三種大鼠骨質疏松模型的比較研究

馮　佳，向　陽，夏　燕，陳安平，楊年安，龔書識，袁　林

（1. 風濕性疾病發(fā)生與干預湖北省重點實驗室，恩施 445000；

2.湖北民族學院附屬民大醫(yī)院，恩施 445000）

三種大鼠骨質疏松模型的比較研究

馮佳1，向陽1，夏燕1，陳安平1，楊年安1，龔書識2，袁林1

（1. 風濕性疾病發(fā)生與干預湖北省重點實驗室，恩施 445000；

2.湖北民族學院附屬民大醫(yī)院，恩施 445000）

目的觀察和比較不同造模方法對大鼠骨質疏松模型特點的影響。方法選用6月齡的雌性SD大鼠40只，分為正常組、去勢組、糖皮質激素組和維甲酸組。造模6周后，比較各組大鼠血清鈣（Ca）、磷（P）、堿性磷酸酶（ALP）、骨密度和骨組織形態(tài)計量學參數(shù)的變化。結果與正常組相比，去勢組及維甲酸組大鼠血清Ca降低，P、ALP增高，股骨骨密度、骨小梁厚度、數(shù)量均明顯減少，骨小梁間距增大；糖皮質激素組與正常組相比，各參數(shù)無顯著差異。結論去勢骨質疏松模型造模成功。短期間斷使用糖皮質激素對大鼠松質骨的影響不明顯；大劑量維甲酸能使大鼠出現(xiàn)骨量減少，骨微結構發(fā)生改變，但其毒副作用較大。

骨質疏松（OP）； 去勢（OVX）； 糖皮質激素（GC）； 維甲酸（RA）； 大鼠模型

骨質疏松癥（osteoporosis，OP）是由內分泌失調、某些藥物的長期應用、營養(yǎng)、遺傳等多因素所致，以骨量減少，骨組織微細結構破壞導致骨骼脆性增加和骨折危險性增加為特征的系統(tǒng)性全身性骨骼疾病［1］。我國骨質疏松患病率為16.1%，女性為19.9%，男性為11.2%，女性骨質疏松的發(fā)病率明顯高于男性，而且隨著年齡增長呈現(xiàn)升高趨勢［2］。多年來， 為深入研究成骨與破骨平衡原理、骨丟失的病理生理機制，篩選防治骨丟失的藥物， 已復制了許多動物模型。目前研究OP的常用動物模型制作方法有去勢（Ovariectomy，OVX），糖皮質激素（glucocorticoid，GC）、維甲酸（retinoic acid，RA）誘導等。國家新藥審批條例明確指出，欲申報抗OP新藥，必須對不同OP動物模型均療效明顯。本實驗對大鼠分別進行去勢，糖皮質激素、維甲酸誘導，觀察短期造模后大鼠血生化指標、股骨骨密度、骨組織形態(tài)學的改變及不同造模方法間的差異，以選擇最佳的短期造模方法為目的，以服務于今后骨質疏松癥的實驗及臨床研究。

1　材料與方法

1.1實驗動物

SPF級6月齡雌性SD大鼠40只，體質量200 ±20 g，由武漢大學實驗動物中心提供［SCXK（鄂）2008-0004］。

1.2實驗藥物

維A酸（維甲酸）片，國藥準字H20083494，山東良福制藥有限公司生產。醋酸潑尼松片，國藥準字H33021207， 浙江仙居制藥股份有限公司生產。

1.3實驗儀器

切片機（RM2235， 德國）， 自動脫水機（TC-120S），電熱恒溫干燥箱（GZX-DH-40X45），恒溫攤片烤片機（TK-21 8IV），雙能X掃描骨密度儀DX A （Prodigy，美國），彩色數(shù)碼照像系統(tǒng)（DP70，日本），熒光顯微鏡（BX50，日本），BECMAN-AU680全自動生化分析儀。

1.4實驗方法

1.4.1實驗動物分組與給藥大鼠適應性喂養(yǎng)1周后，隨機分為4組，即正常組、去勢組、糖皮質激素組和維甲酸組各10只。正常組不作特殊處理（為對照組）； 去勢組大鼠去除雙側卵巢； 糖皮質激素組， 灌胃給予醋酸潑尼松4.5 mg/kg， 每周2次（每周一及周四）； 維甲酸組， 灌胃給予維甲酸70 mg/kg，每日1次。實驗時間6周。

1.4.2大鼠去勢方法以體積分數(shù)10%水合氯醛， 按體質量0.35 mL/100 g腹腔麻醉，剪毛備皮，常規(guī)消毒，于肋弓下脊柱兩側1 cm處，切開皮膚，逐層分離脂肪、肌肉，進入腹腔，用眼科鑷找到輸卵管后，順著輸卵管找到梅花狀的卵巢，結扎輸卵管后，剪去卵巢，分層縫合肌肉、皮膚。按同樣的方法去除大鼠對側卵巢。術后3 d，青霉素（80×105U）肌肉注射0.1 mL/只。

1.4.3實驗指標的檢測

1.4.3.1血生化指標檢測采用眼球取血，血清鈣（Ca）、磷（P）、堿性磷酸酶（ALP）均采用全自動生化分析儀測定。

1.4.3.2骨密度測定取左側股骨，清除周圍軟組織，生理鹽水洗凈，雙能X線骨密度測量儀小動物軟件測定各組大鼠股骨骨密度。

1.4.3.3骨組織形態(tài)學測定取大鼠右側股骨下三分之一，置于體積分數(shù)10%甲醛溶液中固定24 h。使用EDTA脫鈣液脫鈣48 h，直至能用大頭針無阻力插入股骨為止。將股骨放入自動脫水機中自動脫水、透明、浸蠟12 h。石蠟包埋，用切片機沿股骨矢狀面切成5 μm薄片， 行HE染色。骨組織切片置于顯微鏡下， 彩色數(shù)碼照像系統(tǒng)進行圖像采集。1.4.3.4骨組織形態(tài)計量學參數(shù)測定使用Image-Pro Plus6.0圖像分析系統(tǒng)分析所采集的圖像，選擇小梁排列整齊， 連續(xù)性好， 成網狀連接， 相鄰骨小梁間距較小， 寬度均勻。去勢組骨小梁連續(xù)性破壞， 排列紊亂， 數(shù)量減少， 厚度變細， 游離斷端增多， 骨小梁間距增大。糖皮質激素組骨小梁網狀連接存在， 游離斷端少， 厚度較均勻。維甲酸組骨小梁寬度較細，有少許游離斷端， 相鄰骨小梁間距大（圖1A～D）。干骺板下5 mm作為測量指標范圍，測量骨組織形態(tài)學靜態(tài)參數(shù)：骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁間距（Tb.Sp）及骨小梁數(shù)量（Tb.N）。

表1　各組大鼠血生化指標Table 1　The blood biochemical items in each groups of rat

1.5統(tǒng)計學方法

2　結果

2.1一般情況

去勢造模組大鼠體質量逐漸增加，反應遲鈍，活動少懶動。糖皮質激素組大鼠灌胃過程中，體質量增加不明顯，未出現(xiàn)明顯異常舉動及反應。維甲酸組大鼠灌胃過程中，進食減少，體質量減輕，精神萎靡，毛發(fā)稀疏無光澤，一周后眼、鼻出現(xiàn)血性分泌物。

2.2血清中Ca、P、ALP含量

與正常組相比，去勢組大鼠血清中Ca降低、P增高（P＜0.05），血ALP含量明顯增高（P＜0.01）。糖皮質激素組血Ca、P、ALP與正常組相比無顯著差異（P＞0.05）。與正常組比較，維甲酸組大鼠血Ca降低，血P、ALP含量增高（P＜0.05）（表1）。

2.3骨密度

與正常組相比，去勢組大鼠股骨骨密度明顯減少（P＜0.01）； 糖皮質激素組較正常組股骨骨密度有所降低（P＞0.05）； 維甲酸組與正常組比較，骨密度減少（P＜0.05）（表2）。

骨組織HE染色光學顯微鏡下觀察示: 正常組骨

表2　各組大鼠股骨雙能X線骨密度測定Table 2　The bone mineral density in each groups of rat

圖1　大鼠股骨骨小梁病理學觀察Figure 1　Pathological observation on bone trabecula of rats

2.5骨組織形態(tài)計量學參數(shù)結果

去勢組大鼠股骨骨小梁厚度、數(shù)量均比正常組明顯減少（P＜0.01）， 骨小梁間距明顯增大（P＜0.01）。糖皮質激素組與正常組相比， 各參數(shù)無顯著差異（P＞0.05）。維甲酸組較正常組， 股骨骨小梁厚度、數(shù)量均減少， 骨小梁間距增大（P＜0.05）（表3）。

表3　各組大鼠股骨骨小梁厚度、骨小梁間距及骨小梁數(shù)量比較Table 3　The comparison among femoral trabecular bonethickness，spacing and number in each groups of rat

3　討論

骨質疏松癥是多因素相關的代謝性骨病，只有深入研究其發(fā)病機制才有可能找到確實有效的防治方法和手段。骨密度是診斷骨質疏松的金標準，最常用的檢測方法是雙能X線吸收法（DXA）［3］。骨小梁厚度、骨小梁間距和骨小梁數(shù)量是反映單位面積骨小梁結構特征的參數(shù)。通過松質骨靜態(tài)學參數(shù)可以了解骨質疏松模型是否建立成功。骨代謝生化指標較病理變化早，一般在術后1～2.5個月就有明顯變化，可作為反映早期骨量丟失的靈敏指標，有助于造模的預測性診斷［4］。將骨量、骨生化指標與骨組織形態(tài)學結合在一起，可全面反映骨病理生理及功能變化， 為合理評價骨質疏松提供理論依據(jù)。

自1969年Saville首次建立去卵巢骨質疏松模型，已成為研究絕經后骨質疏松的經典動物模型。雌激素水平下降，使破骨細胞活性增強，成骨細胞功能代償性提高，骨吸收大于骨形成，造成松質骨骨量明顯減少、微結構退化，以致強度下降、脆性增加。有研究［5］認為絕經后婦女血鈣水平隨年齡增加而減少，血磷隨增齡而增加，可能與絕經之后雌激素降低有關。ALP是反映成骨細胞功能的重要標志，骨形成與其活性相關。本實驗選用6月齡雌性大鼠，其骨代謝處于相對穩(wěn)定階段，去勢后1月發(fā)現(xiàn)骨密度減少，骨組織形態(tài)學遭到破壞以及骨代謝生化指標的變化均可說明造模成功。

糖皮質激素長期、大量或持續(xù)使用可抑制成骨細胞活力， 使骨質形成發(fā)生障礙， 導致骨質疏松，是最常見的繼發(fā)性骨質疏松癥［6］。但對短期應用糖皮質激素的研究相對較少。本實驗發(fā)現(xiàn)糖皮質激素組大鼠骨量、骨微結構以及血生化指標較正常組沒有顯著變化。骨密度、骨小梁厚度、骨小梁數(shù)量雖有降低的趨勢，但還不足以發(fā)現(xiàn)其骨丟失情況。說明短期間斷使用糖皮質激素，對大鼠松質骨的影響可能不明顯，其具體機制還需要進一步研究。

維甲酸是維生素A的衍生物，是治療白血病的一種重要藥物，伴有骨質疏松等副作用。維甲酸可激活破骨細胞，促進骨吸收。本實驗發(fā)現(xiàn)維甲酸組大鼠的骨量較正常大鼠減少，骨形態(tài)學參數(shù)（骨小梁厚度、骨小梁數(shù)量、骨小梁間距）反映出骨小梁微觀結構的變化，表現(xiàn)為骨小梁稀疏變細、相鄰小梁間距增大。血Ca、P含量及ALP活性改變，說明大量應用維甲酸后，影響了成骨、破骨過程以及鈣磷代謝。實驗發(fā)現(xiàn)，大劑量使用維甲酸，10只實驗大鼠死亡5只，致死率達50%，并且還出現(xiàn)眼、鼻血性分泌物等明顯副作用。

絕經后與各種藥物引起的骨質疏松是目前臨床中最常見的骨質疏松癥，但在體內的作用機制卻不盡相同。去勢大鼠是研究絕經后骨質疏松癥的經典模型，造模過程較無創(chuàng)操作復雜，術后要特別注意防止感染。隨著糖皮質激素的應用越來越廣泛，并發(fā)的骨折嚴重影響了患者的生活質量，這反映了建立合適的動物模型進行相關基礎研究的必要性。而短期間斷使用糖皮質激素造模，對大鼠松質骨的影響可能不明顯。大劑量維甲酸能使大鼠短期內出現(xiàn)骨量減少，骨微結構發(fā)生改變，但其毒副作用較大。三種大鼠骨質疏松模型各有其特點。本次實驗發(fā)現(xiàn)去勢骨質疏松造模方法較糖皮質激素及維甲酸造模方法，具有效率高、安全性好的優(yōu)勢。據(jù)此，作者建議：在骨質疏松的研究中，應深入了解各種模型的優(yōu)缺點，根據(jù)研究目的和條件選擇最佳的模型及檢測指標。

［1］張波， 楊述華， 許偉華， 等. 骨質疏松癥與骨關節(jié)炎關系及其最新治療進展［J］. 中華關節(jié)外科雜志， 2012， 6（2）:324-328.

［2］沈彥明， 孫陳靜， 尹彥亮.老年骨質疏松癥防治研究進展［J］.現(xiàn)代預防醫(yī)學， 2013， 40（9）:1757-1762.

［3］王鍵， 龔顏， 曾榮， 等. 去勢雌性大鼠骨質疏松模型的研究［J］. 海南醫(yī)學， 2013， 24（3）:424-426.

［4］虞驚濤， 馬信龍， 馬劍雄. 骨質疏松動物模型評價方法［J］.中華骨質疏松和骨礦鹽疾病雜志， 2014， 7（1）: 66-70.

［5］趙璽， 趙文， 孫璟， 等. 骨代謝指標與骨關節(jié)炎及絕經后骨質疏松癥的關系［J］.中國組織工程研究， 2014， 18（2）:245-250.

［6］張雅蓉， 唐舸， 劉杉， 等. 5種常用大鼠骨質疏松動物模型的特點［J］. 國際口腔醫(yī)學雜志， 2013， 40（5）:629-633.

Comparative Study on Three Kinds of Osteoporosis Model in Rats

FENG Jia1， XIANG Yang1， XIA Yan1， CHEN An-ping1， YANG Nian-an1， GONG Shu-shi2， YUAN Lin1
（1. Hubei Provincial Key Laboratory of Occurrence and Intervention of Rhumatic Diseases，Enshi 445000， China；2. University Hospital of Hubei University for Nationalities， Enshi 445000， China）

ObjectiveTo observe and compare the effects of different modeling methodsof osteoporosis on rats. MethodsFemale SD rats at age of six months were divided into normal group，ovariectomized group， glucocorticoid group， and retinoic acid group. After 6 weeks， the changes of serum calcium， phosphorus， alkaline phosphatase and bone density， bone histomorphometry parameters were compared. ResultsCompared with normal group， the serum Ca in ovariectomized rats was decreased， serum P and ALP were increased， bone mineral density， trabecular thickness and trabecular number were decreased， and trabecular spacing was increased.The Glucocorticoid group compared with normal group， there was no significant difference in each parameters. Compared with the normal group， retinoic acid rat’s serum Ca was decreased， serum P and ALP were increased，bone mineral density， trabecular thickness and trabecularnumber were decreased， and trabecular spacing was increased. ConclusionThe osteoporotic model was successful.With the short-term intermittent use of glucocorticoid，effects on the cancellous bone in rats may not be obvious， large dose of retinoic acid can reduce bone mass of rats in short-term and change the bone micro structural， but it had obvious side effects.

Osteoporosis； Ovariectomy； Glucocorticoid； Retinoic Acid； Rat Model

Q95-33

A

1674-5817（2015）01-0052-04

10.3969/j.issn.1674-5817.2015.01.011

2014-07-08

湖北民族學院校園項目（MY2011B008）； 湖北民族學院民大醫(yī)院院內課題（2013-6）， 湖北醫(yī)學領軍人才培養(yǎng)工程專項經費資助

馮佳（1985-）， 女， 碩士， 主要從事風濕病方面的研究

袁林（1974-）， 男， 博士， 主要從事風濕病方面的研究， E-mail: linyuanchina@126.com