崔坤華 李琪

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院兒科，云南 昆明 650032

1 概述

1.1 兒童骨骼系統(tǒng)疾病特點(diǎn)

維生素D缺乏性佝僂病是兒科最常見(jiàn)的疾病之一。維生素D缺乏性佝僂病占我國(guó)兒童佝僂病發(fā)病率的95%以上[1]。骨質(zhì)疏松的患病率增加，所以兒童骨質(zhì)疏松越來(lái)越受到重視[2]。青春期末獲得的峰值骨量的高低和成年后骨量丟失的速度是在中老年后骨質(zhì)疏松發(fā)病的兩個(gè)重要因素。兒童和青少年時(shí)期是骨量快速增長(zhǎng)和骨礦物作用的重要時(shí)期，在青春期末所達(dá)到的峰值骨量能夠決定成年時(shí)期病理性骨折和骨質(zhì)疏松的患病風(fēng)險(xiǎn)。在兒童和青少年時(shí)期未能達(dá)到適合骨量的個(gè)體，即使在成年以后沒(méi)有發(fā)生骨量加速流失的現(xiàn)象，仍有患骨質(zhì)疏松癥的可能。因而，兒童青少年期獲得的骨量是人體骨骼健康的重要因素。骨質(zhì)疏松應(yīng)當(dāng)被理解為起病于兒童期，在老年期出現(xiàn)癥狀，稱為“具有老年期影響的兒科疾病”[3]。因此，即使兒童期未發(fā)生骨質(zhì)疏松，但青春發(fā)育期兒童獲得理想的骨骼發(fā)育狀態(tài)，可影響成年后骨骼的發(fā)育。

1.2 兒童骨代謝標(biāo)志物的特點(diǎn)

在兒童時(shí)期，骨骼不斷進(jìn)行著生長(zhǎng)和重塑。骨的生長(zhǎng)在小兒時(shí)期包含骨塑造和骨再造。前者為小兒所特有，而后者終生存在。成骨細(xì)胞的骨形成作用與破骨細(xì)胞的骨吸收作用在小兒時(shí)期并不平衡，骨形成大于骨吸收，于是骨骼不斷生長(zhǎng)。兒童生長(zhǎng)速度很快，骨代謝迅速，因而骨標(biāo)濃度很高，在生理和病理狀態(tài)下都可以導(dǎo)致骨標(biāo)志物濃度的顯著變化[4]。兒童期反映骨生長(zhǎng)代謝的生化指標(biāo)有其自身的變化規(guī)律，不能以成人的指標(biāo)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)采用兒童期的骨生長(zhǎng)代謝指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)診斷和治療[5]。

2 兒童骨代謝標(biāo)志物

目前認(rèn)為雙能X線吸收法是測(cè)定骨密度的標(biāo)準(zhǔn)方法[2]，而骨密度的下降是診斷兒童骨質(zhì)疏松的必備條件[6]。但雙能X線吸收法在兒童中應(yīng)用的精密度和準(zhǔn)確度仍有爭(zhēng)議，且其測(cè)量的是局部的骨量變化，很容易高估或者低估骨密度，加之兒童骨骼處于不斷增長(zhǎng)增粗的階段，此種差異就更明顯，且其不能作為常規(guī)的檢測(cè)，只有在該患者有發(fā)生骨質(zhì)疏松癥風(fēng)險(xiǎn)的情況下才有完善雙能X線檢測(cè)的適應(yīng)證。而兒童處于快速生長(zhǎng)發(fā)育中，大多數(shù)骨量的丟失都是隱性的，因此，僅憑骨密度的檢測(cè)容易導(dǎo)致漏診誤診[7]。在兒童骨質(zhì)疏松中，繼發(fā)性骨質(zhì)疏松占大部分，在繼發(fā)性骨質(zhì)疏松特別是糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松中，在骨密度正常的情況下，仍有骨質(zhì)疏松的發(fā)生[6]?；谝陨瞎敲芏葯z測(cè)的局限性，骨代謝標(biāo)志物能更早地反映骨量的丟失，雖然不能診斷骨質(zhì)疏松，但可以作為藥物治療的監(jiān)測(cè)指標(biāo)和正常人群的篩查指標(biāo)，聯(lián)合骨密度能更準(zhǔn)確地評(píng)估骨量的丟失，減少骨質(zhì)疏松的漏診及誤診。骨代謝標(biāo)志物之所以不能評(píng)估骨量的丟失，其局限性在于兒童的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段，骨代謝標(biāo)志物存在很大的差異。本文就不同兒童生長(zhǎng)發(fā)育階段骨代謝標(biāo)志物的特點(diǎn)予以總結(jié)，以期能與骨密度一起提高骨質(zhì)疏松的診斷與治療[8]。

2.1 骨形成標(biāo)志物

2.1.1I型前膠原肽(Type I procollagen peptide)：膠原是骨組織中最主要的蛋白質(zhì)，占骨全部有機(jī)質(zhì)的93%，對(duì)維持骨結(jié)構(gòu)的完整及骨生物力學(xué)特性非常重要。I型膠原在骨膠原中約占97%。骨I型膠原由成骨細(xì)胞產(chǎn)生，首先在其細(xì)胞內(nèi)部合成大分子前體蛋白I型原膠原，后分泌到細(xì)胞外，在特異性肽內(nèi)切酶作用下切去N末端和C末端成為膠原分子，再進(jìn)一步組裝成不溶性膠原纖維，最后形成交聯(lián)物，以保證其結(jié)構(gòu)的完整性。所切去的兩端非膠原結(jié)構(gòu)，即I型原膠原羧基(procollagen I C-terminal propeptide，PICP)或I型氨基末端前肽(procollagen I N-terminal peptide，PINP)。因此，原膠原前肽是骨膠原合成時(shí)的產(chǎn)物，且其與所形成膠原分子存在1∶1的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可準(zhǔn)確地反映膠原的合成及成骨細(xì)胞活性[9]。PINP的高峰在嬰兒期，此后，在青春期前PINP開(kāi)始下降，僅僅只有輕度的波動(dòng)，當(dāng)在青春期增長(zhǎng)階段，PINP值升高，而且男孩與女孩出現(xiàn)顯著差異。在停止生長(zhǎng)后，PINP值降至成人水平[10]。0～18歲歐洲中部男孩和女孩的PINP參考值見(jiàn)圖1、2。

圖1 青春期前兒童PINP參考值，上下偏差對(duì)應(yīng)2.5和97.5個(gè)百分位Fig.1 PINP in prepubertal children. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile摘自：文獻(xiàn)[10]。

圖2 9.1～18歲兒童PINP參考值(白色表示男孩，灰色表示女孩，上下偏差對(duì)應(yīng)2.5和97.5個(gè)百分位)Fig.2 PINP in children of 9.1-18 years old. (White bar, boys; gray bar, girls. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile)摘自：文獻(xiàn)[10]。

2.1.2骨堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，BAP)：骨堿性磷酸酶由成骨細(xì)胞在骨形成階段大量生成，是成骨細(xì)胞增殖停止初期的特征性產(chǎn)物，當(dāng)骨基質(zhì)礦物化開(kāi)始后即減低。血液中的堿性磷酸酶95%以上來(lái)自于肝臟和骨骼[11]。目前國(guó)內(nèi)單獨(dú)對(duì)骨堿性磷酸酶兒童的參考范圍研究較少。但正常兒童血清堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)與BAP呈顯著正相關(guān)，國(guó)內(nèi)常規(guī)檢測(cè)ALP代替BAP，作為一個(gè)評(píng)價(jià)兒童骨代謝方便快捷又便宜的指標(biāo)[12]。15歲以后的兒童BAP值比15歲以前兒童低，而且13歲以后男孩中BAP值明顯比女孩高[13]。0～20歲美國(guó)男女兒童BAP的參考值見(jiàn)圖3。

圖3 美國(guó)男女兒童的骨堿性磷酸酶參考值曲線(實(shí)點(diǎn)代表男孩，虛點(diǎn)代表女孩，曲線表示第50百分位數(shù)和3、97百分位數(shù))Fig.3 Back transformed reference curves for bone formation markers BALP in boys (filled circles) and girls (open circles). Curves represent the 50th centile (straight lines) and 3rd/97th centile (dotted lines).摘自：文獻(xiàn)[13]。

2.1.3骨鈣素(osteocalcin，OC)：骨鈣素又稱骨依賴維生素K蛋白，是由成骨細(xì)胞在維生素D3調(diào)節(jié)下合成的多肽類物質(zhì)，是骨組織中最豐富的一種非膠原蛋白質(zhì)。OC是唯一在礦化組織中大量存在的骨代謝標(biāo)志物，是骨形成的最直接反映。OC在血清中含量約占成骨細(xì)胞合成量的20%，兩者呈正相關(guān)[9]。國(guó)際上已將血清OC的檢測(cè)作為能敏感、特異、準(zhǔn)確地反映機(jī)體成骨細(xì)胞功能的重要指標(biāo)。OC沒(méi)有峰值，但是兒童的參考范圍比成人高。在青春期增長(zhǎng)階段，OC值升高，而且男孩與女孩出現(xiàn)顯著差異。在停止生長(zhǎng)后，OC值降至成人水平[10]。0～18歲歐洲中部男孩和女孩OC的參考值見(jiàn)圖4、5。

圖4 青春期前兒童OC參考值，上下偏差對(duì)應(yīng)2.5和97.5個(gè)百分位Fig.4 Osteocalcin in prepubertal children. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile摘自文獻(xiàn)[10]。

圖5 9.1～18歲兒童OC參考值(白色表示男孩，灰色表示女孩，上下偏差對(duì)應(yīng)2.5和97.5個(gè)百分位)Fig.5 Osteocalcin in children of 9.1-18 years old (White bar, boys; gray bar, girls. Lower and upper deviations correspond to 2.5 and 97.5 percentile)摘自：文獻(xiàn)[10]。

2.2 骨吸收標(biāo)志物

2.2.1吡啶交聯(lián)物：骨組織中最多的交聯(lián)物是吡啶啉和脫氧吡啶啉，當(dāng)破骨細(xì)胞吸收骨基質(zhì)時(shí)，它們就從膠原分子中釋放出來(lái)進(jìn)入血循環(huán)，并不經(jīng)過(guò)肝臟代謝，在血液和尿中以游離和肽結(jié)合形成存在，直接由尿排泄。盡管吡啶啉和脫氧吡啶啉并非骨組織所特有，但兩者比例在骨中與尿中均為4∶1，而軟組織中則大于10∶1，提示其主要為骨源性，是反映骨吸收的可靠指標(biāo)[9]。

2.2.2I型膠原交聯(lián)N-末端肽(N-terminal peptides，NTX)和C-末端肽(C-terminal peptides，CTX)：I型膠原羧基或氨基末端交聯(lián)肽(CTX、NTX)也是膠原分子交聯(lián)物的一部分，在膠原分解時(shí)產(chǎn)生，是特異性反映骨吸收的指標(biāo)。尿NTX的穩(wěn)定性、敏感性均好于傳統(tǒng)骨吸收指標(biāo)[9]。CTX值與年齡和身高成線性關(guān)系，身高對(duì)男孩的影響比女孩稍強(qiáng)一些[14]。與2～15歲兒童相比，17歲以后血清CTX值更低，CTX值在11～15歲兒童中的應(yīng)用價(jià)值更大[13]。3～9歲男女兒童的CTX參考值見(jiàn)圖6。

圖6 歐洲兒童男孩和女孩CTX參考曲線，曲線表示第50百分位數(shù)和3、97百分位數(shù)Fig.6 CTX reference curves of boys and girls considering the 3rd, 50th and 97th age- and sex-specific height percentile摘自：文獻(xiàn)[14]。

2.2.3抗酒石酸酸性磷酸酶5b片斷(TRAP-5b)：TRAP-5b是酸性磷酸酶6種同工酶(O～5型)中的一種，即第5型。在正常人血清中，TRAP-5以兩種不同的糖基化形式存在，即TRAP-5 a和TRAP-5b，其中TRAp-5b主要來(lái)源于破骨細(xì)胞。血清中的TRAP-5b可間接反映破骨細(xì)胞的數(shù)量[4]。有研究表明，TRAP-5b在各年齡段分布不同，15歲后 TRAP-5b值低于3歲以下兒童，13～17歲男孩參考值相對(duì)于女孩更高[13]，0～20歲美國(guó)男女兒童的TRAP-5b參考值見(jiàn)圖7。

圖7 美國(guó)男女兒童的抗酒石酸酸性磷酸酶5b片斷(TRAP-Sb)參考值曲線(實(shí)點(diǎn)代表男孩，虛點(diǎn)代表女孩，曲線表示第50百分位數(shù)和3、97百分位數(shù))Fig.7 Back transformed reference curves for bone resorption markers TRAP5b in boys (filled circles) and girls (open circles). Curves represent the 50th centile (straight lines) and 3rd/97th centile (dotted lines).摘自：文獻(xiàn)[13]。

2.3 兒童骨代謝的調(diào)節(jié)指標(biāo)

維生素D是重要的調(diào)節(jié)骨代謝的類固醇激素，其活性成分是1，25-(OH)2D3。1，25-(OH)2D3的靶器官是小腸、骨骼和腎臟，作用為升高血鈣和血磷。甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)是甲狀旁腺主細(xì)胞合成和分泌的，受到細(xì)胞外液鈣離子濃度的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，調(diào)控鈣磷濃度。PTH作用的靶器官是骨骼、腎小管和小腸，總的作用是升高血鈣、降低血磷。

2.4 新型骨代謝標(biāo)志物

在傳統(tǒng)骨代謝生化標(biāo)志物中，PINP和CTX是骨形成和骨吸收的參考標(biāo)志物[15]。然而，傳統(tǒng)的骨代謝生化標(biāo)志物有一些局限性，包括缺乏骨組織特異性，不能反映骨細(xì)胞的活動(dòng)性及骨膜的新陳代謝。有研究表明，一種新的類型標(biāo)志物，循環(huán)中小分子核糖核酸可以在骨質(zhì)疏松癥中代表早期生物標(biāo)志物[16]。

2.4.1骨膜蛋白(periostin，POSTN)：骨膜蛋白主要由骨膜成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞表達(dá)[17]，不僅能調(diào)節(jié)骨形成和骨礦物密度，而且能通過(guò)調(diào)節(jié)膠原蛋白交聯(lián)增加骨骼強(qiáng)度[18]。血清中骨膜蛋白反映的是生物過(guò)程，而不是檢測(cè)靜態(tài)的骨礦物密度或者骨代謝動(dòng)態(tài)指標(biāo)[16]。血清中骨膜蛋白的測(cè)定是非常有用的，但是骨膜蛋白對(duì)骨骼不是特異的，肺纖維化、心臟、皮膚都有表達(dá)，目前無(wú)骨骼特異性亞型。為了提高骨折風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，需要把骨礦物密度和骨代謝標(biāo)志物聯(lián)合使用[16]。

2.4.2鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)：S1P是一種脂質(zhì)介質(zhì)，通過(guò)S1P受體扮演不同的作用，S1P受體是G蛋白家族受體[19]。盡管S1P可能影響成骨細(xì)胞的增殖、存活、遷移，但是在骨代謝方面最主要的作用是在破骨細(xì)胞生成方面[20]。S1P在骨折方面的作用取決于末梢循環(huán)中S1P的值與骨髓腔中S1P值的比值。末梢循環(huán)中S1P的水平和末梢循環(huán)中S1P的值與骨髓腔中S1P值的比值，是評(píng)估骨折風(fēng)險(xiǎn)的新的生化標(biāo)志物[16]。

2.4.3骨硬化蛋白(Sclerostin)：骨硬化蛋白是一種分泌性蛋白，通過(guò)抑制Wnt信號(hào)通路，進(jìn)而影響骨的形成[21]。骨硬化蛋白也能刺激骨細(xì)胞來(lái)源的破骨細(xì)胞分化因子的分泌，從而直接激活破骨細(xì)胞的活動(dòng)[22]。循環(huán)中骨硬化蛋白與骨髓腔中骨硬化蛋白呈正相關(guān)，這意味著血清中骨硬化蛋白的水平可以反映自身的骨產(chǎn)生[23]。血清中骨硬化蛋白與骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物呈負(fù)相關(guān)，與BMD呈正相關(guān)[16]。在青春期前，女孩中骨硬化蛋白水平略高于男孩，不管男孩還是女孩，在青春期，骨硬化蛋白都開(kāi)始下降，但在青春期后男孩中骨硬化蛋白明顯高于女孩[24]。在II型糖尿病患者、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、慢性腎臟疾病中都有表達(dá)，所以用骨硬化蛋白來(lái)預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松癥患者骨折風(fēng)險(xiǎn)存在一定的局限性[16]。

2.4.4微小核糖核酸(MicroRNAs)：微小核糖核酸不僅參與了正常成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的功能，而且在一些骨骼疾病狀態(tài)包括骨質(zhì)疏松也會(huì)釋放微小核糖核酸[25]。從診斷的角度來(lái)看，測(cè)量循環(huán)中微小核糖核酸是很有用的，因?yàn)樗诠谴x改變方面可以提供非常有價(jià)值的信息，可能比骨生化標(biāo)志物更早[16]。微小核糖核酸以細(xì)胞外囊泡、高密度脂蛋白囊泡形式從細(xì)胞胞漿釋放到生物液中，也可以是RNA結(jié)合蛋白以核質(zhì)蛋白的形式釋放到生物液中[26]。微小核糖核酸在生物液中非凡的穩(wěn)定性，血液循環(huán)中微小核糖核酸是以囊泡與蛋白締合物的形式存在，它們?cè)谕庵苎锌梢阅秃颂呛怂崦富顒?dòng)，所以它們可以作為優(yōu)秀的生物標(biāo)志物[27]。但是，微小核糖核酸在骨骼系統(tǒng)精密醫(yī)學(xué)方面建立診斷工具和提供可靠的治療目標(biāo)，還需要更進(jìn)一步的研究[28]。

3 骨代謝標(biāo)志物在兒科中的應(yīng)用

3.1 生長(zhǎng)發(fā)育的監(jiān)測(cè)

血清P1NP值和OC值以及CTX值在學(xué)齡前期及學(xué)齡期水平較低，在兒童青春期達(dá)到峰值，并在青春期后快速降低，這與兒童生長(zhǎng)特點(diǎn)相似[3]。特發(fā)性身材矮小(idiopathic short stature，ISS)兒童的血清BAP和OC與胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin like growth factor 1，IGF-1)均存在顯著的直線正相關(guān)關(guān)系，二者不僅能反映骨骼的生長(zhǎng)動(dòng)力，同時(shí)是骨骼生長(zhǎng)的結(jié)果反映，并與骨骼的生長(zhǎng)速率保持一致，因此二者可作為評(píng)價(jià)ISS兒童骨骼生長(zhǎng)發(fā)育的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。對(duì)準(zhǔn)確判斷ISS兒童現(xiàn)時(shí)生長(zhǎng)狀況以及監(jiān)測(cè)療效具有很大的臨床實(shí)用價(jià)值[29]。生長(zhǎng)激素缺乏癥(growth hormone deficiency，GHD)兒童，尤其是完全性GHD兒童的骨形成指標(biāo)BAP和骨吸收指標(biāo)CTX均明顯下降，同時(shí)伴有IGF-1明顯下降，IGF1與CTX呈正相關(guān)，經(jīng)生長(zhǎng)激素(growth hormone，GH)治療后，各項(xiàng)骨轉(zhuǎn)換指標(biāo)和IGF1顯著升高[30]。

3.2 藥物對(duì)骨代謝影響的監(jiān)測(cè)

糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid，GC)在臨床上應(yīng)用極為廣泛，且經(jīng)常是長(zhǎng)期使用。不論通過(guò)何種給藥途徑，長(zhǎng)期接受GC治療者都有發(fā)生骨質(zhì)疏松的危險(xiǎn)，稱為糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松[10]。并且具有劑量依賴性，在一定劑量范圍內(nèi)，地塞米松是有促成骨分化作用的，但達(dá)到一定高劑量后，這種作用不再增加，由于其抑制成骨細(xì)胞增殖和促細(xì)胞凋亡的作用，最終高濃度的地塞米松對(duì)骨骼的作用反而是負(fù)性的[10]。癲癇是小兒神經(jīng)系統(tǒng)的常見(jiàn)疾病之一，長(zhǎng)期服用抗癲癇藥物是治療癲癇的最常用方法。長(zhǎng)期服用抗癲癇藥物可致骨損害，主要表現(xiàn)為亞臨床的骨代謝障礙。身材矮小、牙齒發(fā)育不全、佝僂病和骨質(zhì)軟化癥發(fā)生率為30%～50%，嚴(yán)重者可致自發(fā)性骨折[31]。

3.3 疾病對(duì)兒童骨代謝的影響

3.3.1骨代謝性疾病：佝僂病患兒BAP和OC升高提示成骨細(xì)胞功能活躍，均與佝僂病的病情嚴(yán)重程度呈正比[32]。成骨不全是先天性骨代謝異常所致的疾病。近年來(lái)的研究表明骨形成標(biāo)志物測(cè)定可能是診斷成骨不全的較好指標(biāo)[11]。

3.3.2腎病綜合征：腎病綜合征為兒科的常見(jiàn)病之一，腎上腺糖皮質(zhì)激素治療是其首選措施,但治療劑量的潑尼松對(duì)患兒的骨代謝有極大的負(fù)性影響。由于腎病綜合征小兒存在骨生長(zhǎng)發(fā)育障礙，治療后繼發(fā)性骨質(zhì)疏松及骨質(zhì)疏松性骨折等嚴(yán)重并發(fā)癥更時(shí)有發(fā)生[33]。有研究發(fā)現(xiàn)在慢性腎臟疾病的患兒中，骨代謝標(biāo)志物提示骨轉(zhuǎn)換率更高[34]。糖皮質(zhì)激素長(zhǎng)期應(yīng)用也會(huì)引起骨質(zhì)疏松[35]。慢性腎臟疾病患者可能發(fā)展為骨質(zhì)疏松和腎性骨病，抗酒石酸酸性磷酸酶5b片斷和骨堿性磷酸酶不經(jīng)腎臟清除，因此用于腎臟疾病的評(píng)估可能存在缺陷。骨骼組織形態(tài)學(xué)仍是慢性腎臟疾病所致骨骼疾病診斷的金標(biāo)準(zhǔn)[8]。