文献信息

河北中医药大学附属河北省沧州中西医结合医院内分泌科、河北中医药大学内分泌科等单位的研究成果"Isopsoralen Improves Glucocorticoid-induced Osteoporosis by Regulating Purine Metabolism and Promoting cGMP/PKG Pathway - mediated Osteoblast Differentiation"(异补骨脂素通过调节嘌呤代谢和促进cGMP/PKG通路介导的成骨细胞分化改善糖皮质激素诱导的骨质疏松症)在杂志《Current Drug Metabolism》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；第一作者是刘德峰。

文献摘要

背景：异补骨脂素(isosoralen, ISO)促进成骨细胞分化和抑制破骨细胞形成的作用已被证实，但其通过调节代谢改善糖皮质激素性骨质疏松症(GIOP)的机制尚不清楚。

方法:本研究旨在基于ISO对GIOP的疗效，通过非靶向代谢组学方法阐明ISO治疗GIOP的机制。首先，作者建立了GIOP雌性小鼠模型，并通过显微CT检测、生物力学测试、血清钙(Ca)和磷(P)水平检测，以及苏木精和伊红(HE)、马松(Masson)和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色的组织学分析来评估ISO的治疗效果。随后，采用非靶向代谢组学方法研究ISO对GIOP小鼠血清代谢物的影响。RT-qPCR和Western blot分析测量了与这些代谢物相关的酶的水平。基于代谢组学结果，作者探讨了ISO对环鸟苷单磷酸(cGMP)/蛋白激酶G (PKG)通路的影响及其在介导成骨细胞分化中的作用。

结果:作者的研究结果表明，ISO干预有效地增强了GIOP小鼠的骨微结构和强度。减轻病理性损伤，如骨小梁结构损伤、胶原纤维减少、破骨细胞增加，同时提高GIOP小鼠血清钙、磷水平。非靶向代谢组学显示，嘌呤代谢是对照组和GIOP组之间以及ISO高剂量(ISOH)组和GIOP组之间的共同途径。ISO干预上调肌苷和腺苷水平，下调鸟苷单磷酸水平，增加腺苷脱氨酶(ADA)表达，降低cGMP特异性3'，5'-环磷酸二酯酶(PDE5)表达。此外，ISO干预提高了血清cGMP水平，上调了骨组织中PKGI和PKGII的表达，以及runt相关转录因子2(Runx2)和Osterix的表达，增加了血清碱性磷酸酶(ALP)活性。

结论:综上所述，ISO能够增强GIOP小鼠的骨微结构和骨强度，提高其Ca、P、ALP水平，这可能与ISO通过cGMP/PKG通路调节嘌呤代谢，促进成骨细胞分化有关。这表明ISO是一种治疗GIOP的潜在药物。但ISO的具体作用靶点及临床应用仍需进一步研究。

实验方法

动物准备

作者将60只小鼠随机分为正常组(Control)、模型组(GIOP)、阿仑膦酸钠组(ALN)和低(ISOL)、中(ISOM)、高(ISOH)三剂量异补骨脂素组，每组10只。正常组每天皮下注射生理盐水0.1 mL，其余组每天皮下注射DEX 25 mg/kg，持续整个实验过程。

从注射开始，ALN组每日灌胃0.5 mg/kg阿仑膦酸钠[12]，ISOL、ISOM、ISOH组每日口服5、10、20 mg/kg异补骨脂素。这种治疗方案持续了4周。治疗4周后，经腹主动脉采血，分离血清。根据试剂盒说明测定血清Ca、磷(P)、cGMP水平和ALP活性，保留一部分血清用于非靶向代谢组学分析。同时，按照实验方案分离、处理、保存小鼠左右股骨。

Micro CT扫描

每组各取3只小鼠进行双侧股骨分析。冲洗后，对股骨进行微CT(平生医疗科技有限公司，NEMO微型CT)扫描。使用Avatar软件进行定量分析，得出骨矿物质密度(BMD)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)的测量结果。

实验结果

Micro-CT结果显示，与对照组相比，GIOP小鼠的Tb.Th, Tb.N, BMD和BV/TV 显著减少。然而，在ALN和ISO干预后，GIOP小鼠的这些指标表现出不同程度的改善，其中ALN和ISOH组的改善最为显著(图1A-1E)。

图(1)异补骨脂素(ISO)治疗有效改善糖皮质激素诱导骨质疏松症(GIOP)小鼠的骨微结构和骨强度。(A-E)显微CT结果显示，ISO处理增加了(B) GIOP小鼠骨小梁厚度(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)。

实验结论

在本研究中，作者发现ISO能够增强GIOP小鼠的骨微观结构和骨强度，提高其Ca、P、ALP水平，这可能与ISO通过cGMP/PKG通路调节嘌呤代谢，促进成骨细胞分化有关。这强调了ISO在治疗GIOP方面的巨大潜力。当然，未来仍有许多方面值得探索，如对嘌呤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，随着利用多组学联合技术对药物靶点的研究逐渐成熟，作者的未来研究将从结合代谢组学、单细胞转录组学和蛋白质组学技术开始，寻找ISO治疗GIOP的特异性靶点。然后作者将对这些靶点进行验证，如单分子下拉。这不仅为GIOP的发病机制提供了新的认识，也为ISO的临床应用奠定了坚实的基础。

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）