冠心病是目前老年人致死和致残的首因,虽然近年来其生存率有所提高,但冠心病导致的死亡例数仍居首位[1]。随着人口老龄化时代的到来,骨质疏松性骨折已成为我国50岁以上中老年人死亡的重要原因[2]。国内外众多临床研究均显示，骨质疏松与冠心病存在相关性[3-4]。组织蛋白酶K(cathepsin K,CatK)是溶酶体半胱氨酸蛋白酶中番木瓜蛋白酶超家族的成员之一,是骨吸收过程中的关键酶,可促进老年骨质疏松的发生发展,但CatK与老年动脉粥样硬化是否相关的研究较少,本研究旨在通过测定老年人血清CatK的水平,探讨血清CatK与冠心病的相关性及可能机制,为临床冠心病的防治探寻新思路。

1 材料与方法

1.1 研究对象 纳入2015年6月至2017年6月因临床诊断冠心病入住东南大学附属中大医院老年科,且年龄>60岁的老年病人133例,其中女61例,男72例,年龄60～93岁,平均(74.8±8.4)岁。收集年龄、性别、身高、体质量、疾病史及服药史等一般临床资料。排除标准:(1)合并有肿瘤病史、内分泌代谢疾病、结缔组织疾病、消化系统疾病和营养不良性疾病、血液系统疾病、严重肝肾功能不全、长期卧床制动、服用糖皮质激素及合并感染者;(2)既往骨折或已接受抗骨质疏松治疗者。

1.2 研究方法

1.2.1 冠状动脉造影:采用德国SIEMENS Artis Zee造影仪(配有数字成像系统和冠状动脉定量分析软件),以Jundins法常规体位投照左、右冠状动脉。按左主干、左前降支、左回旋支、右冠状动脉进行分段分析,至少有一支冠状动脉或其大分支内径狭窄≥50%诊断为冠心病,<50%为非冠心病。

1.2.2 骨密度测定:采用HOLOGIC Discovery双能X线骨密度仪测定腰椎1～4(L1～L4)正侧位、股骨近端(左侧)及Ward’s 区等不同部位的骨密度值,结果以T值表示,T值≤-2.5为骨质疏松,-1.0

1.2.3 血标本的收集和处理:所有病人入院次日清晨抽取静脉血标本6 mL,于检验科检测Ⅰ型胶原羧基末端肽(type Ⅰ collagen cross-linked C-telopeptide,CTX)和总Ⅰ型胶原N端前肽(total N-terminal propeptide of type 1 collagen,TP1NP)以及生化指标。留取剩余血标本于常温下自然凝固1 h后离心,吸取上层血清分装,并保存于-80 ℃冰箱待检。检测前将血清放于室温下复融,按照各ELISA试剂盒说明书进行操作,各实验均独立重复2次。

2 结果

2.1 冠心病组与非冠心病组临床基线特征比较 冠心病组合并糖尿病、高血压、骨质疏松、吸烟的比例和血肌酐(serum creatinine,SCr)、血钙(Ca2+)、甘油三酯(triglyceride,TG)水平均高于非冠心病组,差异有统计学意义(P<0.05);而体质量指数(BMI)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、总胆固醇(TC)、腰椎骨密度、股骨颈骨密度水平均低于非冠心病组,差异有统计学意义(P<0.05);2组年龄、性别、服用他汀等药物、碱性磷酸酶(ALP)水平差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2 冠心病组与非冠心病组血清CTX、TP1NP、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)、CatK、肿瘤坏死因子(TNF)-α水平比较 冠心病组血清CTX、CatK、TNF-α水平均高于非冠心病组,差异有统计学意义(P<0.05);2组TP1NP、MMP-9的水平差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

项目冠心病组(n=68)非冠心病组(n=65)P年龄(岁)75.1±9.574.5±7.20.699性别(n,男/女)42/2630/350.071糖尿病(n)288<0.001高血压(n)5229<0.001骨质疏松(n)36230.042他汀类药物(n)30220.225抗血小板聚集药物(n)37270.137β受体阻滞剂(n)19160.663ACEI/ARB类药物(n)30230.304硝酸酯类(n)25190.356吸烟(n)2040.001TG(mmol/L)1.41±0.91.02±0.40.002TC(mmol/L)3.97±0.94.36±0.80.008BMI23.9±2.825.7±4.00.003SCr(μmol/L)88.6±17.672.9±16.5<0.001Ca2+(mmol/L)2.2±0.22.2±0.10.002ALP(IU/L)63.8±17.670.0±22.70.081HDL-C(mmol/L)1.1±0.31.4±0.2<0.001LDL-C(mmol/L)2.3±0.82.6±0.60.019腰椎骨密度(g/m2)0.8±0.20.9±0.20.002股骨颈骨密度(g/m2)0.7±0.10.7±0.20.043

项目冠心病组(n=68)非冠心病组(n=65)PCTX(ng/mL)0.5±0.20.3±0.20.001TP1NP(ng/mL)44.5±21.345.7±9.50.654MMP-9(ng/mL)322.5±211.5340.6±187.90.604CatK(pmol/L)99.0±37.670.6±45.3<0.001TNF-α(pg/mL)37.2±8.526.6±9.4<0.001

2.3 影响血清CatK水平的相关因素分析 以CatK为因变量,将年龄、TG、TC、BMI、SCr、Ca2+、ALP、HDL-C、LDL-C、CTX、TP1NP、MMP-9、TNF-α作为自变量纳入多元线性回归模型。结果显示血清CatK水平与TNF-α(β=0.393,P<0.01)、年龄(β=0.300,P<0.01)、CTX(β=0.225,P<0.01)、ALP(β=0.175,P<0.01)、HDL-C(β=0.235,P<0.01)呈正相关;与血钙(β=-0.254,P<0.01)呈负相关。

2.4 血清CatK与冠心病的关系 将冠心病作为因变量,糖尿病、高血压、吸烟、性别、CatK、骨密度等级作为自变量纳入多因素Logistic回归分析,结果显示,糖尿病(OR=5.632,95%CI1.767～17.950,P<0.01)、高血压(OR=4.530,95%CI1.482～13.844,P<0.01)、吸烟(OR=8.164,95%CI1.942～34.319,P<0.01)、骨密度(OR=2.402,95%CI1.294～4.462,P<0.01)、CatK(OR=1.022,95%CI1.008～1.036,P<0.01)、女性(OR=0.223,95%CI0.081～0.613,P<0.01)均与冠心病发病显著相关。

3 讨论

CatK大量表达于破骨细胞,由破骨细胞分泌至骨表面,具有降解骨胶原的功能,其降解Ⅰ型胶原蛋白的N-端肽,产生Ⅰ型胶原氨基末端肽;降解Ⅰ型胶原蛋白的C-端肽,产生CTX。而Ⅰ型胶原蛋白是含量最多的骨基质蛋白,占整个基质的90%,为矿物质的沉积提供支架。除此之外,它也有促进骨组织中的非胶原蛋白失活和加速其降解的作用,是破骨细胞表达量最高、溶骨活性最强的一种半胱氨酸蛋白酶,是骨吸收过程中的关键酶。本研究显示，血清CatK的水平与反映骨代谢的指标CTX、ALP呈线性正相关。目前CatK抑制剂用于治疗骨质疏松已进入临床试验阶段。与其他抗骨吸收药物相比,CatK抑制剂对骨吸收生化指标的降低几乎同样有效,但对骨形成标记物的抑制作用相对较弱[5]。

近年来CatK与心血管疾病的相关性成为了研究的热点。 CatK除了明确与破骨细胞相关,也已发现其在血管平滑肌细胞、内皮细胞以及浸润动脉粥样硬化斑块的巨噬细胞中含量丰富[6],提示这些细胞可能分泌CatK,从而降解Ⅰ型胶原和弹性蛋白。在动脉粥样斑块中,发现同时存在成骨样细胞、破骨样细胞、胆固醇沉积、矿物质、代谢碎片以及一些外来碎片等。破骨样细胞主要破坏矿物质的沉积,阻止血管钙化的形成,与成骨样细胞的作用起动态平衡的作用[7]。本研究显示老年冠心病组骨质疏松患病率及血清CatK水平显著升高,血清CatK水平升高使老年人罹患冠心病的风险增加,这与之前的研究结果相符[8-9]。考虑到血清CatK水平升高还与人动脉粥样硬化斑块不稳定性相关[10],而MMP-9的活性增强是造成斑块不稳定的主要因素,MMP-9是非钙化斑块和混合斑块的独立预测因子,MMP-9≥531.6 ng/mL提示存在非钙化斑块和混合斑块的中度风险[11]。本研究中纳入的是稳定型心绞痛病人,且根据2组血清MMP-9水平进一步佐证了斑块的稳定性,排除因斑块不稳定导致的血清CatK水平升高。

骨质疏松或骨量减少与冠心病的相关性已得到公认,而本研究并未得出骨质疏松与冠心病直接相关,但Logistic回归分析已显示骨密度越低,冠心病患病风险增高。考虑可能的原因与样本量较少或临床混杂因素有关。(1)他汀类药物虽在冠心病组和非冠心病组使用率无差异,但冠心病组与非冠心病组比较,TC、LDL-C水平显著降低,结合临床资料考虑与冠心病组使用他汀类药物的强度高于后者有关。而亲脂性他汀已被证实除了可降低胆固醇的合成外,还可以降低骨转换,促进骨形成[12]。因此,强化他汀治疗可能导致冠心病组骨质疏松患病率下降。(2)低体质量是公认的骨质疏松的高危因素,增加体质量有助于加强骨骼强度。但也有研究认为体质量过高和过低都是引起骨质疏松性骨折的危险因素[13],本研究中非冠心病组BMI值显著高于冠心病组,且有肥胖病人,可能导致非冠心病组骨质疏松的发病风险增加。后续,我们尚需扩大样本量,按他汀的使用强度分层,并排除BMI的组间差异来证实冠心病与骨质疏松的关系。

动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病,TNF-α是炎性细胞因子。研究表明人血管内皮细胞有血流紊乱和血流剪切力的部位,TNF-α水平被上调,诱导单核细胞粘附聚集,并可独立刺激CatK的表达和激活[14]。本研究结果显示,血清CatK和TNF-α水平在老年冠心病组显著升高,且血清TNF-α与CatK水平呈线性正相关,由此推测,血清CatK导致的动脉粥样病变进展可能由炎症反应介导。

综上所述,血清CatK水平升高,不仅参与了骨质疏松的发生发展,还使冠心病的患病风险增加,有望成为在骨密度下降的老年人群中预测冠心病患病风险的敏感指标之一,其作用机制可能与炎症有关。