老年女性絕經后骨質疏松患者血清IL-33水平和骨轉換標志物表達水平與骨折風險的關聯性研究

殷 樂, 張豪杰, 張平超, 凌中華

絕經后女性受年齡及雌激素變化的影響,易發生骨質疏松,而骨質丟失和骨微結構破壞是增加脆性骨折風險的主要因素[1-2]。目前,最常用的骨折風險評估方法是應用雙能X線骨密度儀測量骨密度(bone mineral density,BMD)。然而,很難及時通過BMD來篩查小的骨微結構的變化[3]。骨免疫學是一門跨學科的研究領域,主要研究骨骼與免疫系統之間的關系。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)是近些年發現的白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)家族一員,具有多效免疫調節作用,在炎癥刺激或環境應激反應下表達上調[5]。有研究證實,IL-33具有抗破骨細胞作用,并通過誘導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改變[6]。但迄今為止,關于IL-33在骨免疫學中所獲得的大多數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后骨質疏松(post-menopausal osteoporosis,PMO)女性患者血清IL-33水平和骨轉換標志物(bone turnover markers,BTMs)與骨折風險的關聯性,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例因跌倒發生脆性骨折的老年女性PMO患者作為骨折組,包括腕關節骨折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,髖關節骨折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,絕經婦女;(2)符合骨質疏松臨床表現,且經影像學檢查和骨密度儀測量(T-值≤-2.5),診斷為骨質疏松者[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,體質量指數(body mass index,BMI)>30 kg/m2;(2)合并內分泌疾病(如糖尿病等)、代謝性骨病(如骨軟化癥、Paget病或原發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個月內服用抗骨質疏松藥物、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(繼發于腫瘤或原發性甲狀旁腺功能亢進)。所有研究對象簽署知情同意書,研究獲醫院醫學倫理委員會批準(批號:2019-037)。

1.2一般資料收集 通過醫院電子病歷系統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。應用羅氏電化學發光系統(E602型,瑞士羅氏診斷)和電化學發光免疫試劑盒(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。應用LIAISON全自動化學發光分析儀和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。應采用雙抗體夾心酶聯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 結果

2.1兩組臨床資料及骨轉換標志物水平比較 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計學意義(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,差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 兩組臨床資料及骨轉換標志物水平比較

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,差異有統計學意義[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水平與其他血清學指標的相關性分析結果 Spearman秩相關分析結果顯示,骨折組患者血清IL-33水平與血清25(OH)D水平呈正相關(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,與血清PINP、BALP、血鈣、血磷水平的相關性不顯著(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女性發生骨折的多因素logistic回歸分析結果 以PMO女性骨折情況作為因變量(骨折=1,未骨折=0),將表1中存在統計學差異的指標及血清IL-33作為自變量納入多因素logistic回歸分析模型,結果顯示,較高水平的血清IL-33和BMD是抑制PMO女性發生骨折的保護因素(P<0.05)。見表2。

表2 影響PMO女性發生骨折的多因素logistic回歸分析結果

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

表3 BMD及血清IL-33水平預測PMO女性發生骨折的ROC曲線分析結果

圖2 BMD及血清IL-33水平預測PMO女性發生骨折的ROC曲線圖

3 討論

3.1骨質疏松癥作為以全身性骨量減少、BMD降低、骨微架構破壞為核心特征的骨骼系統疾病,其主要后果是骨骼脆弱性增加,使患者面臨更大的骨折風險[8-9]。女性絕經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,出現骨質疏松,嚴重影響絕經后女性的生命健康[10-11]。本研究調查了非肥胖、非糖尿病且年齡超過60歲的PMO女性人群骨折風險與血清IL-33水平的關系,在沒有接受抗骨質疏松藥物及其他治療干預的情況下,骨折組血清IL-33水平較非骨折組低;進一步進行多因素logistic回歸分析結果顯示,較高水平的血清IL-33是抑制PMO女性發生骨折的保護因素。

3.2IL-33主要由基質細胞表達,在炎癥刺激下表達上調。IL-33最初被描述為輔助性T細胞2(T helper 2,Th2)免疫反應的誘導因子,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)相結合發揮生物學效應,而這兩種受體大量表達于天然免疫細胞和Th2表面[12-13]。近期有研究發現,在輔助性T細胞1(T helper 1,Th1)、調節性T細胞(regulatory T cell,Treg)和自然殺傷細胞上也發現了IL-33的相關受體[14]。越來越多的研究表明,IL-33作為一種多功能免疫調節細胞因子,在調節適應性和先天性免疫、炎癥過程和環境應激反應方面發揮著重要作用[15]。絕經后婦女由于雌激素缺乏誘發的骨質流失和骨質疏松癥,主要是通過增加炎癥細胞因子和免疫調節分子的產生,從而發揮破骨特性[16]。同樣,與衰老相關的細胞衰老和免疫系統重塑會影響骨重塑,導致骨質疏松癥[17]。有研究表明,雌激素調節的細胞因子是絕經時骨質流失加速的主要介質,參與骨質疏松癥的發病機制[18]。IL-33是近年發現的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揮雙重作用。例如,IL-33在類風濕性關節炎患者血清中升高,并且與骨質侵蝕呈正相關[19];而在IL-33缺乏小鼠的研究中,IL-33對骨病的發展具有顯著的調節甚至保護作用[20]。

3.3在本研究中,筆者首先對患者相關骨代謝物水平進行了檢測,結果顯示骨折組PTH、CTX-1、OC水平較對照組顯著升高;進一步的相關性分析結果發現,IL-33水平與CTX-1、OC呈負相關,提示IL-33可能與這些標志物共同參與了疾病進展,影響骨轉化。此外,有研究認為疾病的發展階段及激素水平均有可能影響IL-33對骨重建的作用。PTH可調節骨骼重塑和鈣代謝,防止軟骨變性和(或)軟骨下骨的惡化,誘導骨關節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節軟骨修復[21]。本研究結果顯示,血清IL-33水平與PTH水平也呈負相關,提示IL-33及其受體是PTH的重要調節目標之一。Saleh等[22]研究表明,PTH干預可顯著提高顱骨成骨細胞的IL-33表達水平,這與本研究結果相似,證實了PTH相關的成骨細胞合成代謝效應可能與IL-33有關。Th1可誘導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疏松和繼發性骨質疏松的發生風險上升。相反,調節性細胞因子,如白細胞介素-10(interleukin-10,IL-10)和白細胞介素-4(interleukin-4,IL-4)則發揮骨合成作用,從而被認為具有預防骨質疏松的作用[23]。而IL-33能有效增強Th2的免疫反應,因此在骨質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鍵內源性調節因子,通過發揮抗破骨細胞作用參與骨質疏松過程。PMO女性人群血清IL-33水平降低可能會增加骨折的發生風險,值得臨床醫師關注,對目標患者可進行早期干預,以預防骨折的發生。