絕經(jīng)后女性鐵蓄積與骨代謝及機體炎癥反應的相關性研究

程千 劉起富 金銘 趙國陽 徐又佳

1.上海交通大學醫(yī)學院附屬同仁醫(yī)院，上海 200050 2.江蘇大學附屬醫(yī)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000 3.山東省青州市人民醫(yī)院，山東 濰坊 262500 4.蘇州大學附屬第二醫(yī)院，江蘇 蘇州 215000

鐵是維持人體生理功能所必需的微量元素之一[1-2]，鐵的缺乏可導致骨質(zhì)的流失，進而誘發(fā)骨質(zhì)疏松的發(fā)生[3-4]。然而，研究表明[5]，體內(nèi)的高鐵負荷對成骨細胞具有毒性作用，過量的鐵通過抑制成骨細胞的增殖和分化，促進破骨細胞的生成[6]，誘發(fā)骨質(zhì)疏松的形成。實驗表明[7]，鐵蓄積可加重去勢動物骨量減少。

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是一種全身性骨代謝疾病，表現(xiàn)為女性絕經(jīng)后進行性的骨質(zhì)疏松[8]。以往研究[9]表明，鐵僅在雌激素缺乏的情況下影響骨量。然而，筆者研究[10]發(fā)現(xiàn)，鐵蓄積是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的一個獨立危險因素。本研究對絕經(jīng)后女性體檢者的相關數(shù)據(jù)進行了回顧性分析，探討絕經(jīng)后女性鐵蓄積與骨代謝及機體炎癥反應之間的相關性。

圖1 PCA分組驗證Fig.1 Verification of grouping by principal component analysis

1 材料和方法

1.1 資料來源

本研究收集了117名絕經(jīng)后女性體檢者資料，排除患有繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥、小腸吸收不良或其他營養(yǎng)缺乏疾病。所有體檢者均記錄其身高、體重、體質(zhì)量指數(shù)(bone mass index,BMI)、骨密度(bone mineral density, BMD)，同時完善相關的血液指標檢查。根據(jù)世界衛(wèi)生組織WHO診斷標準[21]，確定患有骨質(zhì)疏松癥的診斷標準為：T≥-1(骨量正常)，-2.5

1.2 方法

所有體檢者均測定：血清生化指標[鈣、磷、25(OH)D、血紅蛋白、CRP、白細胞、肌酐、尿酸、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、空腹血糖]、鐵代謝指標[血清鐵蛋白(Fer)、轉(zhuǎn)鐵蛋白(TRF)]、骨代謝指標[Ⅰ型膠原代謝產(chǎn)物(β-CTX、PINP)]。每位體檢者在禁食一夜后(10 h或更長時間)，抽取肘前靜脈血，根據(jù)檢驗結(jié)果繪制圖表。采用電化學發(fā)光檢測血清Fer和TRF含量;通過電化學阻抗法檢測血常規(guī);其他生化指標采用酶動力學法測定(AU 5400,OLYMPUS, Japan);β-CTX、PINP也用標準ELISA方法評估。

1.3 統(tǒng)計學處理

將117名絕經(jīng)后女性體檢者，按照骨密度值分成3組，骨量正常組、骨量減少組和骨質(zhì)疏松組。采用PCA進行分組驗證，以保證分組的合理性和后續(xù)數(shù)據(jù)的準確性。其中需要考慮的因素有年齡、絕經(jīng)年限、T值(股骨頸及L1～4)、血紅蛋白、肌酐、尿酸、甘油三酯、總膽固醇、BMI、Fer、TRF、25(OH)D、β-CTX、PINP、Ca、P、CRP、WBC、AST、ALT、葡萄糖。用Dunnett’s多重分析檢驗正常組與骨量減少組、正常組與骨質(zhì)疏松組的骨代謝指標的相關性。采用回歸分析法分析血清鐵蛋白、基線特征及骨代謝指標的相關性。

2 結(jié)果

2.1 鐵蓄積與骨質(zhì)疏松及機體慢性炎癥反應的相關性

按照股骨頸和腰椎(L1～4)部位的T值，將117名絕經(jīng)后女性體檢者，分成正常組(n=28)、骨量減少組(n=71)和骨質(zhì)疏松組(n=18)。采用PCA進行分組驗證(圖1)，結(jié)果與按照T值分組一致，說明分組是準確的，具有統(tǒng)計學意義。就基線特征而言 (表1)，從正常組到骨質(zhì)疏松組，BMI呈下降趨勢，女性隨著年齡和絕經(jīng)年限增加，體內(nèi)出現(xiàn)鐵蓄積，患骨質(zhì)疏松癥的風險增加，血清鐵蛋白水平與BMD呈顯著負相關(P<0.01)，見圖2;骨質(zhì)疏松組在年齡、絕經(jīng)年限、BMI、CRP等方面與正常組相比，有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；血清鐵蛋白不僅與絕經(jīng)年限呈正相關(P<0.01)，同時與CRP水平呈正相關(P<0.05)，見圖3。

表1 正常組、骨量減少組和骨質(zhì)疏松組的基線特征比較Table 1 Baseline characteristics in normal, bone loss, and osteoporosis group

注：與正常組相比，▲*P<0.05；與正常組相比，**P<0.01。

圖2 血清鐵蛋白與BMD的相關性Fig.2 The correlation between serum iron and BMD注：與正常組相比，▲*P<0.05；與正常組相比，**P<0.01。

圖4 正常組、骨量減少組與骨質(zhì)疏松組的血清鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、β-CTX、PINP的相關性Fig.4 Correlation among serum iron, β-CTX, and PINP in different groups

圖5 血清鐵蛋白與PINP、β-CTX的相關性Fig.5 Correlation between serum iron and β-CTX and PINP

2.2 鐵蓄積與骨代謝指標的相關性

正常組、骨量減少組和骨質(zhì)疏松組的血清鐵蛋白平均值分別為(120.96±43.18)、(223.37±130.27)、(307.50 ±161.48)μg/L，轉(zhuǎn)鐵蛋白平均值分別為(2±0.22)、(1.95±0.36)、(1.62±0.29)g/L。由圖4可見，與正常組相比，骨量減少組和骨質(zhì)疏松組的血清鐵蛋白值顯著升高(P<0.05)，轉(zhuǎn)鐵蛋白值下降(P<0.05);骨質(zhì)疏松組β-CTX平均值[(667.90±316.55)ng/L]高于正常組[(406.06±112.12)ng/L]，P<0.05;PINP平均值[(78.03±37.31)μg/L]明顯高于正常組[(37.60±13.17)μg/L]，P<0.01。血清鐵蛋白與骨代謝指標Ⅰ型膠原代謝產(chǎn)物β-CTX、PINP呈顯著正相關(P<0.01,圖5)。

3 討論

骨組織中17%～20%的成分為膠原蛋白[11]，其中最常見的為I型膠原蛋白。膠原蛋白的存在提高了骨的韌性，降低了骨的脆性，致使骨強度增加[12]。大約30%的膠原蛋白是由成骨細胞分泌的[13]，其成分的改變加速了疾病的進展[14]。I型膠原蛋白由I型膠原氨基端延長肽(PINP)與Ⅰ型膠原羧基端肽(CTX)組成[15]，它們是I型膠原蛋白的降解產(chǎn)物[16-17]，是骨基質(zhì)合成的生物標志物。其中PINP在血清中以兩種形式存在，一種是與前膠原蛋白的天然分離產(chǎn)物相對應的完整的三聚肽，另一種是前膠原蛋白的降解產(chǎn)物單體肽[18]。I型膠原蛋白在骨吸收時釋放CTX到血液中[19]，包括α-CTX和異構化的β-CTX，前者只能在尿液中測出[20]。筆者首次報道了鐵蓄積對膠原蛋白降解的影響，其通過促進I型膠原降解來增加骨吸收。統(tǒng)計結(jié)果顯示，血清鐵蛋白與PINP、β-CTX呈正相關。通過PubMed檢索相關文獻發(fā)現(xiàn)，金屬離子的確能夠促進或抑制膠原蛋白的降解，如Osorio等[21]發(fā)現(xiàn)體內(nèi)鋅過載，可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶介導的膠原蛋白降解。

BMD是臨床中診斷骨質(zhì)疏松癥的最重要的指標[22]。然而，單純依靠BMD的T值進行分組，尚不能準確的描述樣本的總體信息。如果樣本分組錯誤，組與組之間的比較就會不準確，結(jié)果可能是錯誤的。PCA是一個多變量的數(shù)據(jù)分析，可以用來比較復雜的樣本之間的相似點和不同點[23-25]。因此，筆者依據(jù)BMD的T值分組后，再使用PCA進行分組驗證，如果得出的結(jié)果不一致，就要重新調(diào)整樣本分組。但是通過結(jié)果觀察到，經(jīng)過PCA 驗證，各組之間并沒交叉，進一步證實了根據(jù)T值分成3組的合理性和可行性。因此，后續(xù)對各組之間的指標進行比較，就具有統(tǒng)計學意義。

我國女性的絕經(jīng)年齡一般在50歲左右[26]，通常年齡越大，絕經(jīng)年限越長，體內(nèi)的雌激素水平就越低。女性絕經(jīng)后，隨著年齡的增大，骨量逐漸減少，繼而發(fā)生骨質(zhì)疏松。骨質(zhì)疏松癥患者的身高和體重呈顯著下降趨勢，最終導致BMI明顯降低。研究表明[27]，鐵鹽能抑制羥磷灰石晶體的生長，說明了鐵對骨形成有直接抑制作用。骨質(zhì)疏松癥患者的血清鐵蛋白升高，BMD顯著下降，絕經(jīng)年限越長，鐵蓄積越嚴重。

研究表明[28-29]，小鼠體內(nèi)鐵蓄積與血清鐵蛋白升高、Runx2 mRNA水平降低、成骨間質(zhì)干細胞分化的抑制密切相關。根據(jù)臨床相關數(shù)據(jù)分析，隨著女性絕經(jīng)年限的增加，其體內(nèi)血清鐵蛋白水平顯著升高，鐵蓄積促進I型膠原蛋白的降解，誘導體內(nèi)炎癥反應，同時增強破骨細胞活力，導致骨吸收增加，繼而加速骨質(zhì)疏松進程。所有這些過程均表現(xiàn)為身高的降低，體重下降，BMI及BMD下降，最終導致骨質(zhì)疏松癥(圖6)。

圖6 PMOP鐵蓄積機制Fig.6 Mechanism of iron overload on PMOP

CRP是體現(xiàn)機體炎癥反應的重要指標，本實驗發(fā)現(xiàn)，CRP值在骨量減少組和骨質(zhì)疏松組明顯升高，表明此時機體存在慢性炎癥反應[30]。多項臨床對照研究[31]表明，骨量減少與機體的慢性炎癥狀態(tài)有一定的相關性。女性絕經(jīng)后，體內(nèi)出現(xiàn)鐵蓄積，機體處于慢性低度炎癥狀態(tài)，繼而出現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥，CRP隨著血清鐵蛋白的增加而升高，二者呈正相關。因此，研究炎癥與骨質(zhì)疏松癥的相關性，或許會成為治療骨質(zhì)疏松癥的新方法。

隨著女性年齡的增大，血清鐵蛋白逐漸升高，骨密度逐漸下降，二者之間存在顯著相關性。血清鐵蛋白升高時，骨量減少、骨質(zhì)疏松的發(fā)生率增大，同時機體伴隨著慢性炎癥反應，加速I型膠原蛋白的降解，繼而促進骨質(zhì)疏松的進程。然而鐵蓄積促進I型膠原蛋白降解的機制，炎癥反應與骨質(zhì)疏松癥的相關機制仍不明確。后續(xù)筆者將繼續(xù)研究膠原蛋白降解調(diào)控酶、炎癥反應與血清鐵蛋白具體調(diào)控酶之間的相互作用，為臨床治療骨質(zhì)疏松提供新的思路。