骨骼是一种代谢相当活跃的组织，与全身其他组织器官一样，存在生长发育、衰老、病损等生命现象。骨组织在合成与分解代谢过程中产生许多代谢产物，并以不同浓度和结构方式分布于骨骼、血液、尿液或其他体液中；调节骨代谢的内分泌和旁分泌激素不但影响骨塑建与骨重建，也反馈调控骨代谢的多个环节，维持骨代谢平衡和内环境稳定。因此，临床上可以通过检测血液或尿液中的骨代谢产物和相关激素，间接推断骨骼的各种代谢状态。这些可被检测的生化标志物与相关激素统称为骨代谢生化标志物或骨代谢标志物，其中能反映骨代谢转换的指标称为骨转换标志物(bone turnover markers，BTMs)。
骨代谢标志物可大致分为一般生化标志物、骨代谢调控激素和骨转换标志物3类。一般生化标志物主要指血钙、血磷、尿钙和尿磷等；骨代谢调控激素主要包括维生素D及其代谢产物、甲状旁腺素(parathyroid hormone，PTH)和成纤维生长因子23(亦称排磷因子或排磷素，fiberblast growth factor 23，FGF23)等；BTMs则指反映骨骼细胞活性与骨基质代谢水平的生化产物，通常分为骨形成标志物和骨吸收标志物两类，前者代表成骨细胞活性及骨形成状态，后者主要反映破骨细胞活性与骨吸收水平。
一般生化标志物
血钙
血钙分为血清总钙和游离钙，是反映钙和磷稳态变化的基本指标。血液中约50%的总钙与白蛋白及球蛋白结合，因此，血清总钙受血清白蛋白的影响，而未与蛋白质结合的钙称为游离钙。游离钙受钙调节激素(如甲状旁腺素、维生素D和降钙素)的严密调控，能更准确地反映钙代谢状态。成年人血清总钙的正常参考值范围2.2~2.7 mmol/L，临床发现血钙异常时，应考虑血清白蛋白、血液稀释或浓缩以及其他因素的影响(附录1ⅢA级)，并进行校正。校正公式：血清总钙修正值(mmol/L)=血钙测量值(mmol/L)+0.02×[40－血清白蛋白浓度(g/L)]。血游离钙一般情况下可估算为血清总钙的一半，也可用游离钙测定仪检测，其正常水平为(1.18±0.05)mmol/L。
血磷
血清中的无机磷约12%与蛋白结合，绝大多数以H2PO4-或HPO42-离子状态存在，成年人正常参考范围为0.97~1.45 mmol/L，儿童为1.29~2.10 mmol/L。引起血磷升高的主要原因包括慢性肾功能衰竭等肾滤过磷障碍性疾病、维生素D中毒和甲状旁腺功能减退症等。引起血磷降低的常见原因有维生素D缺乏症、原发性或三发性甲状旁腺功能亢进症、范可尼综合征、肾小管性酸中毒或其他肾小管病变等。需要注意的是，血磷易受饮食因素(特别是磷摄入量)的影响。
尿钙
临床上常用24 h尿钙排出量或尿钙/尿肌酐比值反映尿钙排泄水平。在饮食基本不变的情况下，24 h尿钙检测较为稳定。通常情况下，24 h尿钙排出量大于7.5 mmol(300 mg)为高钙尿症；低钙尿症的判断需要同时考虑钙摄入量、尿钙排出量和血钙水平等因素，目前尚无公认的诊断标准。
引起尿钙增加的常见因素：(1)钙摄入过多；(2)骨矿物质动员增强(如高PTH血症、高糖皮质激素血症、高甲状腺激素血症、肾小管酸中毒、肿瘤骨转移或恶性骨肿瘤等)；(3)长期制动；(4)慢性代谢性酸中毒；(5)维生素D过量或中毒；(6)结节病(1α-羟化酶活性增强，血清1,25(OH)2D和血钙升高)。引起尿钙减少的主要因素：(1)维生素D缺乏症；(2)代谢性碱中毒；(3)佝偻病/骨软化症等。
尿磷
临床上常用24 h尿磷排出量、尿磷/尿肌酐比值反映尿磷排泄水平。尿磷排出量受多种因素的影响，主要包括来源于肠道、骨骼和软组织的磷含量、肾小球磷滤过率和肾小管磷重吸收率等。低磷血症患者的尿磷不降低，即意味着不适当性尿磷排泄增加，多见于PTH分泌过多、高FGF23血症、范可尼综合征、低磷血症性骨软化症等。
骨代谢调控激素
维生素D
维生素D是调节钙磷代谢的重要激素。其生理作用主要包括：(1)促进小肠的钙磷吸收；(2)促进肾小管钙磷重吸收；(3)促进骨矿物质动员。除了调节钙磷代谢之外，维生素D还对免疫系统、神经系统、心血管系统、骨骼肌运动系统、生殖系统和皮肤功能等有重要调节作用。
维生素D在体内的代谢产物超过40种，但是绝大多数在循环中的半衰期都很短暂。25羟维生素D(25-hydroxyvitamin D,25OHD)在血液中与维生素D结合蛋白结合，半衰期约21 d，是维生素D在体内的主要储存形式，其检测不受进食和生理节律的影响。具有生理活性的1,25(OH)2D是25OHD经1α羟化酶羟化后的产物，其半衰期为4~6 h，血浓度仅为25OHD的千分之一。因此，临床上推荐用25OHD检测反映个体的维生素D营养状态(附录1Ⅱ-3A级)。而1,25(OH)2D不能反映维生素D营养状态，不推荐常规检测，仅应用于某些代谢性骨病的鉴别诊断。
高效液相法是测定血清25OHD浓度的金标准，但由于该法耗时且费用高，不利于广泛应用。目前最常用的检测方法是免疫测定法。血清1,25(OH)2D常用放射免疫法测定。虽然血清1,25(OH)2D较为稳定，但由于其浓度低，测定方法难以标准化，且易受外源性活性维生素D的影响，检测难度和误差远高于25OHD。
国际骨质疏松基金会(International Osteoporosis foundation，IOF)建议血清25OHD低于20 ug/L判为维生素D缺乏，20~30 ug/L为维生素D不足，老年人25OHD水平高于30 ug/L可降低跌倒和骨折风险(附录1Ⅱ-2B级)。需要注意的是，血清25OHD水平易受日照、地理位置、季节等因素影响。临床医师必须重视维生素D缺乏或不足的流行现状及其对骨质疏松症等代谢性骨病的影响。我国多中心流行病学调查结果显示，55岁以上女性血清25OHD平均值18.0±8.4 ug/L，维生素D缺乏(＜20 ug/L)的患病率43.8%，维生素D不足及缺乏(＜30 ug/L)的患病率高达86.5%；在日照时间最少的四川盆地，30岁以上女性25OHD低于20 ug/L的比例为72.5%，低于30 ug/L的比例高达95.0%。
甲状旁腺素
甲状旁腺主细胞合成和分泌的PTH含84个氨基酸残基。PTH的主要生理功能包括：(1)增加尿钙重吸收、抑制尿磷重吸收并调节维生素D在肾脏的活化和代谢；(2)刺激骨形成和骨吸收，但通常情况下以刺激骨吸收占主导地位。循环血液中的活性PTH浓度较低，半衰期仅2 min，而大量无活性的PTH片段可干扰PTH测定。
成纤维生长因子23
FGF23是一种由骨细胞分泌的重要磷调节激素，通过与Klotho-FGF受体复合物结合，抑制近端肾小管对磷的重吸收，增加尿磷排泄。FGF23还可抑制1,25(OH)2D的合成并促进其分解代谢，从而减少肠道磷的吸收。目前可采用酶联免疫测定法及自动化学发光法检测血清FGF23浓度。有限的数据建议将25 ng/L作为FGF23异常的切点，但需要更大样本的研究进行论证。
骨转换标志物
骨转换标志物分类和来源
BTMs分为骨形成标志物和骨吸收标志物两类。
骨形成标志物
骨形成标志物是反映成骨细胞功能状态的直接或间接产物。成骨细胞中含有大量的Ⅰ型前胶原，骨形成时Ⅰ型前胶原被分泌到细胞外，裂解为Ⅰ型前胶原N端前肽(N-terminal propeptide of type 1 precollagen，P1NP)、Ⅰ型前胶原C端前肽(C-terminal propeptide of type 1 precollagen，PICP)和Ⅰ型胶原3个片段。Ⅰ型胶原被组装在类骨质中，无机矿物质(钙和磷)沉积于其中，形成羟基磷灰石(类骨质矿化)；而P1NP和PICP则作为代谢产物进入血液和尿液中，故检测P1NP和PICP可以反映骨形成水平。骨矿化过程中，成骨细胞分泌的骨特异性碱性磷酸酶(bone-specific alkaline phosphatase，bALP)将单磷酸酯水解成无机磷，增加局部无机磷的浓度，同时可水解抑制矿化结晶的焦磷酸盐，发挥钙结合蛋白或Ca2+-ATP酶的作用。骨碱性磷酸酶是总碱性磷酸酶的重要部分，肝功能正常时，肝脏和骨骼来源的碱性磷酸酶各占血液总碱性磷酸酶的一半。当骨源性碱性磷酸酶升高时，总碱性磷酸酶也相应升高，故后者可部分反映骨形成状态。相对于bALP和Ⅰ型原胶原，骨钙素(osteocalcin，OC)是骨基质中含量最丰富和骨形成过程产生较晚的标志物，由成骨细胞合成类骨质时释放到细胞外基质，其中一小部分进入血液循环，其作用尚不清楚，可能与影响类骨质矿化并在骨重建过程中起负反馈作用有关。破骨细胞骨吸收时OC也会增高，因此OC除了反映骨形成状态外，更代表骨转化水平的综合状态。骨钙素的大N端片段(N-Mid OC，1~43氨基酸残基)比OC全段更稳定，检测敏感性和重复性更佳。
骨吸收标志物
骨吸收标志物是在骨吸收过程中由破骨细胞分泌的或被代谢的骨组织产物。在骨组织中，Ⅰ型胶原交联氨基端肽区(type I collagen cross-linked N-telopeptide，NTX)或羧基端肽区(type I collagen cross-linked C-telopeptide，CTX)通过吡啶啉(pyridinoline，Pry)或脱氧吡啶啉(deoxypyridinoline，D-Pry)将相邻两个Ⅰ型原胶原分子相连，而羟脯氨酸(hydroxyproline，HOP)在胶原分子内部通过氢键起稳定胶原纤维的作用。Ⅰ型胶原在赖氨酰氧化酶作用下降解后，释放出HOP、Pry、D-Pry、NTX和CTX，因此这5个标志物反映了骨吸收过程中的胶原降解水平。尿HOP只有10%来自骨Ⅰ型胶原的降解，其特异性较差;而Pry、D-Pry在尿液中相对稳定。常用的CTX有α-CTX和β-CTX两种，其中β-CTX是α-CTX的异构体，两者均含有Ⅰ型胶原分子间交联物的重要区段和近似交联物的残基，可保护其不受肾脏降解，稳定性较好。抗酒石酸酸性磷酸酶-5b(tartrate-resistant acid phosphatase 5b，TRAP-5b)是由破骨细胞产生的非胶原蛋白。破骨细胞将降解的胶原代谢产物吞入细胞中，并和含有TRAP-5b的细胞囊泡融合，在囊泡中胶原代谢产物被TRAP-5b产生的氧化应激产物破坏并和TRAP-5b一起从基底外侧细胞膜分泌到细胞外。因此，血清TRAP-5b与骨吸收水平呈正相关。
在不同年龄段及各种代谢性骨病时，BTMs能及时反映全身骨骼代谢状态和动态变化。
| 常见代谢性骨病骨代谢生化标志物变化 Change of bone metabolic biochemical markers |
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| 代谢性骨痛 | 骨形成标志物 | 骨吸收标志物 | PTH | 25OHD | 1,25(OH)2D | 血钙 | 血磷 |
| 甲状旁腺功能亢进 | ↑ | ↑ | ↑↑ | N或↓ | ↑ | ↑ | ↓ |
| 肾性骨病(高转运型) | ↑ | ↑ | ↑ | N或↓ | N或↓ | ↓ | ↑ |
| 肾性骨病(低转运型) | N或↓ | N或↓ | N或↓ | N或↓ | N或↓ | ↓ | ↑ |
| 骨肿瘤或肿瘤骨转移 | ↑ | ↑ | ↓ | N | N或↓ | N或↑ | N或↓或↑ |
| 佝偻病或骨软化 | ↑↑ | ↑ | ↑ | ↓或↑ | N或↑或↓ | N或↓ | N或↓ |
| 维生素D缺乏 | N或↑ | N或↑ | ↑ | ↓ | N或↑或↓ | N或↓ | N或↓ |
| PTH:甲状旁腺素； 25OHD:25羟维生素Dg | |||||||
整理自2015年中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病分会《骨代谢生化标志物临床应用指南》
