骨質疏松癥動物模型研究進展

骨質疏松癥動物模型研究進展

骨質疏松癥（op）是老年人的常見病。隨著人類生命的延長和老齡化社會的到來，發(fā)病率的預防和預防變得越來越受到重視。然而要研究其發(fā)病機理,研制各種治療和預防新藥,以及研究骨置換術治療骨質疏松性骨折,都不可避免地要建立動物模型進行體外動物實驗,所以正確地建立一個理想的動物模型來復制該人類疾病至關重要,本文就目前OP動物模型的研究進展加以綜述如下。1幾種重要的模型動物所選擇的動物模型首先要求能盡可能再現人類OP,使動物疾病表現盡可能與人類OP相類似,且重復性要好,其次再考慮其來源是否簡單易得、經濟,易于飼養(yǎng)且便于各種實驗操作,下面介紹常用的幾種模型動物及其特點。1.1切除卵巢大鼠是目前OP研究中使用最多的動物。大鼠自然壽命2~3年,成年雄性大鼠30個月時骨干骺端仍有持續(xù)生長,因此使用雄性大鼠的實驗研究結果不易被學者廣泛接受,而雌性大鼠骨干骺端閉合明顯早于雄性,骨長度增加一般在6~9個月時停止,10個月時達峰值骨量,成年雌鼠每4天有一個發(fā)情期,此時動物體內雌二醇水平處于峰值,15個月后可觀察到松質骨丟失現象,切除卵巢后,松質骨的骨量減少,骨強度下降,并伴有骨轉換率增加,這種特性較好地模仿了人正常絕經時高轉換型OP發(fā)生時的骨丟失狀態(tài),并且切除卵巢大鼠給予雌激素、二膦酸鹽或降鈣素等進行治療時都與人體中的應用效果一樣。所以,大鼠能廣泛用于OP研究當中,但是,大鼠仍有其缺點,如皮質骨表現為低水平的哈佛氏骨重建、缺乏脆性骨折等。在大鼠的年齡選擇上不同學者有不同的觀點。秦林林等對2月齡、3月齡及4月齡Wistar大鼠進行研究,發(fā)現3月齡大鼠去卵巢后約50天OP模型可靠形成。韋永中等同樣對3月齡、6月齡及12月齡SD大鼠骨丟失進行研究,認為絕經后OP模型復制大鼠的年齡是6月齡為佳,3~6月齡亦可,12月齡以后不宜選擇。沈霖等結合中醫(yī)“年老天癸竭,腎藏衰,髓減骨弱,乃發(fā)骨痿”的理論,選用10月齡大鼠去勢3個月后建立腎虛OP動物模型。一般認為,研究絕經后OP應選雌性成年大鼠(3~12月齡),研究老年性OP應選老齡大鼠(18~24月齡),當然,無論選什么年齡的大鼠來復制OP模型,設立無任何處理因素的本底對照組來消除增齡的影響都是必要的。1.2小鼠的高骨折特點研究表明,小鼠切除卵巢后骨骼的變化與大鼠相似,松質骨丟失明顯。不同種系的小鼠,有著不同的峰值骨量,其中SAM/P6有低峰值骨量和中老年高骨折的發(fā)生趨向,是目前唯一證實可隨增齡出現脆性骨折的動物。由于小鼠的基因易于調控,近幾年漸漸受到研究者的青睞,成為研究峰值骨量基因控制方面的有用動物。1.3人類重建發(fā)展成年狗在代謝及結構特征方面與人類骨骼相似。其皮質骨與松質骨比例、哈佛氏重建以及松質骨重建與人類接近,但重建更快。有關狗卵巢切除后的骨反應報道不一,似乎與人類反應不相一致。但成年狗對類固醇激素、雙膦酸鹽、甲狀旁腺激素及制動后的反應與人類相似。狗與其它小動物相比,最大的優(yōu)勢在于其豐富的哈佛氏重建系統(tǒng),目前認為,除了卵巢切除外,狗是用于OP研究的很好模型。1.4去勢后骨髓炎觀察由于OP研究的長期性,小動物已不能滿足研究需要,所以近幾年來開始研究中等大小動物模型,主要有兔和山羊等。兔自然壽命為4~6年,性成熟期為5~8個月,l年以上達中老年,它耳緣取血方便,便于長期動態(tài)觀察,且從脛骨病理切片上看,兔骺板多數鈣化并消失,與人類相似。楊霞等研究新西蘭雌性大白兔摘除卵巢后骨骼密度、生物力學及病理組織學變化,認為5月齡兔去勢后各項指標較1年齡明顯,術后8個月OP模型初步建立。羊溫順,易于管理,價格相對便宜,且具有自動排卵以及與成年婦女相似的排卵周期,尤其是它可長期提供實驗所需的大量血液與骨組織活檢標本,而用于OP后骨折進行骨移植實驗研究。Turner等采用年輕綿羊切除卵巢,術后180天觀察到骨小梁容積及厚度明顯降低。李良等選用1.5年齡的成都山羊,去勢后動態(tài)觀察髂骨活檢組織病理形態(tài)學變化,發(fā)現其骨小梁數量逐漸下降,易于骨折?？梢哉J為,兔和羊等中等大小動物是一類極具潛力的模型動物。1.5自然絕經期靈長類動物有骨生長和骨成熟兩個時期,猴與狒狒一般在10歲左右達峰值骨量。其月經周期與人類相同,自然絕經期為15~20歲之間。由于靈長類動物與人類在進化樹中的位置相近,其組織形態(tài)學結構與人類極為相似,理論上應是研究OP的最佳動物,目前認為在人工飼養(yǎng)環(huán)境下,把靈長類動物與鼠類結合起來進行基因調控峰值骨量研究是最佳選擇,但由于其來源以及飼養(yǎng)等方面的制約,目前仍無法得以廣泛應用。2骨量及骨組織顯微結構變化的檢測雖然OP方法很多,但其模型判定指標基本一致,有骨密度測定,血尿生化分析,骨組織計量學,骨力學測試等,其中最主要的是骨量變化與骨組織顯微結構變化這兩項指標。骨量的變化既可通過單光子或雙光子骨密度儀、雙能X線骨密度儀,定量CT等儀器對動物全身或局部骨標本進行骨密度檢測來獲得,又可通過稱量骨標本濕重、干重和灰重來反映,甚至還可通過X線上骨皮質厚度和骨小梁密度粗略估算、這些方法的優(yōu)點是簡單快速,缺點是靈敏度較低,重現性差。骨組織形態(tài)計量學技術的發(fā)展、將不脫鈣骨組織切片與圖形體視學結合起來,可直接反映骨量和骨組織顯微結構的變化,若加上四環(huán)素或茜紅等進行熒光標記,還可觀察到骨代謝的動態(tài)過程,定量地獲得骨細胞水平、組織水平及器官水平活的信息。正是由于以上這些優(yōu)點,因此,近幾年來該項技術得到廣泛應用。反映骨代謝的生化指標有:(1)反映骨形成,如骨源性堿性磷酸酶、骨鈣素、I型膠原肽(羧基端和氨基端延長肽)等;(2)反映骨吸收,如尿羥脯氨酸、血抗酒石酸酸性磷酸酶,Ⅰ型膠原吡啶交聯物及末端肽,空腹尿Ca/Cr比值等;(3)反映骨礦代謝,如血和尿鈣、磷、鎂定量等;(4)反映激素水平,如雌激素、雄激素、孕激素、甲狀旁腺素、降鈣素、活性維生素D3、甲狀腺素等,這些指標可快速、靈敏、及時地反映骨轉換率,但由于其干擾因素較多,不能全面反映模型動物的變化等缺點,故常作為模型判定的輔助指標。骨力學指標包括骨長度與直徑測量、骨彈性極限載荷、最大載荷、斷裂載荷和剛度測量、長骨抗彎力、最大撓度、扭力矩、抗扭轉強度極限及線應變參數等,這些指標只能反映模型動物骨變化的一個方面,故在判定指標中較少使用,此外,動物的體重、行為表現、性腺和內分泌腺的重量與形態(tài)變化也常被看作參考指標?？傊?在上述的指標中,最能判定模型是否復制成功的指標還是骨量和骨組織顯微結構變化這兩項。一旦模型組骨量較對照組明顯降低,骨組織顯微結構表現為明顯的病理改變,如骨小梁稀疏或斷裂,骨皮質變薄,骨髓腔擴大等情況出現時,OP模型即復制成功。而骨熒光標記、血尿生化指標等其它指標,剛在OP發(fā)病機理和藥物治療原理研究中具有重要意義。3常見的op動物模型3.1認為中國近代中國采取的基本做法可作為“被普遍采納”這種模型有許多優(yōu)點,如作用因素單一,模型確認,重復性好,實驗結果可信度大,易被廣大學者所公認,故被普遍采用。在造模過程中,動物體重因去勢會有所增加,對骨質減少有防護作用,部分學者用控制動物攝食量的方法來消除這種影響,但由于其對動物內分泌、消化等系統(tǒng)的負面影響,不利于實驗結果的分析,而設立對照組同樣可達到目的。3.2點提供op模型骨質疏松常是許多藥物長期大量服用時的副作用,利用這一點可以復制OP模型。超生理劑量的皮質類固醇激素可直接抑制成骨細胞活性,在使用后最早10天,最遲48周出現明顯的骨丟失,還有維A酸致OP模型、羥基脲致OP模型等。3.3模型的復制是指人工方法使動物部分肢體處于不負重狀態(tài)而建立的模型,常用的有懸吊法、坐骨神經切除法、足切除法等,這些模型成功地復制了廢用性OP的特性,對研究廢用性OP有重要價值。3.4白質等飼料配方復雜、難以推廣由于OP的發(fā)生與飲食有關,故有人通過限制飲食中的鈣、蛋白質等的攝入來復制OP模型,但其飼料配方復雜,且影響因素較多,難以普及推廣。此外,還有報道用甲狀旁腺切除法復制OP模型,但由于其手術難度大,也同樣無法得以推廣。4模型的局限性我們對理想模型的要求是它的病變過程、病理改變及演變轉歸與人類OP的變化盡可能相似。但由于OP的病因比較復雜,目前仍缺乏十分完善的OP模型。去勢OP模型雖是一個較好的模型,但可以看出其離理想模型仍有一定距離。維A酸、羥基脲致OP模型雖可在短期內復制OP現象,但它與OP病因病機并不符合,且與臨床所見相脫節(jié),所以價值并不大。糖皮質激素模型和廢用性模型均僅對激素性OP及廢用