骨宝丸对维甲酸诱导小鼠骨质疏松的防治作用及机制探讨
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中国骨质疏松杂志2020 年7 月第26 卷第7 期Chin J Osteoporos,July 2020,V()1 26, No. 7
Published online doi ; 10. 3969/j.issn. 1006-7108. 2020. 07. 001937
•论著•
骨宝丸对维甲酸诱导小鼠骨质疏松的防治作用及机制探讨
张念军区作明李雪2陈茹4王昌兵2刘少华2汤琪2杨海韵邓向亮^
1. 广州中医药大学,广东广州510006
2. 广州中医药大学附属佛山中医院骨十科,广东佛山528000
3. 佛山市高明区中医院骨科,广东佛山528500
4. 南方医科大学顺德医院中医科,广东佛山528300
5. 广东药科大学中医学院,广东广州510006
中图分类号:R285;R274.9文献标识码:A文章编号:1006-7108(2020) 07-0937-06
摘要:目的研究骨宝丸对维甲酸诱导小鼠骨质疏松的防治作用,并探讨相关作用机制。
方法将雌性B A L B/c小鼠分为正
常组(Control)、模型组(M o d e l)以及骨宝丸高剂量组(G B W-H)、中剂量组(G B W-M)和低剂量组(G B W-L)。
实验第1〜30天,模型组和骨宝丸各剂量组小鼠灌服维甲酸(100 m g/k g)建立骨质疏松模型,同时骨宝丸各剂量组小鼠灌服药物溶液进行防治。
实验结束后,取小鼠股骨,称取质量、测量股骨直径和股骨长度;利用H E染色法在光学显微镜下观察股骨组织变化;利用
M i c m-C T检测骨密度;采用E L1S A试剂盒检测血清中B M P-2、0C、B A L P、P1N P分泌水平。
结果骨宝丸对维甲酸导致的小鼠
股骨的质量、直径、骨密度和骨髓组织减少有防治作用,而且骨宝丸对维甲酸诱导小鼠血清0C和P1N P分泌增加、B A L P和 B M P-2分泌减少均有拮抗作用。
结论骨宝丸可防治维甲酸诱导的小鼠骨质疏松,其作用机制可能与保护B M P-2分泌进而
促进骨形成有关。
关键词:骨宝丸;骨质疏松;维甲酸;B M P-2;小鼠
The protective effect and m echanism of Gubao Wan (G B W)on tretin oin-in d uced osteoporosis
in m ice
Z H A N G Nianjun' 2,O U Z u o m i n g12'3,LI X u e2,C H E N R u4,W A N G Ch a n g b i n g2,L I U S h a o h u a2,T A N G Q i2,Y A N G
H a i y u n1,2* ,D E N G Xiangliang5*
1. G u a n g z h o u University of Chinese Medicine, G u a n g z h o u 510006
2. Department of No. 10 Orthopedics, Foshan Hospital of Traditional Chinese Medicine Affiliated to G u a n g z h o u University of Chinese Medicine, Foshan 528000
3. Department of Orthopedics, G a o m i n g District Hospital of Traditional Chinese Medicine, Foshan 528500
4. Department of T C M,Shunde Hospital of Southern Medical University, Foshan 528300
5.School of Chinese Medicine, G u a n g d o n g Pharmaceutical University, G u a n g z h o u 510006, China
* Corresponding author:D E N G Xiangliang, E m a i l:************.cn
A b stra ct:O bjective T o investigate the protective effect and me c h a n i s m of G u b a o W a n(G
B W)on tretinoin-induced osteoporosis in mice. M ethods Female B A L B/c mice were randomly divided into control group, model group, and G B W high dose group (G B W-H),m e d i u m dose group (G B W-M),and low dose group (G B W-L). O n the days 1-30,mice in m o del group and G B W treated groups were treated orally with tretinoin ( 100 m g/k g)to establish osteoporosis model. At the s a m e time, mice in G B W treated groups were administrated orally with G B W solution. At the end of the experiment, the femurs of the mice were collected to measure the weight, diameter, and length. T h e changes of femur tissue were observed with H E staining under an optical microscope. B o n e mineral density (B M D)of the femurs w as measured with micro-CT. T h e levels of B M P-2,O C,B A L P,and
基金项目:国家自然科学基金青年基金(81601911);佛山市医学科研项目(20190388)
* 通信作者:邓向亮,Email:************.cn
938中国骨质疏松杂志2020 年7 月第26 卷第7 期Chin J Osteoporos,July 2020,Vol 26,No.7
P1N P in the serum were detected using E L I S A.R esu lts G B W significantly prevented the decrease of weight, diameter, B M D, and bone m a r r o w tissue of the femurs in mice induced by tretinoin. Furthermore, G B W inhibited the secretion of O C and P1N P, and promoted the secretion of B M P-2 and B A L P in the serum of tretinoin-induced mice. C onclusion G B W prevents from tretinoin- induced osteoporosis in mice, which m a y be through the protection of B M P-2 secretion and the stimulation of bone formation.
K ey w o rd s:G u b a o W a n;osteoporosis;tretinoin;B M P-2;mice
骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种骨散系统疾病,临床上以骨量、骨密度损失等为主要特征,多 见于中老年人,尤以绝经后女性为甚,成为21世纪 的第5大疾病[1]。
我国是0P发病的大国,随着我国人口老龄化的进一步加剧,据预测,2020年我国将有近3亿0P患者,约占世界的50%以上[2)。
0P 主要分为三大类:原发性骨质疏松症、继发性骨质疏松症和特发性骨质疏松症。
其中,原发性骨质疏松症最为常见,又可分为I型骨质疏松症即绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis,PM0P)及 n型骨质疏松症即老年性骨质疏松症;原发性骨质疏松中,PM0P占大多数3]。
女性在绝经后即开始出现骨量丢失的增加,绝经后5 ~ 10年是骨丢失的高峰期。
佛山市中医院使用骨宝丸治疗骨质疏松症,取得了较好的临床疗效。
骨宝丸主要由熟地、仙 茅、山萸肉、淫羊藿、淮山药、龟板、当归等药物组成,具有补肝肾、强筋骨、健脾胃、益气血的功效[4]。
经 临床应用30余年,证实骨宝丸对骨质疏松、骨折愈合迟缓、股骨头无菌性坏死及肝肾亏损诸症,有理想 的临床疗效~]。
然而目前的研究多以临床疗效评价为主,缺乏相关的药理实验,尤其是作用机制和物质基础尚未清楚。
因此,本研究参考文献用维甲酸诱导小鼠以建立骨质疏松模型,考察骨宝丸对小鼠骨质疏松的防治作用,并从骨形成的角度探讨其作用机制。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1 动物:S P F级健康B A L B/c小鼠30只,雌 性,体质量18~22g,购于广东省医学实验动物中心,动物合格证号:SCXK(粤)2013-0002,饲养于广州中医药大学SP F级动物实验室。
1.1.2主要药物与试剂:骨宝丸(佛山市中医院院内制剂,粤药制字Z20060052,由熟地、仙茅、山萸 肉、淫羊藿、淮山药、龟板、当归等10多种药物组成);维甲酸,为美伦生物科技有限公司生产;小鼠骨形成蛋白-2 (bone morphogenetic proteir)~2, BMP-2)、血清骨钙素(osteocalcin,OC)、血清I型原胶原N-端前肤(procollagen type1N-peptide,P1N P) ELISA试剂盒,均为博奥森生物公司生产;小鼠骨特异性喊性鱗酸酶(bone alkaline phosphatase,BALP) ELISA试剂盒由CUSABI0公司生产。
1.1.3 主要仪器:Micro-CT(Aloka Latheta LCT200, Hitachi-Aloka);电热恒温培养箱(DHP-9272,上海齐欣科学仪器有限公司);酶标仪(Multiskan FC,Thermo)。
1.2方法
1.2.1动物分组与造模:小鼠分成5组,即正常组(Control)、模型组(Model)、骨宝丸高剂量组(GBW-H)、骨宝丸中剂量组(GBW-M)和骨宝丸低剂量组(GBW-L),每组6只。
实验第1〜30天,除正常组给予R0水之外,其余各组小鼠灌服维甲酸造模,剂量 为丨00 mg/kg,每天一次,连续30 d。
1.2.2动物给药:按人每天服用剂量的10倍剂量作为小鼠给药的中剂量(即3 g/kg),分别以中剂量组的2倍、1/2倍剂量作为高剂量(6 g/kg)和低剂 量(1.5 g/kg)。
实验第1天开始,骨宝丸各剂量组小鼠分别灌胃给予对应剂量的药物溶液,给药体积为0. 2mL/10g,每天1次,连续30d;正常组和模型组给予等量R0水。
1.2.3观察股骨形态:取小鼠股骨,称取质量,利用 电子数显卡尺测量股骨中间段直径和股骨长度;取 股骨经10%中性甲醛固定、5%甲酸脱钙,然后按常规方法制备石蜡切片,并进行H E染色,光学显微镜下观察股骨组织形态,并拍照。
1.2.4 检测骨密度(bone mineral density,BMD):利 用Micro-CT扫描小鼠股骨,计算BMD(m g A V)。
1.2.5 ELISA检测:摘眼球取血至干净的E P管,样 品在室温静置20 min,然后离心(800 g,20 min),分 离血清后按照ELISA试剂盒的说明检测血清中BMP-2、0C、BALP、P1NP 的含量0
1.3统计学分析
数据以均数±标准差的形式表示,采用Graphpad 5制作统计图,并利用其自带的统计软件进行方差分析,P<〇. 〇5为差异有统计学
意义。
中国骨质疏松杂志 2020 年 7 月第 26 卷第 7 期 Chin J Osteoporos,July 2020, Vol 26, No.7939
,1B 、1C ),股骨长度未见显著变化(图ID );这提示维
_n
甲酸造成小鼠股骨形态发生了较显著的改变。
与模2.1对小鼠股骨形态的影响
型组比较,骨宝丸各剂量组小鼠的股骨形态有较大与正常组比较,模型组小鼠的股骨在形态上发 改善,其中肉眼观察骨形态较粗壮,并呈现淡红色生以下变化:肉眼观察表面颜色显枯白色、股骨头变 (图1 A );股骨头、骨质量和股骨直径均显著大于模细(图1),股骨直径和质量均显著减小(P <〇. 01,图
型组(P <0.01或P <0.05,图1B 、图1C )。
图1小鼠股骨形态 A :股骨形态;B :股骨直径(横径);C :股骨质量;D :股骨长度;与模型组比较,‘
0. 05, " P <0. 01〇
F ig.l Morphology of m o use femur. A : morphology of the femur; B : diameter of the femurs ( Transverse diameter) ; C : weight
of the femurs; D : length of the femurs; Compared with model group, * P<0. 05, ** P<0. 01.
2.2对小鼠股骨组织的影响
本研究利用H E 染色法观察小鼠股骨组织变化 情况,实验结果如图2所示,正常组小鼠的骨髓组织 丰富而内含大量的骨髓细胞,而模型组的骨髓组织 显著减少;与模型组比较,骨宝丸各剂量组的骨髓组 织显著增多。
由于正常的骨髓组织内含大量骨髓细 胞,其中包括部分红细胞,这使正常的股骨表面隐隐 显现淡红色,因此结果也可以部分解释了模型组小 鼠的股骨经肉眼观察显枯白色的原因。
2.3对股骨密度的影响
BMD 是骨质量的一个重要标志,反映骨质疏松
程度,预测骨折危险性的重要依据。
本实验研究结 果显示,与正常组比较,模型组的BM D 显著降低 (P <0. 05);而与模型组比较,骨宝丸各剂量组的
BMD 有不同程度的升高,其中高、中剂量组与模型
组比较差异均具有统计学意义(P <〇. 05,图3)。
2.4对血清0C 和P 1N P 分泌的影响
血清中0C 和P 1N P 是反映骨形成的标志物, 在绝经期骨质疏松妇女中这两个指标都会存在升高 的现象,因此成为评价绝经期骨质疏松程度的重要
图2骨宝丸对维甲酸诱导的小鼠股骨组织的影响(x l 00)
Fig.2 Effect of G B W on the tissue of femur in retinoic-induced mice (x l 〇〇
)
940中闻骨质疏松杂志 2020年7月第26卷第7期 Chin J Osteopoms,July 2020,Vol 26,No.7
800 -700 ^
*
图3骨宝丸对维甲酸诱导的小鼠股骨B M D 的影响
(与模型组比较,_P <0.01)
Fig.3 Effect of G B W on the B M D of femur in tretinoin-
induced mice ( Compa r e d with model group, •• P <
0. 01)
指标。
本实验采用ELISA 试剂盒检测了小鼠血清 中O C 和P 1N P 的分泌水平。
结果显示,模型组血 清中O C 和P 1N P 水平显著高于正常组(P <0.05);
与模型组相比,骨宝丸各剂量组0C 和P 1N P 水平 含量有不同程度降低:其中,骨宝丸各剂量组0C 水 平呈一定的剂量依赖性降低,且与模型组比较差异 均有统计学意义(P <〇. 01或0.05,图4 A );同时,骨 宝丸中、高剂量组的P 1N P 水平显著低于模型组 (P <0.0 丨或 0.05,图 4B )。
2.5对血清BMP -2和BALP 分泌的影响
为了进一步探讨骨宝丸防治维甲酸诱导的小鼠 骨质疏松形成的机制,本实验采用EL 1S A 试剂盒检 测了小鼠血清中BMP -2和骨形成分化标志酶BALP 的分泌水平。
实验结果如图5所示,模型组小鼠血 清中BMP -2和BALP 分泌水平均显著低于正常组 (”P <0.01);而骨宝丸各剂量组小鼠血清BMP -2 和BALP 分泌水平都不同程度地高于模型组的,其 中骨宝丸各剂量组小鼠血清BMP -2分泌水平与模 型组的比较差异均具有统计学意义或 0.01,图5 A ),骨宝丸高、中剂f i 组小鼠血清BALP 分泌水平与模型组的比较差异均具有统计学意义 (P <0.05 或 0.01,图 5B )。
40-,
30〇1
图4骨宝丸对维甲酸诱导的小鼠血清〇C( A )和P 1N P (B )分泌水平的影响(与模型组比较/P <0. 05, " P <0.01) Fig.4
F^ffect of G B W on the secretion of OC (A ) and P 1N P ( B ) in the serum of tretinoin-induced mice (C o m p a r e d with
model group, * P<0. 05, ** P<0. 01 )
图5骨宝丸对维甲酸诱导的小鼠血清B M P -2( A )和B A L P (B )分泌水平的影响(与模型组比较/尸<0. 05, ”P<0. 01)Fig.5
Effect of G B W on the secretion of B M P -2 (A ) and B A L P ( B) in the serum of tretinoin-induced mice (C o m p a r e d with
model group, * P <0. 05 ,
**P<0. 01)
中 W 骨质疏松杂志2020 年7 月第26 卷第7 朗Chin J Osteoporos. July 2020, Vol 26, No.7941
3讨论
本研究考察骨宝丸对维甲酸诱导小鼠制备骨质疏松的影响,并从影响骨形成角度人手探讨其作用
机制。
实验结果表明骨宝丸对维甲酸诱导小鼠骨质疏松有显著的防治作用,其作用机制可能与促进股骨形成有关。
PM0P在原发性骨质疏松中所占比例较高,因此无论是临床还是实验研究均较多。
在动物实验研究中,卵巢切除和维甲酸诱导是制备绝经后骨质疏松模型的常用方法,其中维甲酸诱导具有操作简单、重复性高、动物无死亡等优点,所以本研究参考文献方法采用维甲酸诱导小鼠制备骨质疏松模型^1。
实验结果表明,维甲酸诱导的小鼠股骨质量、密度、直径、骨髓组织均显著减少,而且血清中骨代谢标志物0C和P1N P分泌水平显著升高,而促进骨形成相关蛋白BMP-2和BALP分泌水平显著降低。
本 研究结果与临床报道的PM0P具有较高的一致性,即PM0P为高转换型的骨质疏松,除了具有骨质疏松的一般特性,还因为骨转换活跃,同时存在亢进的骨吸收与骨形成,临床可见骨代谢标志物0C和 P1N P分泌水平升高》3]。
佛山市中医院的院内制剂骨宝丸临床治疗骨质疏松有很好的疗效。
本实验结果表明骨宝丸能拮抗维甲酸诱导的小鼠股骨质量、密度、直径、骨髓组织减 少,该结果与临床报道的骨宝丸有改善PM0P患者骨 密度、减少骨量丢失的功效相吻合6,同时与骨宝丸提高卵巢切除诱发骨质疏松大鼠的骨密度的实验报道一致5]。
实验结果提示骨宝丸对维甲酸诱导的小鼠骨质疏松有防治作用。
为进一步探讨骨宝丸防治骨质疏松的作用机制,本研究考察了小鼠血清中骨形成相关代谢物〇C、P lN P、BMP-2和BALP的分泌水平。
结果表明骨宝丸可拮抗维甲酸诱导的骨质疏松小鼠血清中0C和P1N P的分泌。
0C和P1N P是敏 感性好、特异性高的骨形成标志物,一般反映骨细胞活性及骨功能状态,然而PM0P作为高转换型的骨质 疏松,骨形成和骨吸收都较为活跃,临床报道患者血清0C和P1N P会出现升高m4:,其中骨形成和骨吸收都会释放0C,这可能是0C在PM0P中升高的主要原因I。
此外,本研究结果还显示骨宝丸可拮抗维甲酸对小鼠血清BALP和BMP-2的抑制作用。
BMP是一类与骨组织生长相关的多功能糖蛋白,BMP-2是其中诱导成骨活性最强的蛋白之一[16; BALP是由成骨细胞分泌的一种糖蛋白,具有促进骨组织的生成作用,是骨形成的标志物之一 ";BMP-2 通过促进BALP分泌,诱导BMSCs向骨形成分化18:。
通过局部植人BMP-2不但可以促进骨折愈合19,还 能改善骨质疏松动物的骨质[M]。
因此,实验结果还提示骨宝丸防治维甲酸诱导的小鼠骨质疏松可能与促进骨形成有关。
综上所述,骨宝丸可防治维甲酸诱导的小鼠骨质疏松,其作用机制可能与保护BMP-2及其下游调控分子BALP分泌进而促进骨形成有关。
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(收稿日期:2019-05-07;修回日期:2019-06-09)。