骨質(zhì)疏松癥動物模型研究進展

骨質(zhì)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(yù)防和預(yù)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(yù)防新藥,以及研究骨置換術(shù)治療骨質(zhì)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(fù)制該人類疾病至關(guān)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(xiàn)人類OP,使動物疾病表現(xiàn)盡可能與人類OP相類似,且重復(fù)性要好,其次再考慮其來源是否簡單易得、經(jīng)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(jié)果不易被學(xué)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(nèi)雌二醇水平處于峰值,15個月后可觀察到松質(zhì)骨丟失現(xiàn)象,切除卵巢后,松質(zhì)骨的骨量減少,骨強度下降,并伴有骨轉(zhuǎn)換率增加,這種特性較好地模仿了人正常絕經(jīng)時高轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhì)骨表現(xiàn)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(xué)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(xiàn)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(jīng)后OP模型復(fù)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(jié)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(jīng)后OP應(yīng)選雌性成年大鼠(3~12月齡),研究老年性O(shè)P應(yīng)選老齡大鼠(18~24月齡),當然,無論選什么年齡的大鼠來復(fù)制OP模型,設(shè)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(zhì)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(xiàn)脆性骨折的動物。由于小鼠的基因易于調(diào)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(jié)構(gòu)特征方面與人類骨骼相似。其皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨比例、哈佛氏重建以及松質(zhì)骨重建與人類接近,但重建更快。有關(guān)狗卵巢切除后的骨反應(yīng)報道不一,似乎與人類反應(yīng)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(yīng)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(shù)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(xué)及病理組織學(xué)變化,認為5月齡兔去勢后各項指標較1年齡明顯,術(shù)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(shù)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(xué)變化,發(fā)現(xiàn)其骨小梁數(shù)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(jīng)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(jīng)周期與人類相同,自然絕經(jīng)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(xué)結(jié)構(gòu)與人類極為相似,理論上應(yīng)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(jié)合起來進行基因調(diào)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(yīng)用。2骨量及骨組織顯微結(jié)構(gòu)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(xué),骨力學(xué)測試等,其中最主要的是骨量變化與骨組織顯微結(jié)構(gòu)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(zhì)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(xiàn)性差。骨組織形態(tài)計量學(xué)技術(shù)的發(fā)展、將不脫鈣骨組織切片與圖形體視學(xué)結(jié)合起來,可直接反映骨量和骨組織顯微結(jié)構(gòu)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(shù)得到廣泛應(yīng)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(lián)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(zhuǎn)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(xué)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(zhuǎn)強度極限及線應(yīng)變參數(shù)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(xiàn)、性腺和內(nèi)分泌腺的重量與形態(tài)變化也常被看作參考指標。總之,在上述的指標中,最能判定模型是否復(fù)制成功的指標還是骨量和骨組織顯微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表現(xiàn)為明顯的病理改變,如骨小梁稀疏或斷裂,骨皮質(zhì)變薄,骨髓腔擴大等情況出現(xiàn)時,OP模型即復(fù)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(fù)性好,實驗結(jié)果可信度大,易被廣大學(xué)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(zhì)減少有防護作用,部分學(xué)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(nèi)分泌、消化等系統(tǒng)的負面影響,不利于實驗結(jié)果的分析,而設(shè)立對照組同樣可達到目的。3.2點提供op模型骨質(zhì)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(fù)制OP模型。超生理劑量的皮質(zhì)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(xiàn)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(fù)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(jīng)切除法、足切除法等,這些模型成功地復(fù)制了廢用性O(shè)P的特性,對研究廢用性O(shè)P有重要價值。3.4白質(zhì)等飼料配方復(fù)雜、難以推廣由于OP的發(fā)生與飲食有關(guān),故有人通過限制飲食中的鈣、蛋白質(zhì)等的攝入來復(fù)制OP模型,但其飼料配方復(fù)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(fù)制OP模型,但由于其手術(shù)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(zhuǎn)歸與人類OP的變化盡可能相似。但由于OP的病因比較復(fù)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(nèi)復(fù)制OP現(xiàn)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(zhì)激素模型和廢用性模型均僅對激素性O(shè)P及廢用