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Forschungsartikel
Diese Studie hatte zum Ziel, serum-insulinähnlichen Wachstumsfaktor-1 (IGF-1) und Wachstumshormon (GH) als komplementäre Biomarker für postmenopausale Osteoporose-Screenings bei chinesischen postmenopausalen Frauen zu untersuchen. Diese Studie stellte fest, dass IGF-1 effektiv eine niedrige Knochenmasse identifiziert, während GH dies nicht tut, was seine Verwendung als praktikable Alternative zu Dual-Energie-Röntgenabsorptiometrie-(DEXA)-Scans unterstützt.
Postmenopausale Osteoporose (PMOP) ist ein bedeutendes Problem bei Frauen. Der Goldstandard für die Diagnose sind Dual-Energie-Röntgenabsorptiometrie-Scans (DEXA) zur Messung der Knochenmineraldichte (BMD). Allerdings wird DEXA unpraktisch, wenn der Scanner nicht verfügbar ist. Diese Studie umfasste 345 postmenopausale Frauen im Alter von 45 bis 70 Jahren. Alle Teilnehmer unterzogen sich DEXA-Scans und erhielten IGF-1- sowie GH-Werte gemessen. Basierend auf t-Werten wurden die Probanden in drei Gruppen eingeteilt: Kontrolle (n = 99), Osteopenie (n = 153) und Osteoporose (n = 93). ANOVA bewertete IGF-1 und GH in verschiedenen Gruppen. Statistische Analysen untersuchten Korrelationen zwischen IGF-1, GH und anderen Parametern. Der diagnostische Nutzen von IGF-1 und GH wurde anhand von Receiver Operating Characteristic (ROC)-Kurven bewertet. Signifikante Intergruppenunterschiede wurden für IGF-1 und GH beobachtet. IGF-1 zeigte negative Korrelationen mit Alter, Menopause-Dauer, Prokollagen 1 Intaktem N-Terminal-Propeptid (PI.NP) und Nebenschilddrüsenhormon (PTH), während es positiv mit dem Body-Mass-Index (BMI), Estradiol (E2), GH, BMD und T-Werten korrelierte. GH zeigte negative Korrelationen mit Alter, Menopause-Dauer, BMI und PTH sowie positive Korrelationen mitE2, IGF-1, BMD und t-Scores. Die ROC-Analyse zeigte eine hohe Genauigkeit, Spezifität und Sensitivität der IGF-1-Grenzwerte bei der Unterscheidung der Kontrollgruppe von Personen mit Knochenmineralmangel. Diese Ergebnisse wurden jedoch nicht für GH repliziert. Die Messung von Serum-IGF-1 ist vielversprechend für das Screening postmenopausaler Patienten. Eine anschließende DEXA-Untersuchung sollte, falls erforderlich, auf eine Schweregradstufung der Osteoporose in Betracht gezogen werden. Im Gegensatz dazu erwies sich GH als unzureichend zur Diagnose postmenopausaler Osteoporose. Zusammenfassend bieten die Serum-IGF-1-Spiegel ein vielversprechendes Screening-Instrument für Bedingungen mit niedriger Knochenmasse bei postmenopausalen Frauen, insbesondere in Umgebungen ohne Zugang zu DEXA-Scannern. Die Schweregradbewertung mit DEXA könnte mit IGF-1-Werten unterhalb des Grenzwerts erleichtert werden. Im Gegensatz dazu fehlt GH das diagnostische Potenzial für PMOP. Diese Studie fördert die Identifikation neuer Serummarker für die Diagnose der klinischen postmenopausalen Osteopenie/Osteoporose.
Osteoporose stellt eine große globale Gesundheitsbelastung dar, die durch eine beeinträchtigte Skelettintegrität und ein erhöhtes Frakturrisiko gekennzeichnet ist, wobei postmenopausale Frauen die größte Krankheitslast tragen1. Postmenopausale Osteoporose (PMOP) macht weltweit über 40 % der osteoporotischen Frakturen aus und verursacht erhebliche Morbiditäts- und sozioökonomische Kosten2. Der beschleunigte Knochenabbau nach dem Östrogenentzug führt zu einer unverhältnismäßigen Trabekelausdünnung und einer gestörten Mikroarchitektur – pathologische Merkmale, die PMOP vom altersbedingten Knochenverlustunterscheiden 3. Trotz festgelegter diagnostischer Kriterien mit Dual-Energie-Röntgenabsorptiometrie (DEXA) treten etwa 60 % der Fragilitätsfrakturen bei Personen auf, die die Osteoporose-Schwellenwerte allein anhand der Knochenmineraldichte (BMD) nicht erfüllen, was die Notwendigkeit unterstreicht, komplementäre Biomarker zu identifizieren, die eine Verschlechterung der Knochenqualitätwiderspiegeln 4.
Der Östrogenmangelzustand verändert grundlegend die Knochenumgestaltungsdynamik durch mehrere Wege. Über seine direkten antiresorptiven Wirkungen hinaus moduliert Östrogen (E2) die osteoanabole Signalübertragung durch Übersprechen mit endokrinen Netzwerken5. Neue Belege positionieren die GH/IGF-1-Achse als kritischen Vermittler von Skelettbewegungen durch E2. Experimentelle Modelle zeigen, dassE2 die IGF-1-mRNA-Expression in osteoprogenitoren Zellen stimuliert, während Anti-IGF-1-Antikörper die durchE2 induzierte Kalvarialproliferation dosisabhängig abschaffen 6,7. Klinische Beobachtungen zeigen positive Korrelationen zwischen zirkulierenden IGF-1-Spiegeln und BMD in postmenopausalen Kohorten8, obwohl das aktuelle Verständnis hinsichtlich der zeitlichen Beziehung zwischen GH/IGF-1-Veränderungen und PMOP-Progression fragmentiert bleibt.
Obwohl GH und IGF-1 etablierte Regulatoren für Skelettwachstum und -reifung sind, bleibt ihr diagnostischer Nutzen im PMOP wenig erforscht. Diese pleiotropen Hormone beeinflussen die Knochenhomöostase durch zwei Mechanismen: IGF-1 stimuliert direkt die Osteoblastendifferenzierung und Matrixmineralisierung, während GH die Knochenremodellierung sowohl über IGF-1-abhängige als auch über unabhängige Signalwegefördert 9,10. Entscheidend ist, dass die GH/IGF-1-Achse sexuellen Dimorphismus und menopausebedingte Dysregulation aufweist – die Serumkonzentrationen von IGF-1 sinken während des menopausalen Übergangs unabhängig vomAlter von 11 Jahren um 20–30 %. Paradoxerweise vernachlässigen bestehende diagnostische Rahmenwerke diese endokrine Dimension und verlassen sich überwiegend auf strukturelle BMD-Messungen statt auf funktionelle metabolische Indikatoren. Eine entscheidende ungeklärte Frage ist, ob und wie dieser menopauseassoziierte Rückgang der GH/IGF-1-Achse speziell zur Verschlechterung der Knochenmikroarchitektur beiträgt und ob er diagnostischen Wert unabhängig von BMD bei chinesischen postmenopausalen Frauen besitzt.
Diese Studie untersucht die klinische Validität von Serum-IGF-1 und GH als komplementäre Biomarker für das PMOP-Screening bei chinesischen postmenopausalen Frauen. Die Studie vermutet, dass eine verringerte GH/IGF-1-Aktivität mit fortgeschrittenem Knochenabbau unabhängig von den BMD-Werten korreliert, was die frühe Risikostratifizierung potenziell verbessert. Durch die Analyse hormoneller Profile in Verbindung mit DEXA-Parametern und Bruchgeschichte adressiert diese Arbeit kritische Wissenslücken hinsichtlich: 1) die Prädiktionsfähigkeit von GH/IGF-1 für mikroarchitektonische Verschlechterung und 2) ethnisch-spezifische Biomarker-Schwellenwerte in asiatischen Populationen, bei denen traditionelle BMD-Kriterien das Bruchrisiko unterschätzen können. Studienergebnisse könnten neuartige diagnostische Algorithmen unterstützen, die endokrine und dichte Parameter integrieren, um die Präzision im Management von PMOP zu verbessern. Die Neuheit dieser translationalen Studie liegt in ihrer systematischen Bewertung der GH/IGF-1-Achse als potenzielles diagnostisches Zusatzmittel bei chinesischen postmenopausalen Frauen. Wir wollen den Zusammenhang mit der Knochenmikroarchitektur-Verschlechterung und dem Bruchrisiko unabhängig von BMD aufklären und ethnizitätsspezifische Schwellenwerte für die klinische Risikostratifizierung festlegen.
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Die Forschung folgte den ethischen Leitlinien, die in der Erklärung von Helsinki (Ethikkodex) der Weltärztevereinigung für Menschenversuche festgelegt sind. Ethische Freigabe (Genehmigungsnummer Nan Bu Zhan Qu-LL-2020-047) wurde vom Ethikausschuss des Allgemeinen Krankenhauses des südlichen Theaterkommandos der Volksbefreiungsarmee Chinas gewonnen, und die informierte Zustimmung aller teilnehmenden Patienten und ihrer Familien wurde eingeholt.
Forschungsobjekt
Diese prospektive Studie erstreckte sich über vier Jahre und wurde in der stationären Abteilung und der körperlichen Untersuchung des Allgemeinen Krankenhauses des südlichen Kriegsschauplatzes unter der Aufsicht der chinesischen Volksbefreiungsarmee durchgeführt. Sie konzentrierte sich auf eine Kohorte postmenopausaler Frauen im Alter von 45 bis 70 Jahren und verwendete ein strenges Querschnittsdesign. Die Ausschlusskriterien umfassten Erkrankungen, die den Knochenstoffwechsel potenziell beeinflussen, darunter: a) Erkrankungen des Immunsystems wie ankyloserende Spondylitis, systemischer Lupus erythematodes und rheumatoide Arthritis; b) Knochentuberkulose; c) Erkrankungen der Nebennierenfunktion, schwere Leber- oder Niereninsuffizienz; d) endokrine Störungen wie Nebenschilddrüsenfunktionsstörungen, Schilddrüsenerkrankungen und Diabetes; e) historische Gewohnheiten des Rauchens und Alkoholkonsums; und f) jüngste Anwendung (innerhalb der vorangegangenen 12 Monate) von Medikamenten mit potenziellen Auswirkungen auf den Knochenstoffwechsel, wie Glukokortikoide, Kalziumpräparate, Vitamin-D-Präparate, Bisphosphonate, Diuretika, Antikonvulsiva und Fluoridmittel.
Gemäß den von der Weltgesundheitsorganisation festgelegten diagnostischen Kriterien wurden insgesamt 345 Probanden in drei verschiedene Kohorten nach Knochengesundheitszustand aufgenommen: die Kontrollgruppe (gekennzeichnet durch normale BMD, t-Wert ≥-1,0 SD, n = 99), die Osteopeniegruppe (-2,5 SD < t-Score < -1,0 SD, n = 153) und die Osteoporose-Gruppe (t-Score ≤-2,5 SD oder gleichzeitige Fragilitätsfraktur), n = 93).
Klinische Proben
Patienten, bei denen von September 2020 bis Juni 2025 im Allgemeinen Krankenhaus des Südlichen Theaterkommandos der chinesischen Volksbefreiungsarmee Osteoporose diagnostiziert wurde, müssen folgende Standards erfüllen: Patienten mit Osteopenie und Osteoporose gemäß den WHO-Diagnosekriterien; Natürlich menopausal, natürlich menopausal seit ≥1 Jahr und Patienten mit postmenopausalen Erkrankungen; Alter 45 Jahre ≤ Alter < 70; Freiwillige Teilnahme an der Untersuchung. Diejenigen, die alle oben genannten Bedingungen erfüllen, können in die experimentellen Fälle aufgenommen werden. Normale Knochenmasse-Gruppe: Natürlich menopausal, natürlich menopausal seit ≥1 Jahr und diejenigen mit normalen körperlichen Untersuchungsmerkmalen (einschließlich Knochendichte- und hämatologische Tests).
Für klinische Patienten, die die oben genannten Kriterien erfüllen, müssen Patienten mit den folgenden anderen Krankheiten ausgeschlossen werden. Die Ausschlusskriterien sind wie folgt: Nebenschilddrüsenfunktionsstörung, Schilddrüsenerkrankungen, Diabetes, Nebennierenerkrankungen sowie schwere Leber- und Nierenfunktionsstörungen, Vorgeschichte bösartiger Tumore, Erkrankungen des Immunsystems wie Ankylosionspondylitis, systemischer Lupus erythematodes und rheumatoide Arthritis, vorzeitiges Eierstockversagen und Oophorektomie, Wirbelsäulentuberkulose, Gelenktuberkulose, suppurative Arthritis, Osteolyse usw. Patienten, die in den letzten 12 Monaten Medikamente eingenommen haben, die den Knochenstoffwechsel beeinflussen, wie Glukokortikoide, Kalziummedikamente, Vitamin D, Bisphosphonatpräparate, Diuretika, Antikonvulsiva, Fluorid usw., können ebenfalls ausgeschlossen werden. Das Vorhandensein einer der oben genannten Bedingungen kann zum Ausschluss führen.
Datenerhebung
Demografische Daten der Teilnehmer, darunter Alter, Jahre seit der Menopause, Größe und Gewicht, wurden dokumentiert. Der Body-Mass-Index (BMI) wurde mit folgender Formel berechnet
BMI = Gewicht (kg) / Größe (m2).
Serumprobenentnahme
Nach einem nächtlichen Fasten wurden von allen Teilnehmern Blutproben entnommen. Anschließend wurde das Serum umgehend durch Zentrifugation bei etwa 850 × g für 5 Minuten getrennt, alicitiert und bei -80 °C für die spätere Analyse gelagert.
Berechnung der Stichprobengröße
Eine a-priori-Leistungsanalyse wurde mit G*Power durchgeführt. Basierend auf vorläufigen Daten, die mittlere Serum-IGF-1-Spiegel von 89,46 ± 18,89, 72,52 ± 16,32 und 60,23 ± 15,63 ng/mL für die normalen Gruppen mit Knochenmasse, Osteopenie und Osteoporose zeigten, betrug die berechnete Effektgröße (Cohen-F) 0,86. Mit α = 0,05 und Leistung = 0,80 für eine Einweg-ANOVA waren mindestens 9 Teilnehmer pro Gruppe (insgesamt 27) erforderlich. Um die Robustheit unseres Querschnittsdesigns – Berücksichtigung von Multivariablen-Anpassungen, Untergruppenanalysen und möglichen Datenproblemen – sicherzustellen, haben wir eine größere Stichprobe gezielt. Die letzte Kohorte umfasste 345 postmenopausale Frauen (99 mit normaler Knochenmasse, 153 mit Osteopenie, 93 mit Osteoporose), was die berechnete Anforderung deutlich überstieg.
Klinische Datenbewertung
Messung der Knochenmineraldichte
Die Knochendichte (BMD) wurde mittels eines DEXA-Scans an der Lendenwirbelsäule (L 1-4), am linken Oberschenkelhals und am oberen Ende des Oberschenkelhalses bewertet. Die Scans des Oberschenkelhalses und des oberen Bereichs wurden mit gebeugten Knien durchgeführt, während die Rückenposition bei den Lumbalwirbelsäulenscans (L 1-4) beibehalten wurde. Ausgebildete Fachkräfte aus der Nuklearmedizinabteilung des Allgemeinkrankenhauses des Südlichen Kriegsschauplatzkommandos der Chinesischen Volksbefreiungsarmee führten alle Tests durch. Vor jeder Messung wurde eine Qualitätskontrollprothese durchgeführt, um sicherzustellen, dass strenge Standards eingehalten wurden, bevor mit den Teilnehmerscans fortgesetzt wurde. Der Variationskoeffizient wurde mit 0,40 % angegeben. BMD-Werte wurden in g/cm² angegeben.
Messung des Serumindikators
Serumindikatormessungen wurden in der Laborabteilung des Allgemeinen Krankenhauses des Südlichen Theaterkommandos der Volksbefreiungsarmee Chinas durchgeführt. Das Panel der bewerteten Indikatoren bestand hauptsächlich aus GH, IGF-1, 25-Hydroxyvitamin D [25(OH)D], β-Kollagen-Abbauprodukten (β-CTX), dem totalen Kollagen-Typ-I-Aminoterminal-Propeptid (PI.NP), Nebenschilddrüsenhormon (PTH), N-terminalem Osteocalcin (BGP), Kalzium (Ca) und Estradiol (E2). Die Operationen werden strikt gemäß den Kit-Anweisungen durchgeführt, und der Prozess verwendet automatisierte Geräte der Laborabteilung (GE). Eine rechtzeitige Aufzeichnung der Assay-Ergebnisse nach ihrer Analyse wurde gewährleistet.
Die für die jeweiligen Indikatoren verwendeten experimentellen Methoden waren wie folgt: Die GH-Quantifizierung erfolgte mittels Luminol-Elektrochemilumineszenz-Immunoassay; Die IGF-1-Spiegel wurden mittels enzymgebundener Immunsorbent-Tests und chemilumineszenzartigen Techniken bestimmt. DieE2-Werte wurden mit einem kommerziellen Immunoassay-Kit gemessen. Serumcalciummessungen wurden mit kolorimetrischer Methode auf einem automatisierten biochemischen Analysator durchgeführt. Die Analyse von 25(OH)D, β-CTX, PI.NP, PTH und BGP wurde mittels Elektrochemilumineszenz-Immunoassay (ECLIA) mit kommerziellen Assay-Kits gemessen.
Instrumente und Reagenzien
Die wichtigsten kommerziellen Instrumente, Prüfkits und Reagenzien, die in dieser Studie verwendet wurden, sind umfassend in der Materialtabelle aufgeführt.
Statistische Analyse
Die Datenanalyse nutzte das Statistiksoftware SPSS 20.0 und GraphPad Prism7. Die Ergebnisse wurden als Mittelwert ± SE. Univariate Varianzanalyse (ANOVA), Pearson-Korrelationsanalyse, partielle Korrelationsanalyse und ROC-Analyse wurden entsprechend angewendet. Ein Signifikanzniveau von P < 0,05 wurde eingeführt.
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Baseline-Eigenschaften und Vergleich der Serum-GH/IGF-I-Werte
Statistische Analysen zeigten, dass Veränderungen der Knochenmasse bei Patienten mit Osteoporose über Jahre nach Wechseljahren, BMI und Serum-E2-Spiegeln (P < 0,05) signifikant positiv korreliert waren und signifikant negativ mit Serum-25(OH)D-, PTH-, β-CTX- und PINP-Werten (P < 0,05) korrelierten. Bemerkenswert ist, dass die Serum-GH- und IGF-1-Werte in der Osteoporosegruppe signifikant niedriger waren als die der Kontrollgruppe und ...
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Die Knochenmineraldichte (BMD) ist ein entscheidender Faktor für die Knochenstärke, ergänzt durch klinische Merkmale bei der Osteoporosediagnose12. Die Anwendbarkeit von BMD als epidemiologisches Screening-Tool wird jedoch durch Kosten- und Zugänglichkeitsbedenken behindert4. Während Knochenumsatzmarker die therapeutische Wirkungsbestimmung leiten, bestehen ihre diagnostischen Einschränkungenweiterhin 13. Diese Studi...
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Hairong Su, Qing Zhao, Zhengting Wu, Weimin Deng, Junling Wang und Binxiu Zhao erklären, dass sie keinen Interessenkonflikt haben. Die Autoren bestätigen, dass das Manuskript ein Originalwerk darstellt, zuvor nicht veröffentlicht wurde und nicht für eine Veröffentlichung anderswo in Betracht gezogen wird.
Wir sind dem Allgemeinen Krankenhaus des Kommandos des Südlichen Kriegsschauplatzes der chinesischen Volksbefreiungsarmee für seine Unterstützung dieser Forschung dankbar. Diese Arbeit wurde von der Scientific Research Foundation for Doctors of Maoming People's Hospital (BS2022001) unterstützt; Allgemeines Programm der Nationalen Naturwissenschaftlichen Stiftung Chinas (11975084); Hochrangiges Forschungsprojekt zum Bau eines Krankenhauses des Maoming People's Hospital; Nationale Naturwissenschaftliche Stiftung Chinas (Zuschuss Nr. 82305287); Großes wissenschaftliches und technologisches Projekt der chinesischen Medizin in Guangzhou (2025QN012).
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 25(OH)D3 Kit | Roche Diagnostics | 3017970190 | Zur Detektion von 25-Hydroxyvitamin D [25(OH)D] |
| β-CTX Kit | Roche Diagnostics | 3017938190 | Für die Detektion von β-Kollagenabbauprodukten (β-CTX) |
| BGP-Kit | Roche Diagnostics | 3017912190 | Zur Erkennung von N-terminalem Osteocalcin (BGP) |
| Zentrifuge | Labortechnik (Hermle) | Z 216 MK | Versuchsbedingungen: 4 & Grad; C, 18620 g, Zentrifugation für 20 Minuten |
| Dual-Energie-Röntgenabsorptiometrie (DEXA)-Scans | GE Healthcar | Lunar Prodigy | Für die Messung der Knochenmineraldichte (BMD) und Körperzusammensetzung. |
| E2 Kit | Roche Diagnostics | 3017888190 | Zur Estradiol- (E2)-Erkennung |
| GH-Kit | Roche Diagnostics | 3017954190 | Zur Erkennung von Wachstumshormon (GH) |
| IGF-1 Kit | Roche Diagnostics | 3017962190 | Zur Erkennung des insulinähnlichen Wachstumsfaktor-1 (IGF-1) |
| PINP-Kit | Roche Diagnostics | 3017946190 | Zur vollständigen Nachweis von Kollagen Typ I aminoterminalem Propeptid (PINP) |
| PTH-Kit | Roche Diagnostics | 3017920190 | Zur Erkennung von Nebenschilddrüsenhormon (PTH) |
| Roche Cobas C-Serie Biochemischer Analysator | Roche Diagnostics | COBAS C 702 | Instrument zur calciumbiochemischen Detektion |
| Roche Cobas e Series Elektrochemilumineszenzanalysator | Roche Diagnostics | COBAS E 602&NBSP; | Instrument zur Immunoassay-Detektion |
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