小鼠不同周齡與骨密度的關系

作者：嚴雪銘（中科院上海藥物所教授，在國內(nèi)外從事骨密度儀器10多年)
張振德(中國科學院上海生命科學院)

【摘要】目的 采用pQcT設備，以整體小鼠脛骨為檢測對象，了解不同周齡骨密度含量以及不同組分面積，為進行小鼠骨代謝研究提供參考。方法 4～12周齡昆明種小鼠3O只，雌性，每6只為1組。用戊巴比妥鈉麻醉后，固定于檢測臺上，以右后肢為被測對象，采用德國產(chǎn)動物用pQcT設備，分別對脛骨近端骨骺線1．4nnn和4．0inin處進行測定。結(jié)果 小鼠4～12周齡，體重增長很快，周齡與體重的相關性r=O．963，P<0．001；此階段脛骨總骨密度、皮質(zhì)骨密度隨著周齡的增長而增加，呈非常顯著的正相關；周齡與骨小梁的骨密度無明顯相關性；8周齡時脛骨小梁面積最大。結(jié)論 pQcT能靈敏、精確的測定整體小鼠脛骨，有效地區(qū)分各個不同組分，可以動態(tài)的觀察骨骼的變化，以8—1O周齡的小鼠適宜造模型。

【關鍵詞】pQcT；骨密度；脛骨；小鼠

Age-related changes in bone mineral density and cross-sectional area in mice YNA Xueming．ZHANG Zhende．Shanghai Institute of Materia Medwa，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201203，China
【Abstract】Objective Age-relatde changes in bone mineral density(BMD)，cross—sectional area of the tibia in vivo were measured by peripheral quantitative computed tomography(pQcT)，and the correlation was analyzed，providing the reference for the resarch on bone metabolismin mice．Methods Thirty female mice were di vided into age groups of4，6，8，10 and 12 weeks，6 each．The mice werefixed withholder under anesthesia．BMD and cross-sectional area were measured by pQcT(Stratec，XCT，Research SA)at 1．4 and 4．0 mm from the proximal epiphysis of tibia．Results The body weight of female mice increased quickly during 4-12 weeks of age，and showed age dependemcy with significant correlation(r=0．963，P<O．001)；the total and cortical BMD have in creased at 4—12 weeks as well as corss-sectional area．a(chǎn)nd they werecorrelated significandy．But trabecular BMD increased slowly without correlation during the period，and the maximal trabccular area appeared at 8 weeks of age． ConclusionThe pQcT precisely defermines various regions of mouse tibia in vivo．Therefore，measurement in vivo is useful for the momtofing of skeletal changes in mice．Mice at the ages of 8-10 weeks are suitable for develop ment of osteoporosis models．

【Key words】pQcT； Bone mineral density；Tibia； Mouse

骨質(zhì)疏松癥的研究在我國雖然起步較晚，但是選擇合適的骨質(zhì)疏松動物模型是進行骨質(zhì)疏松藥物篩選的基礎，同時必須有靈敏、精確的檢測手段，才能事半功倍。

pQcT(peripheral quantitative computed tomography)外周骨定量計算機斷層掃描是非侵入性的檢測方法，檢測對象可從實驗小動物到人類骨骼�？蓪�骨樣 品的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨分別進行測定，檢測的準確度和精確度均高于DEXA^[1,2]。在國外的臨床和動物實驗中被廣泛地應用于骨質(zhì)疏松的診斷和治療效果的評價。國內(nèi)對pQcT的使用及有關的報道很少，尤其未見到小鼠的檢測數(shù)據(jù)。本研究采用pQcT設備，以4一l2周齡整體小鼠脛骨為檢測對象進行比較，旨在為進行有關小鼠骨代謝的研究提供參考。

材料和方法

1．方法：30只昆明種小鼠。雌性。體重l6—40g，(上海實驗動物中心提供)，分別為4,6,8，10，12周齡，每組6只，經(jīng)1d適應性飼養(yǎng)，用戊巴比妥鈉麻醉，途徑ip，劑量60mg·kg^-1，動物麻醉后固定于特制的檢測臺上，以右后肢為被測對象。

2．儀器和檢測：pQcT(peripheral quantitative computed tomography)，XCTResearchSA(德國Stratec公司生產(chǎn))，檢測時先縱向掃描，顯示右后肢脛骨近端的形態(tài)，以骨骺線為參照線向下1．4mm和4．0mm處作斷層測定。計算指標為骨密度(mg／cm³)和面積(mm²)。

3．統(tǒng)計學處理:每組結(jié)果以平均值±標準差( ±s)表示，用t檢驗進行兩組間比較，應用MicrosoftExcel2000將獲 得的數(shù)據(jù)進行雙方差線性pearson相關分析。

結(jié)果

1．小鼠4～12周齡是體重增長較快的時期，隨著周齡的增長體重明顯增加r=0．963，P<0．001)，見圖1。

2．脛骨被測部位不同，其骨密度有異同，在1．4 mm處，總骨密度和皮質(zhì)骨密度隨著周齡的增長逐漸增加，呈正相關，分別是r=0．614，P<0．01和r=0．631，P<0．001；在4．0mm結(jié)果也相似，r=0．770，P<0．001和r=0．790，P<0．001，相關性比前者更 好。骨小梁骨密度兩斷層數(shù)據(jù)與周齡無相關性，分別為r=0．056，P>0．05和r=0．289，P>0．05。但是前者明顯高于后者，并處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，見表1

3．被測脛骨部位不同，其組成的面積也有差異，總面積和皮質(zhì)面積隨著動物周齡的增長逐漸增大，但是小梁面積以8周齡為最大值，見表2。

討論

隨著社會進入老齡化，骨質(zhì)疏松患者日益增多，對骨質(zhì)疏松癥的研究越來越深入。目前，檢測設備日趨高靈敏度、高精確度以及快捷、方便、安全。pQcT(外周骨定量計算機斷層掃描)已具備了這些條件^[3]，在國外的臨床和動物實驗中已廣泛應用于骨質(zhì)疏松的診斷和治療效果的評價。在基礎研究方面選擇大鼠進行抗骨質(zhì)疏松藥物文獻報道較多，但是大鼠作為整體模型具有成本高、周期長、用藥量大等缺點，不利于篩選新藥的研究和開發(fā)。

小鼠來源方便、經(jīng)濟，是實驗室常用的一種動物，性成熟為4O～50d。本研究選擇了國內(nèi)最常用的昆明種雌性小鼠，4—12周齡，此時的動物生長最旺盛，一般的動物飼養(yǎng)中心都能及時供應。圖1表明，小鼠4～12周齡與體重呈正相關，r=0．963，P<0．001。

整體動物骨骼檢測，雖然條件的控制與離體樣品比較難度要大，但是可以節(jié)約成本、減少實驗誤差，可以動態(tài)的觀察實驗動物的各種變化，評價藥物作用等有利因素，更易被人們接受。

本研究經(jīng)預初的pQcT對小鼠的檢測，選擇了脛骨近端骨骺線1．4mm和4．0mm處作斷層測定，因為前者以松質(zhì)骨為主，后者密質(zhì)骨相對較多，見表1。結(jié)果證實距骨骺線越遠密質(zhì)骨越多，總骨密度也越高。隨著小鼠周齡增加，其骨密度值也相應提高，4～12周齡與其脛骨總骨密度、皮質(zhì)骨密度有顯著的相關性，而4．0mm處(r=0．770，P<0．001和r=0．790，P<0．001)相關性比1．4mm(r=．614，P<0．01和r=0．631，P<0．001)更好。因此通過骨密胞質(zhì)，在核周聚集明顯。定量檢測中免疫細胞化學和Westemblot結(jié)果一致，發(fā)現(xiàn)均勻雙軸機械刺激在各時段COX-2的表達不同，當均勻雙輪機械刺激為2h時，即使最大強度的刺激(200000microstrsain)也不足以引起成骨細胞COX-2蛋白表達發(fā)生明顯的增加，而當機械刺激的時間超過4h以上(包括8h組)時即使最小的刺激強度(20000microstrain)也能促進成骨細胞COX-2蛋內(nèi)的表達，提示了導致成骨細胞COX-2表達的增高，機械刺激必需要維持一定的時間，即有一個機械刺激的時間閾值。同時還發(fā)現(xiàn)刺激4h組成骨細胞COX-2的表達隨均勻雙軸機械刺激強度的增加而逐漸升高，提示了成骨細胞COX-2表達的高低與機械刺激的強度也是密切相關的，即存在一個機械刺激的強度閾值。然而機械刺激作用8h時，成骨細胞COX-2的表達與對照組相比雖然有明顯的增高，但是隨機械刺激的增加而降低，與4h時的趨勢正好相反，分析原因可能是因為機械刺激的作用超出生理性的閾值，反而中斷了成骨細胞內(nèi)機械刺激的信號傳導通路，不能使成骨細胞COX-2的表達繼續(xù)上調(diào)。以上結(jié)果揭示了成骨 細胞COX-2蛋白的表達與均勻雙軸機械刺激的強度和作用的時間都有關，并且只有機械刺激的強度(20000～200000microstrain)和時間(2～8h)在適當?shù)姆秶鷷r才會促進成骨細胞COX-2的表達。

本研究初步探討了均勻雙軸機械刺激與成骨細胞COX-2表達的關系，發(fā)現(xiàn)了一定時間和強度的均勻雙軸機械刺激可以促進體外成骨細胞COX-2的表達，希望能對臨床的牽引成骨有理論上的支持與揭示。

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