異補骨脂素改善糖皮質激素誘導的骨質疏松癥
文獻信息
河北中醫藥大學附屬河北省滄州中西醫結合醫院內分泌科、河北中醫藥大學內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"(異補骨脂素通過調節嘌呤代謝和促進cGMP/PKG通路介導的成骨細胞分化改善糖皮質激素誘導的骨質疏松癥)在雜志《Current Drug Metabolism》上發表。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，但其通過調節代謝改善糖皮質激素性骨質疏松癥(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)染色的組織學分析來評估ISO的治療效果。隨后，采用非靶向代謝組學方法研究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的酶的水平。基于代謝組學結果，作者探討了ISO對環鳥苷單磷酸(cGMP)/蛋白激酶G (PKG)通路的影響及其在介導成骨細胞分化中的作用。結果:作者的研究結果表明，ISO干預有效地增強了GIOP小鼠的骨微結構和強度。減輕病理性損傷，如骨小梁結構損傷、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干預上調肌苷和腺苷水平，下調鳥苷單磷酸水平，增加腺苷脫氨酶(ADA)表達，降低cGMP特異性3'，5'-環磷酸二酯酶(PDE5)表達。此外，ISO干預提高了血清cGMP水平，上調了骨組織中PKGI和PKGII的表達，以及runt相關轉錄因子2(Runx2)和Osterix的表達，增加了血清堿性磷酸酶(ALP)活性。
結論:綜上所述，ISO能夠增強GIOP小鼠的骨微結構和骨強度，提高其Ca、P、ALP水平，這可能與ISO通過cGMP/PKG通路調節嘌呤代謝，促進成骨細胞分化有關。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用仍需進一步研究。
實驗方法
動物準備
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，持續整個實驗過程。
Micro CT掃描
每組各取3只小鼠進行雙側股骨分析。沖洗后，對股骨進行微CT(平生醫療科技有限公司，NEMO微型CT)掃描。使用Avatar軟件進行定量分析，得出骨礦物質密度(BMD)、骨體積分數(BV/TV)、骨小梁數(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)的測量結果。
實驗結果
Micro-CT結果顯示，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干預后，GIOP小鼠的這些指標表現出不同程度的改善，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激素誘導骨質疏松癥(GIOP)小鼠的骨微結構和骨強度。(A-E)顯微CT結果顯示，ISO處理增加了(B) GIOP小鼠骨小梁厚度(Tb.Th)， (C)骨小梁數量(Tb.N)， (D)骨礦物質密度(BMD)， (E)骨體積/組織體積(BV/TV)。
實驗結論
在本研究中，作者發現ISO能夠增強GIOP小鼠的骨微觀結構和骨強度，提高其Ca、P、ALP水平，這可能與ISO通過cGMP/PKG通路調節嘌呤代謝，促進成骨細胞分化有關。這強調了ISO在治療GIOP方面的巨大潛力。當然，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分析，驗證非靶向代謝組學的發現。此外，隨著利用多組學聯合技術對藥物靶點的研究逐漸成熟，作者的未來研究將從結合代謝組學、單細胞轉錄組學和蛋白質組學技術開始，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的發病機制提供了新的認識，也為ISO的臨床應用奠定了堅實的基礎。
使用設備
Micro CT (型號：NEMO) (平生醫療科技)
影像軟件：Avatar（平生醫療科技）
