殷 樂, 張豪杰, 張平超, 凌中華

絕經(jīng)后女性受年齡及雌激素變化的影響,易發(fā)生骨質(zhì)疏松,而骨質(zhì)丟失和骨微結(jié)構(gòu)破壞是增加脆性骨折風(fēng)險的主要因素[1-2]。目前,最常用的骨折風(fēng)險評估方法是應(yīng)用雙能X線骨密度儀測量骨密度(bone mineral density,BMD)。然而,很難及時通過BMD來篩查小的骨微結(jié)構(gòu)的變化[3]。骨免疫學(xué)是一門跨學(xué)科的研究領(lǐng)域,主要研究骨骼與免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系。有研究表明,骨骼重塑受到嚴格的免疫控制[4]。白細胞介素-33(interleukin-33,IL-33)是近些年發(fā)現(xiàn)的白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)家族一員,具有多效免疫調(diào)節(jié)作用,在炎癥刺激或環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)下表達上調(diào)[5]。有研究證實,IL-33具有抗破骨細胞作用,并通過誘導(dǎo)細胞凋亡來減少破骨細胞的形成和活性,其表達水平升高可影響骨病理學(xué)改變[6]。但迄今為止,關(guān)于IL-33在骨免疫學(xué)中所獲得的大多數(shù)信息都來自體外研究和動物模型,對于人體樣本的適用性尚不清楚。鑒此,本研究旨在探討絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松(post-menopausal osteoporosis,PMO)女性患者血清IL-33水平和骨轉(zhuǎn)換標志物(bone turnover markers,BTMs)與骨折風(fēng)險的關(guān)聯(lián)性,揭示IL-33在骨代謝中的作用。

1 對象與方法

1.1研究對象 招募2019年6月至2021年3月我院收治的277例因跌倒發(fā)生脆性骨折的老年女性PMO患者作為骨折組,包括腕關(guān)節(jié)骨折53例,周圍骨折(骨盆、脛骨、腓骨、肱骨、踝骨、髕骨或跖骨骨折)141例,髖關(guān)節(jié)骨折53例,椎體骨折30例。另外納入同期無骨折記錄的老年女性PMO患者作為對照組(250例)。納入標準:(1)年齡≥60歲,絕經(jīng)婦女;(2)符合骨質(zhì)疏松臨床表現(xiàn),且經(jīng)影像學(xué)檢查和骨密度儀測量(T-值≤-2.5),診斷為骨質(zhì)疏松者[7];(3)臨床檢查資料完善;(4)對于骨折組患者,骨折至入院時間≤72 h,且損傷原因為非暴力、非病理性的低能量跌倒,經(jīng)電子計算機斷層掃描(computed tomography,CT)或X光檢查確診。排除標準:(1)年齡<60歲,體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)>30 kg/m2;(2)合并內(nèi)分泌疾病(如糖尿病等)、代謝性骨病(如骨軟化癥、Paget病或原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進等)或其他影響骨代謝疾病者;(3)合并紐約心臟協(xié)會(New York Heart Association,NYHA)分級>2級的心力衰竭、腎功能不全、惡性腫瘤者;(4)卵巢摘除者;(5)近6個月內(nèi)服用抗骨質(zhì)疏松藥物、鈣片和維生素D補充劑者;(6)高能量損傷(如車禍、高空墜落)致骨折,或病理性骨折(繼發(fā)于腫瘤或原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進)。所有研究對象簽署知情同意書,研究獲醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(批號:2019-037)。

1.2一般資料收集 通過醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)收集研究對象的年齡、BMI、吸煙史(每天吸煙1支以上,吸煙時間1年以上)、飲酒史(酒精攝入量達到每周30 g以上,且飲酒時間超過1年)等一般信息。

1.3血清學(xué)指標檢測 于患者入院次日清晨(上午7～9點)收集靜脈血液標本5 ml,靜置30 min后離心,收集血清,-80 ℃保存待檢。應(yīng)用日立H7600型生化分析儀對當天采集的血清標本進行鈣、磷水平的檢測。應(yīng)用羅氏電化學(xué)發(fā)光系統(tǒng)(E602型,瑞士羅氏診斷)和電化學(xué)發(fā)光免疫試劑盒(瑞士羅氏診斷)測定血清25-羥基維生素D[25-hydroxyvitamin D,25(OH)D]、1型膠原蛋白C末端肽(C-terminal telopeptide of type 1 collagen,CTX-1)、1型前膠原氨基端肽(procollagen type 1 N-terminal propeptide,P1NP)、骨鈣素(osteocalcin,OC)、甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)水平。應(yīng)用LIAISON全自動化學(xué)發(fā)光分析儀和Liaison BAP Ostase CLIA試劑盒(意大利索靈公司)檢測血清骨特異堿性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase,BALP)水平。應(yīng)采用雙抗體夾心酶聯(lián)免疫吸附法檢測血清IL-33水平,試劑盒購自美國USCN LIFE SCIENCE公司。

1.4BMD測定 于患者入院時采用Lunar Prodigy雙能X線骨密度儀(美國GE公司)以扇形束陣列的方式測量腰椎(L1～4)、股骨頸和全髖的BMD(T-值,g/cm2)。

2 結(jié)果

2.1兩組臨床資料及骨轉(zhuǎn)換標志物水平比較 兩組年齡、BMI、吸煙史、飲酒史及血鈣、血磷水平比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。骨折組患者血清PTH、CTX-1、P1NP、OC、BALP水平高于對照組,血清25(OH)D水平和BMD(T-值)低于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表1。

表1 兩組臨床資料及骨轉(zhuǎn)換標志物水平比較

2.2兩組患者血清IL-33水平比較 骨折組患者血清IL-33水平低于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義[4.17(3.22,5.48)pg/ml vs 10.58(7.89,12.51)pg/ml;Z=-18.870,P<0.001]。

2.3骨折組患者血清IL-33水平與其他血清學(xué)指標的相關(guān)性分析結(jié)果 Spearman秩相關(guān)分析結(jié)果顯示,骨折組患者血清IL-33水平與血清25(OH)D水平呈正相關(guān)(rs=0.158,P=0.009),與血清CTX-1(rs=-0.233,P<0.001)、OC(rs=-0.357,P<0.001)、PTH(rs=-0.326,P<0.001)水平呈負相關(guān),與血清PINP、BALP、血鈣、血磷水平的相關(guān)性不顯著(P>0.05)。見圖1。

圖1 骨折組患者血清IL-33水平與血清25(OH)D、CTX-1、OC、PTH水平間的散點圖

2.4影響PMO女性發(fā)生骨折的多因素logistic回歸分析結(jié)果 以PMO女性骨折情況作為因變量(骨折=1,未骨折=0),將表1中存在統(tǒng)計學(xué)差異的指標及血清IL-33作為自變量納入多因素logistic回歸分析模型,結(jié)果顯示,較高水平的血清IL-33和BMD是抑制PMO女性發(fā)生骨折的保護因素(P<0.05)。見表2。

表2 影響PMO女性發(fā)生骨折的多因素logistic回歸分析結(jié)果

2.5BMD及血清IL-33水平預(yù)測PMO女性發(fā)生骨折的效能分析結(jié)果 ROC曲線分析結(jié)果顯示,BMD和血清IL-33水平均可有效預(yù)測PMO女性發(fā)生骨折,且以血清IL-33的預(yù)測效能更高(AUC:0.976 vs 0.908)。見表3,圖2。

表3 BMD及血清IL-33水平預(yù)測PMO女性發(fā)生骨折的ROC曲線分析結(jié)果

圖2 BMD及血清IL-33水平預(yù)測PMO女性發(fā)生骨折的ROC曲線圖

3 討論

3.1骨質(zhì)疏松癥作為以全身性骨量減少、BMD降低、骨微架構(gòu)破壞為核心特征的骨骼系統(tǒng)疾病,其主要后果是骨骼脆弱性增加,使患者面臨更大的骨折風(fēng)險[8-9]。女性絕經(jīng)后雌激素缺乏可引起骨吸收亢進,破壞骨代謝平衡,造成鈣磷代謝失調(diào),出現(xiàn)骨質(zhì)疏松,嚴重影響絕經(jīng)后女性的生命健康[10-11]。本研究調(diào)查了非肥胖、非糖尿病且年齡超過60歲的PMO女性人群骨折風(fēng)險與血清IL-33水平的關(guān)系,在沒有接受抗骨質(zhì)疏松藥物及其他治療干預(yù)的情況下,骨折組血清IL-33水平較非骨折組低;進一步進行多因素logistic回歸分析結(jié)果顯示,較高水平的血清IL-33是抑制PMO女性發(fā)生骨折的保護因素。

3.2IL-33主要由基質(zhì)細胞表達,在炎癥刺激下表達上調(diào)。IL-33最初被描述為輔助性T細胞2(T helper 2,Th2)免疫反應(yīng)的誘導(dǎo)因子,通過與其受體腫瘤抑制素2(suppression of tumorigenicity 2,ST2)和IL-1受體輔助蛋白(IL-1 receptor accessory protein,IL-1 RAcP)相結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng),而這兩種受體大量表達于天然免疫細胞和Th2表面[12-13]。近期有研究發(fā)現(xiàn),在輔助性T細胞1(T helper 1,Th1)、調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cell,Treg)和自然殺傷細胞上也發(fā)現(xiàn)了IL-33的相關(guān)受體[14]。越來越多的研究表明,IL-33作為一種多功能免疫調(diào)節(jié)細胞因子,在調(diào)節(jié)適應(yīng)性和先天性免疫、炎癥過程和環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用[15]。絕經(jīng)后婦女由于雌激素缺乏誘發(fā)的骨質(zhì)流失和骨質(zhì)疏松癥,主要是通過增加炎癥細胞因子和免疫調(diào)節(jié)分子的產(chǎn)生,從而發(fā)揮破骨特性[16]。同樣,與衰老相關(guān)的細胞衰老和免疫系統(tǒng)重塑會影響骨重塑,導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥[17]。有研究表明,雌激素調(diào)節(jié)的細胞因子是絕經(jīng)時骨質(zhì)流失加速的主要介質(zhì),參與骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機制[18]。IL-33是近年發(fā)現(xiàn)的IL-1細胞因子家族成員,其作為一種警報蛋白在骨骼疾病中發(fā)揮雙重作用。例如,IL-33在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者血清中升高,并且與骨質(zhì)侵蝕呈正相關(guān)[19];而在IL-33缺乏小鼠的研究中,IL-33對骨病的發(fā)展具有顯著的調(diào)節(jié)甚至保護作用[20]。

3.3在本研究中,筆者首先對患者相關(guān)骨代謝物水平進行了檢測,結(jié)果顯示骨折組PTH、CTX-1、OC水平較對照組顯著升高;進一步的相關(guān)性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),IL-33水平與CTX-1、OC呈負相關(guān),提示IL-33可能與這些標志物共同參與了疾病進展,影響骨轉(zhuǎn)化。此外,有研究認為疾病的發(fā)展階段及激素水平均有可能影響IL-33對骨重建的作用。PTH可調(diào)節(jié)骨骼重塑和鈣代謝,防止軟骨變性和(或)軟骨下骨的惡化,誘導(dǎo)骨關(guān)節(jié)炎中的軟骨再生或軟骨細胞增殖,并刺激局灶性軟骨缺損的軟骨下骨和關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)[21]。本研究結(jié)果顯示,血清IL-33水平與PTH水平也呈負相關(guān),提示IL-33及其受體是PTH的重要調(diào)節(jié)目標之一。Saleh等[22]研究表明,PTH干預(yù)可顯著提高顱骨成骨細胞的IL-33表達水平,這與本研究結(jié)果相似,證實了PTH相關(guān)的成骨細胞合成代謝效應(yīng)可能與IL-33有關(guān)。Th1可誘導(dǎo)和分泌促炎細胞因子,包括IL-1、白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、腫瘤壞死因子-α等,這些細胞因子的大量分泌使原始骨質(zhì)疏松和繼發(fā)性骨質(zhì)疏松的發(fā)生風(fēng)險上升。相反,調(diào)節(jié)性細胞因子,如白細胞介素-10(interleukin-10,IL-10)和白細胞介素-4(interleukin-4,IL-4)則發(fā)揮骨合成作用,從而被認為具有預(yù)防骨質(zhì)疏松的作用[23]。而IL-33能有效增強Th2的免疫反應(yīng),因此在骨質(zhì)疏松癥中也起到普遍的保護作用。

綜上所述,IL-33可能是影響骨細胞活性的關(guān)鍵內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子,通過發(fā)揮抗破骨細胞作用參與骨質(zhì)疏松過程。PMO女性人群血清IL-33水平降低可能會增加骨折的發(fā)生風(fēng)險,值得臨床醫(yī)師關(guān)注,對目標患者可進行早期干預(yù),以預(yù)防骨折的發(fā)生。