绝经后骨质疏松动物模型研究的进展

四川畜牧兽医学院学报　2000,14(3)Journal of Sichuan Institute o f Animal Husbandry and Veterinar y M ed icine绝经后骨质疏松动物模型研究的进展何成明1　陈槐卿2(1　四川畜牧兽医学院生物技术系　重庆荣昌　402460)(2　华西医科大学生物医学工程研究室　四川成都　610041)摘　要　本文综述了绝经后骨质疏松动物模型复制的基本方法、模型评价指标及各类动物模型研究进展,并对各类动物模型中的优、缺点及存在的主要问题进行了探讨。

关键词　绝经后骨质疏松　动物模型中图分类号　R3321　引言绝经后和老年性骨质疏松,也称为原发性骨质疏松,是代谢性骨病中最常见的疾病。

常见于40岁以上的中年人和老年人,女性比男性更为常见[1,2]。

该病以骨量绝对减少,骨组织显微结构改变以致不能维持骨结构的完整性而导致骨折危险度增加为特征。

骨质疏松的骨量绝对减少,实质上是骨形成和骨吸收之间的平衡被破坏,使得骨吸收过程超过了骨形成过程[8]。

目前有关绝经后骨质疏松症的病因学、发病机理仍不十分清楚,为了对绝经后骨质疏松症的发病机理进行深入研究,为了研制治疗和预防骨质疏松的新药,为了进行骨质疏松性骨折后的骨置换术研究等均需要建立绝经后骨质疏松动物模型。

绝经后骨质疏松或骨丢失动物模型,可定义为自发或诱发卵巢功能缺陷而复制的活体模型。

这种模型骨代谢的特点和产生的结果与绝经后妇女骨质疏松症的变化类似[5]。

动物模型的优点是显而易见的,但是要选择一个合适的动物模型是比较困难的。

当讨论一个合适的模型时有3个特点必需考虑[3,4,6,16]:(1)方便性(Co nv en ience):动物购买容易,并且价格便宜,实验操作简便易行;(2)关联性(Relevance):与人体条件相比有关联,得到的信息能转化为人体的规律;(3)适合性(Appro priateness):为研究某一特殊问题,最好使用某种动物来模拟人体。

2　啮齿类绝经后骨质疏松的动物模型于1969年由Sav ille 用大鼠首先建立,后被反复证实,现已成收稿日期——3何成明(6—)男,四川成都人,硕士,副教授,主要从事骨质疏松动物模型及骨生物力学的研究工作。

:2000042194:为研究绝经后骨质疏松的经典动物模型[5,7,9—12]。

造型的主要方法是选用3—6月龄的雌性大鼠,无菌手术切除双侧卵巢,一定时间后处死,分离血、尿、骨(胫骨,股骨,锥骨)标本进行各项指标检测[4]。

Kula [9,10](在观察大鼠骨骼发育规律后指出,3—6月龄大鼠骨骼处在一缓慢增长阶段,但变化较小,6—12月龄时骨密度与骨钙含量变化最小,到12月龄时骨代谢检测指标达到峰值水平,24月龄后出现明显的自发性骨丢失。

福田俊[7](在对雌、雄大鼠连续30月的观察发现两种性别大鼠股骨的骨钙含量和断裂强度在1—3月龄增长最快,3—12月龄增长变慢,12—27月龄基本不变,30个月龄后开使下降;而矿化率、血清磷浓度、血清碱性磷酸酶(ALP)活性在1—9月龄迅速下降,9—30月龄维持在低水平基本不变。

因此,3—12月龄,尤其是3—9月龄[4]或者是6—12月龄[3],是复制成年大鼠骨质疏松模型的合适年龄。

老龄大鼠的起始年龄一般认为在12月龄以后,复制老龄骨质疏松模型的大鼠最好选择18—24月龄。

虽然随种族不同,大鼠寿命可达3—4年,但考虑到大鼠24月龄后[9,10]或是30月龄后[7]大鼠增龄性骨丢失变得明显,因此除了特殊需要外,一般不选用24月龄后的大鼠作为老龄骨质疏松造型动物[4]。

实验用大鼠有远交系(Inbred strains)和近交系(Outbred strains)两个品系,远交系包括Wistar 、Spraque -Da wely 、L on g -E vans 、Ho ltzman 等品种,近交系包括ACI 、Br o wn -Nor wa y 、Fischer344、L ew is 、Wistar -Furth 等品种。

常用Wistar 、Holtz man 、Fischer344、SD 大鼠等品种大鼠作骨质疏松模型[6]。

虽然用大鼠作骨质疏松动物模型具有成本低、容易饲养管理、遗传背景清楚、生命周期短暂(3—4年)有利于老年性变化的研究、许多品系大鼠的血清钙磷水平已有报道,但是大鼠骨皮质缺乏Hav ersian 系统,骨重建周期较人类短暂,不发生自发性骨折,不适合于卵巢切除术对皮质骨影响的研究,体重不能成为年龄的标志因为不同品系有不同的生长曲线,身体太小,生命周期短暂,血量少,不能多次取骨活检标本和大量采血标本,其药代动力学与人类不同,啮齿类的生物节律不同,因其是夜间活动的动物而且动情周期短(12h/2—5d)。

1994年美国FD A [13]和1995年日本厚生省[14]在关于骨质疏松症药物和评价方法的指导原则中提出,首先用鼠模型作为新药的初筛,观察有无疗效,然后在进入临床之前,要在其它种类的动物上得到证实。

近年来在国内外已有使用猪、狗、绵羊、山羊、非人类灵长类作骨质疏松动物模型的报道。

3　猪有两类猪可用来作医学生物试验研究,一类是商用农家猪,成年猪体重近150k g ;另一类是小型猪,成年猪体重很少超过60kg ,因此一只20kg 的农家猪的年龄就比相同体重的小型猪小得多。

由于农家猪太大,饲养和管理困难,不适于医学研究。

用于作骨质疏松模型的猪都采用小型猪。

用猪作骨质疏松模型具有:(1)猪有连续的发情周期,与人相似,每次18—21d ;(2)猪有层状骨,骨小梁和骨皮质的重建与人相似,其骨量重,骨小梁网比人致密;(3)骨骼大,足以能接受人工装置的植入;(4)可以多次取骨活检标本和血标本;(5)杂食动物,其消化道是人体消化道功能的最佳模拟;(6)其食物中钙磷含量已有报道。

但由于小型猪的价格昂贵,且有些地区买不到,并且小型猪子宫的血管更容易破裂因而其卵巢子宫切除术很困难。

　狗49第3期 何成明等:绝经后骨质疏松动物模型研究的进展4狗常用来研究卵巢切除后引起的骨量丢失,M alluche [15,16]的研究发现术后第一个月有一个骨量丢失的起始阶段,出现骨小梁断裂和海绵骨体积显著减小但血清钙、磷和肌酸酐变化不明显。

第二阶段也就是骨量丢失持续阶段,与成骨细胞不足有关,可以部分地被给予1,25-(OH)2-VD 3而恢复丢失的骨量,但对骨细胞数量和骨转换有抑制作用。

用于研究卵巢切除后引起骨量丢失的狗只有目的杂交系(Purp ose bred)的Beagle 狗才适于此目的,因为它的体型大小适中,性情温和驯良,易于饲养管理,易于常规的健康检察、疫苗接种和清除寄生虫;而随意杂交系(Rand o m bred )不适用,因为不知其遗传背景,故不适用于骨代谢的研究。

Beagle 狗作骨质疏松动物模型有许多优点,最大的优点在于狗的骨皮质具有Hav ersian 系统,而且体内皮质骨和骨小梁的骨重建与人相似[15]。

钙磷代谢已有文献可查,狗的髂骨可以作多次活检和大量采血标本[13,14],身体大小适中,性情温和驯良,易于饲养管理;骨骼大,足以能接受人工装置的植入;杂食性,胃肠系统与人相似。

但是其不足之处在于:Beagle 狗价格昂贵,在我国动物来源有困难;在一年中,狗只有两次发情期(春、秋季),与人类生殖生理学相差很远;有两条血液供应不同的甲状旁腺,在一些老年动物,可发生甲状旁腺和甲状腺内分泌异常,在骨代谢研究中所有的狗都要作甲状旁腺扫描;狗对钙的日需要量比人高,对钙的小肠吸收低于人类;更值得注意的是卵巢和子宫切除后并不足以引起明显的骨量丢失,不能促使骨质疏松的发生[6]。

因此限制了狗作为骨质疏松动物模型的利用。

5　绵羊至今关于使用绵羊作为骨质疏松的动物模型的报道较少[17,18],但是使用绵羊作为研究骨质疏松的模型有很多优点:绵羊温驯,容易处置和圈养;价格相对便宜,能大量购买;能多次取骨活检标本和大量的血标本,并且绵羊的髂嵴与人的相似;骨骼大,便于人工装置的安装;秋冬季多发情,发情期14—21d ,自发性排卵,激素分泌情况与女人相似。

Ne wman [18]的报道发现,年轻绵羊(小于3—4岁)的皮质骨是丛状骨,而年老的绵羊(7—9岁)可见到Hav ersian 系统的重建,首先在股骨的尾部,其次在肱骨和桡骨部分发现这种重建。

此外,最薄的骨小梁对力学强度可能有较小的影响[25]。

用放射免疫法测定骨钙素(Osteocalcin)[19,23]发现绵羊血清骨钙素水平在妊娠期和哺乳期是不同的,并且成骨细胞的功能在妊娠期显著下降而在产后20—60d 增加明显。

M P(甲基脱氢皮质醇)引起老年绵羊(9±1岁)骨形成显著降低[20,22]。

用绵羊作骨质疏松模型的最大缺点是该动物为草食性的反刍动物,如要进行口服药物吸收试验,须作皱胃(第四胃)瘘管。

维生素代谢和矿物质代谢量与人相差较大,磷代谢也与人相差较大,尿中排除磷含量比人低,消化道是排除磷的主要渠道;此外,绵羊没有自发性停经;绵羊象狗一样有两对甲状旁腺,其降钙素(calcitonin)32个氨基酸序列中有13个与人的同源。

虽然已有文献证明绵羊是研究骨质疏松的合适的动物模型,但是有一些问题需要解决:(1)还没有弄清股骨的哪个部位骨重建最活跃;(2)骨密度[20]、生化指标[12,20,23]、髂嵴的骨组织形态学[19,20]等指标有季节性和日节律性波动,妊娠、子代的数量和哺乳也能使这些指标产生波动[],这就要求研究者采用双能X 线骨密度仪(D X ),对骨矿密度(BM D )进行无损伤测定[]。

(3)哪些外界的因素可能混淆卵巢激素不足引起的骨量丢失,这些因素包括繁殖、食物中钙磷的比值、接受日照的程度;()在一年的哪个季节进行卵巢切除术引起的骨丢失量最迅50四川畜牧兽医学院学报 第14卷19-E A 214速。

山羊在种属上与绵羊相近,近来李良等[25—28]用山羊建立绝经后骨质疏松的动物模型,结果表明雌性山羊切除卵巢后由于雌性激素水平的降低和缺乏而导致的骨质疏松与妇女绝经后引起的骨质疏松相似,山羊可能是研究骨质疏松的一种经济而有效模型动物。

6　非人类灵长类与人体骨骼相比,非人类灵长类具有其它种类动物所不具有的优势,很多灵长类身体保持直立位,它们的骨生物力学特性与人体非常相似。

它们的消化道、内分泌系统、骨代谢最接近人类。

更为重要的是有些灵长类象妇女一样有月经周期、绝经以及相似的生存期。

雌猕猴的月经周期和激素形式接近于妇女[29],雌猴的卵巢切除后引起椎体海绵骨体积明显减少而促性腺激素释放激素(GnR H)处理的雌恒河猴骨矿密度降低、骨丢失速率与经绝期后妇女的情况相似[30];月经周期中猴的黄体化激素(L H)分泌的正反馈和负反馈均受雌激素控制[31]。