Иммунохимические маркеры ремоделирования и заболевания костной ткани

 

Маркеры резорбции кости

Маркер	Тканевая специфичность	Метаболизм
Пиридиновые поперечные связи – пиридинолин (ПИД) и дезоксипиридинолин (ДПИД)	Формируются между концевой областью одной молекулы коллагены и спиралевидной областью другой. Способствуют стабилизации коллагена. ПИД в основном присутствует в коллагене II типа в хрящах и в меньшей степени в костной ткани. ДПИД присутствует преимущественно в кости, освобождается только при резорбции кости	Экскретируются с мочой; не метаболизируются в печени
Карбокси- и аминотерминальные телопептиды коллагена I типа (КТТКI, АТТКI)	Присутствуют во всех тканях, содержащих коллаген I типа. Выбрасываются из костей только в процессе их резорбции	Выводятся с мочой
Оксипролин (ОП)	Присутствует в молекулах коллагена и эластина. Появляется в экстрацеллюлярной жидкости при формировании и резорбции кости	Метаболизируется в печени; 10-15% выводится почками
Костная тартрат-резистентная кислая фосфатаза (ТРКФ)	Присутствует в остеокластах и других макрофагах	Не метаболизируется в печени; выводится с мочой

 

Костная щелочная фосфатаза (КЩФ)

Костная щелочная фосфатаза (КЩФ) секретируется остеобластами, она участвует в созревании матрикса и его минерализации. Синтез костной щелочной фосфатазы (КЩФ) возрастает в процессе дифференцировки остеобластов при ускоренном формировании кости.

Значительное увеличение активности костной щелочной фосфатазы (КЩФ) в сыворотке крови наблюдается при повышенной деятельности остеобластов:

• рост костей (у детей активность выше, чем у взрослых)
• последний триместр беременности
• возобновление движений после длительного постельного режима
• переломы
• деформирующий остит
• болезнь Педжета
• рахит
• гиперпаратиреоз
• остеомаляция (злокачественные опухоли костей, миелома)
• костный туберкулез
• лейкозы

 

Остеокальцин (ОК)

Остеокальцин — неколлагеновый витамин-К-зависимый кальцийсвязывающий белок костного матрикса с молекулярной массой 5,7 кДа, синтезируемый остеобластами и одонтобластами. Более 90% синтезируемого остеокальцина включается в костный матрикс, небольшая часть сразу диффундирует в кровь.

Функция остеокальцина в крови неизвестна, предполагают, что он необходим для реализации эффектов 1,25(ОН)2D3. Выводится остеокальцина из кровотока почками: фильтруется в клубочках и деградирует в почечных канальцах. При выраженном снижении клубочковой фильтрации, в частности при ХПН, уровень остеокальцина в крови может быть завышенным.

Остеокальцин в крови рассматривается как один из самых информативных маркеров формирования кости и скорости ремоделирования.

Концентрация остеокальцина в сыворотке увеличивается в большинстве случаев, сопровождающихся минерализацией кости, но концентрация его меняется не всегда параллельно изменениям КЩФ, что в основном связано с почечной экскрецией и методическими особенностями определения фрагментов остеокальцин.

Наиболее адекватными методами исследования остеокальцина в настоящее время считаются радиоиммунный и иммуноферментный анализ с использованием антител.

Клинико-диагностическое значение изменений остеокальцина в сыворотке:

Увеличение	Снижение
- Возраст (женщины 50-60 лет) - Половая зрелость - Менструальный цикл (лютеиновая фаза) - Лактация - Ночное время - Болезнь Педжета - Гипертиреоз - Хроническая почечная недостаточность - Остеомаляция - Метастазы в кость - Антиконвульсанты - Повышенный уровень гормона роста	- Возраст (0-40 лет) - Беременность - Раннее утро - Летнее время - Дефицит гормона роста - Гипотиреоз - Эстрогены - Кортикостероиды - Гиперпаратиреоз (острый) - Кальцитонин

 

Карбокси- и аминотерминальные пропептиды проколлагена I типа (КТППКI, АТППКI)

Коллаген I типа — основной белок, составляющий 90% органического матрикса кости. Он синтезируется остеобластами в виде предшественника проколлагена I типа, который представляет собой большую молекулу, содержащую с С- и N-концов частично глобулярные фрагменты карбокси- и аминотерминальных пропептидов проколлагена I типа (КТППКI и АТППКI). КТППКI и АТППКI отделяются от основной молекулы с помощью специфических пептидаз после выброса проколлагена из клетки.

Очищенная молекула коллагена I типа включается в построение фибрилл костного матрикса, а КТППКI и АТППКI выбрасываются в экстрацеллюлярную жидкость. Соотношение между количеством коллагена, откладываемого в костный матрикс, и количеством КТППКI или АТППКI, поступающих в кровоток, теоретически равняется 1, поэтому по уровню КТППКI и АТППКI представляется возможным судить о способности остеобластов синтезировать коллаген I типа. Ни КТППКI, ни АТППКI не могут пройти через почечный фильтр в клубочках, поэтому уровень пропептидов в крови не зависит от почечной фильтрации. Они метаболизируются в печени.

 

Пиридинолин (ПИД) и дезоксипиридинолин (ДПИД), Pyrilinks-D, маркер резорбции костной ткани

В костном коллагене присутствуют поперечные связи между отдельными молекулами коллагена, которые играют большую роль в его стабилизации и представлены в виде пиридинолина и дезоксипиридинолина. Поперечные связи формируются экстрацеллюлярно после отложения молекул коллагена в матриксе. В результате резорбции, осуществляемой остеокластами, при разрушении коллагена возможен их выход из кости в сосудистое русло.

Наиболее специфичным для костей является ДПИД, поскольку он содержится преимущественно в коллагене I типа костной ткани и в небольшом количестве в дентине, аорте и связках. ПИД в основном присутствует в коллагене II типа в хрящах и в меньшей степени в костной ткани. ПИД и ДПИД не метаболизируются в организме, а экскретируются с мочой.

Уровень ДПИД в моче у женщин несколько выше, чем у мужчин, и повышается с возрастом. У женщин в период менопаузы экскреция ДПИД с мочой в 2-3 раза выше, чем у женщин детородного возраста, причем экскреция не зависит от диеты и физической активности. Как у женщин, так и у мужчин экскреция ПИД и ДПИД увеличивается при первичном гиперпаратиреозе (примерно в 3 раза), гипертиреозе (примерно в 5 раз), болезни Педжета (в 10-12 раз). Менее значимо, но тем не менее достоверно экскреция ДПИД увеличивается при остеопорозе, остеоартритах и ревматоидном артрите. Экскреция во всех случаях снижается при успешном лечении.

Для анализа используют суточную или для простоты сбора – утреннюю мочу.

 

Карбокси- и аминотерминальные телопептиды коллагена I типа (КТТКI, АТТКI), Beta-Cross laps

Карбокси- и аминотерминальные телопептиды коллагена I типа (КТТКI, АТТКI) образуются в тканях, которые содержат коллаген I типа. Молекулярная масса телопептидов составляет от 9 до 20 кДа, они эффективно выводятся с мочой. Ухудшение функции почек приводит к повышению содержания телопептидов в сыворотке крови. Концентрация КТТКI и АТТКI в сыворотке крови тесно коррелирует со скоростью резорбции кости. АТТКI (коммерческое название теста – Cross Laps) можно использовать для определения телопептидов коллагена как в сыворотке, так и в моче. В период менопаузы маркер Cross Laps увеличивается в сыворотке почти в 2 раза.

Динамическое определение уровня телопептидов имеет важное значение для прогнозирования восстановления минеральной плотности кости при проведении антирезорбционной терапии у женщин в постменопаузальный период и пациентов с остеопенией и болезнью Педжета. Преимущество использования Cross Laps состоит в том, что данный маркер костной резорбции позволяет быстро оценить эффективность всех видов терапии остеопороза уже через 3 месяца после начала лечения. Увеличение Cross Laps от среднего значения на 2SD ассоциируется с 2-кратным повышением риска перелома шейки бедра.

 

Оксипролин (ОП)

Оксипролин (гидроксипролин, 4-гидроксипролин) составляет около 14% аминокислотного состава коллагена, продуцируемого остеобластами. 85-90% оксипролина, освобождающегося из костей в результате разрушения коллагена, метаболизируется в печени и только 10-15% появляется в моче. При этом около 10% оксипролина, присутствующего в моче, составляет оксипролин, образующийся не в результате резорбции, а в результате деградации вновь синтезированных проколлагеновых пептидов или новых коллагеновых молекул, не использованных при построении костного матрикса.

Таким образом, появляющийся в моче оксипролин отражает суммарно и функцию остеобластов (процесс формирования), и функцию остеокластов (процесс резорбции), однако доля оксипролина, образуемого в результате резорбции, превалирует.

Используя исследование оксипролина в моче для оценки скорости ремоделирования, следует также иметь в виду, что он не является специфичным только для костей, поскольку содержится хоть и в меньшем количестве, во всех типах коллагеновых молекул. Кроме того, он может появляться в моче в результате приема содержащей коллаген пищи, поэтому для лабораторного анализа требуется, чтобы пациент, по крайней мере, в течение 3 дней не потреблял содержащую коллаген пищу.

Среднесуточное выделение оксипролина для здорового человека составляет 226±62 мкмоль/24 ч.

 

Костная тартрат-резистентная кислая фосфатаза (ТРКФ)

Кислая фосфатаза — это гетерогенная группа ферментов, которые гидролизуют моноэфиры ортофосфорной кислоты в кислой среде. У человека выделено, по крайней мере, 6 структурных изоформ. В остеокластах показано наличие 2 форм кислой фосфатазы: «большой» изофермент с молекулярной массой 100 кДа, который чувствителен к ингибирующему действию тартрата, и «малый» изофермент с молекулярной массой 34 кДа, который резистентное к тартрату (тартратрезистентная кислая фосфатаза ТРКФ).

ТРКФ локализована в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме остеокластов и освобождается из них в костные лакуны в процессе резорбции кости. Уровень ТРКФ в остеокластах увеличивается при действии паратиреоидного гормона и уменьшается кальцитонином.

Поскольку активность ТРКФ в сыворотке крови возрастает при состояниях, характеризующихся усилением процесса резорбции кости, а также имеется корреляция между ее активностью и данными гистоморфометрии, ТРКФ используют для определения выраженности резорбтивных процессов в скелете.

 

Клинические состояния, связанные с изменением в сыворотке активности ТРКФ:

Состояния	Степень изменения
Увеличение   - метастазы опухоли в кость   - остеомаляция   - болезнь Педжета   - первичный гиперпаратиреоз   - остеопороз   - гипертиреоз   - множественная миелома   - болезнь Кушинга   - «волосатоклеточный» лейкоз Снижение   - гипотиреоз	+++ +++ ++ ++ + + + ++ ++ -

 

Прогностическая значимость маркеров ремоделирования костной ткани

Прогностическая значимость маркеров ремоделирования костной ткани, исходя из выше перечисленного, показывает, что:

1. Высокие уровни маркеров резорбции костей (превышение пременопаузального уровня на 2 стандартных отклонения) связывают с примерно двукратным увеличением риска переломов
2. Маркеры резорбции могут быть использованы дополнительно при решении вопроса о назначении терапии, когда денситометрия и клинические факторы риска не являются однозначными для принятия решения
3. Пациенты с остеопорозом, у которых уровень маркеров костного метаболизма превышает норму более чем в 3 раза, предположительно имеют другую метаболическую костную патологию, включая злокачественную
4. Нормальными являются референтные значения, определенные для здоровых пременопаузальных женщин в возрасте 30-45 лет

Таким образом, по соотношению изменения маркеров резорбции и формирования представляется возможным судить о скорости костных потерь, предсказать риск перелома кости, а также выбрать наиболее адекватную терапию.