慢性阻塞性肺疾病并骨质疏松患者血清MMP-9、TNF-α与骨代谢异常的相关性研究

发布时间：2019-11-25 13:42

【摘要】：背景及目的：慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种常见具有气流受限特征的慢性呼吸系统疾病,致残率、病死率高,且有越来越高的趋势,到2020年,COPD可能成为第三大致死性疾病。骨质疏松症以骨量减少、骨结构退化和骨折风险增加为特征,是COPD重要的系统性合并症之一,其在COPD的发病率明显高于正常人群。在严重骨质疏松病人,肺活量随胸椎压缩性骨折和脊柱后凸增多而逐步下降。以往的研究显示：肺功能下降与骨密度下降在某种程度上存在一定的相关性。但COPD继发骨质疏松的潜在机制尚有待进一步阐明。 COPD以肺外周气腔异常持久扩大,伴肺泡壁结构破坏为特点。蛋白酶-抗蛋白酶系统失衡学说占重要地位,近来研究显示,基质金属蛋白酶(MMPs)及其抑制剂(TIMPs)的平衡在COPD和哮喘患者的肺泡壁细胞外基质的降解和重塑中占重要地位。MMPs是一组由钙离子激活的含锌离子内肽酶,广泛存在于各种结缔组织中,是降解细胞外基质和基底膜过程中必不可少的酶。在COPD发展的不同时期,MMP-9表达水平不同。TIMPs是MMPs的内源性天然抑制因子,MMP-9/TIMP-1的比例,目前被认为是反映气道组织破坏与修复动态平衡的标志。另一方面,MMPs又是反映骨吸收和骨重建的关键酶。不仅破骨细胞及其前体细胞,单核细胞等也可产生分泌MMP-9,MMP-9促进骨吸收。MMP-9在破骨细胞迁移和骨吸收过程中起重要作用。MMP-9在破骨细胞中特异性表达,可促进骨质疏松形成,可能在破骨性骨吸收中发挥重要作用。TIMP-1可阻止骨吸收。 TNF-α是已经明确的重要的COPD系统性炎症因子,COPD系统性合并症的发生和发展均与其有关。TNF-α亦被证实是骨代谢和重塑的重要调节因子,可能通过协同作用的方式刺激破骨细胞的分化。TNF-α和IL-1β、IL-6等多个血清炎症性细胞因子与高分辨CT下定量评估的肺气肿严重程度之间存在明确的相关性。同时,TNF-α和IL-1β,IL-6等细胞因子已经被证实是骨代谢和重塑的重要调节因子,可以通过协同作用的方式刺激破骨细胞的分化。这些炎症因子一方面对间质细胞作用调节骨诱裂的发生,另一方面还可以直接作用于破骨细胞及其前体细胞,最终结果可以导致破骨细胞活性增强,引起和加速骨质破坏和骨量丢失。除此之外,这些炎症因子还可以与骨质疏松相关蛋白OPG/RANK/RANKL系统发生相互作用,共同调节骨代谢。骨质疏松相关蛋白OPG/RANK/RANKL系统是骨代谢的重要调节因子,在绝经后骨质疏松的发生发展过程中发挥重要作用。骨质疏松相关蛋白OPG/RANK/RANKL系统是骨质疏松和骨代谢研究领域的重大突破。RANKL和OPG分别是破骨细胞分化的促进因子和抑制因子,二者在体内保持一定的比率,如果二者比率失去平衡,就可引起骨代谢紊乱,产生骨量减少／骨质疏松症。然而MMP-9/TIMP-1、TNF-α、OPG/RANK/RANKL系统在COPD继发骨质疏松发病过程中相互关系及作用,目前尚不明确。骨质疏松症的发生是破骨细胞和成骨细胞的平衡失调引起。骨转换加速即骨吸收超过骨形成,就导致负钙平衡及脱钙。骨吸收和骨形成的速率可以通过测定血清或尿液中细胞代谢的特有产物而确定。骨代谢标志物分为骨形成标志物和骨吸收标志物,随着对这些标志物认识的不断深入,骨转换标志物可以作为骨密度测定的补充手段,更多的应用于评估骨质量、预测骨折率,以及评价骨质疏松治疗的效果。生化标志物以其无创性、易重复性和及时性的优点而易于采用。本研究旨在对COPD并骨质疏松患者血清MMP-9及其抑制剂TIMP-1、 TNF-α、OPG/RANK/RANKL系统及骨转换标志物水平定量评估,明确其与COPD患者骨代谢异常的相关性,并进一步探讨其在COPD患者肺功能受损及骨质疏松发生发展过程中的作用及相关性,为COPD并骨质疏松患者的治疗和监测提供依据。本研究分为二部分：第1部分：慢性阻塞性肺疾病并骨质疏松患者血清MMP-9、 TNF-α、与OPG/RANK/RANKL系统相关性研究目的：本研究旨在对COPD并骨质疏松患者血清MMP-9及其抑制剂TIMP-1、TNF-α和OPG/RANK/RANKL系统水平定量评估,明确三者间的相关性,并进一步探讨这三者在COPD患者肺功能下降及骨质疏松发生发展过程中的作用及相关性。方法：1.病人资料及标本收集：收集从2010年9月到2012年5月我院稳定期COPD男性患者90例,按照GOLD(the Global Initiative for Chronic Obstructive Pulmonary Disease)标准进行COPD诊断和严重度分级。为避免女性绝经后骨质疏松对结果的影响,未纳入女性患者。根据骨密度(BMD)结果,分为COPD正常骨量组、低骨量组、骨质疏松组各30人。均完成细胞因子检测。入组患者要求：年龄超过40岁；确诊COPD稳定期；既往有吸烟史或戒烟者。满足以上入选条件的患者如被证实具有以下任意一条或多条特征时则应退出本研究(排除标准)：1).有严重心脑血管疾病、肝肾功能衰竭、意识障碍；2)明确患有COPD之外的其它呼吸系统疾病,如哮喘、支气管扩张等；3)既往有骨骼系统疾病史,如骨折、骨软化症等；4)风湿性疾病史：如类风湿性关节炎等；5)内分泌代谢疾病：甲状腺功能亢进、甲状旁腺功能亢进等;6)入组3个月内有口服或吸入或静脉使用过糖皮质激素；7)入组1年内有使用影响骨骼代谢的药物,包括已经确诊骨质疏松给予治疗的患者；8)5年内有恶性肿瘤史。所有入组患者均签署知情同意书。所有入组患者当日完成一般资料和病史采集、肺功能。患者生活质量评估采用慢性阻塞性肺疾病评估测试(COPD Assessment Test, CAT)。患者入组同日完成骨密度测定。对全部受试者正位腰椎L1-4及双侧股骨颈进行骨密度测定,采用双能X线快速全身骨密度测定仪(DXA),BMD测量结果包括绝对值(g/cm2)和T值(表示与参考均值的标准差)两种形式。按照WHO(the World Health Organization)的骨质疏松诊断标准,根据T值做出如下诊断：腰椎L1-4及股骨颈各受检部位与同性别、同种族健康成人的骨峰值相比,①骨量正常：不足1个标准差属正常,即T值≥-1.0；②骨量减少：任一受检部位-2.5T值-1.0；③骨质疏松症：任一受检部位T值≤-2.5。按照此标准,根据实际检测结果,将入组病人分为3组：COPD骨密度正常组(30例)；COPD骨密度减低组(30例)；COPD骨质疏松组(30例)。 2.细胞因子检测：所有入组90例患者在次日清晨空腹抽取肘静脉血10ml,室温下1000转离心5分钟,留取上清液,-80℃冻存待测。MMP-9,TIMP-1,TNF-α1和OPG/RANK/RANKL的检测采用ELISA法。OPG/RANK/RANKL系统水平检测亦采用ELISA法。 3.统计方法：采用SPSS13.0(SPSS Inc, Chicago,USA)统计软件进行数据分析。计量资料数据以均数±标准差表示。正态检验分析采用Shapiro-Wilk检验,正态分布的计量资料组间比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA analyses of variance with α post-hoc Tukey's test),参数之间的相关性分析采用Pearson相关分析。分别以腰椎骨密度、股骨颈骨密度为因变量,以血清MMP-9/TIMP-1、TNF-α、OPG/RANK/RANKL水平等为自变量,采用多元逐步线性回归分析。 p0.05表明差异有统计学意义。结果：COPD稳定期并骨质疏松组与正常骨量组、低骨量组相比较,BMI、 CAT评分存在显著性差异(均P0.01)；而年龄、吸烟指数、FEV1/FVC、FEV1%Pre未见明确统计学差异(P0.05)。低骨量组及骨质疏松组的腰椎骨密度均较正常骨量组下降,差异具有统计学意义(P0.05,P0.01)。低骨量组及骨质疏松组的股骨颈密度较正常骨量组明显下降,有显著性差异(均P0.01)。腰椎骨密度、股骨颈骨密度与BMI显著正相关(分别为r=0.278,P0.01; r=0.273,P0.01);腰椎骨密度、股骨颈骨密度与CAT评分显著负相关(分别为r=-0.331,P0.01; r=-0.486,P0.01)。血清MMP-9、MMP-9/TIMP-1比值、TNF-a在COPD正常骨量组、低骨量组、骨质疏松组依次升高,骨质疏松组升高最显著(P0.05或P0.01)；血清TIMP-1水平在COPD正常骨量组、低骨量组、骨质疏松组依次升高,但差异无统计学意义(P0.05)。血清OPG、RANKL、RANKL/OPG比值在COPD正常骨量组、低骨量组、骨质疏松组依次升高,骨质疏松组升高最显著,骨质疏松组较正常骨量组均升高(P0.01)；但三组间RANK水平无显著性差异(P0.05)。腰椎骨密度、股骨颈骨密度、FEV1%Pre与血清MMP-9显著负相关(分别为r=-0.432, P0.01; r=-0.697, P0.01和r=-0.226,P0.05)；腰椎骨密度、股骨颈骨密度、FEV1%Pre与RANKL(分别为r=-0.434, P0.01; r=-0.538, P0.01和r=-0.325,P0.01)、RANKL/OPG比率(分别为r=-0.345,P0.01和r=-0.420,P0.01和r=-0.459,P0.05)呈显著负相关；而与其它细胞因子(TIMP-1、TNF-α、OPG、RANK)无显著相关性(P0.05)。 FEV1%Pre与腰椎骨密度、股骨颈骨密度显著正相关(r=0.338,P0.01)和(r=0.409, P0.01); MMP-9与TNF-a呈显著正相关(r=0.370,P0.001),与OPG呈显著正相关(r=0.306, P0.01), MMP-9与RANKL/OPG比值显著正相关(r=0.318,P0.01)。结论：骨质疏松症是COPD重要的系统性合并症之一,是多种因素综合作用的结果。腰椎骨密度、股骨颈骨密度、FEV1%Pre与血清MMP-9、RANKL、 RANKL/OPG比率显著负相关；而与其它细胞因子(TIMP-1、TNF-α、OPG、RANK)无显著相关性。在男性稳定期COPD患者,升高的基质金属蛋白酶(MMP)-9可能在骨质疏松发挥重要作用,与骨密度下降可能有关。MMP-9、TNF-α、OPG/RANK/RANKL系统在肺实质损伤和骨质疏松的发生发展过程中,有可能发挥协同作用。第2部分慢性阻塞性肺疾病患者血清MMP-9及其抑制剂-1、TNF-α与骨转换生化指标及骨密度的关系目的：观察慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者血清基质金属蛋白酶(MMP)-9及其抑制剂-1、TNF-α与骨转换生化指标及骨密度(BMD)的关系。方法：收集稳定期COPD男性患者90例,采用双能X线吸光测定法(DXA)测定骨密度,根据BMD检测结果分为正常骨量组、低骨量组、骨质疏松组(各30例)。各组患者入组当日完成病史采集、肺功能检查、病情严重程度评分(CAT评分),并ELISA法检测血清MMP-9、TIMP-1、TNF-α和血清骨碱性磷酸酶(sBAP)、血清骨钙素(sOC)、血清I型胶原交联C端肽(sCTX)水平。结果：COPD稳定期并骨质疏松组与正常骨量组、低骨量组相比较,BMI、 CAT评分存在显著性差异(均P0.01)；而年龄、吸烟指数、FEV1/FVC、 FEV1%Pre未见明确统计学差异(P0.05)。低骨量组及骨质疏松组的腰椎骨密度、股骨颈密度均较正常骨量组下降,差异具有统计学意义(P0.05或P0.01)。血清MMP-9、MMP-9/TIMP-1比值、TNF-α在COPD正常骨量组、低骨量组、骨质疏松组依次升高,骨质疏松组升高最显著(P0.05或P0.01)；血清TIMP-1水平在COPD正常骨量组、低骨量组、骨质疏松组依次升高,但差异无统计学意义(P0.05)。COPD骨质疏松组、低骨量组的血清sBAP、sOC水平低于正常骨量组(P0.01),而低骨量组与骨质疏松组间未见显著性差异(P0.05)；COPD骨质疏松组与正常骨量组、低骨量组比较,血清sCTX水平升高,存在显著性差异(均P0.01),而在低骨量组与正常骨量组间未见显著性差异(P0.05)。腰椎骨密度、股骨颈骨密度、FEV1%Pre与血清MMP-9显著负相关(分别为r=-0.432, P0.01; r=-0.697, P0.01和r=-0.226,P0.05)；腰椎骨密度、股骨颈骨密度、FEV1%Pre与sBAP显著正相关(r=0.418, P0.01; r=0.702, P0.01; r-0.295, P0.01)、sOC显著正相关((r=0.338, P0.01; r=0.574, P0.01; r=0.278, P0.01)、sCTX呈显著负相关(r=-0.418, P0.01; r=-0.602, P0.01; r=-0.243, P0.05);而与TIMP-1、TNF-α无显著相关性。FEV1%Pre与血清MMP-9显著负相关(r=-0.226, P0.05); MMP-9/TIMP-1与sBAP、sOC呈显著负相关(r=-0.525, P0.01; r=-0.460, P0.01),与sCTX呈显著正相关(r=0.635, P0.01)。 TIMP-1与sCTX呈显著正相关(r=0.236,P0.05),与sBAP、sOC无显著相关性(P0.05)。TNF-α与sBAP呈显著负相关(r=-0.350,P0.01),与sCTX呈显著正相关(r=0.370,P0.01)。TNF-α与sOC无显著相关性(P0.05)。结论：在男性稳定期COPD患者,升高的MMP-9、TNF-α与骨转换生化指标有一定相关性,在骨质疏松可能发挥重要作用；血清MMP-9/TIMP-1α TNF-α升高可能与COPD患者骨代谢增快有关。
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R563.9;R580

【参考文献】