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，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)退化和骨折風險增加為特征，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)疏松的潛在機制尚有待進一步闡明。
　　 COPD以肺外周氣腔異常持久擴大，伴肺泡壁結(jié)構(gòu)破壞為特點。蛋白酶-抗蛋白酶系統(tǒng)失衡學說占重要地位，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、同時期，MMP-9表達水平不同。TIMPs是MMPs的內(nèi)源性天然抑制因子，MMP-9/TIMP-1的比例，目前被認為是反映氣道組織破壞與修復(fù)動態(tài)平衡的標志。
　　 另一方面，MMPs又是反映骨吸收和骨重建的關(guān)鍵酶。不僅破骨細胞及其前體細胞，單核細胞等也可產(chǎn)生分泌MMP-9，MMP-9促進骨吸收。MMP-9在破骨細胞遷移和骨吸收過程中起重要作用。MMP-9在破骨細胞中特異性表達，可促進骨質(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胞的分化。TNF-α和IL-1β、IL-6等多個血清炎癥性細胞因子與高分辨CT下定量評估的肺氣腫嚴重程度之間存在明確的相關(guān)性。同時，TNF-α和IL-1β，IL-6等細胞因子已經(jīng)被證實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胞的分化。這些炎癥因子一方面對間質(zhì)細胞作用調(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胞及其前體細胞，最終結(jié)果可以導(dǎo)致破骨細胞活性增強，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分別是破骨細胞分化的促進因子和抑制因子，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)生是破骨細胞和成骨細胞的平衡失調(diào)引起。

7、骨轉(zhuǎn)換加速即骨吸收超過骨形成，就導(dǎo)致負鈣平衡及脫鈣。骨吸收和骨形成的速率可以通過測定血清或尿液中細胞代謝的特有產(chǎn)物而確定。骨代謝標志物分為骨形成標志物和骨吸收標志物，隨著對這些標志物認識的不斷深入，骨轉(zhuǎn)換標志物可以作為骨密度測定的補充手段，更多的應(yīng)用于評估骨質(zhì)量、預(yù)測骨折率，以及評價骨質(zhì)疏松治療的效果。生化標志物以其無創(chuàng)性、易重復(fù)性和及時性的優(yōu)點而易于采用。
　　 本研究旨在對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)換標志物水平定量評估，明確其與COPD患者骨代謝異常的相關(guān)性，并進一步探討其在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

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)水平定量評估，明確三者間的相關(guān)性，并進一步探討這三者在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)標準進行COPD診斷和嚴重度分級。為避免女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松對結(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。均完成細胞因子檢測。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具有以下任意一條或多條特征時則應(yīng)退出本研究（排除標準）:1）.有嚴重心腦血管疾病、肝腎功能衰竭、意識障礙;2)明確

11、患有COPD之外的其它呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、支氣管擴張等;3）既往有骨骼系統(tǒng)疾病史，如骨折、骨軟化癥等;4）風濕性疾病史:如類風濕性關(guān)節(jié)炎等;5）內(nèi)分泌代謝疾病:甲狀腺功能亢進、甲狀旁腺功能亢進等;6）入組3個月內(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。
　　 所有入組患者當日完成一般資料和病史采集、肺功

12、能?；颊呱钯|(zhì)量評估采用慢性阻塞性肺疾病評估測試(COPD Assessment Test，CAT)?；颊呷虢M同日完成骨密度測定。對全部受試者正位腰椎L1-4及雙側(cè)股骨頸進行骨密度測定，采用雙能X線快速全身骨密度測定儀(DXA)，BMD測量結(jié)果包括絕對值(g/cm2)和T值（表示與參考均值的標準差）兩種形式。按照WHO(the World HealthOrganization)的骨質(zhì)疏松診斷標準，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個標準差屬正常，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。按照此標準，根據(jù)實際檢測結(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.細胞因子檢測: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。MMP-9，TIMP-1，TNF-α1和OPG/RANK/RANKL的檢測采用ELISA法。OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)水平檢測亦采用ELISA法。
　　 3.統(tǒng)計方法:采用SPSS13.0(SPSS Inc，Chicago，USA)統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。計量資料數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示。正態(tài)檢驗分析采用Shapiro-Wilk檢驗，正態(tài)分布的計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)計學意義。
　　 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)計學差異(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)計學意義(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評分顯著負相關(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)計學意義(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）呈顯著負相關(guān);而與其它細胞因子(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比率顯著負相關(guān);而與其它細胞因子(

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線吸光測定法(DXA)測定骨密度，根據(jù)BMD檢測結(jié)果分為正常骨量組、低骨量組、骨質(zhì)疏松組（各30例）。各組患者入組當日完成病史采集、肺功能檢查、病情嚴重程度評分(CAT評分)，并ELISA法檢測血清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)計學差異(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)計學意義(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)計學意義(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顯著負相關(guān)(r=-0.226，P＜0.05);MMP-9/TIMP-1與sBAP、sOC呈顯著負相關(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