大骨节病患者膝关节置换术后IL-1β、TNF-α表达变化及其与疼痛指数的相关性

王晓庆, 秦　静, 常彦海, 李伟伟, 段大鹏, 郭　雄

(1. 陕西省人民医院 骨一科, 陕西 西安, 710061; 2. 西安交通大学医学院 公共卫生系, 陕西 西安, 710061)



大骨节病患者膝关节置换术后IL-1β、TNF-α表达变化及其与疼痛指数的相关性

王晓庆1, 秦静1, 常彦海1, 李伟伟1, 段大鹏1, 郭雄2

(1. 陕西省人民医院 骨一科, 陕西 西安, 710061; 2. 西安交通大学医学院 公共卫生系, 陕西 西安, 710061)

摘要:目的探讨大骨节病患者膝关节置换术后IL-1β及TNF-α表达变化及其与膝关节疼痛指数的相关性。方法大骨节病组与骨性关节炎组患者各30例, 单纯半月板损伤患者20例作为对照组。采用ELISA法检测3组患者血液及滑液标本IL-1β和TNF-α的表达水平, 流式细胞术检测关节软骨细胞凋亡率, 疼痛指数变化采用VAS评分, 分析VAS与IL-1β、TNF-α变化的相关性。结果大骨节病组与骨性关节炎组血液标本、滑液标本IL-1β和TNF-α的水平均显著高于对照组(P<0.05); 大骨节病组及骨性关节炎组细胞凋亡率显著高于对照组(P<0.05); Pearson相关分析表明, 患者手术前后血液中IL-1β和TNF-α表达水平变化与VAS呈显著正相关。结论大骨节病患者IL-1β和TNF-α的水平较高, 且其表达变化与VAS密切相关。

关键词:大骨节病; 白介素-1β; 肿瘤坏死因子-α; VAS评分

大骨节病(KBD)是一种地方性、慢性变形性骨病，其主要特征是在青少年发育过程中，透明软骨发生多发性灶状坏死，导致骨骼的软骨内化骨障碍及继发性骨关节病。白介素-Iβ(IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是在软骨损伤过程中发挥关键作用的细胞因子，可促进软骨基质的分解，刺激关节局部炎性反应。本研究探讨大骨节病患者膝关节置换术后IL-1β及TNF-α表达变化及其与膝关节疼痛指数的相关性，现报告如下。

1资料与方法

1.1一般资料

所有标本取自陕西省人民医院2010年8月—2014年8月骨科住院患者，大骨节病及骨性关节炎患者各30例。大骨节病组男12例，女18例；年龄42～73岁，平均(58.4±15.3)岁；病程(以膝关节出现症状算起)18～44年，全部符合中国《大骨节病诊断标准》(Ws/T207-2010)。骨性关节炎组男8例，女22例；年龄45～75岁，平均(61.2±11.5)岁；病程5～33年，全部符合2007年颁布的《骨关节炎诊治指南》膝关节 OA 的诊断标准[1]。2组患者均行人工关节置换术。对照组为外伤后单纯半月板损伤患者共20例，其中男14例，女6例；年龄37～66岁，平均(52.4±9.05)岁；病程1～8个月，关节镜检查无明显的滑膜增生和炎性反应。排除标准: ① 风湿、类风湿、痛风、结核、感染及肿瘤等疾病; ② 术前2周局部感染者; ③ 术前服用激素史; ④ 术前4周内关节内注射药物; ⑤ 患有精神疾病者; ⑥ 未能完成VAS评分者。

1.2研究方法

3组患者术前及术后3、7、14、28 d分别用5 mL无菌注射器分别抽取血液3 mL；关节滑液标本在术前麻醉消毒后用10 mL无菌注射器抽取3 mL。采用双抗夹心酶联免疫吸附(ELISA)法，检测血液和滑液中IL-1β、TNF-α的表达水平。

术中切取病变软骨，收集软骨细胞团块，制成细胞悬液，调节细胞浓度后，取l00 μL细胞悬液(约1×105个细胞)，1 500 r/min离心5 min后弃上清液，加入500 μL的1×Binding Buffer、5 μL Annexin V-FITC及10 μL PI，轻轻混匀。室温下避光反应5～10 min，上流式细胞仪，所得数据输入计算机并用Modifit l．0软件分析。

采用美国国立卫生研究所制定的视觉模拟标尺法(VAS)对患者术后3、7、14、28 d疼痛程度进行测量。将疼痛程度用0～10表示，0分为无痛，10分为强烈的疼痛。

1.3统计学处理

采用SPSS13.0软件包进行统计学处理，计量数据以均数±标准差表示，多组样本均数之间比较采用单因素方差分析检验，相关性用非参数Pearson相关分析检测，P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.13组患者关节滑液、血液中IL-1β、TNF-α水平比较

大骨节病组、骨性关节炎组患者关节滑液、血液中IL-1β和TNF-α的含量均显著高于对照组(P<0.05)。见表1。

表1　3组患者关节滑液、血液中IL-1β、TNF-α水平比较　pg/mL

与对照组相比, *P<0.05。

2.2流式细胞术检测3组患者软骨细胞凋亡变化

经Annexin V-FITC/PI双染色流式细胞仪检测发现，与对照组相比，大骨节病组及骨性关节炎组软骨细胞凋亡率明显增高，而大骨节病组及骨性关节炎组凋亡变化无显著差异(P>0.05)，见图1。

2.3大骨节病患者关节置换前后血液IL-1β、TNF-α表达与VAS评分的关系

Pearson等级相关分析表明，在大骨节病关节置换前后，IL-1β表达与VAS评分呈显著正相关(r=0.469,P= 0.037)，TNF-α表达也与VAS评分呈显著正相关(r=0．517,P= 0.020)。

图1 3组患者软骨细胞凋亡比较

3讨论

大骨节病是一种地方性、多发性骨关节病[2-4]，大骨节病发病年龄为3～12岁，但一般成人后才有明显症状。大骨节病主要病理特征是全身多个关节的深层软骨坏死以及关节异常增生及钙化，患者由于大量关节软骨的退化、骨质增生、关节畸形等导致关节疼痛、发育障碍甚至丧失劳动能力[5-6]。大骨节病影像学特征主要有干骺端边缘模糊不平，呈波浪、锯齿状；骨骺与骨干融合；干骺端呈杯口状凹陷，骨髓嵌入其中而早期愈合，停止发育；干骺完全融合，骨纵向发育停止，病骨变短变粗，骨端宽大变形。骨性关节炎则主要是以关节软骨(也包括骨组织)的变性、坏死、退变、修复及增生等继发性反应的反复出现，最后导致关节周围骨质增生及软骨下骨囊肿为特征[7]。

研究[8]表明，关节滑膜的炎症反应参与了骨关节病的发生发展，而IL-1β和TNF-α是在滑膜炎症和软骨损伤过程中发挥重要作用的细胞因子，可激活基质降解酶，促进软骨基质的分解，刺激关节局部炎性、免疫反应。本研究检测了大骨节病、骨性关节炎及半月板损伤患者的血液及膝关节滑液中IL-1β和TNF-α的表达，结果显示大骨节病组及骨性关节炎组患者血液及滑液中IL-1β、TNF-α表达较对照组明显增高，这与既往的研究[9]相一致，表明IL-1β和 TNF-α可能在大骨节病的发生发展中起重要作用，导致关节软骨损害。研究[10-11]表明，关节软骨损伤与软骨细胞过度凋亡或死亡有关，大骨节病和骨关节病的软骨丢失均与细胞过度凋亡有关。本研究采用流式细胞术检测大骨节病和骨关节病及半月板损伤患者软骨细胞凋亡变化，结果显示大骨节病软骨细胞凋亡率明显增加，表明其在大骨节病软骨破坏过程中发挥极其重要作用。

在大骨节病和骨关节炎患者的治疗中，使疼痛症状得到缓解是一个非常重要的目标，而全膝关节置换术的首要任务就是缓解临床症状，减轻疼痛对患者生活、工作的影响[12]。本研究结果显示，大骨节病患者IL-1β和TNF-α的表达水平与VAS评分呈显著正相关，其相关系数分别为0.469和0.517，表明IL-1β和TNF-α的表达水平与大骨节病膝关节置换术的疼痛程度密切相关。

综上所述，IL-1β和TNF-α在大骨节病发生发展中起重要作用，其表达水平与膝关节置换术前术后疼痛程度密切相关，可作为大骨节病严重程度以及疼痛变化的指标。

参考文献

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Changes of IL-1β and TNF-α in Kashin-Beck disease patients with total knee arthroplasty and its correlation with pain index

WANG Xiaoqing1, QIN Jing1, CHANG Yanhai1, LI Weiwei1,DUAN Dapeng1, GUO Xiong2

(1.DepartmentofOrthopedics,ShaanxiProvincialPeople′sHospital,Xi′an,Shaanxi, 710061;2.SchoolofPublicHealth,MedicalCollegeofXi′anJiaotongUniversity,Xi′an,Shaanxi, 710061)

ABSTRACT:ObjectiveTo explore the changes of interleukin-1β (IL-1β) and tumor necrosis factor-α (TNF-α) in Kashin-Beck disease (KBD) patients with total knee arthroplasty (TKA) and its correlation with pain index. MethodsThere were 30 cases in KBD group and OA group respectively and there was 20 cases of simple meniscus injury in control group. The levels of IL-1β and TNF-α in blood and synovial fluid were detected by enzyme linked immunosorbent assay in the three groups, and the apoptosis rate of articular cartilage cell was detected by flow cytometry. The knee pain was determined by VAS, and its correlation with the expression levels of IL-1β and TNF-α was analyzed. ResultsThe levels of IL-1β and TNF-α in blood and synovial fluid in KBD group and OA group were significantly higher than those in control group (P<0.05), and the apoptosis rate of articular cartilage cell in KBD group and OA group was significantly higher than that in control group (P<0.05). Pearson correlation analysis showed a positive correlation between changes of IL-1β and TNF-α before and after operation and VAS. ConclusionThe KBD patients have high levels of IL-1β and TNF-α and the changes of these indexes are closely associated with the VAS.

KEYWORDS:Kashin-Beck disease; interleukin-1β; tumor necrosis factor-α; VAS score

中图分类号:R 684.1

文献标志码:A

文章编号:1672-2353(2016)07-069-03

DOI:10.7619/jcmp.201607020

基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2015JM8487)

收稿日期:2015-11-16