骨转换生化标志物的研究进展
来源：中国骨质疏松杂志
引用本文：
田琳琳,冯正平.骨转换生化标志物的研究进展[J].中国骨质疏松杂志2022,28(05):755-759.
摘要
骨转换生化标志物是反映骨骼细胞活性与骨基质代谢水平的生化产物，是在骨骼重建过程中释放于血液或尿液中的生化标志物，包括骨形成生化标志物、骨吸收生化标志物和骨转换调节剂，能较骨密度更早反映全身骨组织的动态变化。其具有敏感性好、特异度高、重复性好、非侵入性、经济适用等特点，是成为代谢性骨病的鉴别诊断、评估疗效、预测骨折风险的重要指标。目前，BALP、P1NP、CTX等指标已广泛应用于临床，一些新的标志物如CXC、GSN、ANXA2等在国外已经有一定研究，但国内临床相关研究较少，其能否作为有效指标反映全身骨组织的动态变化仍需进一步研究，笔者对一些新的骨转换生化标志物研究进展作一简单综述。
关键词：骨质疏松；骨转换标志物；骨吸收；骨形成
骨质疏松症是一种以骨量减少和骨组织微结构受到破坏导致骨骼脆性增加，骨折风险增加的慢性疾病。骨质疏松和低骨量在老年人中越来越普遍，相对于骨密度检查的不便及检测延迟，骨转换生化标志物可更早反映骨转换的动态。骨转换标志物分为骨形成生化标志物和骨吸收生化标志物，骨形成生化标志物包括骨特异性碱性磷酸酶(BALP)、Ⅰ型前胶原氨基端前肽(P1NP)、Ⅰ型前胶原羧基端前肽(P1CP)、骨形态发生蛋白(BMPs)、骨保护素(OPG)等；骨吸收生化标志物包括Ⅰ型胶原氨基末端肽(NTX)、Ⅰ型胶原羧基末端肽(CTX)、酒石酸酸性磷酸酶5b(TＲACP-5b)、吡啶啉(PYD)、脱氧吡啶啉(DPD)等。目前骨转换生化标志物已广泛应用于临床，新的骨转换生化标志物也在不断被发现，本文就国内外一些新的骨转换生化标志物研究进展作一综述。
骨钙素
骨钙素(osteocalcin，OC)又被称为骨γ-羧基谷氨酸包含蛋白(bone gamma-carboxyglutamic-acidcontaining proteins，BGLAP)，是BGLAP编码的由非增殖期的成骨细胞特异合成并分泌的骨组织中含量最丰富的维生素K依赖的非胶原蛋白，参与骨基质的
合成、维持骨矿化。成骨细胞分泌的骨钙素含有3种γ-羧基谷氨酸残基，它们与骨羟基磷灰石基质具有高亲和力。当骨吸收时，由于破骨细胞吸收腔隙内的pH值降低，骨钙素上的羧基被清除，降低了其对骨骼的亲和力，羧化不全的骨钙素被释放到循环中，所以测定血清中的骨钙素水平既能反映成骨细胞活性，又能反映骨转换的程度。
Karnty小组最早通过敲除Bglap和Bglap2基因产生骨钙素缺乏(Ocn－/－)小鼠，发现Ocn－/－小鼠表现出骨小梁和皮质骨的体积均增加，但其成骨细胞未增加、破骨细胞的数量增加；表明骨钙素抑制成骨细胞功能和破骨细胞的生成，是骨形成的负性调节因子。对纯B6基因背景下的骨钙素缺失(OC－/－)小鼠研究发现，与野生型小鼠相比，OC－/－小鼠骨小梁体积、骨小梁体积/总体积、连接密度和数量均显著增加。OC－/－小鼠骨矿物中酸性磷酸盐含量增加、血清P1NP浓度升高，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浓度无显著差异，表明其不影响骨吸收。最近有研究通过Neo基因替换Bglap和Bglap2基因生成骨钙素缺乏(Ocn－/－)小鼠，发现野生型和Ocn－/－小鼠股骨小梁的骨体积、厚度和数量无显著差异，同时股骨松质骨中的成骨细胞、破骨细胞、骨细胞和骨形成的参数是无显著差异的，表明骨钙素缺乏并不影响骨量、骨密度、骨形成或骨吸
收。分析两组小鼠的骨骼微结构发现，在野生型小鼠中羟基磷灰石晶体的c轴方向与胶原纤维的排列方向是平行的，而Ocn－/－小鼠中胶原纤维排列正常，但羟基磷灰石晶体c轴平行于骨纵轴的取向程度减弱，导致骨矿化紊乱，骨强度降低，表示骨钙素通过调整平行于胶原纤维的羟基磷灰石晶体c轴方向，影响骨骼矿化而影响骨质量和强度而不是数量。
对绝经后女性相关研究发现，血清骨钙素水平与腰椎和髋关节骨密度呈显著负相关。印度的研究发现，绝经后女性骨钙素水平显著升高；相较于骨密度正常的妇女，低骨量及骨质疏松妇女的血清骨钙素水平也是显著升高的。对绝经后使用激素替代治疗的妇女随访血清骨钙素水平，发现3个月内血清骨钙素水平较基线发生显著变化。在2型糖尿病患者中发现，在男性和女性患者中，骨钙素水平升高与全腰椎、股骨以及髋关节骨密度下降均存在显著相关性。
血清骨钙素能直接反映成骨细胞活性，其水平与骨密度呈负相关，且血清骨钙素水平变化可作为评估骨质疏松治疗的早期疗效评价指标。
CXC趋化因子配体12
CXC趋化因子配体12(C-X-C chemokine ligand12，CXCL12)属于CXC趋化因子家族，也被称为基质细胞衍生因子-1(stromal cell-derived D factor-1，SDF-1)，是一种由骨髓细胞中的基质细胞分泌的小信号蛋白，在成骨细胞系细胞、血管周围网状细胞等均有表达，与CXC趋化因子受体4(CXCR4)结合形成SDF-1/CXCR4轴，为细胞存活创造微环境。CXCL12影响间充质干细胞的迁移、生长、存活和分化，祖细胞通过CXCL12被募集到骨髓的壁龛形成成骨细胞和破骨细胞的前体细胞。其促进破骨细胞前体细胞的趋化募集，募集后RANKL促进破骨细胞前体细胞成熟为破骨细胞。同时CXCL12还通过调控基质金属蛋白酶间接影响破骨细胞前体从循环向骨髓的迁移。
在动物实验中发现CXCL12缺失小鼠股骨干中成骨细胞和破骨细胞特异性mRNA表达增加，加快了骨重建速度，但骨吸收和骨形成之间的平衡没有改变。研究同时发现CXCL12通过抑制成骨细胞的生成和成骨细胞系细胞提供的破骨细胞支持来抑制骨转换率。Pang等发现，绝经后骨质疏松患者成骨细胞中CXCL12的mRNA和蛋白表达明显低于对照组，而破骨细胞中CXCL12的mRNA和蛋白水平明显升高，提示绝经后骨质疏松发生的机制可能是通过调控CXCL12基因表达抑制成骨细胞增殖和破骨细胞凋亡。Carbone等对老年性骨质疏松患者的研究发现，CXCL12血浆浓度与髋关节骨密度呈负相关，但与髋部骨折发生率
无显著相关性。表明在老年人中，血浆中CXCL12水平的升高与骨质疏松症的发生相关，但不能作为预测骨折风险的指标。Yang等研究发现绝经后骨质疏松患者腰椎骨折组血浆CXCL12水平显著高于非骨折组，血浆CXCL12浓度与Genant半定量分级呈正相关。与绝经后非骨质疏松患者及对照组相比，绝经后骨质疏松患者股骨颈、全髋关节及腰椎的骨密度显著降低，且血浆CXCL12水平与股骨颈、全髋和腰椎骨密度呈显著负相关。血浆CXCL12水平升高也与视觉模拟评分(VAS)和Oswestry残疾指数评分(ODI)的严重程度相关。此外，CXCL12水平的升高也与炎症标志物TNF-α和骨吸收因子CTX-1呈正相关。这些研究发现血浆CXCL12水平与骨密度改变呈显著的相关性，且其升高的水平可反映骨质疏松的严重程度，可作为反映骨吸收的标志物。
凝溶胶蛋白
凝溶胶蛋白(Gelsolin，GSN)是钙依赖性的凝溶胶蛋白超家族的成员，通过切断、封端肌动蛋白丝，或使肌动蛋白聚集成核等方式来控制肌动蛋白的结构，作为肌动蛋白结合蛋白，参与破骨细胞胞足体的组装和移动过程，GSN缺陷可阻碍破骨细胞胞足体的组装，使骨质量和骨强度增加。此外，GSN可能通过整合素的激活将破骨细胞与骨基质联系起来，从而最终激活破骨细胞，促进骨吸收。
但是在不同的研究中，GSN与骨密度之间的联系并不是单一的。墨西哥的一项研究发现在绝经后女性低骨量和骨质疏松患者中血清GSN水平降低但组间差异无统计学意义。外周血单核细胞(PBMs)作为破骨细胞的前体，产生对破骨细胞发育重要的细胞因子，在骨代谢中发挥重要作用。一项对极高值及极低值骨密度高加索男性的PBMs的细胞质蛋白组学分析发现，极低骨密度患者GSN表达显著升高。同样一项对6 000多例样本采取极端采样法选取极高及极低骨密度样本进行研究发现，血浆GSN水平在男性极高和极低骨密度人群中无显著差异，但是在绝经后女性中GSN水平在极低骨密度组显著升高，与髋关节骨密度呈负相关。两项对绝经后女性中GSN与骨密度的相关性研究发现，较绝经前女性，绝经后女性GSN水平显著升高；较正常骨密度组比较，低骨量或骨质疏松组中血浆GSN水平显著升高，血浆GSN与绝经后女性髋部骨密度之间呈现负相关性，且GSN是股骨颈、腰椎骨密度的独立影响因素。目前研究表明血浆GSN或可作为诊断骨质疏松的骨吸收生化标志物，但仍需对其进行更深入和广泛的研究。
膜联蛋白A2
膜联蛋白A2(Annexin A2，ANXA2)是一种表达在外周血单核细胞表面的钙依赖性的磷脂结
合蛋白，能刺激单核细胞跨内皮细胞的迁移和破骨细胞的形成。然而，ANXA2在骨重塑中的作用并不局限于破骨形成，通过对ANXA2缺失的MC3T3-E1小鼠成骨前体细胞的功能实验表明，ANXA2能够促成骨前体细胞的增殖和分化，从而影响骨形成。
