FGF2和BMP-2對Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者病灶清除聯合封閉負壓引流治療預后的預測價值*

羅雪峰，易知非，謝增如

（新疆醫科大學第一附屬醫院 創傷骨科，新疆 烏魯木齊 830000）

慢性骨髓炎屬于骨科常見疾病，主要由化膿性細菌感染引起，常伴死骨、竇道形成，瘢痕組織形成，傷口流膿，具有病程及治療周期長、頑固難治、醫療成本高等特點[1-3]。慢性骨髓炎若未及時給予有效的治療，隨著疾病進一步發展，可能出現創面不愈合、軟組織缺損、關節畸形及癌變等嚴重后果，不僅增加了家庭及社會的經濟負擔，還直接威脅患者的身心健康[4-7]。目前臨床對病情較重的Cierny-Mader Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎的治療更為困難，病灶清除聯合封閉負壓引流治療是常用治療方案，但臨床缺乏對此病預后進行早期精準評估的方法。相關研究顯示，成纖維細胞生長因子2（fibroblast growth factor 2, FGF2）和骨形態發生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2, BMP-2）是骨/軟骨細胞發育及穩態的重要調節因子，其可能通過參與調節骨重建過程中軟骨細胞、成骨細胞及破骨細胞等骨細胞的增殖、分化及基質合成過程，在骨損傷修復過程中發揮關鍵作用[8-9]。還有研究指出，某些生長因子缺乏是創面難以愈合的重要因素之一[10]。本研究擬探討FGF2和BMP-2對Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者病灶清除聯合封閉負壓引流治療預后的預測價值，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 研究對象

前瞻性選取2020年1月—2021年12月在新疆醫科大學第一附屬醫院住院治療的105例Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者作為研究對象，均接受病灶清除聯合封閉負壓引流治療，按不同治療預后分為療效好組75例（71.4%）和療效差組30例（28.6%）。納入標準：符合慢性骨髓炎診斷標準[11]；Cierny-Mader分型為Ⅲ、Ⅳ型；首次在本院接受病灶清除聯合封閉負壓引流治療。排除標準：嚴重肝、腎功能不全；合并嚴重血液性疾病和自身免疫性疾??；合并骨肉瘤、化膿性關節炎、骨關節結核及骨樣骨瘤等骨科疾??；不能配合隨訪者。本研究經醫院醫學倫理委員會批準（批準號：K201911-15），所有患者及家屬均知情同意。

1.2 治療方法

105例Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者均接受病灶清除聯合封閉負壓引流治療。切開病灶處皮膚，清除炎癥性竇道，徹底清除炎癥性肉芽組織、死骨、瘢痕組織，完全顯露病灶，經骨皮質開窗入骨髓腔，鑿除硬化及無供血的骨質，刮除髓腔內細菌生物膜。以含5%萬古霉素的骨水泥配方填充病灶骨缺損，縫合創面后將負壓封閉引流敷料置于創面，負壓設置為-60 kPa。1周后取出敷料，重新清除存在積膿的創面，引流，直到創面無膿性滲出物。

1.3 治療預后判定標準

術后1年，根據《臨床疾病診斷依據治愈好轉標準》[12]評價療效。①治愈：臨床癥狀與竇道消失，患肢外形、功能和X射線片顯示均正常；②顯效：患肢外形、功能基本正常，竇道無明顯滲出、X射線片顯示骨密度均勻，骨質硬化，無空腔；③有效：臨床癥狀緩解，伴少量畸形，時有疼痛，創口未完全愈合，X射線片顯示骨密度不均勻，骨質小部分修復；④無效：未達到上述標準。將治愈、顯效、有效記為療效好組，無效記為療效差組。

1.4 實驗室檢測

所有患者于術前清晨空腹時抽取上肢靜脈血5 mL，乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA）抗凝，3 000 r/min離心5 min，將分離后的上清液樣本置于低溫冰箱保存待檢。采用血常規分析儀檢測患者術前白細胞計數、血紅蛋白、血小板計數及淋巴細胞計數，計算患者中性粒細胞計數和淋巴細胞計數比值（neutrophil count to lymphocyte count ratio, NLR）、血小板計數和淋巴細胞計數比值（platelet count to lymphocyte count ratio, PLR）；采用酶聯免疫吸附試驗（enzyme linked immunosorbent assay,ELISA）雙抗體夾心法檢測患者術前腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor, TNF-α）（試劑盒購自上海梵態生物科技有限公司）、FGF2（試劑盒購自上海雙贏生物科技有限公司）、BMP-2（試劑盒購自上海一研生物科技有限公司）、降鈣素原（Procalcitonin, PCT）（試劑盒購自上海信裕生物科技有限公司）表達水平；采用免疫比濁法檢測患者術前C反應蛋白（Creactive protein, CRP）（試劑盒購自上海一研生物科技有限公司）；采用血沉儀法檢測患者術前紅細胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate, ESR）。

1.5 觀察指標

入院收集患者的年齡、性別、體質量指數（body mass index, BMI）、病程、糖尿病、感染部位、致病原因、細菌種類、Cierny-Mader分型及竇道形成等臨床資料；記錄并收集患者術前相關實驗室指標：白蛋白、血紅蛋白、NLR、PLR、TNF-α、FGF2、BMP-2、CRP、PCT及ESR；收集并記錄患者切口愈合時間、住院時間、術后并發癥發生情況、骨折預后及術后復發情況。

1.6 統計學方法

數據分析采用SPSS 25.0和R 4.2.1統計軟件。計數資料以構成比或率（%）表示，比較用χ2檢驗；計量資料以均數±標準差（±s）表示，比較用t檢驗。影響因素的分析采用多因素Logistic回歸模型；基于獨立預測因素構建相關列線圖模型，繪制列線圖模型的校準曲線進行內部驗證；繪制受試者工作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲線和決策曲線，分析模型的預測效能和凈收益率。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者臨床資料的比較

105例Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者年齡32～65歲，平均（45.8±8.5）歲；男性60例（57.1%），女性45例（42.9%）；平均BMI（21.9±1.3）kg/m2。兩組患者的年齡、性別構成、BMI、病程、糖尿病、感染部位、致病原因、細菌種類、白蛋白、血紅蛋白、切口愈合時間、住院時間、術后并發癥發生率及骨折愈合率比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。兩組患者的Cierny-Mader分型、竇道形成比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；療效差組Cierny-Mader分型Ⅳ型占比為83.33%（25/30），療效好組為30.67%（23/75），療效差組高于療效好組；療效差組竇道形成占比為80.00%（24/30），療效好組為33.33%（25/75），療效差組高于療效好組。見表1。

表1 兩組患者臨床資料的比較

2.2 兩組患者血清炎癥因子、FGF2和BMP-2水平的比較

兩組患者NLR、PLR、PCT水平比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。兩組患者ESR、CRP、TNF-α、FGF2及BMP-2水平比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；療效差組患者ESR、CRP、TNF-α水平均高于療效好組，療效差組患者FGF2、BMP-2水平均低于療效好組。見表2。

表2 兩組患者血清炎癥因子、FGF2和BMP-2水平的比較 （±s）

表2 兩組患者血清炎癥因子、FGF2和BMP-2水平的比較 （±s）

組別療效好組療效差組t / χ2值P 值n 75 30 NLR 4.5±1.0 4.8±1.2 1.017 0.154 PLR 289.5±17.6 294.6±20.4 1.134 0.103 ESR/（mm/h）17.5±5.9 21.9±6.4 1.876 0.021 CRP/（mg/L）7.4±0.8 9.8±1.1 4.311 0.000 PCT/（μg/L）2.2±0.3 2.5±0.3 1.124 0.118 TNF-α/（ng/L）17.5±2.8 28.9±3.3 4.887 0.000 FGF2/（ng/L）28.9±4.1 17.6±3.4 7.215 0.000 BMP-2/（ng/L）145.5±24.8 107.9±21.7 7.835 0.000

2.3 影響Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的多因素Logistic回歸分析

以治療預后（療效好= 0，療效差= 1）為因變量，以單因素分析中有統計學意義的Cierny-Mader分型（Ⅲ型= 0，Ⅳ型= 1）、竇道形成（否= 0，是= 1）、ESR、CRP、TNF-α、FGF2和BMP-2（均取實測值）為自變量進行多因素Logistic回歸分析，結果顯示：Cierny-Mader分型[=5.036（95% CI：1.369，9.894）]、竇道形成[=2.987（95% CI：1.156，7.247）]、FGF2水平[=0.446（95% CI：0.129，0.735）]和BMP-2水平[=0.485（95% CI：0.212，0.738）]為影響Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的危險因素（P＜0.05）。其中，FGF2每減少1 ng/L，Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療療效差的風險增加1.242倍（計算公式=1/OR-1= 1/0.446-1= 1.242）；BMP-2每減少1 ng/L，Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療療效差的風險增加1.062倍（計算公式 =1/OR-1= 1/0.485-1=1.062）。見表3。

表3 影響Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的多因素Logistic回歸分析參數

2.4 列線圖模型

基于多因素Logistic回歸分析結果獲得的4個影響Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的危險因素——Cierny-Mader分型、竇道形成、FGF2及BMP-2，構建預測Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的列線圖模型。以1例慢性骨髓炎患者為例：Cierny-Mader分型為Ⅳ型、伴有竇道形成、FGF2為22 ng/L、BMP-2為113 ng/L，其4個特征性變量的得分分別為100、85、47和63分，該患者的列線圖總評分為295分，該患者治療療效差的預測概率為82.5%。見圖1。

圖1 預測Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的列線圖模型

2.5 列線圖模型的預測價值

列線圖模型的校準曲線顯示，Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療療效的預測值與實際觀測值十分接近（見圖2）。ROC曲線分析結果顯示，Cierny-Mader分型、竇道形成、FGF2及BMP-2分別預測Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的曲線下面積分別為0.783（95% CI：0.754，0.875）、0.752（95% CI：0.761，0.893）、0.823（95% CI：0.789，0.885）及0.811（95% CI：0.797，0.875），FGF2及BMP-2的最佳截斷值分別為18.9 pg/mL和113.5 ng/L，4者聯合預測的曲線下面積為0.952（95% CI：0.896，0.991）（見圖3）。決策曲線分析結果顯示，在大多數合理閾值概率范圍內，Cierny-Mader分型、竇道形成、FGF2及BMP-2預測Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后均具有良好的凈收益，并且聯合預測的總體凈收益高于單一指標（見圖4）。

圖2 列線圖模型的校準曲線

圖3 預測Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的ROC曲線

圖4 預測Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后凈收益的決策曲線

3 討論

慢性骨髓炎主要以金黃色葡萄球菌、鏈球菌等細菌感染為主，這些細菌在病灶中大量繁殖生成內毒素刺激中性粒細胞、單核細胞分泌以及釋放大量TNF-α、白細胞介素-1β（Interleukin-1β,IL-1β）、IL-6及IL-8等炎癥因子，激活破骨細胞活性，上調內皮細胞黏附分子表達，破壞軟骨組織，促進骨丟失和降低骨密度[13-14]；另一方面，這些炎癥因子還可抑制成骨細胞增殖、分化和骨形成，在骨代謝中起著抑制作用[15-16]。慢性骨髓炎骨損傷的修復及創面的愈合是一個復雜的生理過程，其機制較為復雜，涉及生物化學、細胞生物學、生物力學等學科，主要包括骨細胞的增殖、分化、遷移、基質合成、血管重建和骨痂改建等過程，其中BMP-2、FGF2、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）等細胞因子通過激活多條細胞信號傳導通路促進骨細胞增殖、分化、遷移、基質合成及血管內皮生長因子表達，在這一過程中發揮著關鍵的調控作用[17]。相關研究顯示，BMP-2作為一種重要的骨形成調控因子，通過與BMP受體發生特異性結合，進而激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）細胞信號傳導通路，促進成骨特異性轉錄因子Runx2表達和激活，進而調控誘導未分化的間質細胞分化為成骨組織，此外還可上調VEGF表達，從而促進骨損傷的修復[18]。XIA等[19]的研究結果顯示，慢性骨髓炎患者血清TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8及BMP-2表達水平與其病灶清除聯合抗生素骨水泥珠鏈治療效果密切相關，TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8表達水平越低，BMP-2表達水平越高，患者治療效果越好。而本研究結果顯示，BMP-2為影響Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的獨立預測因素，BMP-2每減少1 ng/L，Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療療效差的風險增加1.062倍，與既往研究結果一致。

FGF2是一種主要由內皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞分泌的生長因子，參與軟骨形成與骨形成的調節，并可促進損傷組織中內皮細胞分化和新生血管形成[20-21]；此外，FGF2通過與特異性受體FGF2R結合形成FGF2-FGF2R-HS復合物，進一步激活包括RAS-MAPK、PI3K-Akt及STAT細胞信號傳導通路，參與軟骨形成與骨形成的調節，促進骨損傷修復過程中骨細胞的增殖、分化以及基質合成[22-23]。相關動物模型實驗利用FGFR2全敲除小鼠脛骨骨折發現，FGFR2主要通過正向調節成骨細胞的增殖、分化，以及調節軟骨內成骨，促進骨痂形成，進而促進骨損傷修復[24]。此外，臨床運用外源性FGF2治療糖尿病足取得了不錯的治療效果，其可能原因考慮為FGF2通過促進血管新生能力參與糖尿病周圍神經病變和糖尿病足過程，血清FGF2表達水平下降導致新生血管生成受損是糖尿病足創面難愈的機制之一[24-25]。本研究多因素Logistic回歸分析結果顯示，FGF2及BMP-2為影響Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的獨立預測因素，FGF2每減少1 ng/L，Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療療效差的風險增加1.242倍，提示血清FGF2表達水平越低，慢性骨髓炎患者治療效果越差?？紤]其可能原因與FGF2正向調節骨損傷組織中成骨分化、增殖、軟骨形成及新生血管形成，促進骨損傷再生和修復有關。

此外，為進一步提高本研究的臨床應用價值，本研究基于多因素Logistic回歸分析結果獲得的Cierny-Mader分型、竇道形成、FGF2及BMP-2這4個獨立預測因素構建預測Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的列線圖模型。經內部驗證證實，本研究構建的列線圖模型具有較高的校準度和預測效能，用于預測慢性骨髓炎患者治療預后具有較高的凈收益。

綜上所述，Cierny-Mader分型、竇道形成、FGF2及BMP-2為影響Ⅲ、Ⅳ型慢性骨髓炎患者治療預后的獨立預測因素，基于4個指標構建的列線圖模型能準確預測慢性骨髓炎患者治療預后。