文献信息

近日，昆明医科大学第一附属医院骨科、昆明市第一人民医院等单位的研究成果“Untargeted Metabolomics Reveal the Protective Effect of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cell Transplantation Against Ovariectomy-Induced Osteoporosis in Mice（非靶向代谢组学研究骨髓间充质干细胞移植对卵巢切除所致小鼠骨质疏松的保护作用）在杂志Cell Transplantation上发表。平生公司的离活一体CT（NEMO）在论文中提供了重要的小鼠股骨图像和定量分析。

该研究的通讯作者为何飞，共同第一作者为王伟舟、王旸昊。

文献背景：

骨髓间充质干细胞移植（BMSCT）是一种潜在的骨质疏松症治疗方法，能够促进骨组织修复。BMSCT具有骨诱导作用和调节微环境代谢的能力；然而，其在雌激素水平降低导致骨丢失中的作用和机制尚不清楚。本研究评估了BMSCT对卵巢切除（OVX）诱导的小鼠骨质疏松症的影响，并对骨组织进行了液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学研究，以确定潜在的代谢分子标记。结果表明，BMSCT可减少OVX诱导的小鼠骨丢失，同时改善小鼠股骨的力学性能，增加外周血成骨标志物的表达。在代谢组学研究中，筛选出18种代谢物作为BMSCT抗骨质疏松作用的潜在生物标志物。这些代谢产物主要参与花生四烯酸代谢、牛磺酸和次牛磺酸代谢以及戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化。总的来说，这些结果说明了代谢产物与骨质疏松症发展的潜在机制之间的相关性，对于理解外源性骨髓间充质干细胞（BMSCs）在骨质疏松症治疗中的作用和机制非常重要。本研究为BMSCs作为骨质疏松症治疗策略的研究奠定了基础。

实验方法：

小鼠卵巢切除术

小鼠卵巢切除模型参考了之前的研究。C57BL /6小鼠购自昆明医科大学实验动物中心。纳入标准：12周龄C57BL /6只雌性小鼠（体重24±3 g，比例均匀，个体存活）。排除标准：雄性、非12周龄、12周龄体重不达标或怀孕雌性小鼠。退出标准：OVX或骨髓间充质干细胞移植（BMSCT）后状态不佳，死亡小鼠。小鼠在标准条件下饲养（光照12小时，黑暗12小时，温度18–22℃，湿度55%±5%）。他们被喂食标准的老鼠饮食，并随意喝水。

作者按照小鼠体重的顺序对其进行编号，并使用随机化工具将其随机分为三组：假手术组、OVX组和BMSCT组，每组12只小鼠。用3%戊巴比妥钠腹腔麻醉小鼠。在一个全身麻醉的模型中，将小鼠俯卧固定在无菌动物手术台上。通过双侧背侧入口，双侧卵巢、卵巢囊和部分输卵管（包括组织）被移除、缝合并重新消毒。假手术组的手术程序和治疗与OVX组相同，但仅暴露卵巢，并去除卵巢附近的少量脂肪团。在手术期间和手术后，将老鼠放在小动物保暖毯上，直到它们醒来。术后，动物接受卡普洛芬（5毫克/千克）腹腔注射3天，作为术后止痛剂。术后第7天和第21天， 3组小鼠通过尾静脉向每只小鼠注入1×106个BMSCs，而假手术组和OVX组小鼠则注入200μl PBS。术后第35天，通过颈椎脱位处死所有小鼠，抽取心血并获取血清。双侧股骨取自小鼠。

Micro-CT分析

小动物高分辨率成像计算机断层扫描（CT）系统（NEMO，中国江苏省昆山市平生医疗科技有限公司）用于扫描和分析小鼠股骨。CT重建算法为FDK，CT视野为15 mm，像素大小为0.0146 mm，切片厚度为0.025 mm。重建扫描数据后，选择感兴趣的区域分析骨小梁和骨皮质。使用Avatar3软件进行分析。以股骨近端生长板为参考点，选择干骺端区域。测量骨小梁的骨体积密度（BV /TV）、数量（N）、厚度（Th）和骨密度（BMD）。然后选择股骨中段，测量股骨皮质骨（Ct）的骨密度、Th、骨体积（BV）和骨面积与总面积比（Ar/Tt.Ar）。

实验结果：

对股骨远端小梁和皮质骨进行三维重建（3D）并进行定量分析（图2C，D）。定量分析的结果表明，与OVX组相比， BMSCT组股骨组织的BV /TV（P=0.0152），Tb.N（P=0.0089），Tb.BMD（P=0.0086），Ct.BMD（P=0.0297），Ct.BV（P=0.0096），Ct.Th（P=0.0451）和Ct.Ar /Tt.Ar显著高于OVX组[BV /TV（P=0.026）、Tb.N（P=0.0205）、Tb.BMD（P=0.0298）、Ct.BMD（P=0.043）、Ct.BV（P=0.0413）和Ct.Th（P=0.0243）]

卵巢切除35天后股骨组织的形态学和影像学分析。（A） 各组股骨切片，用Masson、Oil Red O, 和Trap染色。（B） 股骨组织病理切片的定量分析。（C） 每组股骨的显微CT扫描和三维重建。（D） 基于显微CT扫描的股骨松质骨和皮质骨量量化。BMSCT:骨髓间充质干细胞移植；Nb.S/BS：每个骨表面的新骨表面；FatS \/BS：每个骨表面的脂肪表面；Oc.S /BS：每个骨表面的破骨细胞表面；Ct.ar/Tt.ar: 皮质骨面积与总面积之比；Ct.BMD：皮质骨密度；Ct.BV：皮质骨体积；CT.Th：皮质骨厚度；OVX：卵巢切除术；Tb.BV /TV：小梁骨体积密度；Tb.N:小梁数；Tb.BMD：小梁骨密度*P<0.05，**P<0.01，****P<0.0001，ns≥ 0.05 vs OVX。

文献结论：

本研究基于LC-MS的非靶向代谢组学和多变量数据分析方法，研究了BMSCT对OVX诱导的骨质疏松症的保护作用。此外，影像学、血清学和生物力学分析证实了BMSCT对骨质疏松症的保护作用。从小鼠股骨组织的代谢组学研究中，共筛选出18种潜在的生物标志物和10条相关的代谢途径。作者的研究表明，基于代谢组学LC­MS和多变量分析的方法可以反映干细胞移植治疗的调节机制，使该方法成为评估骨质疏松症治疗疗效的一个有希望的工具。

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）