论文发表 | 7,8-二羟基黄酮调节骨形成和骨吸收，改善卵巢切除引起的骨质疏松症

文献信息:

2021年7月6日，浙江大学生物系统工程与食品科学学院张英教授团队联合美国Emory大学叶克强教授团队的研究成果：“7,8-Dihydroxyflavone modulates boneformation and resorption and ameliorates ovariectomy-induced osteoporosis（7,8-二羟基黄酮调节骨形成和骨吸收，改善卵巢切除引起的骨质疏松症）”，在生物学领域TOP期刊eLife（1区，IF5=9.056）上在线发表。平生公司的Micro CT（型号：NEMO）产品在论文中提供了重要的大鼠骨小梁的CT图像和定量分析。

该论文的第一作者为浙江大学食品科学专业2019级博士研究生薛凡，通讯作者为浙江大学生物系统工程与食品科学学院张英教授和美国Emory大学医学院叶克强教授。该研究部分工作得到广东省重点领域研发计划项目（2019B020212001）的资助。

全文链接：https://elifesciences.org/articles/64872

背景介绍：

骨形成和骨吸收的不平衡导致骨质疏松。越来越多的证据表明脑源性神经营养因子（BDNF）参与这一过程。7,8-二羟基黄酮（7,8-DHF）是一种植物源小分子TrkB激动剂，能够模拟BDNF的功能。研究发现BDNF和7,8-DHF都能促进MC3T3-E1细胞的增殖、成骨分化和矿化。这些效应可能归因于Wnt/β-catenin信号通路的激活，表现为细胞周期蛋白cyclin D1、p-GSK3β、β-catenin、Runx2、Osterix和骨保护素（OPG）的表达均显著上调。β-catenin的敲除抑制了7,8-DHF刺激的Runx2和Osterix的上调。特别的是，TrkB特异性抑制剂K252a能够阻断7,8-DHF诱导的成骨细胞增殖、分化和成骨基因的表达。此外，BDNF和7,8-DHF抑制了大鼠破骨前体细胞RAW264.7细胞的分化，转录因子c-fos和破骨细胞基因如抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）、基质金属蛋白-9（MMP-9）、Adamts5被7,8-DHF抑制。更重要的是，在卵巢切除（OVX）大鼠模型中，7,8-DHF可减轻骨丢失，改善骨小梁微结构，改善胫骨生物力学性能和骨生化指标。目前的研究强调了7,8-DHF对骨重建的双向调节作用。

实验方法：

将SD大鼠分为假手术组（SHAM）、切除卵巢+溶剂对照组（OVX）、切除卵巢+低剂量7,8-DHF组（OVX-L：5 mg/kg/day）、切除卵巢+高剂量7,8-DHF组（OVX-H：10 mg/kg/day），灌胃12周，实验期间每周记录大鼠体重，处死后取股骨进行CT扫描。

DXA测量骨密度（BMD）后，根据各组BMD的中位数选择有代表性的样本，使用micro CT（NEMO，中国昆山平生有限公司）评估股骨干骺端的骨小梁微结构。与股骨近端和中部相比，股骨远端富含骨小梁。因此，股骨从近端生长板向远端扫描（50 μm/层）。取股骨近端距生长板30～70层的区域作为感兴趣体积，获得三维图像进行可视化显示。

实验结果:

7,8-DHF减轻OVX大鼠骨质疏松表型并增强其生物力学性能

如图5A所示，所有大鼠在研究开始时显示出相似的初始体重。术后2周，OVX组体重明显高于假手术组。7,8-DHF给药组可轻微地阻止这种明显的增加，而两种剂量（OVX-L:5 mg/kg/day；OVX-H:10mg/kg/day）与假手术组相比没有显著差异。不出所料，OVX导致子宫严重萎缩，表明手术成功。与假手术组相比，所有去卵巢大鼠的子宫指数显著降低（p<0.001），并且7,8-DHF没有任何子宫营养活性，因为OVX、OVX-L和OVX-H组之间的子宫重量没有显著差异（图5B）。

代表性样本的3D显微CT图像清楚地显示了各组间骨小梁微结构的差异，如图5D所示。与OVX大鼠相比，OVX-H大鼠的松质骨丢失程度有所降低，表明高剂量的7,8-DHF（OVX-H:10mg/kg/day）有可能改善OVX诱导的骨微结构恶化。用生物力学测试仪观察7,8-DHF对实验大鼠胫骨力学性能的影响。OVX大鼠的生物力学性能明显恶化，最大载荷明显下降（p<0.05）（图5E）。幸运的是，7,8-DHF给药组的这种减少得到了改善，特别是OVX-L大鼠的最大负荷明显高于假手术组（p<0.01）。有趣的是，假手术组、OVX组和OVX-H组的断裂挠度和骨折应变结果无显著性差异，而OVX-L组与其他三组相比均达到统计学意义（p<0.05）（图5F和G）。

原文中图5

结论：

在这项研究中，研究人员进行了一系列的体外实验，证明了7,8-DHF通过与TrkB受体相互作用进而激活Wnt/β-catenin信号通路来促进MC3T3-E1细胞的增值和分化；通过抑制转录因子c-fos来抑制RAW264.7细胞的分化。此外，通过OVX诱导的大鼠骨质疏松症模型，探讨了7,8-DHF在体内的作用。结果表明，5mg/kg/day的7,8-DHF可通过抑制体内骨吸收和促进骨形成，改善OVX大鼠的骨量、骨微结构和骨强度。因此，该研究表明，7,8-DHF可能是一种有潜力的骨质疏松症治疗剂。

使用设备：

Micro CT（型号：NEMO）（平生医疗科技）

影像软件：Avatar（平生医疗科技）