骨轉換生化標志物的研究進展
來源：中國骨質疏松雜志
引用本文：
田琳琳,馮正平.骨轉換生化標志物的研究進展[J].中國骨質疏松雜志2022,28(05):755-759.
摘要
骨轉換生化標志物是反映骨骼細胞活性與骨基質代謝水平的生化產物，是在骨骼重建過程中釋放于血液或尿液中的生化標志物，包括骨形成生化標志物、骨吸收生化標志物和骨轉換調節劑，能較骨密度更早反映全身骨組織的動態變化。其具有敏感性好、特異度高、重復性好、非侵入性、經濟適用等特點，是成為代謝性骨病的鑒別診斷、評估療效、預測骨折風險的重要指標。目前，BALP、P1NP、CTX等指標已廣泛應用于臨床，一些新的標志物如CXC、GSN、ANXA2等在國外已經有一定研究，但國內臨床相關研究較少，其能否作為有效指標反映全身骨組織的動態變化仍需進一步研究，筆者對一些新的骨轉換生化標志物研究進展作一簡單綜述。
關鍵詞：骨質疏松；骨轉換標志物；骨吸收；骨形成
骨質疏松癥是一種以骨量減少和骨組織微結構受到破壞導致骨骼脆性增加，骨折風險增加的慢性疾病。骨質疏松和低骨量在老年人中越來越普遍，相對于骨密度檢查的不便及檢測延遲，骨轉換生化標志物可更早反映骨轉換的動態。骨轉換標志物分為骨形成生化標志物和骨吸收生化標志物，骨形成生化標志物包括骨特異性堿性磷酸酶(BALP)、Ⅰ型前膠原氨基端前肽(P1NP)、Ⅰ型前膠原羧基端前肽(P1CP)、骨形態發生蛋白(BMPs)、骨保護素(OPG)等；骨吸收生化標志物包括Ⅰ型膠原氨基末端肽(NTX)、Ⅰ型膠原羧基末端肽(CTX)、酒石酸酸性磷酸酶5b(TＲACP-5b)、吡啶啉(PYD)、脫氧吡啶啉(DPD)等。目前骨轉換生化標志物已廣泛應用于臨床，新的骨轉換生化標志物也在不斷被發現，本文就國內外一些新的骨轉換生化標志物研究進展作一綜述。
骨鈣素
骨鈣素(osteocalcin，OC)又被稱為骨γ-羧基谷氨酸包含蛋白(bone gamma-carboxyglutamic-acidcontaining proteins，BGLAP)，是BGLAP編碼的由非增殖期的成骨細胞特異合成并分泌的骨組織中含量最豐富的維生素K依賴的非膠原蛋白，參與骨基質的
合成、維持骨礦化。成骨細胞分泌的骨鈣素含有3種γ-羧基谷氨酸殘基，它們與骨羥基磷灰石基質具有高親和力。當骨吸收時，由于破骨細胞吸收腔隙內的pH值降低，骨鈣素上的羧基被清除，降低了其對骨骼的親和力，羧化不全的骨鈣素被釋放到循環中，所以測定血清中的骨鈣素水平既能反映成骨細胞活性，又能反映骨轉換的程度。
Karnty小組最早通過敲除Bglap和Bglap2基因產生骨鈣素缺乏(Ocn－/－)小鼠，發現Ocn－/－小鼠表現出骨小梁和皮質骨的體積均增加，但其成骨細胞未增加、破骨細胞的數量增加；表明骨鈣素抑制成骨細胞功能和破骨細胞的生成，是骨形成的負性調節因子。對純B6基因背景下的骨鈣素缺失(OC－/－)小鼠研究發現，與野生型小鼠相比，OC－/－小鼠骨小梁體積、骨小梁體積/總體積、連接密度和數量均顯著增加。OC－/－小鼠骨礦物中酸性磷酸鹽含量增加、血清P1NP濃度升高，表明其骨形成增加。另一方面，野生型小鼠和OC－/－小鼠的血清CTX濃度無顯著差異，表明其不影響骨吸收。最近有研究通過Neo基因替換Bglap和Bglap2基因生成骨鈣素缺乏(Ocn－/－)小鼠，發現野生型和Ocn－/－小鼠股骨小梁的骨體積、厚度和數量無顯著差異，同時股骨松質骨中的成骨細胞、破骨細胞、骨細胞和骨形成的參數是無顯著差異的，表明骨鈣素缺乏并不影響骨量、骨密度、骨形成或骨吸
收。分析兩組小鼠的骨骼微結構發現，在野生型小鼠中羥基磷灰石晶體的c軸方向與膠原纖維的排列方向是平行的，而Ocn－/－小鼠中膠原纖維排列正常，但羥基磷灰石晶體c軸平行于骨縱軸的取向程度減弱，導致骨礦化紊亂，骨強度降低，表示骨鈣素通過調整平行于膠原纖維的羥基磷灰石晶體c軸方向，影響骨骼礦化而影響骨質量和強度而不是數量。
對絕經后女性相關研究發現，血清骨鈣素水平與腰椎和髖關節骨密度呈顯著負相關。印度的研究發現，絕經后女性骨鈣素水平顯著升高；相較于骨密度正常的婦女，低骨量及骨質疏松婦女的血清骨鈣素水平也是顯著升高的。對絕經后使用激素替代治療的婦女隨訪血清骨鈣素水平，發現3個月內血清骨鈣素水平較基線發生顯著變化。在2型糖尿病患者中發現，在男性和女性患者中，骨鈣素水平升高與全腰椎、股骨以及髖關節骨密度下降均存在顯著相關性。
血清骨鈣素能直接反映成骨細胞活性，其水平與骨密度呈負相關，且血清骨鈣素水平變化可作為評估骨質疏松治療的早期療效評價指標。
CXC趨化因子配體12
CXC趨化因子配體12(C-X-C chemokine ligand12，CXCL12)屬于CXC趨化因子家族，也被稱為基質細胞衍生因子-1(stromal cell-derived D factor-1，SDF-1)，是一種由骨髓細胞中的基質細胞分泌的小信號蛋白，在成骨細胞系細胞、血管周圍網狀細胞等均有表達，與CXC趨化因子受體4(CXCR4)結合形成SDF-1/CXCR4軸，為細胞存活創造微環境。CXCL12影響間充質干細胞的遷移、生長、存活和分化，祖細胞通過CXCL12被募集到骨髓的壁龕形成成骨細胞和破骨細胞的前體細胞。其促進破骨細胞前體細胞的趨化募集，募集后RANKL促進破骨細胞前體細胞成熟為破骨細胞。同時CXCL12還通過調控基質金屬蛋白酶間接影響破骨細胞前體從循環向骨髓的遷移。
在動物實驗中發現CXCL12缺失小鼠股骨干中成骨細胞和破骨細胞特異性mRNA表達增加，加快了骨重建速度，但骨吸收和骨形成之間的平衡沒有改變。研究同時發現CXCL12通過抑制成骨細胞的生成和成骨細胞系細胞提供的破骨細胞支持來抑制骨轉換率。Pang等發現，絕經后骨質疏松患者成骨細胞中CXCL12的mRNA和蛋白表達明顯低于對照組，而破骨細胞中CXCL12的mRNA和蛋白水平明顯升高，提示絕經后骨質疏松發生的機制可能是通過調控CXCL12基因表達抑制成骨細胞增殖和破骨細胞凋亡。Carbone等對老年性骨質疏松患者的研究發現，CXCL12血漿濃度與髖關節骨密度呈負相關，但與髖部骨折發生率
無顯著相關性。表明在老年人中，血漿中CXCL12水平的升高與骨質疏松癥的發生相關，但不能作為預測骨折風險的指標。Yang等研究發現絕經后骨質疏松患者腰椎骨折組血漿CXCL12水平顯著高于非骨折組，血漿CXCL12濃度與Genant半定量分級呈正相關。與絕經后非骨質疏松患者及對照組相比，絕經后骨質疏松患者股骨頸、全髖關節及腰椎的骨密度顯著降低，且血漿CXCL12水平與股骨頸、全髖和腰椎骨密度呈顯著負相關。血漿CXCL12水平升高也與視覺模擬評分(VAS)和Oswestry殘疾指數評分(ODI)的嚴重程度相關。此外，CXCL12水平的升高也與炎癥標志物TNF-α和骨吸收因子CTX-1呈正相關。這些研究發現血漿CXCL12水平與骨密度改變呈顯著的相關性，且其升高的水平可反映骨質疏松的嚴重程度，可作為反映骨吸收的標志物。
凝溶膠蛋白
凝溶膠蛋白(Gelsolin，GSN)是鈣依賴性的凝溶膠蛋白超家族的成員，通過切斷、封端肌動蛋白絲，或使肌動蛋白聚集成核等方式來控制肌動蛋白的結構，作為肌動蛋白結合蛋白，參與破骨細胞胞足體的組裝和移動過程，GSN缺陷可阻礙破骨細胞胞足體的組裝，使骨質量和骨強度增加。此外，GSN可能通過整合素的激活將破骨細胞與骨基質聯系起來，從而最終激活破骨細胞，促進骨吸收。
但是在不同的研究中，GSN與骨密度之間的聯系并不是單一的。墨西哥的一項研究發現在絕經后女性低骨量和骨質疏松患者中血清GSN水平降低但組間差異無統計學意義。外周血單核細胞(PBMs)作為破骨細胞的前體，產生對破骨細胞發育重要的細胞因子，在骨代謝中發揮重要作用。一項對極高值及極低值骨密度高加索男性的PBMs的細胞質蛋白組學分析發現，極低骨密度患者GSN表達顯著升高。同樣一項對6 000多例樣本采取極端采樣法選取極高及極低骨密度樣本進行研究發現，血漿GSN水平在男性極高和極低骨密度人群中無顯著差異，但是在絕經后女性中GSN水平在極低骨密度組顯著升高，與髖關節骨密度呈負相關。兩項對絕經后女性中GSN與骨密度的相關性研究發現，較絕經前女性，絕經后女性GSN水平顯著升高；較正常骨密度組比較，低骨量或骨質疏松組中血漿GSN水平顯著升高，血漿GSN與絕經后女性髖部骨密度之間呈現負相關性，且GSN是股骨頸、腰椎骨密度的獨立影響因素。目前研究表明血漿GSN或可作為診斷骨質疏松的骨吸收生化標志物，但仍需對其進行更深入和廣泛的研究。
膜聯蛋白A2
膜聯蛋白A2(Annexin A2，ANXA2)是一種表達在外周血單核細胞表面的鈣依賴性的磷脂結
合蛋白，能刺激單核細胞跨內皮細胞的遷移和破骨細胞的形成。然而，ANXA2在骨重塑中的作用并不局限于破骨形成，通過對ANXA2缺失的MC3T3-E1小鼠成骨前體細胞的功能實驗表明，ANXA2能夠促成骨前體細胞的增殖和分化，從而影響骨形成。
