骨转换生化标志物（BTMs）

骨转换生化标志物（BTMs）

一、BTMs定义

骨转换生化标志物（bone turnover markers，BTMs），又称为骨代谢标志物，是反映身体内骨代谢转化情况的指标，在体液中的改变相对于骨密度而言更早，可以及时反映全身骨骼骨吸收与骨形成的动态变化情况。因此检测骨转换标志物对骨质疏松症的早期诊断、判断骨量减少的程度、预测骨折风险以及抗骨质疏松药物疗效判定方面均有重要价值[1]。

二、BTMs

骨主要由Ⅰ型胶原纤维、非胶原蛋白以及无机物晶体组成。Ⅰ型胶原约占骨蛋白总量90％，吸收的血浆蛋白和成骨细胞合成的蛋白组成骨的其他非胶原成分，无机成分为羟基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2）、碳酸盐和其他物质[2]。

BTMs 分为骨吸收标志物与骨形成标志物，但 BTMs 不作为骨质疏松诊断标准[2]。

1、骨吸收标志物[2]

• （1）胶原降解产物：①羟脯氨酸 （hydroxyproline，Hyp）；②吡啶交联 （pyridinium crosslinks），包括吡啶啉 （pyridinoline，PYD）与脱氧吡啶啉 （deoxypyridinoline，DPD）；③Ⅰ型胶原交联端肽 （telopopeptide of type I collagen），包括Ⅰ型胶原交联 C 末端肽（Ｃ terminal：CTX-1, ICTP or CTX-MMP）与Ⅰ型胶原交联 Ｎ 末端肽（Ｎ terminal：NTX-1）。
• （2）非胶原蛋白：骨唾液酸糖蛋白（bone sialicoprotein）。
• （3）破骨细胞酶：①抗酒石酸酸性磷酸酶 （tartrate resistant acid phosphatase，TRAP）[1,2]；②血清组织蛋白酶（cathepsin K）

2、骨形成标志物[2]

• （1）胶原合成副产物：Ⅰ型前胶原前肽（propeptides of type I procollagen），包括Ⅰ型前胶原 C 末端前肽 （Ｃ terminal propeptides of type I procollagen，PICP）和Ⅰ型前胶原 Ｎ 末端前肽（N terminal propeptides of type I procollagen，PINP 或 P1NP）。
• （2）非胶原蛋白：①成骨细胞酶：骨特异性碱性磷酸酶 （bone alkaline phosphatase，BALP 或 BSAP）；②基质蛋白：骨钙素（osteocalcin，OC）。

三、Ⅰ型胶原相关标志物

国际骨质疏松组织（IOF）与国际临床化学和检验医学联合会（IFCC）推荐临床检验分析使用血清 PINP 作为骨形成标志物，血清 CTX-1 作为骨吸收标志物[2]。

1、合成：PICP、PINP

Ⅰ型胶原衍生于Ⅰ型前胶原，是矿化骨中唯一胶原类型，占骨有机质成分 90% 以上[2,3]。 成骨细胞释放的前胶原纤维，在骨基质被前肽酶裂解为 C端 PICP、Ｎ端 PINP，作为生物标志物可在循环中被检测。Ⅰ型胶原在皮肤、肌腱、韧带、角膜等组织也可产生，因此 PICP 和 PINP 并非骨转换特异性标志物，然而其主要来源于骨组织，可作为检测骨代谢指标反映新合成胶原的数量[2]。PICP 和 PINP 可特异性反映骨形成，与骨密度呈显著正相关，在血液中可稳定存在，不受患者饮食及体内激素水平影响[3]。IOF 已选取 PINP 作为骨形成标志物[2,3]。

2、降解：NTX-1、CTX-1

NTX-1 和 CTX-1 是组织蛋白酶 K 是分别降解Ⅰ型胶原 Ｎ、C 末端的 8 氨基酸片段，包含交联区的非螺旋片段，释放速率可有效反映当前破骨细胞活性[2]。

• CTX 以单体形式（α-CTX、β-CTX）和二聚体形式（α-α-CTX，α-β-CTX、β-β-CTX) 存在[5]。CTX-1原始 α 抗原表位易自发形成可致蛋白老化的 β 异构体，α/β 比值可作为测量骨陈旧度的有效指标，比值越小骨组织越陈旧。IOF 推荐血清 CTX-1 作为骨吸收的生物学标志物[2]。
• 有研究认为 NTX-1 是反映骨吸收最敏感的指标[2]。 

四、骨吸收标志物

1、羟脯氨酸 （Hyp）

Hyp 是一种存在于胶原中的亚氨基酸，1960 年首次作为骨吸收生物标志物在临床与科研中应用。由于在皮肤和其他组织中广泛存在，且测量水平受含胶原或胶质饮食影响，反映骨吸收特异性差，随后被交联蛋白应用所替代[2]。

2、吡啶交联：吡啶啉（PYD）与脱氧吡啶啉（DPD）

PYD 是 3-羟基吡啶家族中交联复合物，1977 年首次在牛跟腱中分离。胶原纤维间由氨基酸紧密连接形成交联，PYD 与 DPD 存在于由胶原交联方式形成的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原中，胶原分解释放入循环成为成熟胶原降解产物。在骨组织中 DPD 氧化为 PYD ，转化率高于其他组织，可认为循环中 DPD 主要来源于骨，在临床广泛用于骨吸收标志物。PYD 通过肾脏降解排泄，尿液含量随骨生长而改变[2]。

3、NTX-1、CTX-1，见上文。

4、破骨细胞酶

抗酒石酸酸性磷酸酶 （TRAP）由多种类型细胞表达的一种糖蛋白，有两种存在形式：α 型由巨噬细胞和树突状细胞表达，β 型由破骨细胞表达反映破骨细胞数量，但不能反映细胞活性[2]。TRAP 不受患者饮食及肝肾疾病的影响，因此可在肾功能不全的患者中检测[3,5]。通常测量破骨细胞表达的 TRAP 同工酶 TRAP5b，而不是测量所有血清 TRAP 活性[5]。临床通过测定其在血浆中含量反映破骨细胞活性，是高敏感性的第二代骨吸收指标[3]。 

血清组织蛋白酶（cathepsin K）是由成熟破骨细胞合成的半胱氨酸蛋白酶家族成员，降解Ⅰ型胶原N端产物为 NTX、Ｃ端产物为 CTX[2]。

五、骨形成标志物

1、PICP、PINP，见上文。

2、骨特异性碱性磷酸酶（BALP）

碱性磷酸酶（ALP）为广泛存在于细胞膜表面的酶，其同工酶来源于成骨细胞、肝、 肾、肠、脾、胎盘与生发中心等。骨特异性碱性磷酸酶 （BALP）是成骨细胞增殖初期的特征性分泌产物，健康成人血清 ALP 约 50％ 来源于成骨细胞。BALP 具有促进骨基质磷沉积、加强矿化作用，其表达量与成骨细胞数量、分化状态成显著性相关，可特定反映成骨细胞活性和骨合成情况，是成骨细胞表型标志物。 BALP 半衰期长，稳定性好，于 1929 年最初引进作为临床与研究的骨转化的生物标志物[2,3]。血浆 BALP 与椎体骨密度值呈负相关，可反映骨质疏松和骨折发生风险[3]。

3、骨钙素（OC）

骨钙素（OC），又称骨钙蛋白，是骨骼组织中非胶原骨基质蛋白的主要成分，属于维生素 K 依赖性钙结合蛋白[3]。OC 由成骨细胞、成牙本质细胞、软骨细胞分泌，相对分子质量 5800，49 个氨基酸包含 3 个 γ 羧基谷氨酸残基。OC 在矿化的骨基质中发现，富含羟磷灰石，与其他蛋白质和细胞膜表面受体相互作用，在骨吸收和骨形成过程中释放入循环，于 1980 年引入免疫检测法评价骨转化[2]。

OC 在人体内以两种方式存在，一部分沉积于骨组织间质中，与骨盐特异性结合矿化成骨，间接反映机体骨密度情况；另一部分进入血液循环，其浓度与组织形态学测量的骨形成指标存在显著相关性，可特异性反映成骨细胞活性及机体骨代谢的总体水平[3]。

值得注意的是，由于 OC 不稳定，用于 OC 测量的样品具有特殊的收集和运输要求。建议将样品 4℃ 保存，并在收集后 4h 内进行处理[5]。

六、其他

1、骨保护素（osteoprotegerin，OPG） ，见帖：OPG/RANK/RANKL信号通路。

2、血钙、血磷、维生素D

• 血磷和血钙在机体内含量稳态可相互影响，通过对血磷的检测，可间接了解骨矿物代谢[3]。
• 维生素 D3 影响机体钙磷代谢，间接参与骨质疏松发生发展，临床通常以 25（OH）D3 含量反映机体维生素 D3 水平，且 25-（OH）D3 可促进破骨细胞前体细胞分化为成熟细胞，促进骨吸收[3]。

3、骨桥蛋白（osteoprontin，OPN）

在骨组织中，OPN 可有成骨细胞、破骨细胞、骨细胞分泌。OPN 可与整合素受体家族结合，识别调节破骨细胞于骨基质之间的粘附，从而影响骨吸收[4]。

4、基质金属蛋白酶（MMP）

研究表明，MMP 参与了骨基质的降解过程（MMP 见帖：MMPs（基质金属蛋白酶））。破骨细胞合成分泌 MMP 的增加，可作为其溶骨活性增强的标志[4]。

5、成骨生长肽（osteogenic growth peptide，OGP）

OGP 是由 14 个氨基酸组成的多肽，是一种具有成骨作用的生长因子。OGP 可以促进成骨细胞的分裂增殖，促进正常矿化骨的形成[4]。

6、骨形态发生蛋白（BMP），见帖：骨形态发生蛋白-2（BMP-2）。

七、BTM变化规律[5]

骨吸收标志物易受影响，而骨形成标记似乎较少受这些因素影响。

• 骨吸收之间可控因素，表现出显著的昼夜节律变化，血清 CTX、NTX 、OC 浓度在凌晨至午夜之间达到峰值（23 点）。这个昼夜节律大多数 BTM 通常都能观察到，而 CTX 在昼夜节律变化中显示出最高幅度。
• 绝经前女性发生骨重塑的峰值在冬季。
• 餐后骨吸收水平下降，主要是由于胃肠激素（如胰高血糖素样肽2）的作用。CTX 在清晨产生，这通常是每天禁食时间最长的时间。因此，建议早上在空腹时抽血测量血清 CTX，以增加测量的准确性。
• 运动会导致体内 BTM 浓度的急剧变化，因此建议进行抽样前 48 h 避免剧烈运动。

=========

参考文献

[1]赵凝衡.骨转化标志物在骨质疏松诊疗中的研究进展[J].中西医结合心血管病电子杂志,2018,6(25):63+65.DOI:10.16282/j.cnki.cn11-9336/r.2018.25.043.

[2]李萌,李玉坤.骨转换标志物及其临床应用[J].临床荟萃,2014,29(01):104-108.

[3]李雅群,侯林,王春晓,谭江威.骨代谢标志物及其在骨质疏松诊断中的应用进展[J].中国医药导报,2020,17(28):44-47.

[4]王学谦,王毅.骨代谢指标的新进展[J].中华医学信息导报,2005(16):17.

[5]王健,廖燚,袁锋.骨代谢标志物在骨质疏松中的应用进展[J].河北医药,2021,43(20):3164-3170.