周星彤，曹永平*，王京

(1.北京大學(xué)第一醫(yī)院骨科，北京 100034；2.北京積水潭醫(yī)院骨科，北京 100035)

綜 述

骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)生物標(biāo)記物研究進(jìn)展

周星彤1，曹永平1*，王京2

(1.北京大學(xué)第一醫(yī)院骨科，北京 100034；2.北京積水潭醫(yī)院骨科，北京 100035)

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是指由多種因素引起的關(guān)節(jié)退行性病變，其病理特征為軟骨破壞、軟骨下骨硬化和滑膜炎癥改變等。針對(duì)這一世界范圍內(nèi)老年人群致殘的首要病因，目前的治療手段主要包括疾病早期的保守治療及晚期的人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)。后者雖堪稱唯一有效的治療手段，但隨之產(chǎn)生的嚴(yán)重并發(fā)癥及巨額財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)不容忽視。因此，如何更有效地在疾病早期進(jìn)行診斷，以便制定可以延緩、甚至逆轉(zhuǎn)病情進(jìn)展的治療方案，具有重要意義。

目前，OA的診斷依賴于病史和影像學(xué)檢查的結(jié)合。其中，X線檢查發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)間隙狹窄(joint space narrowing，JSN)仍是OA診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”[1]。然而，X線檢查很難發(fā)現(xiàn)早期骨、軟骨和滑膜等關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的變化，其對(duì)于早期診斷的作用有限。MRI能夠早期發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨的改變，但因價(jià)格昂貴，尚不能大規(guī)模用于OA的臨床診斷。關(guān)節(jié)鏡檢查能夠直觀觀察關(guān)節(jié)軟骨的損傷及相應(yīng)滑膜的炎癥改變，然而其有創(chuàng)性及其潛在的并發(fā)癥，使之不適宜廣泛應(yīng)用于OA的診斷和病情評(píng)估。

由此，為了更好地診治OA，需要尋找更為安全、有效且便捷的早期診斷OA的方法，并為疾病的治療、預(yù)后提供新的評(píng)價(jià)手段。

美國生物標(biāo)記物定義工作組將生物標(biāo)記物定義為能夠客觀反映某一生理、病理過程或治療效果的生理指標(biāo)[2]。在21世紀(jì)剛剛過去的10年中，許多人開始關(guān)注生物標(biāo)記物，并將之作為OA早期診斷及療效評(píng)價(jià)的手段進(jìn)行研究。本文就近年來關(guān)于OA相關(guān)生物標(biāo)記物的研究做一綜述。

1 OA相關(guān)生物標(biāo)記物

根據(jù)OA的病理改變，文獻(xiàn)中將OA相關(guān)生物標(biāo)記物分類為骨代謝生物標(biāo)記物、軟骨代謝生物標(biāo)記物及滑膜代謝生物標(biāo)記物[3]。隨著近年來對(duì)于microRNAs以及OA疾病進(jìn)展相關(guān)蛋白、軟骨分化相關(guān)蛋白的研究，越來越多可能的生物標(biāo)記物被提出。本文將近年來新提出的生物標(biāo)記物歸為其他OA生物標(biāo)記物。

1.1 骨代謝生物標(biāo)記物

1.1.1 Ⅰ型膠原代謝標(biāo)記物 骨基質(zhì)主要由Ⅰ型膠原組成，通過吡啶啉(pyridinoline，PYD)及脫氧吡啶啉(deoxypyridinoline，DPD)交聯(lián)分子組合在一起。關(guān)節(jié)退變過程中，PYD/DPD交聯(lián)分子裂解，交聯(lián)區(qū)的分子進(jìn)入循環(huán)，其中小分子物質(zhì)通過尿液排出，故尿液中PYD可作為生物標(biāo)記物進(jìn)行研究。

Ⅰ型膠原N末端端肽(N-terminal telopeptide of collagen Ⅰ，NTX-Ⅰ)和Ⅰ型膠原C末端端肽(C-terminal telopeptide of collagen Ⅰ，CTX-Ⅰ)是Ⅰ型膠原的降解產(chǎn)物，二者經(jīng)尿液排出。Kelman等[4]對(duì)老年女性的研究表明，NTX-Ⅰ的含量與影像學(xué)髖OA的發(fā)展相關(guān)聯(lián)。Bettica等[5]發(fā)現(xiàn)，進(jìn)展期OA患者尿液中CTX-Ⅰ的含量高于非進(jìn)展期OA及正常人群。其他研究表明，NTX-Ⅰ并不能單一應(yīng)用于OA的診斷，原因是人體其他部位的骨代謝可能嚴(yán)重影響NTX-Ⅰ及CTX-Ⅰ的含量[6]。在急性前交叉韌帶(Anterior Cruciated ligament，ACL)損傷的患者中，NTX-Ⅰ和CTX-Ⅰ含量也是升高的[7]。

1.1.2 非Ⅰ型膠原代謝標(biāo)記物 骨鈣素是骨和牙齒中的成骨細(xì)胞特異合成與分泌的一種非膠原蛋白，受多種維生素、激素和細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)。Sowers等[8]研究表明，血清中骨鈣素含量與骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度相關(guān)。但在兩者相關(guān)程度上，目前尚無一致結(jié)論。

1.2 軟骨代謝生物標(biāo)記物

1.2.1 Ⅱ型膠原代謝標(biāo)記物 Ⅱ型膠原是軟骨基質(zhì)中含量最多、組織特異的蛋白。N端和C端前肽反映了其前體Ⅱ型前膠原的合成過程。人ⅡA型前膠原N末端原肽(type Ⅱ A N-propeptide，PⅡANP)和人Ⅱ型前膠原羧基端原肽(type Ⅱ C-propeptide，PⅡCP)分別用于測定ⅡA型及ⅡB型前膠原。Shinmei等[9]發(fā)現(xiàn)早期OA患者關(guān)節(jié)液中PⅡCP含量有所升高。而對(duì)已經(jīng)確診為OA的患者研究發(fā)現(xiàn)，血清PⅡANP的含量較正常人群降低[10]。另一項(xiàng)隨訪研究表明，進(jìn)展期OA患者血清中PⅡANP的含量較對(duì)照組升高[11]，這可能與PⅡANP反映Ⅱ型膠原合成過程相關(guān)。

Ⅱ型膠原C端肽(C-terminal telopeptide of collagen Ⅱ，CTX-Ⅱ)是目前研究最多的OA生物標(biāo)記物之一。大量研究證明，尿液CTX-Ⅱ(urinary CTX-Ⅱ，u-CTX-Ⅱ)含量與OA的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。Sarukawa等[12]的動(dòng)物模型研究證明，u-CTX-Ⅱ含量的升高早于影像學(xué)變化，這表明u-CTX-Ⅱ有可能作為OA早期診斷的生物標(biāo)記物。近期一項(xiàng)大樣本研究發(fā)現(xiàn)，u-CTX-Ⅱ的含量與反映骨代謝的其他生物標(biāo)記物(如尿液中的NTX-Ⅰ、CTX-Ⅰ和骨鈣素)有明顯相關(guān)性[13]。綜上所述，u-CTX-Ⅱ含量在反映Ⅱ型膠原代謝的同時(shí)，可能也與體內(nèi)的骨代謝相關(guān)。u-CTX-Ⅱ是否能像預(yù)期一樣特異性地反映OA的發(fā)生及發(fā)展，仍有待更多的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

Kala?等[14]對(duì)125名女性患者進(jìn)行研究，結(jié)果表明u-CTX-Ⅱ的含量與OA的嚴(yán)重程度相關(guān)，而血清人Ⅱ型膠原螺旋肽(helical region of type Ⅱ collagen，HELIX-Ⅱ)的含量與OA的疾病進(jìn)展相關(guān)。HELIX-Ⅱ可以作為潛在生物標(biāo)記物進(jìn)行研究。

Ⅱ型膠原C肽結(jié)構(gòu)域(C-telopeptide domain of collagen Ⅱ，Col2CTX)反映Ⅱ型膠原的降解過程。Hunter等[15]的研究證明，MRI中已經(jīng)出現(xiàn)軟骨丟失的患者Col2CTX的含量并無明顯變化。目前關(guān)于Col2CTX的研究較少，其作為OA的生物標(biāo)記物的價(jià)值尚不清楚。

Ⅱ型膠原降解中產(chǎn)生的3/4片段的測定同樣可以反映Ⅱ型膠原的降解過程。依據(jù)測定的序列不同分為短序列(C1，2C)和長序列(C2C)。前者同時(shí)反映Ⅰ型膠原和Ⅱ型膠原的降解過程，后者特異性地反映Ⅱ型膠原的降解過程[16]。然而，Hunter在其研究中同時(shí)證明C1、2C和C2C含量與MRI中軟骨丟失無明顯關(guān)聯(lián)[15]。

在3/4片段上的特異性序列Coll 2-1也被用于反映Ⅱ型膠原的降解過程。對(duì)于Coll 2-1的研究發(fā)現(xiàn)，尿液Coll 2-1的含量與膝OA的嚴(yán)重程度相關(guān)，且Coll 2-1含量的持續(xù)升高預(yù)示了OA的影像學(xué)進(jìn)展[17]。

1.2.2 蛋白聚糖代謝標(biāo)記物 蛋白聚糖是軟骨基質(zhì)中含量最豐富的蛋白質(zhì)之一，對(duì)于軟骨的生理過程起重要作用。通過抗體識(shí)別測定硫酸軟骨素(chondroitin sulfate，CS)鏈上的846表位能夠反映蛋白聚糖的合成代謝。動(dòng)物研究證明846表位含量在早期OA中即有上升[18]。而Hunter等人的研究結(jié)果卻相反[15]。Epitope 846對(duì)于OA早期診斷的意義有待進(jìn)一步研究。

硫酸角質(zhì)素(keratan sulfate，KS)被認(rèn)為可以反映蛋白聚糖分解代謝的生物標(biāo)記物。研究表明，K-L分級(jí)0～1級(jí)的患者血清KS含量高于K-L分級(jí)2～4級(jí)的患者[19]。這說明KS可以用于早期OA的識(shí)別。

1.2.3 非Ⅱ型膠原、非蛋白聚糖代謝標(biāo)記物 軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(cartilage oligomeric matrix protein，COMP)也是目前研究很多的生物標(biāo)記物之一。有研究表明，OA患者血清COMP(serum COMP，s-COMP) 的含量明顯高于正常人群，且與年齡和BMI呈正相關(guān)，但是與OA患者K-L分級(jí)無明顯關(guān)系[20]。針對(duì)去酰胺基COMP(Disamidated COMP，D-COMP)的研究表明，D-COMP與髖關(guān)節(jié)OA的嚴(yán)重程度相關(guān)，而與膝關(guān)節(jié)OA無明顯關(guān)系。而完整的COMP分子的含量則與膝關(guān)節(jié)OA相關(guān)，而與髖關(guān)節(jié)OA無明顯關(guān)系[21]。D-COMP是目前已知的第一個(gè)具有關(guān)節(jié)特異性的生物標(biāo)記物，它的存在給生物標(biāo)記物的研究提供了新的思路。

衰老關(guān)鍵蛋白3(Fibulin-3，F(xiàn)ib3)與基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子(tissue inhibitor of metallo proteases，TIMPs)相關(guān)，參與OA的發(fā)生與發(fā)展。Fib-3可分為Fib3-1及Fib3-2。Henrotin等[22]研究發(fā)現(xiàn)，OA患者尿液Fib3-1及Fib3-2的含量較正常人群升高。Fib3-1及Fib3-2有可能成為OA診斷的生物標(biāo)記物。

Ⅱ型膠原和蛋白聚糖的降解過程都有基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix matalloproteinases，MMPs)的參與。金屬蛋白酶組織抑制劑(Tissue Inhibitor of Metalloproteinases，TIMPs)是由結(jié)締組織產(chǎn)生，特異性地抑制MMPs活性的分子。研究證實(shí)，OA患者血清TIMP-1含量可能與OA的進(jìn)展相關(guān)[23]，MMPs相較于TIMP的過量增加則可能提示OA的發(fā)生[24]。

戊糖素是一種糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end-products，AGEs)，連接賴氨酸與精氨酸蛋白交聯(lián)結(jié)構(gòu)。Verzijl等[25]研究表明，OA患者尿中戊糖素水平較對(duì)照組升高，其升高水平與OA相關(guān)，且與年齡及BMI不相關(guān)。

1.3 滑膜代謝生物標(biāo)記物 糖基-半乳糖基-吡啶諾林(Glucosyl-Galactosyl-Pyridinoline，Glu-Gal-PYD)在人類滑膜組織中含量豐富，能夠特異性地反映滑膜組織的降解。研究發(fā)現(xiàn)，Glu-Gal-PYD和u-CTX-Ⅱ的含量在男性膝關(guān)節(jié)OA患者體內(nèi)較高，并且與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)[26]。

透明質(zhì)酸(Hyaluronic acid，HA)是關(guān)節(jié)軟骨及滑液的重要成分，但同時(shí)也分布在人體其他組織中。研究表明，OA患者血清HA含量較正常人群升高，且與OA的嚴(yán)重程度相關(guān)[27]，但這一點(diǎn)受許多因素影響。

人軟骨糖蛋白-39(human cartilage glycoprotein-39，YKL-40)與軟骨細(xì)胞及滑膜細(xì)胞分泌的殼多糖酶含量相關(guān)。一些研究證實(shí)，YKL-40在OA患者體內(nèi)的含量較正常人群升高[2]，因而其被作為滑膜代謝生物標(biāo)記物進(jìn)行研究。

1.4 其他OA生物標(biāo)記物

1.4.1 MicroRNAs MicroRNAs是包含9～25個(gè)核苷酸分子的非編碼RNA，能夠廣泛調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)各項(xiàng)生理活動(dòng)。多種microRNAs參與OA發(fā)病及軟骨發(fā)育、分化。Beyer等[29]研究表明，血清中miR-let7e、miR-454及miR-885-5p與嚴(yán)重OA相關(guān)。這是第一次研究血清microRNA與OA的關(guān)系。目前可以通過基因芯片及RT-PCR等方法檢測體液中microRNAs的含量，并研究其與OA疾病嚴(yán)重程度、預(yù)后及療效的關(guān)系。

1.4.2 脂肪因子 肥胖被認(rèn)為是OA發(fā)病的相關(guān)因素。超重會(huì)增加負(fù)重關(guān)節(jié)的機(jī)械承重，從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨的退變。脂肪因子在骨及軟骨穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。與OA相關(guān)的脂肪因子主要包括瘦素、脂聯(lián)素、內(nèi)脂素和抵抗素。Poonpet等[30]發(fā)現(xiàn)瘦素、內(nèi)酯素及抵抗素在OA患者中表達(dá)升高，脂聯(lián)素在OA患者中表達(dá)降低。然而，脂肪因子在其他組織內(nèi)也有廣泛表達(dá)，故需聯(lián)合其他生物標(biāo)記物共同應(yīng)用。脂肪因子可能對(duì)于監(jiān)測疾病進(jìn)展及預(yù)測藥物治療預(yù)后起到一定作用。

1.4.3 內(nèi)皮素-1 大量證據(jù)表明，骨關(guān)節(jié)炎可能是一種炎性疾病。一些炎癥因子參與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病過程，內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)即為其中一種。ET-1能夠參與細(xì)胞分化及纖維化過程。Sin等[31]研究發(fā)現(xiàn)，ET-1參與軟骨下骨硬化過程，并能刺激軟骨及滑膜細(xì)胞產(chǎn)生MMP-1、MMP-13，從而加速關(guān)節(jié)軟骨的退變。目前ET-1可能作為一種新型生物標(biāo)記物用于疾病診斷及預(yù)后評(píng)估。

1.4.4 叢生蛋白及潤滑蛋白 血清及關(guān)節(jié)液蛋白有潛力成為OA相關(guān)生物標(biāo)記物。Ritter等[32]通過質(zhì)譜分析方法，對(duì)血清及關(guān)節(jié)液中大量蛋白進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)將叢生蛋白及潤滑蛋白聯(lián)合分析可以預(yù)測OA的進(jìn)展，這也為應(yīng)用質(zhì)譜分析方法進(jìn)行大范圍蛋白質(zhì)篩選生物標(biāo)記物提供了支持。

1.4.5 Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶-4(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs-4，ADAMTS-4) Li等[33]研究表明，血清中含ADAMTS-4的水平在早期OA患者中升高明顯，與健康人中、晚期OA患者相比，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，ADAMTS-4有望成為早期OA診斷的生物標(biāo)記物。

1.4.6 缺氧誘導(dǎo)因子-1a(hypoxia-inducible factor-1a，HIF-1a) HIF-1a是PAS區(qū)域轉(zhuǎn)錄因子的一種亞單位，與關(guān)節(jié)軟骨對(duì)抗缺氧的微環(huán)境相關(guān)，參與OA的發(fā)病。Chu等[34]研究表明，血清及關(guān)節(jié)液中HIF-1a的水平與OA的X線片嚴(yán)重程度相關(guān)，可能作為一種新型生物標(biāo)記物。

1.4.7 血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF) VEGF是細(xì)胞分泌的能夠促進(jìn)血管再生的一種生長因子。Saetan等[35]研究表明，OA患者血漿及關(guān)節(jié)液中VEGF的水平與OA的嚴(yán)重程度相關(guān)，可能作為一種新型生物標(biāo)記物。通過對(duì)以上OA相關(guān)生物標(biāo)記物的分類總結(jié)，其概要分類及BIPED分級(jí)見表1。

2 OA相關(guān)生物標(biāo)記物的臨床應(yīng)用

Bauer等[36]在2006年提出了著名的BIPED標(biāo)準(zhǔn)，用于生物標(biāo)記物的分類。目前，這一分類標(biāo)準(zhǔn)已廣泛地應(yīng)用于OA生物標(biāo)記物研究領(lǐng)域。BIPED標(biāo)準(zhǔn)將OA生物標(biāo)記物根據(jù)用途分為5類，即病情評(píng)估、尚處于研究階段的生物標(biāo)記物、預(yù)后評(píng)估、治療有效性評(píng)估以及診斷。

2.1 OA生物標(biāo)記物與診斷 生物標(biāo)記物在OA的早期診斷中具有天然的優(yōu)勢，在影像學(xué)改變尚未出現(xiàn)時(shí)，體液生物學(xué)標(biāo)記物即已出現(xiàn)明顯變化[37]。研究證明，外傷后及早期OA患者關(guān)節(jié)液PⅡCP和CTX-Ⅱ的含量較對(duì)照組升高[38]。Dragomir等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)髖關(guān)節(jié)癥狀的患者中，s-COMP的升高早于影像學(xué)變化的出現(xiàn)。針對(duì)膝關(guān)節(jié)患者的研究則并未發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)關(guān)系。近來關(guān)于KS的研究得到了相似的結(jié)論：早期OA患者尚未出現(xiàn)影像學(xué)改變時(shí)，其血清KS含量已經(jīng)出現(xiàn)明顯升高[19]。

單一的生物標(biāo)記物并不能完全反映OA的全部病理過程。因此，將不同的生物標(biāo)記物聯(lián)合測定有可能提高診斷的有效性。Cibere等[40]對(duì)已出現(xiàn)MRI變化而尚無X線改變的患者研究證明，相比單一的生物標(biāo)記物，將軟骨分解與合成代謝的標(biāo)記物結(jié)合后具有更高的特異性。

另一方面，作為診斷工具，需要一個(gè)明確的數(shù)值來區(qū)分OA患者及正常人。盡管許多生物標(biāo)記物的含量在患者及正常人群之間顯現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，二者實(shí)際上有很大重疊，也很難得到用于診斷的臨界值。

因此，盡管許多研究證實(shí)了生物學(xué)標(biāo)記物在OA診斷中的價(jià)值，其真正應(yīng)用于臨床仍有待進(jìn)一步的研究和隨訪。

2.2 OA生物標(biāo)記物與病情評(píng)估 目前OA疾病嚴(yán)重程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括癥狀評(píng)分及影像學(xué)評(píng)價(jià)。K-L分級(jí)評(píng)分是最常用的影像學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。Clark等[41]研究發(fā)現(xiàn)，s-COMP的含量與OA患者的K-L分級(jí)相關(guān)。Kraus等[42]針對(duì)血清HA、s-COMP及u-CTX-Ⅱ的研究顯示，這些生物標(biāo)記物的含量與患者關(guān)節(jié)間隙狹窄及骨贅形成的程度相關(guān)。相較于單純髖關(guān)節(jié)OA的患者，伴有其他關(guān)節(jié)OA的患者其血清PⅡCP及C2C的含量明顯下降，這一現(xiàn)象說明這些患者體內(nèi)的Ⅱ型膠原合成代謝明顯減少[43]。近來的研究發(fā)現(xiàn)，其他許多生物學(xué)指標(biāo)也與K-L分級(jí)相關(guān)。

OA病情評(píng)估同樣需要一個(gè)定量的“金標(biāo)準(zhǔn)”來區(qū)分病情輕重。但是目前對(duì)生物標(biāo)記物研究仍很局限，尚無病情分級(jí)的“金標(biāo)準(zhǔn)”可以依據(jù)。另一方面，OA的病理過程復(fù)雜，單一生物標(biāo)記物可能并不能反映所有類型的OA進(jìn)程。在病程的不同階段，同一生物標(biāo)記物的含量也可能發(fā)生變化。2.3 OA生物標(biāo)記物與預(yù)后評(píng)估 OA的病理過程極為復(fù)雜，預(yù)后判斷十分困難。鑒于不同的預(yù)后可能影響患者治療方案的選擇，許多研究致力于尋找有效的參數(shù)進(jìn)行OA預(yù)后的判斷，既往基于影像學(xué)改變的預(yù)后評(píng)估是十分不準(zhǔn)確的。目前，許多研究者認(rèn)為生物標(biāo)記物能夠應(yīng)用于OA預(yù)后的判斷。

表1 生物標(biāo)記物分類及BIPED分級(jí)3

在OA的病理過程中，軟骨下骨的病理變化十分重要。因此，反映Ⅰ型膠原代謝的生物標(biāo)記物常常被用作判斷預(yù)后。Eckstein等[44]使用MRI技術(shù)隨訪OA患者關(guān)節(jié)軟骨退變情況，并與基線生物標(biāo)記物含量比較。其研究指出，在反映Ⅰ型膠原、Ⅱ型膠原、軟骨代謝以及滑膜炎癥的共16種生物標(biāo)記物中，基線血清CTX-Ⅰ含量是唯一與關(guān)節(jié)軟骨退變相關(guān)的指標(biāo)。

在OA預(yù)后判斷領(lǐng)域，CTX-Ⅱ是目前研究最多的生物標(biāo)記物。研究指出，在髖關(guān)節(jié)OA患者中，基線u-CTX-Ⅱ含量升高預(yù)示著疾病快速進(jìn)展[45]。在另一項(xiàng)針對(duì)髖、膝關(guān)節(jié)OA患者的大樣本隨訪研究中得出了相似的結(jié)論，并指出高基線u-CTX-Ⅱ含量與疾病進(jìn)展之間的關(guān)系是獨(dú)立于其他已知的OA風(fēng)險(xiǎn)因素的[46]。一項(xiàng)納入了10種生物標(biāo)記物，針對(duì)333 例髖關(guān)節(jié)OA患者的隨訪研究提示，高基線u-CTX-Ⅱ含量及s-HA含量與OA快速進(jìn)展相關(guān)[47]。然而，一項(xiàng)類似的研究得出了相反的結(jié)論，Raynauld等[48]隨訪107 例OA患者24個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)基線u-CTX-Ⅱ含量與軟骨丟失之間無顯著關(guān)聯(lián)。

COMP也是這一領(lǐng)域研究較多的生物標(biāo)記物之一。一項(xiàng)隨訪研究表明，OA進(jìn)展患者的基線s-COMP含量明顯高于無病情進(jìn)展的患者[49]。Hunter等[50]對(duì)C1，2C、C2C、PⅡCP、846 epitope和COMP等反應(yīng)軟骨代謝的生物標(biāo)記物進(jìn)行血清含量檢測，發(fā)現(xiàn)只有s-COMP的基線含量與MRI反映的軟骨丟失相關(guān)。

研究證實(shí)，血清HA含量的降低與疾病進(jìn)展相關(guān)[51]。OA進(jìn)展患者u-NTX-Ⅰ和u-CTX-Ⅰ的變化較未進(jìn)展組明顯，反映了OA進(jìn)展時(shí)骨轉(zhuǎn)換的增高[5]。一項(xiàng)大規(guī)模長期隨訪研究監(jiān)測了s-COMP及u-CTX-Ⅱ含量，發(fā)現(xiàn)其變化與OA嚴(yán)重程度相關(guān)，并能夠預(yù)示關(guān)節(jié)僵硬和疼痛的發(fā)生[52]。一項(xiàng)針對(duì)血清超敏C反應(yīng)蛋白(hypersensitive C-reactive protein，hs-CRP)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNFα)和白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)與膝關(guān)節(jié)疼痛程度關(guān)系的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，三者的基線含量和變化與疼痛程度具有相關(guān)性[53]，這一研究說明炎癥因素在膝關(guān)節(jié)疼痛的發(fā)生發(fā)展中有重要作用。

綜上所述，目前對(duì)于OA生物標(biāo)記物與預(yù)后評(píng)估的研究十分廣泛。s-HA、s-COMP及u-CTX-Ⅱ都有可能作為判斷預(yù)后的指標(biāo)，但目前的研究顯示，許多結(jié)果十分模糊甚至自相矛盾。雖然這與研究對(duì)象、隨訪時(shí)間、終點(diǎn)事件的選擇以及判斷標(biāo)準(zhǔn)等許多因素相關(guān)，但這也反映了我們對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)并不十分清楚。因此我們需要更多的研究，特別是大樣本長時(shí)間的隨訪研究，來確定生物標(biāo)記物在OA預(yù)后判斷領(lǐng)域的價(jià)值。

2.4 OA生物標(biāo)記物與療效判斷 OA病情進(jìn)展緩慢，因而很難選擇一個(gè)終點(diǎn)事件以證明治療手段的效果，生物標(biāo)記物的研究在這一領(lǐng)域有重要的價(jià)值。相較于影像學(xué)能夠反映結(jié)構(gòu)變化，生物標(biāo)記物則能夠反映出關(guān)節(jié)內(nèi)組織的代謝變化，這可能是最早對(duì)治療產(chǎn)生應(yīng)答的終點(diǎn)事件[54]，許多研究證實(shí)了生物標(biāo)記物在OA療效判斷上的價(jià)值[55]。盡管許多生物標(biāo)記物具有一定特異性，但其變化并不一定反應(yīng)治療的臨床應(yīng)答，可能受其他因素影響，而缺少特定閾值也使得療效判斷變得困難。

3 總結(jié)與展望

目前關(guān)于OA相關(guān)生物標(biāo)記物的研究仍然是熱點(diǎn)話題。較前的研究提示了OA相關(guān)生物標(biāo)記物在疾病的早期診斷、病情及預(yù)后評(píng)估、療效評(píng)價(jià)等方面都起到了一定作用，但是，目前尚無一種生物標(biāo)記物被應(yīng)用于臨床。分析其原因，與目前提出的生物標(biāo)記物的敏感性、特異性較差，相關(guān)臨床試驗(yàn)病例數(shù)較少相關(guān)。雖然每年新提出的生物標(biāo)記物種類、數(shù)量都明顯升高，但能夠真正具備臨床應(yīng)用價(jià)值的卻很少。

未來的研究方向：一方面可以通過芯片技術(shù)等進(jìn)行大規(guī)模相關(guān)蛋白的篩選，尋找敏感性、特異性更好的新的生物標(biāo)記物；另一方面，對(duì)于已經(jīng)有深入研究的可能應(yīng)用于臨床的生物標(biāo)記物進(jìn)行更大范圍人群的驗(yàn)證，并將之應(yīng)用于臨床。

[1]Sautner J，Schueller-Weidekamm C.Radiological aspects of osteoarthritis[J].Wien Med Wochenschr，2013，163(9-10)：220-227.

[2]Aronson JK.Biomarkers and surrogate endpoints[J].Br J Clin Pharmacol，2005，59(5)：491-494.

[3]Rousseau J Ch，Garnero P.Biological markers in osteoarthritis[J].Bone，2012，51(2)：265-277.

[4]Kelman A，Lui L，Yao W，etal.Association of higher levels of serum cartilage oligomeric matrix protein and N-telopeptide crosslinks with the development of radiographic hip osteoarthritis in elderly women[J].Arthritis Rheum，2006，54(1)：236-243.

[5]Bettica P，Cline G，Hart DJ，etal.Evidence for increased bone resorption in patients with progressive knee osteoarthritis：longitudinal results from the Chingford study[J].Arthritis Rheum，2002，46(12)：3178-3184.

[6]Tanishi N，Yamagiwa H，Hayami T，etal.Usefulness of urinary CTX-Ⅱ and NTX-Ⅰ in evaluating radiological knee osteoarthritis：the Matsudai knee osteoarthritis survey[J].J Orthop Sci，2014，19(3)：429-436.

[7]Catterall JB，Stabler TV，F(xiàn)lannery CR，etal.Changes in serum and synovial fluid biomarkers after acute injury(NCT00332254)[J].Arthritis Resd Ther，2010，12(6)：229.

[8]Sowers M，Lachance L，Jamadar D，etal.The associations of bone mineral density and bone turnover markers with osteoarthritis of the hand and knee in pre- and perimenopausal women[J].Arthritis Rheum，1999，42(3)：483-489.

[9]Shinmei M，Ito K，Matsuyama S，etal.Joint fluid carboxy-terminal type Ⅱ procollagen peptide as a marker of cartilage collagen biosynthesis[J].Osteoarthritis Cartilage，1993，1(2)：121-128.

[10]Rousseau JC，Zhu Y，Miossec P，etal.Serum levels of type ⅡA procollagen amino terminal propeptide(PⅡANP) are decreased in patients with knee osteoarthritis and rheumatoid arthritis[J].Osteoarthritis Cartilage，2004，12(6)：440-447.

[11]Sharif M，Kirwan J，Charni N，etal.A 5-yr longitudinal study of type ⅡA collagen synthesis and total type Ⅱ collagen degradation in patients with knee osteoarthritis-association with disease progression[J].Rheumatology，2007，46(6)：938-943.

[12]Sarukawa J，Takahashi M，Doi M，etal.A longitudinal analysis of urinary biochemical markers and bone mineral density in STR/Ort mice as a model of spontaneous osteoarthritis[J].Arthritis Rheum，2010，62(2)：463-471.

[13]van Spil WE，Drossaers-Bakker KW，Lafeber FP.Wiepke Drossaers-Bakker，and Floris PJG Lafeber.Associations of CTX-Ⅱ with biochemical markers of bone turnover raise questions on its tissue origin：data from CHECK，a cohort study of early osteoarthritis[J].Annals Rheum Dis，2013，72(1)：29-36.

[14]Kala? E，Bahlous A，Bouzid K，etal.The role of type Ⅱ collagen fragments and X-ray progression of knee osteoarthritis[J].Ann Biolo Clin，2014，72(6)：715-721.

[15]Hunter DJ，Li J，Lavalley M，etal.Cartilage markers and their association with cartilage loss on magnetic resonance imaging in knee osteoarthritis：the boston osteoarthritis knee study[J].Arthritis Res Ther，2007，9(5)：108.

[16]Elsaid KA，Chichester CO.Review：Collagen markers in early arthritic diseases[J].Clin Chim Acta，2006，365(1-2)：68-77.

[17]Deberg MA，Labasse AH，Collette J，etal.One-year increase of Coll 2-1，a new marker of type Ⅱ collagen degradation，in urine is highly predictive of radiological OA progression[J].Osteoarthritis Cartilage，2005，13(12)：1059-1065.

[18]Matyas JR，Atley L，Ionescu M，etal.Analysis of cartilage biomarkers in the early phases of canine experimental osteoarthritis[J].Arthritis Rheum，2004，50(2)：543-552.

[19]Wakitani S，Nawata M，Kawaguchi A，etal.Serum keratan sulfate is a promising marker of early articular cartilage breakdown[J].Rheumatology，2007，46(11)：1652-1656.

[20]Verma P，Dalal K.Serum cartilage oligomeric matrix protein(COMP) in knee osteoarthritis：A novel diagnostic and prognostic biomarker[J].J Orthop Res，2013，31(7)：999-1006.

[21]Catterall JB，Hsueh MF，Stabler TV，etal.Protein modification by deamidation indicates variations in joint extracellular matrix turnover[J].J Biol Chem，2012，287(7)：4640-4651.

[22]Henrotin Y，Gharbi M，Mazzucchelli G，etal.Fibulin 3 peptides Fib3-1 and Fib3-2 are potential biomarkers of osteoarthritis[J].Arthritis Rheum，2012，64(7)：2260-2267.

[23]Chevalier X，Conrozier T，Gehrmann M，etal.Tissue inhibitor of metalloprotease-1(TIMP-1) serum level may predict progression of hip osteoarthritis[J].Osteoarthritis Cartilage，2001，9(4)：300-307.

[24]Dean DD，Martel-Pelletier J，Pelletier JP，etal.Evidence for metalloproteinase and metalloproteinase inhibitor imbalance in human osteoarthritic cartilage[J].J Clin Invest，1989，84(2)：678-685.

[25]Verzijl N，Bank RA，Tekoppele JM，etal.AGEing and osteoarthritis：a different perspective[J].Curr Opin Rheumatol，2003，15(5)：616-622.

[26]Jordan KM，Syddall HE，Garnero P，etal.Urinary CTX-Ⅱ and glucosyl-galactosyl-pyridinoline are associated with the presence and severity of radiographic knee osteoarthritis in men[J].Ann Rheumc Dis，2006，65(7)：871-877.

[27]Singh S，Kumar D，Sharma NR.Role of hyaluronic acid in early diagnosis of knee osteoarthritis[J].J Clin Diagn Res，2014，8(12)：LC04.

[28]Johansen JS，Hvolris J，Hansen M，etal.Serum YKL-40 levels in healthy children and adults.Comparison with serum and synovial fluid levels of YKL-40 in patients with osteoarthritis or trauma of the knee joint[J].Br J Rheumatol，1996，35(6)：553-559.

[29]Beyer C，Zampetaki A，Lin NY，etal.Signature of circulating microRNAs in osteoarthritis[J].Ann Rheum Dis，2015，74(3)：e18.

[30]Poonpet T，Honsawek S.Adipokines：Biomarkers for osteoarthritis?[J].World J Orthop，2014，5(3)：319-327.

[31]Sin A，Tang W，Wen CY，etal.The emerging role of endothelin-1 in the pathogenesis of subchondral bone disturbance and osteoarthritis[J].Osteoarthritis Cartilage，2015，23(4)：516-524.

[32]Ritter SY，Collins J，Krastins B，etal.Mass spectrometry assays of plasma biomarkers to predict radiographic progression of knee osteoarthritis[J].Arthritis Res Ther，2014，16(5)：456.

[33]Li W，Du C，Wang H，etal.Increased serum ADAMTS-4 in knee osteoarthritis：a potential indicator for the diagnosis of osteoarthritis in early stages[J].Genet Mol Res，2014，13(4)：9642-9649.

[34]Chu H，Xu ZM，Yu H，etal.Association between hypoxia-inducible factor-1a levels in serum and synovial fluid with the radiographic severity of knee osteoarthritis[J].Genet Mol Res，2014，13(4)：10529-10536.

[35]Saetan N，Honsawek S，Tanavalee A，etal.Relationship of plasma and synovial fluid vascular endothelial growth factor with radiographic severity in primary knee osteoarthritis[J].Int Orthop，2014，38(5)：1099-1104.

[36]Bauer DC，Hunter DJ，Abramson SB，etal.Classification of osteoarthritis biomarkers：a proposed approach[J].Osteoarthritis Cartilage，2006，14(8)：723-727.

[37]Kraus VB，Burnett B，Coindreau J，etal.Application of biomarkers in the development of drugs intended for the treatment of osteoarthritis[J].Osteoarthritis Cartilage，2011，19(5)：515-542.

[38]Lohmander LS，Atley LM，Pietka TA，etal.The release of crosslinked peptides from type Ⅱ collagen into human synovial fluid is increased soon after joint injury and in osteoarthritis[J].Arthritis Rheum，2003，48(11)：3130-3139.

[39]Dragomir AD，Kraus VB，Renner JB，etal.Serum cartilage oligomeric matrix protein and clinical signs and symptoms of potential pre-radiographic hip and knee pathology[J].Osteoarthritis Cartilage，2002，10(9)：687-691.

[40]Cibere J，Zhang H，Thorne A，etal.Association of clinical findings with pre-radiographic and radiographic knee osteoarthritis in a population‐based study[J].Arthritis Care Res，2010，62(12)：1691-1698.

[41]Clark AG，Jordan JM，Vilim V，etal.Serum cartilage oligomeric matrix protein reflects osteoarthritis presence and severity：the Johnston County Osteoarthritis Project

[J].Arthritis Rheum，1999，42(11)：2356-2364.

[42]Kraus VB，Kepler TB，Thomas S，etal.First qualification study of serum biomarkers as indicators of total body burden of osteoarthritis[J].PLoS One，2010，5(3)：e9739.

[43]Conrozier T，Poole AR，F(xiàn)errand F，etal.Serum concentrations of type Ⅱ collagen biomarkers(C2C，C1，2C and CPII) suggest different pathophysiologies in patients with hip osteoarthritis[J].Clin Exp Rheumatol，2008，26(3)：430-435.

[44]Eckstein F，Le Graverand MP，Charles HC，etal.Clinical，radiographic，molecular and MRI-based predictors of cartilage loss in knee osteoarthritis[J].Ann Rheum Dis，2011，70(7)：1223-1230.

[45]Garnero P，Conrozier T，Christgau S，etal.Urinary type Ⅱ collagen C-telopeptide levels are increased in patients with rapidly destructive hip osteoarthritis[J].Ann Rheum Dis，2003，62(10)：939-943.

[46]Reijman M，Hazes JM，Bierma-Zeinstra SM，etal.A new marker for osteoarthritis：cross-sectional and longitudinal approach[J].Arthritis Rheum，2004，50(8)：2471-2478.

[47]Mazières B，Garnero P，Guéguen A，etal.Molecular markers of cartilage breakdown and synovitis at baseline as predictors of structural progression of hip osteoarthritis.The ECHODIAH cohort[J].Ann Rheum Dis，2006，65(3)：354-359.

[48]Raynauld JP，Martel-Pelletier J，Berthiaume MJ，etal.Long term evaluation of disease progression through the quantitative magnetic resonance imaging of symptomatic knee osteoarthritis patients：correlation with clinical symptoms and radiographic changes[J].Arthritis Res Ther，2006，8(1)：R21.

[49]Vilím V，Olejárová M，Machácek S，etal.Serum levels of cartilage oligomeric matrix protein(COMP) correlate with radiographic progression of knee osteoarthritis[J].Osteoarthritis Cartilage，2002，10(9)：707-713.

[50]Hunter DJ，Li J，LaValley M，etal.Cartilage markers and their association with cartilage loss on magnetic resonance imaging in knee osteoarthritis：the Boston Osteoarthritis Knee Study[J].Arthritis Res Ther，2007，9(5)：R108.

[51]Bruyere O，Collette JH，Ethgen O，etal.Biochemical markers of bone and cartilage remodeling in prediction of longterm progression of knee osteoarthritis[J]. J Rheumatol，2003，30(5)：1043-1050.

[52]Sowers MF，Karvonen-Gutierrez CA，Yosef M，etal.Longitudinal changes of serum COMP and urinary CTX-Ⅱ predict X-ray defined knee osteoarthritis severity and stiffness in women[J].Osteoarthritis Cartilage，2009，17(12)：1609-1614.

[53]Stannus OP，Jones G，Blizzard L，etal.Associations between serum levels of inflammatory markers and change in knee pain over 5 years in older adults：a prospective cohort study[J].Ann Rheum Dis，2013，72(4)：535-540.

[54]Karsdal MA，Henriksen K，Leeming DJ，etal.Biochemical markers and the FDA Critical Path：how biomarkers may contribute to the understanding of pathophysiology and provide unique and necessary tools for drug development[J].Biomarkers，2009，14(3)：181-202.

[55]Rousseau JC，Delmas PD.Biological markers in osteoarthritis[J].Nat Clin Pract Rheumatol，2007，3(6)：346-356.

1008-5572(2015)10-0907-07

北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部醫(yī)學(xué)交叉學(xué)科種子基金(BMU20140392)；*本文通訊作者：曹永平

R684.3

A

2015-06-23

周星彤(1991- )，男，醫(yī)師，北京大學(xué)第一醫(yī)院骨科，100034。