文献信息

河北中医药大学研究生院、河北中医药大学附属河北省沧州中西医结合医院骨科等单位的研究成果《Untargeted metabolomics revealed the mechanism of aucubin on glucocorticoid-induced osteoporosis in mice through modulating arachidonic acid metabolism》（非靶向代谢组学揭示了桃红素通过调节花生四烯酸代谢影响糖皮质激素诱导小鼠骨质疏松的机制）在杂志《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》上发表。平生公司的离活一体CT（NEMO）在论文中提供了小鼠股骨图像和定量分析。

该研究的通讯作者为赵建勇教授；第一作者是王恒俊。

文献摘要

糖皮质激素诱导的骨质疏松症(GIOP)是继发性骨质疏松症最常见的形式。山茱萸素(Aucubin, AU)是杜仲等传统中草药中的主要活性成分，已被证明能促进成骨细胞的分化。尽管如此，AU对GIOP的确切治疗效果和复杂的潜在调节机制值得进一步研究。作者首先建立了雌性小鼠GIOP模型，然后通过显微CT分析、生物力学测试、血清钙(Ca)和磷(P)水平的测量以及苏木精和伊红(HE)和Masson染色的组织学分析来评估AU的治疗效果。随后，采用非靶向代谢组学方法研究AU对GIOP小鼠血清代谢物的影响。使用实时定量逆转录聚合酶链反应(RTqPCR)和westernblot分析对这些代谢物相关因子的水平进行定量分析。最后，研究了AU对成骨细胞和破骨细胞分化的影响。作者发现AU显著改善GIOP小鼠的骨微结构和强度。它减轻了骨小梁结构损伤和胶原纤维减少等病理损伤，同时提高了血清Ca和p水平。非靶向代谢组学显示，花生四烯酸(AA)代谢是对照组和GIOP组之间，以及高剂量AU(AUH)组和GIOP组之间的共同途径。AU显著上调前列腺素内过氧化物合成酶2(PTGS2)和微粒体前列腺素e合成酶1(PTGES)的表达，下调前列腺素H2 D异构酶(PTGDS)的表达。此外，AU处理增加了runt相关转录因子2(Runx2)和转录因子Sp7(Osterix)的表达，增强了血清碱性磷酸酶(ALP)活性，降低了破骨细胞的表达。这些结果表明，AU是治疗GIOP的潜在药物，其机制可能与调节AA代谢、促进成骨细胞分化有关。然而，AU治疗GIOP的关键靶点仍需进一步探索。

实验方法

动物准备

将60只小鼠随机分为对照组、GIOP组、阿仑膦酸钠组(ALN）、低剂量AU(AUL)组、中剂量AU(AUM)组和高剂量AU(AUH)组。除对照组外，其余5组小鼠建立GIOP模型。从造模第1天开始，ALN组小鼠每日灌胃阿仑膦酸钠0.5 mg⋅kg-1 ，AUL、AUM、AUH组小鼠每日灌胃AU 5、10、20 mg⋅kg-1⋅d-1。AU的剂量设置基于既往研究。对照组和GIOP组给予等量生理盐水作为载体。造模和给药均持续4周。造模和给药后，腹腔注射戊巴比妥钠深度麻醉小鼠，取腹主动脉血，取血后，将小鼠左右股骨分离处理，按实验要求保存。

Micro CT扫描

造模给药后，采用micro-CT（平生医疗科技有限公司，NEMO微型CT）对各组小鼠股骨微结构进行扫描和分析。各组小鼠股骨冲洗干净，用4%福尔马林保存。采用NEMO Micro-CT分析软件(Avatar, 平生医疗科技有限公司)对CT扫描图像进行处理和分析，评估骨矿物质密度(BMD)、骨体积/组织体积(BV/TV)、骨小梁数(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)。

实验结果

AU对GIOP小鼠的治疗作用

糖皮质激素是一种有效的抗炎药物，通常用于治疗各种过敏、自身免疫性疾病和其他疾病。研究发现，糖皮质激素受体分布在成骨细胞上，糖皮质激素的过度表达可使骨表面增厚，损害骨组织矿化。糖皮质激素浓度高于生理水平会抑制成骨细胞的分化和增殖，加速成骨细胞凋亡，也会导致骨形成延迟。最近，GIOP引起了广泛的关注;然而，规范其预防和治疗仍然是一个具有挑战性的问题。既往研究表明，AU可能对OP等涉及骨重塑的疾病有治疗作用。为了进一步探讨AU对GIOP的影响及其对代谢途径的潜在影响，作者使用Dex建立了GIOP小鼠模型。

Micro-CT技术是一种灵敏可靠的定量和定性分析技术，已被用于分析重塑骨的骨矿物质含量和微观结构。GIOP组Tb.Th, Tb.N, BMD, and BV/TV显著减少与OP病理特征一致，表明模型建立成功。AU干预显著增加Tb.Th, Tb.N, BMD,和 BV/TV。表明AU增加GIOP小鼠的骨密度，促进骨形成，减少小梁微结构破坏。

在糖皮质激素诱导的骨质疏松症(GIOP)小鼠中，有效地给予AU治疗可显著提高骨微结构和骨强度。(a-e)显微CT结果显示，AU处理增加了GIOP小鼠(b)骨小梁厚度(Tb.Th)， (c)骨小梁数量(Tb.N)， (d)骨矿物质密度(BMD)， (e)骨体积/组织体积(BV/TV)。ALN:阿仑膦酸钠组，AUL:低剂量AU组，AUM:中剂量AU组，AUH:高剂量AU组。

使用结论

在本研究中，AU主要通过调节AA代谢和促进成骨细胞分化，对GIOP小鼠的骨微观结构和骨强度有显著的治疗作用。本研究为AU改善骨质疏松的机制提供了新的见解，描绘了GIOP的代谢改变，并为进一步研究GIOP治疗提供了新的视角。然而，本研究仍有许多方面值得探索，如对AA代谢途径中的特定代谢物进行靶向代谢组学分析，验证非靶向代谢组学的发现。此外，多组学联合技术的应用，如代谢组学、单细胞转录组学和蛋白质组学的联合使用，将为AU治疗GIOP的特定靶点提供新的见解。同时，单分子下拉等靶点验证方法的使用将为AU的临床应用奠定坚实的基础。

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）