変形性関節症の検査診断

変形性関節症の患者では、ほとんどの場合、血液検査や尿検査に変化は見られません。ただし、著しい滲出液を伴う滑膜炎の場合は、赤沈（ESR）の上昇、高ガンマグロブリン血症、急性期指標（CRP、フィブリノーゲンなど）の上昇などがみられることがあります。滑液を検査しても、正常範囲の指標との有意な差は認められません。

近年、関節組織（主に軟骨と骨）の劣化と修復を示唆する生物学的マーカー（BM）の探索が精力的に行われています。BMはこれらの動的な変化を反映し、変形性関節症の予後予測因子として、また病因治療の有効性を示すマーカーとして役立つと考えられます。既存の生物学的マーカーを新たに発見し、より深く研究することで、変形性関節症の発症メカニズムをより深く理解できるようになります。しかしながら、軟骨代謝の生物学的マーカーを用いる主な目的は、薬剤の軟骨保護特性を評価し、DMO ADグループ（「疾患修飾薬」）に属する薬剤による治療効果をモニタリングすることです。

変形性関節症では、病理学的変化は主に関節軟骨、軟骨下骨、滑膜、その他の関節軟部組織に生じます。これらの構造を直接観察できる手段には限界があるため、生物学的マーカーを採取するための最も重要な情報源は、血液、尿、滑液です。

尿検査は侵襲的な処置を必要としないため、最も好ましい方法です。私たちの見解では、検査に理想的な材料は毎日の尿です。朝の尿の分析の方がより適切ですが、その可能性は、この種の分析が骨粗鬆症における骨代謝の生物学的マーカーの決定に使用されているという事実のみに基づいています。生物学的マーカーは概日リズムの影響を受け、骨代謝の生物学的マーカーのピーク濃度は夜間に発生することが知られています。現在、軟部組織（軟骨）の生物学的マーカーの概日リズムに関する情報は文献にないため、適切な尿検査の選択に関する最終決定は、適切な研究を行った後に行われます。

血液検査は日常的な臨床検査です。急性期指標など、すでに血液中の生物学的マーカーが測定されているものもあれば、近い将来、生化学検査の標準リストに含まれる可能性のあるものもあります。各生物学的マーカーについて、血液のどの成分（血漿または血清）で測定するかを指定する必要があります。研究結果によると、血漿中の生物学的マーカーの濃度は血清中のものと大きく異なります。生物学的マーカーは通常、血清で測定されます。V. Rayanら（1998）によると、患部の関節近くの静脈から採取した血液と、より遠くの静脈から採取した血液では、生物学的マーカーの濃度が異なります。これらのデータは、生物学的マーカーを研究するための採血を標準化する必要があることを示しています。

LJ Attenciaら（1989）によると、成人の滑膜関節の軟骨は、椎間板を含む体内の硝子軟骨の総質量のわずか10%を占めるに過ぎません。したがって、血液および尿中の生物学的マーカーの決定は、変形性関節症に罹患した関節の局所的変化ではなく、全身代謝を反映することになります。滑液は変形性関節症の病変に最も近く、おそらく罹患関節で起こっているプロセスを最も正確に反映しています。滑液中の生物学的マーカーの濃度は血液中よりも大幅に高くなる可能性があるため、決定が容易です。例として、アグリカンのエピトープ846が滑液中では血清中の40倍、軟骨オリゴマーマトリックスタンパク質（COMP）は血清中の10倍含まれています。滑液中の分解産物は、関節軟骨における異化プロセスをより正確に反映しています。滑液中の分子が局所リンパ系を通じて排出されると、そのサイズが縮小し、場合によっては破壊されることもあります。

関節液採取法は侵襲性が高く、多くの合併症を引き起こす可能性がありますが、その生物学的マーカーを決定する価値は明らかです。いわゆるドライジョイントの問題を回避するために、関節液採取の直前に等張NaCl溶液20mlを関節に注入することができます。等張液の注入直後に、患者は関節内で肢を10回屈曲および伸展させ、その後、希釈された関節液を速やかに吸引する必要があります。EM-JA Thonar（2000）によると、このような滑膜の希釈は関節軟骨の代謝に影響を及ぼします。しかし、FC Robionら（2001）の研究結果によると、馬の膝関節を繰り返し洗浄しても軟骨代謝に大きな変化は見られません。これらのデータは確かに確認が必要です。したがって、各生物学的マーカーについて、関節洗浄がその濃度の変化に及ぼす影響は、動物における前臨床研究の段階で決定されなければなりません。

次に重要な点は、各生物学的マーカーの滑液および血液中の半減期を決定することです。このようなデータがなければ、検査結果の解釈は困難になります。通常、血液中の生物学的活性物質の半減期は、肝臓および腎臓による効率的なクリアランスにより、他の液体媒体よりも短くなります。したがって、各生物学的マーカーについて、排泄経路も決定する必要があります。例えば、III型コラーゲンのNプロペプチドは、受容体を介したエンドサイトーシスによって肝臓から排泄され、非グリコシル化コラーゲン断片はオステオカルシンと同様に主に尿によって排泄されます。肝小葉の洞内皮細胞にはグリコサミノグリカンの受容体があるため、ヒアルロン酸とプロテオグリカンは肝臓によって排泄されます。血中ヒアルロン酸の半減期は2～5分です。滑膜炎の存在は関節からの生物学的マーカーの消失を促進する可能性があるが、ウサギを用いた研究では、滑膜炎の有無にかかわらずプロテオグリカンの消失に有意な差は認められなかった。したがって、炎症が体液中の生物学的マーカー濃度の変化に及ぼす影響を調査する必要がある。

腎臓は生物学的マーカーを選択的に濾過します。そのため、大きな負電荷を帯びたグリコサミノグリカンは腎基底膜を透過できない一方で、コンドロイチン-6-硫酸やコンドロイチン-4-硫酸などのグリコサミノグリカンは尿中に検出されます。

病理（特に変形性関節症）に加えて、体液中の生物学的マーカーの濃度にはさまざまな要因が影響を及ぼす可能性があります。

1. 概日リズムは、これまで少数の生物学的マーカーについてのみ研究されてきました。研究対象は骨代謝マーカーです。例えば、オステオカルシンのピーク濃度は夜間に、コラーゲン架橋のピーク濃度は朝の8時に発生します。関節リウマチでは、IL-6の活性ピークも夜間（約2時）に発生し、オステオカルシンよりも早いです。これらのデータは、炎症および骨組織の生理機能におけるIL-6の関与との関連において興味深いものです。一方、TNF-αには概日リズムがありません。しかし、このサイトカインの受容体は概日リズムに従うことができます。
2. 蠕動運動。ヒアルロン酸は滑膜細胞（および他の多くの細胞）によって合成され、変形性関節症および関節リウマチにおける滑膜炎の潜在的なマーカーです。しかし、ヒアルロン酸の最も高い濃度は腸管リンパ系に存在します。当然のことながら、循環血中のヒアルロン酸濃度は食後に上昇する可能性があります。したがって、生物学的マーカーを測定するための採血は、空腹時または食後3時間後に行う必要があります。蠕動運動が血中の生物学的マーカー濃度に及ぼす影響については、研究が必要です。
3. 健康な人では、就寝後の朝の身体活動は、血中のヒアルロン酸、MMP-3、およびケラタン硫酸エピトープの濃度を上昇させます。身体活動は、滑液と血清の両方において、いくつかのマーカーの濃度を変化させる可能性があります。このような上昇は関節リウマチ患者においてより顕著であり、さらに、これらの生物学的マーカーの濃度は患者の臨床状態と相関しています。
4. 肝臓および腎臓疾患。肝硬変は血清中のヒアルロン酸値の顕著な上昇を引き起こし、プロテオグリカンの排泄に影響を与えると考えられます。腎臓疾患はオステオカルシン濃度に影響を及ぼすことが知られています。この問題についても、より詳細な研究が必要です。
5. 年齢と性別。成長期には成長板細胞の活性が高まり、血清中の骨格生物学的マーカー濃度の上昇を伴います。一例として、成長期の動物の末梢血および尿中のアグリカン断片およびII型コラーゲンの濃度の上昇が挙げられます。そのため、筋骨格系疾患を患う小児および青年における生物学的マーカー分析の解釈は困難です。多くの生物学的マーカーにおいて、加齢とともに濃度の上昇が認められています。男性では、軟骨および骨組織における生物学的マーカー濃度が女性のそれを大幅に上回っています。さらに、閉経期および閉経後の女性では、骨組織で観察されるものと同様に、軟骨代謝の生物学的マーカー濃度の変化が予想されます。
6. 外科手術も生物学的マーカーのレベルに影響を及ぼす可能性があり、この影響は数週間続くことがあります。

変形性関節症の生物学的マーカーの概念は、関節組織における代謝プロセスの特定の側面を反映するという仮説に基づいています。しかしながら、体液中の生物学的マーカー濃度と軟骨、滑膜、その他の組織の代謝との関係は非常に複雑であることが判明しています。

例えば、滑液中の関節軟骨 ECM 分解マーカーの濃度は、マトリックス自体の分解の程度だけでなく、すでに上で述べた滑膜からの分子断片の除去の程度や関節に残っている軟骨組織の量など、他の要因にも依存する可能性があります。

上記の事実にもかかわらず、滑液中の生物学的マーカー濃度は、一般的に関節軟骨の細胞外マトリックス分子の代謝と相関しています。例えば、関節損傷後および変形性関節症の発症過程における滑液中のアグリカン断片、エピトープ846、COMB、およびII型コラーゲンCプロペプチドの濃度変化は、動物およびin vivoにおける変形性関節症の実験モデル、ならびに変形性関節症患者の関節軟骨およびin vitroにおけるアグリカン、COMB、およびII型コラーゲンの代謝強度の変化と一致しています。

分子断片の特定の発生源を特定することは複雑なプロセスです。分子断片の放出増加は、合成プロセスによって補償されない分解プロセスの全体的な増加、および分解の増加と同時に同じECM分子の合成強度の増加の両方によって発生する可能性があります。後者の場合、ECM分子の濃度は変化しません。したがって、分解と合成に特異的なマーカーを探す必要があります。前者の例としてはアグリカンの断片、後者の例としてコラーゲン11のCプロペプチドが挙げられます。

たとえ生物学的マーカーが代謝の特定の側面と関連していたとしても、このプロセスの特定の特徴を考慮する必要がある。例えば、同定された断片は、まだ機能的な ECM に統合されていない de novo 合成分子、ECM に統合されたばかりの分子、そして最終的には成熟したマトリックスの重要な機能部分である永続的な ECM 分子の分解の結果として形成される可能性がある。もう 1 つの問題は、滑液、血液、または尿で検出された生物学的マーカーの供給源となった特定のマトリックス領域 (細胞周囲マトリックス、領域マトリックス、および領域間マトリックス) の定義である。in vitro 研究では、関節軟骨 ECM の個々の領域で代謝の強度が異なる可能性があることが示唆されている。コンドロイチン硫酸の硫酸化に関連する特定のエピトープの研究は、de novo 合成されたアグリカン分子の集団を特定するのに役立つ可能性がある。

軟骨細胞外マトリックス（ECM）に通常存在する分子の断片が滑液中に出現することは、軟骨マトリックスの代謝と関連していると考えられる。しかし、必ずしもそうとは限らない。これは多くの要因、特に関節軟骨中の特定分子の濃度が他の関節組織の濃度をどの程度上回っているか、また軟骨におけるその代謝の強度が他の関節組織の強度をどの程度上回っているかによって決まるためである。例えば、関節軟骨中のアグリカンの総量は、例えば膝関節の半月板中のアグリカンの総量を大幅に上回るが、半月板中のコンブ（COMB）の総量は関節軟骨中のものと実質的に変わらない。軟骨細胞と滑膜細胞はどちらもストロメリシン-1を産生するが、滑膜中の細胞の総数は軟骨中の細胞の総数を上回るため、滑液中に存在するストロメリシン-1の大部分は滑膜由来である可能性が高い。したがって、生物学的マーカーの特定の発生源を特定することは極めて困難であり、多くの場合不可能です。

血清および尿中の生物学的マーカーを研究する場合、その関節外起源の可能性を特定するという問題が生じます。さらに、単関節損傷の場合、患側の関節から分泌される生物学的マーカーが、対側関節を含む健常な関節から分泌されるマーカーと混ざる可能性があります。関節軟骨は、体内の硝子軟骨の総質量の10%未満を占めます。したがって、血液および尿中の生物学的マーカーの測定は、多関節疾患、あるいは全身性疾患（変形性関節症に関連する、いわゆる「全身性変形性関節症」）においてより妥当であると考えられます。

生物学的マーカーの要件は、診断検査、予後検査、評価検査のいずれの用途で使用されるかによって異なります。例えば、診断検査は、健康な個人と変形性関節症患者との間の差異を判定するものであり、これは検査の感度と特異度という観点から表されます。予後検査は、コホート集団において疾患が急速に進行する可能性が最も高い個人を特定します。最後に、評価検査は、個々の患者における経時的な変化をモニタリングするマーカーの能力に基づいています。さらに、生物学的マーカーは、特定の薬剤に対する患者の感受性を判定するためにも使用できます。

当初、生物学的マーカーは、変形性関節症の関節と健常な関節を区別し、他の関節疾患との鑑別診断を行うための診断検査として役立つと考えられていました。そのため、血清中のケラタン硫酸濃度の測定は、一般的な変形性関節症の診断検査と考えられていました。しかし、その後の研究で、この生物学的マーカーは、特定の状況においてのみ軟骨プロテオグリカンの分解を反映する可能性があることが明らかになりました。血清中の生物学的マーカー濃度は、検査対象者の年齢と性別に依存することが判明しました。

変形性関節症患者の滑液および血清中の関節組織代謝の推定生物学的マーカー

生物学的マーカー	プロセス	滑液中（リンク）	血清中（リンク）
1. 軟骨
アグリカン
コアタンパク質断片	アグリカン分解	ローマンダー LS. 他、1989; 1993	Thonar EJMA 他、1985; Campion GV et al.、1989;メラバンF.ら、1991;スペクター TD 他、1992 年。ローマンダー LS.、Thonar EJ-MA、1994 年。プール AR 他、1994) t (プール AR 他、1994)
コアタンパク質エピトープ（切断領域特異的ネオエピトープ）	アグリカン分解	サンディ JD 他、1992 年。ローマンダーLS。ら、1993年。ラークM.W.他、1997
角質硫酸塩のエピトープ	アグリカン分解	Campion GV et al., 1989; Belcher C et al., 1997
コンドロイチン硫酸のエピトープ（846、ЗВЗ、7D4、DR）	アグリカンの合成/分解	プールARら、1994年。ヘイゼルP.K.ら、1995年。スレーター RR ジュニアら、1995 年。 Plaas AHK et al.、1997; 1998年;ローマンダーLS。他、1998
コンドロイチン6硫酸とコンドロイチン4硫酸の比率	アグリカンの合成/分解	新目 真一 他 1993
小さなプロテオグリカン	小さなプロテオグリカンの分解	Witsch-PrehmP. et al., 1992
軟骨の基質タンパク質
ホンプ	HOMPの分解	Saxne T.、Heinegerd D.、1992 年; LohmanderLS. et al.、1994; Petersson IF et al.、1997	シャリフ・M.他、1995
軟骨コラーゲン
II型コラーゲンのCプロペプチド	コラーゲンIIの合成	ShinmeiM.ら、1993年。吉原Y.ら、1995年。ローマンダーLS。他、1996
II型コラーゲンのα鎖の断片	コラーゲンIIの分解	Hollander AP et al.、1994;ビリングハースト RC 他、1997。アトリーLM。他、1998
MMPとその阻害剤	合成と分泌	滑膜または関節軟骨からですか?
II. 半月板
ホンプ	HOMPの分解	関節軟骨、半月板、それとも滑膜からでしょうか?
小さなプロテオグリカン	小さなプロテオグリカンの分解
III. 滑膜
ヒアルロン酸	ヒアルロン酸の合成		Goldberg RL他、1991年; HedinP.-J.他、1991年; Sharif M.他、1995年
MMPとその阻害剤
ストロメリシン（MMP-3）	MMP-3の合成と分泌	ローマナーLS他、1993	ザッカーS.ら、1994年。吉原Y.他、1995
間質性コラーゲナーゼ（MMP-1）	MMP-1の合成と分泌	Clark IM他、1993年；LohmanderLS他、1993年	マニコートDH他、1994
ティンプ	TIMPの合成と分泌	ローマンダーLS。ら、1993年。マニコート DH 他、1994	吉原裕子ほか、1995
III型コラーゲンのNプロペプチド	コラーゲンIIIの合成/分解	シャリフ・M.他、1996	シャリフ・M.他、1996

多くの研究において、健康なボランティア、関節リウマチ、反応性関節炎、または変形性関節症の患者の膝関節液中のアグリカン断片、HOMP、MMP、およびそれらの阻害薬の濃度に差があることが示されています。著者らは生物学的マーカーの平均濃度に有意差があることを示していますが、比較分析がプロファイルおよび後ろ向きであったため、データの解釈は困難です。これらの検査の予後予測特性は、前向き研究で確認する必要があります。

生物学的マーカーは、疾患の重症度や病理学的過程の段階を評価するために使用することができます。変形性関節症の場合、疾患の重症度とその段階は、X線検査や関節鏡検査の結果に加え、疼痛症候群の重症度、罹患関節の機能制限、そして患者の機能的能力によって判断されます。L. Dahlbergら（1992年）およびT. SaxneとD. Heinegard（1992年）は、関節軟骨代謝の分子マーカーを用いて変形性関節症の段階をさらに詳細に評価することを提案しました。しかし、このような生物学的マーカーを医療現場に導入するには、この方向へのさらなる研究が必要です。

生物学的マーカーを予後検査として利用できる可能性に関する報告があります。例えば、研究開始時の変形性膝関節症患者の血清中のヒアルロン酸濃度（ケラタン硫酸濃度ではない）は、5年間の観察期間中の変形性膝関節症の進行を示唆することが示されました。同じ患者集団において、研究開始後1年間の変形性膝関節症患者の血清中のCOMB含有量の増加は、5年間の観察期間中のX線画像上の進行と関連していることが示されました。関節リウマチ患者の生物学的マーカー研究では、血清中のCOMB（エピトープ846、コンドロイチン硫酸）濃度が、より急速な疾患進行と関連していることが示されています。これらの結果は少数の患者群で得られたものであり、生物学的マーカーのレベルと疾患進行の関係の強さを示すものではないことが多く、より大規模な患者コホートを対象とした前向き研究のさらなる実施が必要です。

TD Spectorら（1997）は、初期の変形性関節症患者において血清CRPがわずかに上昇していることを発見し、CRPが変形性関節症の進行の予測因子となる可能性があると報告しました。この場合、CRPの上昇は関節組織の損傷過程を反映しており、ヒアルロン酸の増加と関連している可能性があり、これもまた疾患の進行を示しています。血清中に検出されたヒアルロン酸の大部分は滑膜に由来する可能性があり、これは軽度の滑膜炎の存在を示唆しています。変形性関節症患者および関節損傷後の滑液および血清中のストロメリシンMMP濃度の上昇も、軽度の滑膜炎と関連している可能性があります。

最後に、生物学的マーカーは、薬剤の臨床試験における有効性の基準として、また病態生理学的治療のモニタリングにも使用できます。しかし、相互に関連する2つの問題があります。「構造修飾」または「疾患修飾」特性が実証された薬剤が不足しているのは、主に信頼できる生物学的マーカーが不足しているためです。また、逆に、関節組織代謝の特異的マーカーが不足しているのは、主にこれらのグループにおける薬剤の対照試験が不足しているためです。

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