及骨代謝指標的檢測方法 留取空腹靜脈血，分離血清標本后置于-70 ℃冰箱保存，ELISA法檢測血清MMP-13、TIMP-1和骨代謝指標水平。MMP-13、E2、PⅠNP、CTX ELISA試劑盒購自武漢博士德生物公司，TIMP-1 ELISA試劑盒購自英國Amersham Pharmacia Bio Tech公司，OPGELISA試劑盒購自美國Metra Bio Tech公司，OPGLELISA試劑盒購自O(shè)steometer Bio Tech公司，計算MMP-13/ TIMP-1。

1.2.2 骨密度測定 采用美國Lunar-prodigy型雙能X線骨密度儀檢測志愿者腰椎正位及左側(cè)股骨頸、華氏區(qū)、大粗隆骨密度。

1.3 統(tǒng)計學處理

2 結(jié)果

2.1 各組之間血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1比較

與正常組比較，骨質(zhì)疏松組和低骨量組患者血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1顯著升高，骨質(zhì)疏松組患者血清TIMP-1顯著降低(Plt;0.05)。見表1。

2.2 各組之間血清骨代謝相關(guān)指標的比較

與正常組比較，骨質(zhì)疏松組和低骨量組患者血清E2、OPGL水平顯著降低，OPG 、CTX水平顯著升高(Plt;0.05)；骨質(zhì)疏松組血清PⅠNP水平顯著升高(Plt;0.05)。見表2。

表1 各組血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1的比較

與正常組比較*Plt;0.05

表2 各組之間血清骨代謝相關(guān)指標的比較

與正常組比較*Plt;0.05

2.3 血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1與骨密度和骨代謝指標的相關(guān)性

在校正年齡和體重指數(shù)后，正常組3項指標與骨密度和骨代謝指標均未見明顯相關(guān)性；骨質(zhì)疏松組血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1與腰椎正位和華氏區(qū)骨密度、血清OPGL、E2呈明顯負相關(guān)，與OPG、PⅠNP、CTX呈明顯正相關(guān)(Plt;0.05)；低骨量組血清MMP-13、MMP-13/TIMP-1與腰椎正位和華氏區(qū)骨密度、E2水平呈明顯負相關(guān)，與CTX水平呈正相關(guān)(Plt;0.05)。見表3。

表3 血清MMP-13、TIMP-1和MMP-13/TIMP-1與骨密度和骨代謝指標的相關(guān)性

已校正年齡和BMI因素，查相關(guān)系數(shù)對應(yīng)P值表，*Plt;0.05

3 討論

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥是一種多由于絕經(jīng)后婦女卵巢功能衰退，雌激素明顯減少，導(dǎo)致骨吸收大于骨形成而產(chǎn)生，以骨量減少和骨組織微結(jié)構(gòu)破壞為特征，導(dǎo)致骨骼脆性增加和易發(fā)生骨折的全身性疾病。據(jù)統(tǒng)計，2009年我國50歲以上人群骨質(zhì)疏松癥女性患病率為30.8％，患病人數(shù)為5 410萬[5]，對老年人的生活質(zhì)量與健康危害極大，同時也造成嚴重的經(jīng)濟和社會負擔。

目前認為骨質(zhì)疏松癥發(fā)病與成骨細胞與破骨細胞相互作用及其分化相關(guān)的信號，尤其是OPG和OPGL傳導(dǎo)相關(guān)。正常情況下，破骨細胞形成刺激因子OPGL及OPG 的表達是平衡的，破骨細胞的分化發(fā)育和激活受到巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)、OPG和OPGL3種信號分子的調(diào)節(jié)[6]，使骨形成和骨吸收維持平衡狀態(tài)。多種趨鈣激素和細胞因子調(diào)節(jié)破骨細胞分化及其功能的效應(yīng)是通過調(diào)節(jié)OPGL及其假受體OPG的表達而實現(xiàn)的。因而，OPGL和OPG構(gòu)成了直接影響破骨細胞分化及其功能、調(diào)節(jié)骨再建的細胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，也是其他許多細胞因子介導(dǎo)破骨細胞和骨吸收的最終和共有通路?，F(xiàn)有研究[7]表明，OPG基因敲除的小鼠表現(xiàn)嚴重骨質(zhì)疏松；轉(zhuǎn)OPG基因的小鼠可引起骨骼彌漫性硬化，表明OPG 對骨密度具有重要調(diào)節(jié)作用。本文中骨質(zhì)疏松組OPG和OPGL水平顯著不同于正常組，表明絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松骨代謝旺盛。

PⅠNP和CTX是國際骨質(zhì)疏松基金會(IOF)推薦的測定骨質(zhì)疏松癥敏感性較好的兩個骨代謝指標。眾所周知，正常骨組織中90％的膠原都是Ⅰ型膠原，它由Ⅰ型原膠原解鏈產(chǎn)生，一條原膠原蛋白鏈產(chǎn)生一條膠原纖維蛋白，PⅠNP是解鏈后的氨基端殘端，它的數(shù)量可以代表骨膠原形成的數(shù)量，同時，Ⅰ型膠原多由成骨細胞分泌形成，它也可以代表骨形成的活躍程度。CTX是Ⅰ型膠原代謝后的羧基端殘端，多由破骨細胞及相關(guān)因子(如膠原酶)降解膠原蛋白后產(chǎn)生，它的數(shù)量可以代表骨吸收的活躍程度。本研究中骨質(zhì)疏松組PⅠNP和CTX水平顯著高于正常組，表明骨代謝尤其是骨膠原代謝過程活躍，符合絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥骨代謝的特點。同時，雌二醇水平的改變也符合絕經(jīng)后婦女激素水平改變的特點。

MMP-13又稱為膠原酶3，主要降解Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型膠原，可酶解膠原分子上的特定位點，解開膠原分子的螺旋結(jié)構(gòu)，從而使其可進一步被其他酶降解，所以MMP-13的表達水平就成為膠原酶解過程中的關(guān)鍵酶[8]。同時，MMP-13可以優(yōu)先降解透明軟骨特征性Ⅱ型膠原，也是所有MMP中最有效的Ⅱ型膠原降解酶。絕經(jīng)后婦女雌激素缺乏，骨吸收過程加快，一方面Ⅰ型膠原降解速度加快，另一方面，Ⅱ型膠原來源數(shù)量減少，轉(zhuǎn)化成Ⅰ型膠原的速度減慢[9]。本研究中骨質(zhì)疏松組和低骨量組中MMP-13表達水平都增高，并且與骨密度和骨代謝指標均有相關(guān)性，可能一方面參與降解Ⅰ型膠原，另一方面參與Ⅱ型膠原降解，Ⅰ型膠原合成減少，導(dǎo)致骨膠原數(shù)量減少。同時，低骨量組中MMP-13水平略高于骨質(zhì)疏松組，而且與骨密度和骨代謝指標顯著相關(guān)，表明絕經(jīng)后骨代謝尤其是骨膠原代謝早期中，MMP-13可能起到重要作用。

TIMP-1 可能直接作用于成熟破骨細胞的潛在因子，通過酪氨酸激酶經(jīng)典級聯(lián)誘導(dǎo)相同途徑[6]，平衡活性的MMP-13，調(diào)控骨基質(zhì)降解的速度和數(shù)量。本實驗中TIMP-1不能與骨質(zhì)疏松癥骨密度和骨代謝指標形成相關(guān)，卻發(fā)現(xiàn)MMP-13/TIMP-1與骨密度值和骨代謝指標的相關(guān)性高，更加有效的提示高轉(zhuǎn)換的骨代謝?？赡苁墙^經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥婦女骨代謝高轉(zhuǎn)換過程中，MMP-13與TIMP-1除了直接作用，還存在破骨細胞與成骨細胞之間其他信號調(diào)節(jié)的可能。Lewandowski等[10]研究表明，卵巢切除后性激素較少的婦女與年齡匹配婦女比較，TIMP-1在體內(nèi)未見明顯改變，對MMP-13的調(diào)節(jié)作用有限。可能與骨質(zhì)疏松癥婦女TIMP-1對MMP-13的抑制能力相對減弱有關(guān)。pro-MMP-13被激活形成大量活性的MMP-13，TIMP-1可特異性與MMP-13及pro-MMP-13結(jié)合，抑制其活性和表達，使之含量降低，活性不足。

總之，本研究表明血清MMP-13和MMP-13/TIMP-1與絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥婦女骨代謝指標和骨密度具有關(guān)聯(lián)性，血清MMP-13水平升高和MMP-13/TIMP-1降低可能為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥伴隨骨代謝尤其是膠原代謝轉(zhuǎn)換過程增快的表現(xiàn)，同時，MMP-13水平還在低骨量組中顯著升高，可能是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松骨代謝早期的骨膠原代謝指標，具有早期預(yù)測性。當然這只是根據(jù)我們的研究作出的推論，尚需在不同的人群進行全面的檢測和驗證，更需要分子生物學提供理論支持，以便為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥婦女的監(jiān)測和診斷提供更加有效的手段。

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CorrelationofSerumMatrixMetalloproteinase-13andTissueInhibitorofMatrixMetalloproteinase-1LevelsandBoneMarrowDensity(BMD)inPostmenopausalWomen

YANG Huan1，DAI Yi1，XIAO Jing2，et al

1DepartmentofOrthopaedicsandTrauma，WuhanHospitalofTraditionalChineseMedicine，Wuhan430014，China

2DepartmentofEndocrinology，Wuhanthe9thHospital，Wuhan430080，China

ObjectiveTo examine serum levels of matrix metalloproteinase-13(MMP-13)and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1(TIMP-1)and their correlations with bone mineral density(BMD)and bone metabolic biomarkers in postmenopausal women.MethodsSerum MMP-13，TIMP-1，estrogen(E2)，osteoprotegerin(OPG)，OPG ligand(OPGL)，procollagen Ⅰ N-terminal peptide(PⅠNP)and collagenⅠC-terminal telopeptide(CTX)in 120 postmenopausal female volunteers were examined using ELISA assay.The ratios of MMP-13 to TIMP-1(MMP-13/TIMP-1)were calculated.BMD were measured using dual energy X-ray absorptiometry.ResultsCompared with control group，serum MMP-13 levels and MMP-13/TIMP-1 ratio were significantly higher in patients with osteoporosis and osteopenia(Plt;0.05).In osteoporosis group，MMP-13 levels were negatively correlated with BMD，OPGL and E2(Plt;0.05)while positively correlated with OPG，PⅠ NP and CTX(Plt;0.05).ConclusionSerum MMP-13 and MMP-13 /TIMP-1 ratio were elevated in patients with osteoporosis and osteopenia.It is possibly considered to be an early stage indicating high bone turnover in postmenopausal women.

matrix metalloproteinase-13；tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1；bone mineral density；osteoporosis；postmenopausal

10.3969/j.issn.1674-4616.2013.05.003

*湖北省衛(wèi)生廳青年科技人才項目(No.QJX2010-48)；

武漢市青年科技晨光計劃項目(No.200950431215)；

武漢市衛(wèi)生局臨床醫(yī)學項目(No.WZ10C02)

△通信作者，Corresponding author，E-mail：daiyifreeman@yahoo.com.cn

2013-08-05