客戶論文發(fā)表 | 非靶向代謝組學(xué)揭示了桃紅素通過調(diào)節(jié)花生四烯酸代謝影響糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)小鼠骨質(zhì)疏松的機制

文獻(xiàn)信息
河北中醫(yī)藥大學(xué)研究生院、河北中醫(yī)藥大學(xué)附屬河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院骨科等單位的研究成果《Untargeted metabolomics revealed the mechanism of aucubin on glucocorticoid-induced osteoporosis in mice through modulating arachidonic acid metabolism》（非靶向代謝組學(xué)揭示了桃紅素通過調(diào)節(jié)花生四烯酸代謝影響糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)小鼠骨質(zhì)疏松的機制）在雜志《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》上發(fā)表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了小鼠股骨圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為趙建勇教授；第一作者是王恒俊。

文獻(xiàn)摘要
糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥(GIOP)是繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥最常見的形式。山茱萸素(Aucubin, AU)是杜仲等傳統(tǒng)中草藥中的主要活性成分，已被證明能促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化。盡管如此，AU對GIOP的確切治療效果和復(fù)雜的潛在調(diào)節(jié)機制值得進(jìn)一步研究。作者首先建立了雌性小鼠GIOP模型，然后通過顯微CT分析、生物力學(xué)測試、血清鈣(Ca)和磷(P)水平的測量以及蘇木精和伊紅(HE)和Masson染色的組織學(xué)分析來評估AU的治療效果。隨后，采用非靶向代謝組學(xué)方法研究AU對GIOP小鼠血清代謝物的影響。使用實時定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RTqPCR)和westernblot分析對這些代謝物相關(guān)因子的水平進(jìn)行定量分析。最后，研究了AU對成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞分化的影響。作者發(fā)現(xiàn)AU顯著改善GIOP小鼠的骨微結(jié)構(gòu)和強度。它減輕了骨小梁結(jié)構(gòu)損傷和膠原纖維減少等病理損傷，同時提高了血清Ca和p水平。非靶向代謝組學(xué)顯示，花生四烯酸(AA)代謝是對照組和GIOP組之間，以及高劑量AU(AUH)組和GIOP組之間的共同途徑。AU顯著上調(diào)前列腺素內(nèi)過氧化物合成酶2(PTGS2)和微粒體前列腺素e合成酶1(PTGES)的表達(dá)，下調(diào)前列腺素H2 D異構(gòu)酶(PTGDS)的表達(dá)。此外，AU處理增加了runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)和轉(zhuǎn)錄因子Sp7(Osterix)的表達(dá)，增強了血清堿性磷酸酶(ALP)活性，降低了破骨細(xì)胞的表達(dá)。這些結(jié)果表明，AU是治療GIOP的潛在藥物，其機制可能與調(diào)節(jié)AA代謝、促進(jìn)成骨細(xì)胞分化有關(guān)。然而，AU治療GIOP的關(guān)鍵靶點仍需進(jìn)一步探索。

實驗方法
動物準(zhǔn)備
將60只小鼠隨機分為對照組、GIOP組、阿侖膦酸鈉組(ALN）、低劑量AU(AUL)組、中劑量AU(AUM)組和高劑量AU(AUH)組。除對照組外，其余5組小鼠建立GIOP模型。從造模第1天開始，ALN組小鼠每日灌胃阿侖膦酸鈉0.5 mg⋅kg-1 ，AUL、AUM、AUH組小鼠每日灌胃AU 5、10、20 mg⋅kg-1⋅d-1。AU的劑量設(shè)置基于既往研究。對照組和GIOP組給予等量生理鹽水作為載體。造模和給藥均持續(xù)4周。造模和給藥后，腹腔注射戊巴比妥鈉深度麻醉小鼠，取腹主動脈血，取血后，將小鼠左右股骨分離處理，按實驗要求保存。

Micro CT掃描
造模給藥后，采用micro-CT（平生醫(yī)療科技有限公司，NEMO微型CT）對各組小鼠股骨微結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描和分析。各組小鼠股骨沖洗干凈，用4%福爾馬林保存。采用NEMO Micro-CT分析軟件(Avatar, 平生醫(yī)療科技有限公司)對CT掃描圖像進(jìn)行處理和分析，評估骨礦物質(zhì)密度(BMD)、骨體積/組織體積(BV/TV)、骨小梁數(shù)(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)。

實驗結(jié)果
AU對GIOP小鼠的治療作用
糖皮質(zhì)激素是一種有效的抗炎藥物，通常用于治療各種過敏、自身免疫性疾病和其他疾病。研究發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素受體分布在成骨細(xì)胞上，糖皮質(zhì)激素的過度表達(dá)可使骨表面增厚，損害骨組織礦化。糖皮質(zhì)激素濃度高于生理水平會抑制成骨細(xì)胞的分化和增殖，加速成骨細(xì)胞凋亡，也會導(dǎo)致骨形成延遲。最近，GIOP引起了廣泛的關(guān)注;然而，規(guī)范其預(yù)防和治療仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。既往研究表明，AU可能對OP等涉及骨重塑的疾病有治療作用。為了進(jìn)一步探討AU對GIOP的影響及其對代謝途徑的潛在影響，作者使用Dex建立了GIOP小鼠模型。

Micro-CT技術(shù)是一種靈敏可靠的定量和定性分析技術(shù)，已被用于分析重塑骨的骨礦物質(zhì)含量和微觀結(jié)構(gòu)。GIOP組Tb.Th, Tb.N, BMD, and BV/TV顯著減少與OP病理特征一致，表明模型建立成功。AU干預(yù)顯著增加Tb.Th, Tb.N, BMD,和 BV/TV。表明AU增加GIOP小鼠的骨密度，促進(jìn)骨形成，減少小梁微結(jié)構(gòu)破壞。

在糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥(GIOP)小鼠中，有效地給予AU治療可顯著提高骨微結(jié)構(gòu)和骨強度。(a-e)顯微CT結(jié)果顯示，AU處理增加了GIOP小鼠(b)骨小梁厚度(Tb.Th)， (c)骨小梁數(shù)量(Tb.N)， (d)骨礦物質(zhì)密度(BMD)， (e)骨體積/組織體積(BV/TV)。ALN:阿侖膦酸鈉組，AUL:低劑量AU組，AUM:中劑量AU組，AUH:高劑量AU組。

使用結(jié)論
在本研究中，AU主要通過調(diào)節(jié)AA代謝和促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，對GIOP小鼠的骨微觀結(jié)構(gòu)和骨強度有顯著的治療作用。本研究為AU改善骨質(zhì)疏松的機制提供了新的見解，描繪了GIOP的代謝改變，并為進(jìn)一步研究GIOP治療提供了新的視角。然而，本研究仍有許多方面值得探索，如對AA代謝途徑中的特定代謝物進(jìn)行靶向代謝組學(xué)分析，驗證非靶向代謝組學(xué)的發(fā)現(xiàn)。此外，多組學(xué)聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用，如代謝組學(xué)、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的聯(lián)合使用，將為AU治療GIOP的特定靶點提供新的見解。同時，單分子下拉等靶點驗證方法的使用將為AU的臨床應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。

使用設(shè)備

                                  Micro CT (型號：NEMO) (平生醫(yī)療科技)

                                          影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）