骨性關節(jié)炎患者血清和關節(jié)滑液中BMP-7的檢測及臨床意義

廖偉雄，李眾利，王 杰，王鴻麗，傅仰木，白曉偉

1解放軍總醫(yī)院 骨科，北京 100853；2國家生物醫(yī)學分析中心，北京 100850

骨性關節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是成年人中最常見的關節(jié)疾病。其主要特征為慢性持續(xù)性和進行性的關節(jié)軟骨損壞，常導致關節(jié)疼痛、僵硬、腫脹、活動受限和功能障礙[1]。在老年肥胖人群中，OA是引起膝關節(jié)進行性疼痛的最主要原因。目前OA的診斷主要依靠臨床癥狀結(jié)合影像學資料，但病程早期患者通常無明確癥狀及異常影像學表現(xiàn)，使得OA的早期診斷受到限制。監(jiān)測體內(nèi)的生物標志物能夠定量和動態(tài)地反映關節(jié)內(nèi)的變化，有助于OA的早期亞臨床診斷、疾病分期、療效檢測及預后評估[2-3]。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)是唯一能夠單獨誘導骨組織形成的局部生長因子。BMP-7是BMPs家族中一員，它不僅具有強烈的誘骨活性[4]，還可促進軟骨細胞蛋白多糖表達并抑制軟骨基質(zhì)降解，修復關節(jié)軟骨損傷，維持軟骨的完整性[5-6]。本研究擬采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)測定OA及非OA患者血清和關節(jié)滑液中的BMP-7水平，以此研究血清和滑液中BMP-7與OA影像學嚴重程度分級的相關性。

資料和方法

1 研究對象 收集2012年1-6月在解放軍總醫(yī)院行關節(jié)鏡診治或關節(jié)置換的膝關節(jié)疾病患者90例。其中OA組67例，男21例，女46例；年齡43~81歲，平均62.7歲。所有OA患者均符合1995年美國風濕病學會關于OA的診斷標準。OA嚴重程度分級采用Kellgren-Lawrence放射學分級標準(圖1)。1級：可疑關節(jié)內(nèi)骨贅及關節(jié)間隙狹窄16例；2級：肯定關節(jié)內(nèi)骨贅，可疑關節(jié)間隙狹窄19例；3級：少量關節(jié)內(nèi)骨贅、硬化，肯定關節(jié)間隙狹窄，可疑骨關節(jié)畸形20例；4級：大量關節(jié)內(nèi)骨贅，嚴重骨質(zhì)硬化，關節(jié)間隙明顯狹窄，肯定骨關節(jié)畸形12例。非OA組23例，男16例，女7例；年齡13~40歲，平均25.1歲。均為非OA的其他膝關節(jié)疾病患者，其中半月板損傷11例，前交叉韌帶損傷9例，盤狀半月板2例，髕骨半脫位1例，且均無明顯關節(jié)軟骨損傷。

2 標本收集和BMP-7檢測 兩組均在行關節(jié)鏡診治或關節(jié)置換時抽取膝關節(jié)滑液原液2~3 ml，同時取靜脈全血2 ml。離心后取上清液保存在-80 ℃冰箱內(nèi)待測。采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)檢測血清和關節(jié)滑液中BMP-7的水平。操作按試劑盒(美國R＆D公司提供)說明進行。在450 nm波長下測量各孔的吸光度值(OD值)。

3 統(tǒng)計學分析 采用SPSS13.0統(tǒng)計學分析軟件，計量資料結(jié)果以-x±s表示，OA組與非OA組間數(shù)據(jù)比較應用Student's t檢驗，多組數(shù)據(jù)間比較應用one-way ANOVA檢驗，BMP-7濃度與OA嚴重程度(Kellgren-Lawrence放射學分級標準)之間的相關性采用Pearson相關性分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1 兩組BMP-7水平比較 OA組血清BMP-7水平高于非OA組[(11.44±8.38) pg/ml vs (3.81±2.24) pg/ml，P＜0.001]，OA組關節(jié)滑液BMP-7水平亦高于非OA組[(9.04±7.32) pg/ml vs (2.97±1.83) pg/ml，P=0.001]。兩組血清BMP-7水平均高于滑液[(9.49±8.03) pg/ml vs (7.49±6.90) pg/ml，P＜ 0.001]。見圖 2。

圖1 Kellgren-Lawrence放射學分級 A：1級； B：2級； C：3級； D：4級Fig.1 Kellgren-Lawrence radiographic grading criteria A： Grade 1； B： Grade 2； C： Grade 3； D： Grade 4

2 非OA組與不同嚴重程度OA亞組BMP-7水平比較 4級OA組血清BMP-7明顯高于其他各組(P＜0.001)；3級OA組血清BMP-7明顯高于2級、1級和非OA組(P＜0.001)；2級OA組血清BMP-7高于1級(P=0.049)和非OA組(P=0.002)；1級OA組血清BMP-7雖然高于非OA組，但差異無統(tǒng)計學意義(P=0.355)。4級OA組滑液BMP-7明顯高于其他各組(P＜0.001)；3級OA組滑液BMP-7明顯高于2級、1級和非OA組(P＜0.001)；2級OA組滑液BMP-7高于非OA組(P=0.018)，2級OA組滑液BMP-7雖然高于1級OA組，但差異無統(tǒng)計學意義(P=0.058)；1級OA組與非OA組之間滑液BMP-7水平差異亦無統(tǒng)計學意義(P=0.772)。見表1、圖3。

表1 非OA組與不同嚴重程度OA亞組之間血清和滑液BMP-7水平的比較Tab.1 BMP-7 levels in serum and SF from non-OA group and OA subgroup with different severity of OA

3 血清和滑液中BMP-7水平與OA嚴重程度相關性分析 血清中BMP-7水平與OA嚴重程度相關(r=0.788，P＜0.001)，滑液中BMP-7水平亦與OA嚴重程度相關(r=0.766，P＜0.001)(圖4)。此外，血清中BMP-7與滑液中BMP-7水平呈正相關(r=0.817，P＜ 0.001)(圖 5)。

討 論

本研究表明，OA組血清及滑液BMP-7水平均明顯高于非OA組，提示OA患者系統(tǒng)及關節(jié)局部BMP-7合成量增加，這可能與下列因素有關：1)軟骨基質(zhì)中殘留BMP-7及凋亡軟骨細胞內(nèi)源性BMP-7的釋放，導致滑液中BMP-7升高；2)滑膜細胞及軟骨細胞產(chǎn)生的BMP-7通過自分泌或旁分泌的方式促進內(nèi)源性BMP-7的合成與分泌；3)關節(jié)內(nèi)的其他結(jié)締組織如半月板、韌帶和肌腱亦能生成一部分BMP-7。雖然骨與軟骨是產(chǎn)生BMP-7的主要來源，但OA組血清中BMP-7升高的程度較滑液更為顯著，提示其他非骨骼組織亦能產(chǎn)生BMP-7[7]。有研究表明，成人腎臟可能是BMP-7合成的重要場所，可以持續(xù)分泌BMP-7并釋放入血，但OA患者血循環(huán)中BMP-7的升高機制仍有待研究。

與正常軟骨相比，OA患者關節(jié)軟骨BMP-7mRNA的表達量上調(diào)2倍[8]。大量有活性的BMP-7參與OA早期軟骨損傷的修復反應[9]。因此可推斷本研究中BMP-7的升高可能與OA關節(jié)軟骨的保護和修復過程有關，是OA軟骨損傷后出現(xiàn)的代償性反應。血清和滑液中BMP-7水平與OA嚴重程度相關，檢測血清或滑液中BMP-7水平能一定程度上反映OA病情的嚴重程度，可作為OA早期診斷與預后評估的候選生物學標志。

需要指出的是，本研究由于倫理學限制，只能選擇非OA的其他膝關節(jié)疾病患者作為對照，因此無法獲取正常人血清及滑液BMP-7的數(shù)據(jù)資料。另外，由于OA發(fā)病機制的多樣性，在研究對象的選取方面并不能完全排除年齡、性別、并發(fā)癥等混雜因素的干擾。此外，本實驗局限于BMP-7的定量分析和比較蛋白質(zhì)組學研究，未能反映BMP-7在其信號轉(zhuǎn)導通路中的功能和作用，因此需進一步研究以闡述BMP-7表達變化在OA病程中的作用機制及臨床意義。

圖2 兩組血清和滑液BMP-7水平比較(左)Fig.2 Comparison of BMP-7 levels in serum and SF between two groups(left)

圖3 非OA組與不同嚴重程度OA亞組之間血清和滑液BMP-7水平的比較(右)Fig.3 Comparison of BMP-7 levels in serum and SF between non-OA group and OA subgroup of different disease severity(right)

圖4 血清和滑液中BMP-7水平與OA嚴重程度相關(左)Fig.4 Levels of BMP-7 in plasma and SF are significantly correlated with OA severity(left)

圖5 血清中BMP-7與滑液中BMP-7水平呈正相關(右)Fig.5 Levels of BMP-7 in plasma and SF are positively correlated(right)

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