異補骨脂素改善糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥

客戶論文發(fā)表 | 異補骨脂素通過調(diào)節(jié)嘌呤代謝和促進cGMPPKG通路介導(dǎo)的成骨細胞分化改善糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥

文獻信息
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)院內(nèi)分泌科、河北中醫(yī)藥大學(xué)內(nèi)分泌科等單位的研究成果"Isopsoralen Improves Glucocorticoid-induced Osteoporosis by Regulating Purine Metabolism and Promoting cGMP/PKG Pathway - mediated Osteoblast Differentiation"(異補骨脂素通過調(diào)節(jié)嘌呤代謝和促進cGMP/PKG通路介導(dǎo)的成骨細胞分化改善糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥)在雜志《Current Drug Metabolism》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；第一作者是劉德峰。

文獻摘要

背景：異補骨脂素(isosoralen, ISO)促進成骨細胞分化和抑制破骨細胞形成的作用已被證實，但其通過調(diào)節(jié)代謝改善糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松癥(GIOP)的機制尚不清楚。

 方法:本研究旨在基于ISO對GIOP的療效，通過非靶向代謝組學(xué)方法闡明ISO治療GIOP的機制。首先，作者建立了GIOP雌性小鼠模型，并通過顯微CT檢測、生物力學(xué)測試、血清鈣(Ca)和磷(P)水平檢測，以及蘇木精和伊紅(HE)、馬松(Masson)和抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色的組織學(xué)分析來評估ISO的治療效果。隨后，采用非靶向代謝組學(xué)方法研究ISO對GIOP小鼠血清代謝物的影響。RT-qPCR和Western blot分析測量了與這些代謝物相關(guān)的酶的水平。基于代謝組學(xué)結(jié)果，作者探討了ISO對環(huán)鳥苷單磷酸(cGMP)/蛋白激酶G (PKG)通路的影響及其在介導(dǎo)成骨細胞分化中的作用。

 結(jié)果:作者的研究結(jié)果表明，ISO干預(yù)有效地增強了GIOP小鼠的骨微結(jié)構(gòu)和強度。減輕病理性損傷，如骨小梁結(jié)構(gòu)損傷、膠原纖維減少、破骨細胞增加，同時提高GIOP小鼠血清鈣、磷水平。非靶向代謝組學(xué)顯示，嘌呤代謝是對照組和GIOP組之間以及ISO高劑量(ISOH)組和GIOP組之間的共同途徑。ISO干預(yù)上調(diào)肌苷和腺苷水平，下調(diào)鳥苷單磷酸水平，增加腺苷脫氨酶(ADA)表達，降低cGMP特異性3'，5'-環(huán)磷酸二酯酶(PDE5)表達。此外，ISO干預(yù)提高了血清cGMP水平，上調(diào)了骨組織中PKGI和PKGII的表達，以及runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)和Osterix的表達，增加了血清堿性磷酸酶(ALP)活性。

 結(jié)論:綜上所述，ISO能夠增強GIOP小鼠的骨微結(jié)構(gòu)和骨強度，提高其Ca、P、ALP水平，這可能與ISO通過cGMP/PKG通路調(diào)節(jié)嘌呤代謝，促進成骨細胞分化有關(guān)。這表明ISO是一種治療GIOP的潛在藥物。但ISO的具體作用靶點及臨床應(yīng)用仍需進一步研究。

實驗方法
動物準(zhǔn)備
作者將60只小鼠隨機分為正常組(Control)、模型組(GIOP)、阿侖膦酸鈉組(ALN)和低(ISOL)、中(ISOM)、高(ISOH)三劑量異補骨脂素組，每組10只。正常組每天皮下注射生理鹽水0.1 mL，其余組每天皮下注射DEX 25 mg/kg，持續(xù)整個實驗過程。

 從注射開始，ALN組每日灌胃0.5 mg/kg阿侖膦酸鈉[12]，ISOL、ISOM、ISOH組每日口服5、10、20 mg/kg異補骨脂素。這種治療方案持續(xù)了4周。治療4周后，經(jīng)腹主動脈采血，分離血清。根據(jù)試劑盒說明測定血清Ca、磷(P)、cGMP水平和ALP活性，保留一部分血清用于非靶向代謝組學(xué)分析。同時，按照實驗方案分離、處理、保存小鼠左右股骨。
 Micro CT掃描

每組各取3只小鼠進行雙側(cè)股骨分析。沖洗后，對股骨進行微CT(平生醫(yī)療科技有限公司，NEMO微型CT)掃描。使用Avatar軟件進行定量分析，得出骨礦物質(zhì)密度(BMD)、骨體積分數(shù)(BV/TV)、骨小梁數(shù)(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)的測量結(jié)果。

實驗結(jié)果
Micro-CT結(jié)果顯示，與對照組相比，GIOP小鼠的Tb.Th, Tb.N, BMD和BV/TV 顯著減少。然而，在ALN和ISO干預(yù)后，GIOP小鼠的這些指標(biāo)表現(xiàn)出不同程度的改善，其中ALN和ISOH組的改善最為顯著(圖1A-1E)。

圖(1)異補骨脂素(ISO)治療有效改善糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)骨質(zhì)疏松癥(GIOP)小鼠的骨微結(jié)構(gòu)和骨強度。(A-E)顯微CT結(jié)果顯示，ISO處理增加了(B) GIOP小鼠骨小梁厚度(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)。

實驗結(jié)論
在本研究中，作者發(fā)現(xiàn)ISO能夠增強GIOP小鼠的骨微觀結(jié)構(gòu)和骨強度，提高其Ca、P、ALP水平，這可能與ISO通過cGMP/PKG通路調(diào)節(jié)嘌呤代謝，促進成骨細胞分化有關(guān)。這強調(diào)了ISO在治療GIOP方面的巨大潛力。當(dāng)然，未來仍有許多方面值得探索，如對嘌呤代謝途徑中的特定代謝物進行靶向代謝組學(xué)分析，驗證非靶向代謝組學(xué)的發(fā)現(xiàn)。此外，隨著利用多組學(xué)聯(lián)合技術(shù)對藥物靶點的研究逐漸成熟，作者的未來研究將從結(jié)合代謝組學(xué)、單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)開始，尋找ISO治療GIOP的特異性靶點。然后作者將對這些靶點進行驗證，如單分子下拉。這不僅為GIOP的發(fā)病機制提供了新的認識，也為ISO的臨床應(yīng)用奠定了堅實的基礎(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）