综述：基于实验室检测的骨质疏松性骨折风险预测、辅助诊断及术后随访生物标志物

这篇综述聚焦骨质疏松性骨折（OF），全面总结了近十年相关研究。涵盖骨形成、骨吸收、激素等多种生物标志物，探讨其在 OF 风险预测、辅助诊断和术后随访中的作用，为临床应用及后续研究提供重要参考。

　　### 骨质疏松症（OP）概述
骨质疏松症（OP）是一种多因素疾病，其特征为骨微结构退化、骨量减少以及脆性骨折（即骨质疏松性骨折，OF）风险增加。在特定的衰老和病理条件下，OP 会慢性发展。例如，约半数 50 岁以上的绝经后女性会患 OP（称为绝经后骨质疏松症，PMOP），这主要归因于性激素（如雌激素）的缺失。此外，类风湿关节炎（RA）患者（38.6% - 49.4%）和中老年 2 型糖尿病（T2DM）患者（35.7%）中，OP 也较为普遍。急性状况如脊髓损伤后，快速且严重的骨丢失也可能引发 OP。由于 OP 早期通常无症状，往往在首次发生 OF 后才被诊断出来。据估计，全球每年 OP 导致超过 890 万例骨折，OF 多发生在椎骨和髋部，其次是手腕和肩部。随着人口老龄化，OF 的数量不断增加，50 岁女性中约 29.0% 至少发生过一次骨折，75 岁女性这一比例更是攀升至 50.2%。

在当前临床实践中，OP 的定义为：通过双能 X 线吸收法（DEXA）和定量计算机断层扫描测量，在腰椎、全髋和股骨颈这三个测量部位中至少一个部位的骨矿物质密度（BMD）T 评分≤ - 2.5，和 / 或发生至少一次脆性骨折。然而，使用 T 评分诊断 OP 存在一些技术局限性，包括不同身体部位测量结果的差异、因使用不同参考数据库导致的国家标准差异，更重要的是，难以区分有和没有 OF 的患者。研究表明，BMD 降低仅与 30 - 50% 的主要脆性骨折患者相关，且约半数 T 评分正常的绝经后女性也会发生骨折。因此，深入了解 BMD 与骨代谢标志物之间的关系，对于早期发现异常、预防骨量进一步丢失和后续骨折至关重要，这有助于延长患者寿命并提高生活质量（QoL）。

研究方法

本综述通过 PubMed 和 Web of Science 核心合集对已发表的文章进行数据库检索，并通过 Google Scholar 进行灰色文献检索（检索时间为 2024 年 6 月 12 日）。在 PubMed 中，检索策略为 “(osteoporotic fracture) AND (biomarker)”，过去十年共检索到 458 篇人类研究的英文文章。在 Web of Science 中，以 “osteoporotic fracture” 和 “biomarker” 为关键词检索近十年的英文出版物，共获得 141 个结果。利用 Google Scholar 搜索引擎平台进行灰色文献检索，以识别数据库检索未涵盖的相关研究。随后，由两名独立作者评估这些文章的标题和摘要，对相关文章进行进一步详细审查。若出现分歧，则由通讯作者进行评估。从检索和筛选的文章中提取相关信息，排除综述、系统评价和 / 或荟萃分析、病例报告、病例系列、评论、社论、会议论文、指南、共识、信件、方案、观点、撤回文章、非人类研究、非成人研究和不相关主题的文章。最终，共有 37 项研究符合最终评估标准。

风险预测生物标志物

由于 OF 的高患病率和不良预后，迫切需要预测其发展的风险评估工具。目前，OF 的风险主要通过腰椎和 / 或股骨髋部的 DEXA 测量进行评估，也可结合骨折风险评估工具（FRAX?）和其他算法，这些算法整合个人和家族临床数据以及生活方式来计算骨折概率。骨稳态和骨量维持（即骨重塑）依赖于成骨细胞介导的骨形成和破骨细胞介导的骨吸收之间的耦合效应。当这种高度调节的平衡被打破时，就会发生 OP。因此，除了 BMD 测量外，反映整体骨代谢转换率的骨转换标志物（BTMs）也常用于 OP 的诊断以及监测接受 OP 治疗患者的骨反应性。BTMs 分为骨形成标志物和骨吸收标志物两类。然而，BTMs 存在缺乏对 OP 的特异性、昼夜变化以及随时间衰减等局限性，这使其无法作为诊断标志物。此外，单独使用 BTMs 似乎无法预测骨折风险，尤其是在 80 岁以上人群中。在这种情况下，其他类型的生物标志物，包括激素生物标志物、炎症和氧化应激指标、脂肪细胞因子、衰老生物标志物、长链非编码 RNA（lncRNAs）和微小 RNA（miRs），在 OF 风险预测的临床研究中受到越来越多的关注。

1. 骨形成标志物
   • 总 I 型前胶原 N - 端前肽（PINP）是 I 型胶原蛋白合成过程中的产物，可反映成骨细胞的活性和骨生成速度。骨钙素（BGP）反映新形成的成骨细胞的活性。一项研究将 PINP、BGP 与 I 型胶原 β - C 端肽（Cβ -CTX）、甲状旁腺激素（PTH）和胰岛素样生长因子 - 1（IGF - 1）联合检测，结果显示，与单一指标相比，该联合检测对老年人 OF 风险的预测价值显著提高，预测敏感性和特异性分别达到 91.7% 和 90.5%。但在一项针对老年女性（入组时 75 岁，随访长达 15 年）的队列研究中，PINP 与骨折风险的关联并不稳定，这表明 PINP 可能更适用于年轻患者。
   • 细胞外基质蛋白 1（ECM1）是一种约 61kDa 的蛋白质，参与软骨内骨形成和血管生成的调节。通过数据非依赖性采集质谱（MS）进行蛋白质组学分析，并使用基于 ELISA 的检测方法进行验证，发现 ECM1 是 OF 风险患者血清中升高最显著的标志物，这表明 ECM1 可能有助于基于 T 评分的早期检测，识别需要治疗干预的患者。
   • 在正常情况下，成骨细胞表达的 Dickkopf - 1（DKK - 1）和成熟骨细胞及关节软骨细胞表达的糖蛋白硬化蛋白（SOST）上调会抑制 Wnt/β - catenin 通路，从而减少骨形成。在 RA 和继发性 OP 患者中，观察到 DKK - 1 和 SOST 水平降低。更重要的是，血清 SOST 水平较高与较高的 FRAX 评分相关，这意味着主要 OF 和髋部骨折的 10 年估计风险较低，可能是机体对骨量丢失的一种适应性反馈反应。
   
   
2. 骨吸收标志物
   • 国际骨质疏松基金会推荐 CTX 作为最具前景的 BTMs 之一。β -CTX 是细胞外基质中胶原纤维的重要降解产物，在骨重建过程中释放到血液中，其水平升高反映骨吸收增强和骨量丢失。一项针对中国 PMOP 女性的队列研究表明，血清 CTX 水平较高是首次骨折的危险因素。尤其在老年 PMOP 首次骨折女性中，血清 CTX（> 605pg/mL）和骨钙素（一种骨形成标志物）水平均与 BMD 呈负相关。虽然在 75 - 85 岁的大多数时间范围内，高 CTX 水平与主要 OF 风险增加相关，但与椎体或髋部骨折的相关性并不一致，这表明 CTX 可能更适合作为高龄女性的生物标志物。
   • 抗酒石酸酸性磷酸酶 5b（TRAcP5b，破骨细胞活性指标）和尿骨钙素水平在预测三年内的任何骨折方面表现良好，但在 75 岁以后，这种相关性消失，这表明这些标志物与衰老女性的短期骨折风险增加相关，但与长期风险无关。
   • 核因子 - κB 受体激活剂配体（RANKL）是由成骨细胞、基质细胞和 T 淋巴细胞表达的可溶性 II 型膜蛋白，而骨保护素（OPG）是由成骨细胞分泌的可溶性蛋白，作为 RANKL 的诱饵受体。在骨吸收过程中，RANKL 分泌到细胞外介质中，与未成熟破骨细胞上的天然受体 RANK 结合，激活破骨细胞。然而，RANKL 与 RANK 的结合可被 OPG 竞争性抑制，从而抑制破骨细胞的成熟和激活。在 RA 和继发性 OP 患者中，观察到 RANKL 水平和 RANKL/OPG 比值升高，且与主要 OF 的 10 年估计风险增加相关。
   
   
3. 激素生物标志物
   • 瘦素（leptin）刺激基质细胞向成骨细胞分化，上调成骨细胞增殖，并抑制破骨细胞生成。一项对日本绝经后队列（n = 1167）进行的 25 年流行病学调查显示，瘦素水平降低和脂联素水平升高是不同骨部位 OF 的显著独立危险因素。
   • 性激素标志物也被用于预测 OF 风险。例如，与无骨折的围绝经期女性相比，患有中重度椎体骨折的女性血清抗苗勒管激素（AMH）水平较低。当 AMH 截断值为 1.12ng/mL 时，预测椎体骨折的敏感性和特异性分别为 85% 和 60%，这表明 AMH 可能是围绝经期人群中与月经周期无关的骨丢失生物标志物。
   
   
4. 炎症和氧化应激指标
   • 分析英国生物银行中超过 50 万普通人群的大型数据集发现，全身炎症标志物，包括中性粒细胞与淋巴细胞比值（NLR）、血小板与淋巴细胞比值（PLR）和全身免疫炎症指数（SII），可能适用于预测 OP 和 OF 的风险。血清 SII 水平能够区分 PMOP 患者的 OF 风险。白细胞介素 - 6（IL - 6）是炎症过程中常被研究的细胞因子，在高加索女性中，血清 IL - 6 处于最高四分位数与髋部骨折风险显著增加相关。有趣的是，在低 BMD 的绝经后女性中，将血清 IL - 6 和瘦素加入联合检测可提高 OF 风险的预测准确性。
   • 端粒是染色体末端的 DNA - 蛋白质结构，可保护基因组免受损伤。白细胞端粒长度（LTL）较短与男性性别、年龄较大等非传染性疾病风险因素相关。早期研究表明，在中国老年女性中，LTL 与 OP 风险存在性别特异性关联，但在男性中未观察到这种关联。近期研究发现，较长的 LTL 与两性的膝关节置换术风险降低相关，在男性中还与髋关节置换术风险降低相关，且与女性的任何骨折风险降低存在弱关联。
   • FlOP_360 和 FlOP_400 是两种氧化应激的全局生物标志物。与 50 岁以上无骨折的匹配对照组相比，OF 患者中这两种标志物水平升高，且与骨折风险增加相关。此外，γ - 谷氨酰转移酶（GGT）活性增加与氧化应激相关，GGT 通过激活细胞外信号调节激酶（ERK）和 ERK 依赖的 NF - κB 信号通路抑制成骨细胞分化。多项大规模人群队列研究证实，GGT 水平与主要 OF 和髋部骨折风险之间存在显著相关性，这表明维持稳定的 GGT 水平可能有助于降低 OF 风险。
   
   
5. 微小 RNA（miRs）
   • miRs 是内源性单链核苷酸非编码小 RNA，通过与 mRNA 结合在转录后水平抑制靶基因表达，导致 mRNA 转录本的翻译抑制或完全降解。miRs 在调节一系列对骨稳态至关重要的生物学事件中发挥重要作用，其参与骨重塑，与成骨细胞、破骨细胞的分化、增殖和功能以及成骨细胞 - 破骨细胞通讯相关。异常的 miR 表达和 / 或活性与多种骨疾病（如 OP 和 OF）的发生发展有关。最近开发的基于定量 PCR 测量疾病相关人类 miRs 的新型工具中，OsteomiR? 评分在对 65 岁以上比利时人群的一项初步研究中进行了测试，结果显示，与 FRAX? 相比，它对脆性骨折的短期风险具有更好的预测价值。
   • 与无椎体骨折的 PMOP 患者相比，有椎体骨折的患者中 miR - 491 - 5p 和 miR - 485 - 3p 表达下调。在某些情况下，联合使用这些生物标志物可显著提高预测价值。例如，miR - 19b - 1 - 5p 表达较低与糖尿病脆性骨折风险降低显著相关，miR - 203a 和 miR - 31 - 5p 表达较低与骨折风险增加显著相关。更重要的是，将这三种 miRs 与股骨颈面积 BMD（aBMD）结合作为一个 4 特征标记，可显著提高 aBMD 对糖尿病患者骨折风险的预测价值。
   
   
6. 其他生物标志物
   • 晚期糖基化终末产物（AGEs），包括戊糖素、羧甲基赖氨酸、吡咯啉和交联线，可通过诱导慢性炎症和影响 I 型胶原蛋白的结构和功能，改变成骨细胞和破骨细胞的功能。皮肤自发荧光（SAF）是一种测量皮肤 AGEs 的非侵入性方法。研究发现，在 T2DM 患者或非 T2DM 患者中，SAF - AGE 与主要 OF 呈正相关。
   • 由于胶原蛋白三螺旋中每三个残基就有一个甘氨酸残基，因此研究甘氨酸的代谢可反映骨疾病中的骨代谢情况。一项对男性进行的长达 5 年的基于人群的研究表明，血清和尿中甘氨酸水平与股骨颈（FN） - BMD 呈间接相关，与老年男性的 OF 风险呈直接相关。不过，还需要更多大规模临床研究来验证甘氨酸水平升高是否可作为未来骨折风险的临床生物标志物。
   
   

辅助诊断生物标志物

OF 的病因复杂，近年来发病率不断上升。目前临床骨科对 OF 的研究主要集中在如何在缓解患者疼痛的同时最大程度恢复其功能，但患者的预后往往不理想，部分原因是缺乏具有良好诊断性能的生物诊断工具来区分 OP、OF 和健康个体。通常通过血清中这些生物标志物水平的受试者工作特征（ROC）曲线来评估诊断准确性，同时给出敏感性和特异性值，分别代表真阳性和真阴性结果的比例。

1. 骨转换标志物（BTMs）
   • BTMs 也被研究用于 OF 辅助诊断的潜力。例如，与无骨质疏松性椎体骨折（OVF）的 PMOP 患者相比，有 OVF 的患者血浆中 PINP 和 β -CTX 水平升高。同时，与未发生骨折的 OP 患者相比，早期骨折的 OP 患者中 PINP、BGP 和 β -CTX 水平升高。此外，SOST 可作为骨折患者中 OP 的生物标志物，但不能直接用于 OF 的诊断。一项针对四肢骨折患者的研究表明，OP 患者的 SOST 水平明显低于非骨质疏松患者。
   
   
2. 激素生物标志物
   • 甲状旁腺激素（PTH）的分泌受血清钙（Ca2+）浓度调节，血清Ca2+浓度降低会刺激 PTH 分泌，过度分泌可能导致甲状旁腺功能亢进和继发性 OP。胰岛素样生长因子 - 1（IGF - 1）与 BMD 密切相关，IGF - 1 水平降低会导致成骨细胞减少，进而影响骨形成，增加 OP 风险。与未发生骨折的 OP 患者相比，早期骨折的 OP 患者中 PTH 水平上调，IGF - 1 水平下调。
   
   
3. 脂肪细胞因子
   • 脂肪细胞因子鸢尾素（irisin）可诱导成骨细胞分化。多项针对绝经后女性和 RA 女性的研究表明，血清 irisin 水平与 OF 之间存在负相关，且这种相关性独立于 BMD、身体成分、日常体育活动或药物治疗。
   • 网膜素 - 1（Omentin - 1）是一种新发现的脂肪细胞因子，通过抑制促炎细胞因子如 TNF - α 和 IL - 8 来调节成骨细胞分化和破骨细胞形成。OF 组患者血清 Omentin - 1 水平显著下降，这表明其有可能作为 OF 诊断和评估的生物标志物。
   
   
4. 微小 RNA（miRs）
   • miR - 21 参与破骨细胞的存活和分化以及成骨细胞 - 破骨细胞耦合。在研究至少经历过一次低创伤性脆性骨折的患者队列时发现，循环 miR - 21 水平与脆性骨折风险评估工具 FRAX 评分密切相关。然而，另一项研究表明，miR - 21 - 5p 水平与股骨骨折、椎体骨折或总骨折均无显著关联，而循环 miR - 320a - 3p 水平与 OF 特异性相关，这与先前的研究结果一致。miR - 320a - 3p 过表达会增加氧化应激水平，降低成骨分化、成骨细胞活性和矿化能力。循环 miR - 502 - 3p 和 miR - 4739 水平被认为是 OP 和 OF 的潜在诊断生物标志物。在绝经后女性中，血浆 miR - 4739 水平预测 OVF 的敏感性为 71.43%，特异性为 95.71%。
   • miRs 还有助于骨病理的鉴别诊断。例如，miR - 497 可作为骨关节炎（OA）和 OF 的有效鉴别指标。在一项小样本研究中，miR - 19b 可区分 OP、OF 与健康对照，因为与健康对照相比，患有椎体压缩骨折的 OP 患者中 miR - 19b 水平显著降低，这可能是由于其通过调节 PTEN/pAKT/Runx2 通路促进成骨细胞生成。最近一项较大样本量的临床研究发现，与健康对照相比，OP 患者以及与无椎体压缩骨折的 OP 患者相比，OVF 患者循环 miR - 107 水平显著下调。在细胞和去卵巢小鼠中进一步验证发现，miR - 107 过表达可促进体外和体内的成骨和矿化，因此，miR - 107 被提议作为临床中 OVF 患者的诊断生物标志物。
   
   

术后随访生物标志物

目前，OF 的手术治疗效果<