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指南发布
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骨转换生化标志物临床应用指南
中图分类号：R文献标志码：A
中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病分会
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中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志
年7月第14卷第4期第-页
01
摘要/Abstract
骨转换对于修复骨骼疲劳损伤和维持机体矿物质平衡至关重要，骨转换失衡是多种骨骼疾病的关键病理生理机制。骨转换生化标志物(boneturnovermakers,BTMs)是骨转换过程中产生的代谢产物或酶类，本指南介绍BTMs的测量方法、正常值，及其在多种骨骼疾病的诊断与鉴别诊断、骨折风险预测、药物疗效评价等方面的应用。
02
关键词/Keywords
骨转换；骨转换生化标志物；骨质疏松症
03
正文
骨组织不断地进行骨塑建（Bonemodeling）和骨重建（Boneremodeling），以维持骨骼生长和结构完整，这种破骨细胞（osteoclasts）不断吸收旧骨和成骨细胞（osteoblasts）不断形成新骨的自我更新过程，称为骨转换（boneturnover）。骨转换对于修复骨骼疲劳损伤和维持机体矿物质平衡至关重要。骨转换生化标志物或骨转换标志物（boneturnovermarkers，BTMs）是骨转换过程中产生的代谢产物或酶类，分为骨形成指标和骨吸收指标，前者反映成骨细胞活性及骨形成状态，后者代表破骨细胞活性及骨吸收水平。在骨吸收时，破骨细胞在骨骼不同部位去除少量骨质，形成吸收陷窝，骨吸收过程可持续3~6周。骨形成阶段，成骨细胞到达骨吸收陷窝，分泌富含胶原蛋白成分的类骨质以填充陷窝，随后类骨质矿化，完成骨形成，整个骨形成过程可持续4~5个月［1］。破骨细胞或成骨细胞活动时分泌的部分物质，会释放到骨微环境并进入血液循环，部分从尿液排出，这些物质的多少能反映破骨细胞或成骨细胞的活性，即骨吸收或骨形成水平，分别称为骨吸收指标或骨形成指标。骨吸收与骨形成呈时空偶联过程，受内分泌激素、机械应力和药物等因素的精密调控，骨转换失衡是多种骨骼疾病的关键病理生理机制。
检测BTMs浓度对于多种骨骼疾病的诊断与鉴别诊断、骨折风险预测、药物疗效评价等具有重要价值［2-4］，中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病分会在年颁布了《骨代谢生化标志物临床应用指南》［5］。近年来，随着骨质疏松症和代谢性骨病的研究进展，特别是国内外BTMs的循证医学证据不断涌现［6-10］，BTMs的临床应用日趋广泛。为此，中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病分会组织专家对年版指南进行修订，以期进一步规范和完善BTMs在我国的临床应用。
骨转换生化标志物的种类、测量方法及影响因素
BTMs反映骨形成和骨吸收水平及其活跃程度［11-13］，分为骨形成标志物和骨吸收标志物。骨形成标志物主要有总碱性磷酸酶（alkalinepho-sphatase，ALP）、骨特异性碱性磷酸酶（bone-specificalkalinephosphatase，b-ALP）、1型原胶原氨基端前肽（procollagentype1N-terminalprope-ptide，P1NP）、1型原胶原羧基端前肽（procollagentype1C-terminalpropeptide，P1CP）和骨钙素（osteocalcin，OC）。骨吸收标志物主要包括羟脯氨酸（hydroxyproline，HYP）、吡啶啉（pyridinolin，Pyr）、脱氧吡啶啉（deoxypyridinoline，DPD）、1型胶原交联羧基端肽（carboxy-terminalcross-linkedtelopeptideoftype1collagen，CTX）、1型胶原交联氨基端肽（amino-terminalcross-linkedtelopeptideoftype1collagen，NTX）、抗酒石酸酸性磷酸酶5b（tartrate-resistantacidphosphatase5b，TRAP5b）等（表1）。
BTMs:骨转换生化标志物
此外，尚有多种重要细胞因子通过调控成骨或破骨细胞活性，参与调节骨转换，如骨保护素（osteoprotegerin,OPG）、核因子κB受体活化因子配体（receptoractivatorfornuclearfactor-κBligand，RANKL），即RANK配体、硬骨抑素（sclerostin）、白介素（interleukin）等，这些细胞因子均可视作骨转换调节因子［14］，而非经典的骨转换生化标志物，不在本指南讨论之列。
骨形成标志物
总ALP和b-ALP：ALP是一种广泛存在的膜结合糖蛋白，人ALP有6种同工酶，主要来自肝脏、骨骼、肾脏、胎盘、生殖细胞、小肠等［15］。成人血液中总ALP约50%来源于肝脏，50%来源于骨骼。总ALP可能因肝脏、胆囊、胰腺等疾病而升高，这些疾病导致ALP不能特异性反映骨形成，但ALP作为常规生化检查，检测方便、价廉，仍为临床广泛使用。b-ALP由活跃的成骨细胞产生，在骨组织局部发挥催化水解磷酸单酯的作用，因此，b-ALP为特异性更好的骨形成标志物。需注意的是，b-ALP与肝脏来源的ALP结构相似，采用目前检测方法，两者约有15%~20%的交叉反应，所以，如果肝脏产生ALP过多，可能会引起b-ALP假性升高［1］。
OC：OC又称为骨γ-羧谷氨酸蛋白，是骨组织中含量最丰富的非胶原蛋白，主要由成骨细胞、成牙本质细胞和软骨细胞合成。成骨细胞分泌的OC在调节骨骼矿化、钙平衡和糖脂代谢中发挥重要作用［16］。OC由成骨细胞产生类骨质时释放到细胞外基质，其中一小部分进入血液循环。OC主要反映成骨活性，且比b-ALP更敏感。OC分为羧基化和未羧基化OC，前者以维生素K为辅因子，主要负责调控骨基质生成，后者主要调控糖脂代谢。由于OC半衰期短，在循环中可检测到OC全段或多种裂解片段，其中氨基端片段（N-MidOC）更稳定，检测重复性较好［17］。
P1NP和P1CP：骨有机质中90%以上为1型胶原，是由1型原胶原在蛋白酶作用下剪切掉氨基端前肽（P1NP）和羧基端前肽（P1CP）而形成，随后1型胶原被组装在类骨质中，钙、磷、镁等矿物质沉积于其中，形成羟基磷灰石，而P1NP和P1CP则作为代谢产物进入血液和尿液中［14］，能敏感地反映全身骨形成状态［18］。P1NP和P1CP均在肝脏代谢，由于P1NP反映骨形成的研究证据较P1CP丰富，P1NP是更佳的骨形成标志物［17］。
骨吸收标志物
HOP、Pry和DPD：骨组织中CTX或NTX通过吡啶啉或脱氧吡啶啉连接相邻两个1型原胶原分子。在胶原分子内部，羟脯氨酸通过氢键发挥稳定胶原纤维的作用。在骨吸收过程中，1型胶原降解，会释放出HOP、Pry和DPD，因此其是反映破骨细胞活性的骨吸收标志物。HOP主要在肝脏代谢，约10%的羟脯氨酸经尿液排出。由于HOP既来自骨吸收时1型胶原的降解，又来自皮肤、软骨等多种组织的分解代谢，因此HOP并非骨特异性标志物，临床上已较少使用［17］。Pry和DPD是稳定胶原之间链接的分子，骨吸收过程中，胶原分子链接被蛋白水解破坏，Pry和DPD释放入血，在尿液中可被检测到。绝大多数DPD存在于骨骼和牙本质，而Pry除骨骼外，还来源于韧带、软骨和血管等，因此，DPD较Pry能更特异地反映骨吸收水平［16］。
CTX或NTX：1型胶原分子间交联物能够稳定胶原结构，其羧基端片段CTX有α-CTX和β-CTX两种，β-CTX是α-CTX的异构体。在骨吸收过程中，CTX和NTX随着1型胶原分子的降解而释放入血，可经尿液排泄，故血液及尿液中的CTX和NTX浓度能够特异性反映骨吸收水平，由于β-CTX作为骨吸收标志物的研究更多，其为敏感而特异的骨吸收标志物［19］。
TRAP5b：TRAP5b是破骨细胞产生的酶类。骨吸收过程中，胶原降解产物被破骨细胞吞入，并与含有TRAP5b的细胞囊泡融合，被TRAP5b产生的氧化应激产物破坏，并和TRAP5b一起分泌到细胞外。TRAP5b主要在肝脏代谢，血清TRAP5b水平能较好地反映破骨细胞的骨吸收活性［14］。
BTMs的测量方法
目前BTMs可采用多种方法进行检测，包括全自动生化仪检测、免疫放射法检测、电化学发光法检测、酶联免疫吸附法检测（enzymelinkedimmunosorbentassay,ELISA）、高效液相色谱法检测等，检测BTMs的标本及方法详见表1。
虽然血液和尿液标本均可用于BTMs检测，但为减少个体内变异，建议尽量选择血液作为检测标本。通常血液标本用于检测ALP、b-ALP、P1NP、P1CP、OC和TRAP5b等。尿液标本可用于检测Pyr和DPD。尿液和血液标本均可用于检测β-CTX和NTX。用尿液标本检测BTMs时需用尿肌酐（creatinine，Cr）进行校正，以BTMs/Cr表示。
BTMs变化的影响因素
测量前影响因素：在进行BTMs结果解读时，须充分考虑多种因素的影响。测量前影响因素包括不可控因素和可控因素。不可控因素主要有年龄、性别、种族、疾病状态及近期骨折史等。可控因素包括昼夜节律、月经周期、季节、进食、运动及生活方式等。升高BTMs的因素包括绝经、骨折、制动、吸烟、药物（如芳香化酶抑制剂、抗惊厥药物、甲状旁腺素类似物等促骨形成药物）。妊娠期骨转换水平较妊娠前增加，尤以妊娠晚期与哺乳期升高更显著。冬季骨转换水平略高于其他季节。降低BTMs的因素包括高龄、酗酒、药物（如糖皮质激素、噻嗪类利尿剂、肝素、双膦酸盐及地舒单抗等抗骨吸收药物）。女性月经黄体期的骨吸收指标较其他时期降低，高强度运动可能增加骨形成，降低骨吸收［1］。以上因素中，进食、昼夜节律、年龄和性别是重要影响因素，为减少测量前影响因素，建议收集空腹状态、上午7:30-10:00的血液和尿液标本进行BTMs检测［1］。
P1NP是首选的骨形成标志物，受进食和昼夜节律影响小，可随机非空腹采血测量。β-CTX是首选的骨吸收标志物，受进食和昼夜节律的影响较大，需空腹清晨采血。b-ALP、P1NP、P1CP、TRACP5b不经肾脏清除，适用于肾功能不全患者。
BTMs分析变异：最小有意义变化（theleastsignificantchange,LSC），也称为临界差异或参考变化值，是指实验室连续测量结果之间的最小差异，用于判断患者真实变化值的意义［13］。简言之，由于正常检验测量存在误差与波动，患者BTMs的改变超过上述LSC才能视为有意义的变化。LSC计算方法如下：LSC=BTMs测定的“精确度误差”（CV）×2.77［20］。
骨转换生化指标的正常参考值
目前广泛应用的BTMs包括β-CTX、P1NP、OC和b-ALP，国内主要临床应用的是β-CTX、P1NP、OC、ALP。由于上述BTMs受种族、血清25羟维生素D（25hydroxyvitaminD,25OHD）水平及不同检测方法和质控等影响，目前国际上没有统一的BTMs正常参考范围，建议对同一种族、采用相同检测方法建立正常值参考范围［21］。目前比较一致的意见是将35~45岁年龄段的健康绝经前女性或男性的BTMs水平作为正常参考范围。关于BTMs变化规律及正常参考范围，我国学者经过一系列研究，获得了较为一致的结果（表2）。
医院使用ELISA方法，对例20~82岁健康女性进行血清b-ALP、OC和CTX等指标的检测，显示20~29岁年龄段血清b-ALP、OC和CTX平均值显著高于30~39岁或40~49岁年龄段［22］。医院对西部地区例30岁及以上健康女性使用罗氏电化学发光法和ELISA方法检测血清P1NP和β-CTX等水平，显示30~44岁健康绝经前女性P1NP和β-CTX参考范围分别为17.83~88.77ng/mL和0.04~0.67ng/mL［23］。年上海交大交通医院纳入20~79岁健康上海居民例，其中35~45岁健康受试者例（男性例，女性例），采用罗氏电化学发光法，检测OC、P1NP和β-CTX水平，并观察其随年龄的变化规律及正常参考范围，显示女性BTMs在绝经后10年内升高，此后逐渐下降，但在男性中未观察到这种规律，男性在青壮年时期骨代谢较为活跃，其后BTMs维持在稳定水平［6］。35~45岁年龄段OC正常参考范围（95%CI）女性为4.91~22.31ng/mL，男性为5.58~28.62ng/mL；P1NP正常参考范围女性为13.72~58.67ng/mL，男性为16.89~65.49ng/mL；β-CTX正常参考范围女性为0.~0.ng/mL，男性为0.~0.ng/mL［6］。医院-年在北京、武汉、广州、上海和重庆开展了多中心平行横断面研究，纳入年龄15~岁的健康受试者例，采用罗氏电化学发光法检测P1NP和β-CTX水平，结果显示P1NP和β-CTX水平在15~19岁最高，随后逐渐下降并稳定，女性在绝经后至60岁BTMs明显升高，随后β-CTX和P1NP水平分别至65岁、70岁趋于下降［7,24］，30岁至绝经前健康女性的P1NP和β-CTX水平（95%CI）分别为17.10~.15ng/mL和0.08~0.72ng/mL，30~50岁男性P1NP和β-CTX水平（95%CI）分别是20.29~.53ng/mL和0.11~0.83ng/mL［7,24］。
目前国内检测血清OC、P1NP和β-CTX主要使用电化学发光法，采用相同测量方法的研究结果表明我国健康人群P1NP和β-CTX水平无显著地区差异。西方国家BTMs正常参考范围多采用对法国、比利时、美国和英国健康人群的一项研究结果［25］，纳入30~39岁健康女性共例，同样使用罗氏电化学发光法检测BTMs水平，结果血清P1NP和β-CTX正常值参考范围（95%CI）分别为16.3~78.2ng/mL和0.~0.ng/mL，该结果得到较多国外指南认可。国外研究显示BTMs的正常参考范围，与我国研究结果基本一致（表2）。
部分学者不建议采用“绝对”参考值作为BTMs的参考范围，建议采用BTMs变化过程中的最低阈值（35~45岁年龄段范围）或治疗目标值来评估药物疗效或是否达到降低骨折风险的目标值［26］。
表2主要BTMs的正常参考值
BTMs的临床应用
BTMs与骨折风险预测
绝经后骨质疏松症是由于雌激素缺乏，使骨转换加快，骨吸收大于骨形成，导致骨丢失，这种状态可在绝经后持续10年以上。骨丢失加快导致骨密度下降及骨微结构破坏，降低骨强度、增加骨折风险。因此，理论上BTMs水平升高可预测骨折风险。事实上，在大多数对女性的研究中，β-CTX、b-ALP、P1NP或OC单个指标升高与骨折风险相关，如血清β-CTX每增加一个标准差或最高四分位水平与最低四分位相比，椎体骨折风险上升1.4~2.2倍，非椎体骨折风险上升1.8~2.5倍，且在校正BMD后结果基本不变，表明BTMs对骨折风险具有独立预测作用［27］。如果将BTMs与BMD结合，可更好地预测骨折风险。瑞典EPIDOS研究表明,绝经后女性10年骨折风险从高到低依次为：①血清β-CTX升高+脆性骨折史；②β-CTX升高+BMD的T值低于-2.5；③BMD的T值低于-2.5+脆性骨折史女性；④β-CTX升高或有脆性骨折史；⑤BMD的T值低于-2.5［28］。骨折风险评估在骨质疏松诊疗中具有重要意义,但在BTMs与骨折关系研究中，由于涉及的BTMs种类繁多、统计方法各异、具有不同混杂因素等原因，导致研究结论尚不一致，且缺少充分的模型研究，限制了BTMs在骨折风险预测方面的应用。
BTMs与骨丢失和骨微结构损害
在骨骼生长发育过程中，骨转换率升高，达到峰值骨量后，骨转换率明显下降。此后无论男性还是女性，BTMs的水平与骨密度呈负相关，表明骨转换加速与增龄所致骨丢失密切关联［29］。围绝经期骨量由正常发展为骨量减少或骨质疏松的女性中，血清β-CTX和P1NP显著高于骨量仍正常的女性［30］，具有高水平BTMs的中国女性发展为骨质疏松或骨量减少风险增加［31,32］。在骨微结构方面，男性70岁以后较高的BTMs水平与胫骨和桡骨皮质骨厚度和骨密度降低相关，处于BTMs最高四分位数的男性桡骨远端骨小梁密度、数量和厚度更低，且小梁分布更不均匀［33-35］。BTMs升高的女性有更高的皮质孔隙率、更薄的骨皮质和更高骨折率［36］。可见，BTMs增高和BMD下降、骨微结构受损相关。但需注意这是人群或队列研究，对于患者个体，当BTMs升高不是十分显著时，建议纵向观察不同时间点BTMs检测值的变化，以评估其与骨丢失的关系。
BTMs在骨质疏松症鉴别诊断中的意义
BTMs在骨质疏松症的鉴别诊断中具有重要意义。在原发性骨质疏松症患者中，除近期发生骨折，BTMs通常在正常范围或轻度升高，如患者BTMs显著升高，超过正常上限的两倍，常常提示患者可能存在继发性骨质疏松症或其他代谢性骨病、炎症性骨病或肿瘤性骨病等情况，要注意完善鉴别诊断。这里归纳多种疾病引起BTMs的变化（表3），包括原发性甲状旁腺功能亢进、佝偻病或骨软化症、畸形性骨炎、骨纤维异样增殖症、成骨不全症、甲状腺毒症、恶性肿瘤骨转移、多发性骨髓瘤、慢性肾性骨病等［1,5］。
除上述疾病会导致BTMs发生改变，多种药物也会影响BTMs水平［1］，包括糖皮质激素［37］、芳香化酶抑制剂［1］、抗惊厥药物［38］、噻嗪类利尿剂［1］、肝素［39］、维生素K拮抗剂［1］等。骨质疏松症治疗药物，如多种骨吸收抑制剂或骨形成促进剂，也会明显影响BTMs水平，详见后文。
BTMs在骨质疏松症药物治疗中的意义
骨转换失衡导致骨吸收大于骨形成是骨质疏松症的关键病理机制，针对此机制，目前骨质疏松症治疗药物主要分为骨吸收抑制剂、骨形成促进剂和双重作用药物。本指南梳理BTMs在抗骨质疏松药物疗效评估中的意义，对于不同抗骨质疏松症治疗药物应重点
