不同品系小鼠骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)的初步建立

趙麗亞, 趙 瑩, 邢正弘, 陳國(guó)強(qiáng), 繆建成, 劉 磊

(1. 上海西普爾-必凱實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司, 上海 201203; 2. 上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心, 上海 201203)

·經(jīng)驗(yàn)交流·

不同品系小鼠骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)的初步建立

趙麗亞1,2, 趙 瑩1,2, 邢正弘1,2, 陳國(guó)強(qiáng)1,2, 繆建成1,2, 劉 磊1,2

(1. 上海西普爾-必凱實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司, 上海 201203; 2. 上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心, 上海 201203)

目的 采用FX Pro小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)，以活體小鼠股骨、椎骨為檢測(cè)對(duì)象，收集11個(gè)品系、不同周齡小鼠的骨密度值構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。方法 11個(gè)不同小鼠品系，分別選擇4、8、12、16、48周齡，每個(gè)周齡每個(gè)品系雌雄各5只，采用10 g/L的戊巴比妥鈉腹腔麻醉，動(dòng)物麻醉后固定于特制的檢測(cè)臺(tái)上，其中股骨以左后肢為被檢測(cè)對(duì)象，椎骨以尾椎為被檢測(cè)對(duì)象，采用FX Pro小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)進(jìn)行X-射線拍攝。結(jié)果 構(gòu)建了11個(gè)品系小鼠的股骨密度、椎骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)論 不同品系的股骨、椎骨骨密度有差異，初步建立了不同品系小鼠骨密度數(shù)據(jù)庫(kù)。

小鼠; 活體; X-射線; 股骨; 椎骨; 小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)

骨質(zhì)疏松是影響人類健康的一個(gè)重要疾病，骨質(zhì)疏松主要的衡量指標(biāo)是骨密度。骨密度是骨強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，低密度是因?yàn)楣寝D(zhuǎn)換率增加以及骨的成分降低[1]。在正常人的生活中，其中包括性別、營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)、環(huán)境、遺傳等許多因素都影響骨密度的調(diào)控。研究表明, 在人類和動(dòng)物中骨密度都包含很強(qiáng)的遺傳因素，遺傳因素估計(jì)占其中的60%～80%[2～7]。而動(dòng)物模型是研究骨密度遺傳規(guī)律的基礎(chǔ), 同時(shí)必須有靈敏、精確的檢測(cè)手段。目前關(guān)于骨密度的研究有許多, 例如, 構(gòu)建一些骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型[8]、骨密度相關(guān)QTL的鑒定[9]、不同染色體替換品系骨密度存在差異[10]、離乳期間和離乳后骨細(xì)胞可能導(dǎo)致礦物質(zhì)含量的可逆性缺失[11]、2型糖尿病的降血糖藥會(huì)引起脛骨的骨質(zhì)大量流失等[12]。因此通過對(duì)各個(gè)品系骨密度的測(cè)定，能夠?yàn)楦鞣N骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型提供參照。

本文中，主要收集來自不同小鼠品系成年鼠的股骨和椎骨的骨密度數(shù)據(jù)，選擇的品系包括近交系、遠(yuǎn)交系、雜交一代，在近交系中，每個(gè)品系的遺傳背景相同，專門用于分析遺傳性狀。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

選擇未生育過的C57BL/6、B6C3F1、ICR、BALB/cA-nude、CBA/Ca、DBA/2、FVB/NJ、129/SvEvBrd、BALB/cA、uPA[13]、C3H/He小鼠。分別為4周齡、8周齡、12周齡、16周齡、48周齡，同時(shí)雌雄分開，每組5只。所有動(dòng)物購(gòu)自上海西普爾-必凱實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司[SCXK(滬)2008-0016]。所有動(dòng)物飼養(yǎng)于上海西普爾-必凱實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司[SYXK(滬)2008-0058]，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)遵守實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例。

1.2 主要試劑、儀器

戊巴比妥鈉購(gòu)自Sigma公司。FX Pro小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)(Kodak In-vivo Imaging System FX Pro)，由美國(guó)Kodak公司生產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 X-射線拍攝條件 按照小鼠體質(zhì)量以10 g/L的戊巴比妥鈉腹腔麻醉，動(dòng)物麻醉后固定于特制的檢測(cè)臺(tái)上，采用小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)(Kodak In-vivo Imaging System FX Pro)分別進(jìn)行X-射線拍攝，拍攝條件為: 曝光時(shí)間30 s, 像素合并為No, 光源X-ray,光圈2.8，視野范圍61.3 mm，filter為0.8 mm，有磷屏，不需要激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)。

1.3.2 拍攝對(duì)象的選擇 主要收集來自不同品系小鼠的股骨和椎骨的骨密度數(shù)據(jù)，其中股骨以左后肢為被檢測(cè)對(duì)象，椎骨以尾椎為被檢測(cè)對(duì)象。

1.3.3 骨密度數(shù)據(jù)的采集 打開Carestream MI軟件,點(diǎn)擊“Capture In-Vivo FX”按照拍攝條件進(jìn)行X-射線拍攝, 得到原始圖像。在Carestream MI界面中, 打開拍攝的原始圖像, 點(diǎn)擊“Navigation”-“Image”-Image Math，出現(xiàn)Image Math對(duì)話框，在Calculate中選擇Convert to optical or X-Ray density,在Ontput Imagez中命名輸出的圖像, 點(diǎn)擊“OK”確認(rèn), 點(diǎn)擊“Manual-ROIs”, 點(diǎn)擊, 出現(xiàn)“Draw ROI Origin”, 選擇“Corner”, 點(diǎn)擊“OK”確認(rèn),選中需要分析的區(qū)域, 點(diǎn)擊“Bone Density”, 可得到選中區(qū)域的骨密度的分析結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以C57BL/6為參照，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)算均值±標(biāo)準(zhǔn)差，以P＜0.05為顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 股骨骨密度

2.1.1 品系間比較 C57BL/6與其余每個(gè)品系的股骨密度差異見表1，綜合雌雄小鼠的股骨密度比較結(jié)果, 與C57BL/6有顯著差異的股骨密度值為63個(gè),無顯著差異的股骨密度值為37個(gè), 有顯著差異的比率為63%。C57BL/6與B6C3F1、ICR、CBA/Ca、129/SvEvBrd、C3H/He五個(gè)品系的股骨密度差異較大，與其余六個(gè)品系在個(gè)別周齡段有顯著性差異。

2.1.2 同品系性別間、周齡間比較 同品系雄性小鼠的股骨密度均高于雌性小鼠。其中在5個(gè)周齡段同品系性別間都有顯著差異的品系有: C57BL/6、BALB/cA、B6C3F1、uPA、129/SvEvBrd、C3H/He,其余品系在部分周齡段有顯著差異(表1)。

表 1 11個(gè)品系小鼠不同周齡股骨骨密度 g/cm3

表 2 11個(gè)品系小鼠不同周齡椎骨骨密度 g/cm3

所有品系在16周齡之前骨密度處于增長(zhǎng)過程，所有品系的4周齡與8周齡骨密度比較都有顯著差異。在16周齡之后，部分品系骨密度值有所下降, 在16周齡達(dá)到最大值的品系有: BALB/cA、BALB/cA-nude、uPA, 在48周齡達(dá)到最大值的品系有: C57BL/6、B6C3F1、ICR、FVB/NJ、DBA/2、CBA/Ca、129/SvEvBrd、C3H/He(表 1)。

2.2 椎骨骨密度

2.2.1 品系間比較 C57BL/6與其余每個(gè)品系小鼠在每個(gè)周齡段的椎骨密度差異見表2，綜合雌雄小鼠的椎骨密度比較結(jié)果，與C57BL/6有顯著差異的椎骨密度值為46個(gè)，無顯著差異的椎骨密度值為54個(gè)，有顯著差異的比率為46%。C57BL/6與B6C3F1、ICR、129/SvEvBrd、C3H/He五個(gè)品系的椎骨密度差異較大，C57BL/6與BALB/cA-nude在12周齡之后差異較大，與其余五個(gè)品系在個(gè)別周齡段有顯著性差異。

2.2.2 同品系性別間、周齡間比較 4周齡FVB/NJ、DBA/2雄性小鼠的椎骨密度低于雌性小鼠; 16周齡，C57BL/6雄性小鼠的椎骨密度低于雌性小鼠;48周齡，ICR雄性小鼠的椎骨密度低于雌性小鼠。在5個(gè)周齡段同品系性別間椎骨骨密度比較中，所有品系只在部分周齡段有顯著差異(表2)。

同品系周齡間比較(表2)，所有品系在8周齡之前椎骨密度處于增長(zhǎng)過程，所有品系的4周齡與8周齡骨密度比較, 除BALB/cA-nude與FVB/NJ外都有顯著差異。在8周齡后, 有的品系骨密度值增長(zhǎng)緩慢, 在16周齡達(dá)到最大值的品系有: BALB/cA、B6C3F1、BALB/cA-nude、uPA、DBA/2、C3H/He,在48周齡達(dá)到最大值的品系有: C57BL/6、ICR、FVB/NJ、CBA/Ca、129/SvEvBrd，其中 BALB/cA在48周齡又降到12周齡椎骨密度水平。

3 討論

隨著社會(huì)進(jìn)入老齡化，骨質(zhì)疏松患者日益增多，對(duì)骨質(zhì)疏松癥的研究越來越深入。目前檢測(cè)設(shè)備日趨高靈敏度、高精確度以及快捷、方便、安全。本研究通過對(duì)小鼠的股骨和椎骨密度分析后發(fā)現(xiàn)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)能夠用于描述小鼠的骨骼。本研究選擇國(guó)內(nèi)11個(gè)常用小鼠品系，分別選擇4周齡、8周齡、12周齡、16周齡、48周齡五個(gè)周齡段動(dòng)態(tài)觀察不同性別骨密度變化。4～12周齡的小鼠生長(zhǎng)最旺盛，最易反映每個(gè)品系的遺傳狀態(tài)。本研究中, 在5個(gè)周齡段同品系性別間股骨密度都有顯著差異的品系有: C57BL/6、BALB/cA、B6C3F1、uPA、129/SvEvBrd、C3H/He, 其余品系在部分周齡段有顯著差異。在5個(gè)周齡段同品系性別間椎骨骨密度比較中, 所有品系只在部分周齡段有顯著差異。本研究周齡間比較中，所有品系的4周齡與8周齡股骨骨密度都有顯著差異，所有品系的4周齡與8周齡椎骨骨密度比較，除BALB/cA-nude與FVB/NJ外都有顯著差異。

目前有許多關(guān)于不同品系間骨密度有顯著差異的報(bào)道，Murray等[14]報(bào)道了C57BL/6的椎骨含量最低，并且與SENCAR品系小鼠比較時(shí)缺乏再吸收和形成的連接。Beamer 等[15]報(bào)道了9個(gè)近交系在股骨密度差異，其中包含了本研究中的5個(gè)近交系，在48周齡時(shí)雌性小鼠股骨密度從大到小的順序?yàn)? C3H/He、129/SvEvBrd、DBA/2、BALB/cA、C57BL/6，其中DBA/2與BALB/cA的差異較小。本研究中48周齡雌性小鼠股骨密度從大到小的順序?yàn)? C3H/He、129/SvEvBrd、DBA/2、BALB/cA、C57BL/6, 與國(guó)外報(bào)道的趨勢(shì)相同。本研究中48周齡雌性小鼠椎骨密度從大到小順序?yàn)? C57BL/6、C3H/He、129/SvEvBrd、BALB/cA、DBA/2。

綜合雌雄小鼠的股骨和椎骨密度結(jié)果，C57BL/6與其余各個(gè)品系小鼠有顯著差異的股骨密度值為63個(gè), 無顯著差異的股骨密度值為37個(gè), 有顯著差異的比率為63%; C57BL/6與其余各個(gè)品系小鼠有顯著差異的椎骨密度值為46個(gè), 無顯著差異的錐骨密度值為54個(gè), 有顯著差異的比率為46%。在之前的報(bào)道中, C57BL/6和C3H/He兩個(gè)品系的股骨有50%的顯著差異, 椎骨有9%的顯著差異[13], 本文中的結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的趨勢(shì)一致, 因此小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)可以用于對(duì)小鼠股骨、椎骨密度的分析。

[1] Wronski TJ, Walsh CC, Ignaszewski LA. Histologic evidence for osteopenia and increased bone turnover in ovariectomized rats[J]. Bone, 1986, 7:119-124.

[2] Beamer WG, Donahue LR, Rosen CJ, et al. Genetic variability in adult bone density among inbred strains of mice[J].Bone, 1996, 18(5):397-403.

[3] Devoto M, Shimoya K, Caminis J, et al. First-stage autosomal genome screen in extended pedigrees suggests genes predisposing to low bone mineral density on chromosomes 1p,2p and 4q[J]. Eur J Hum Genet, 1998, 6(2):151-157.

[4] Klein RF, Mitchell SR, Phillips TJ, et al. Quantitative trait loci affecting peak bone mineral density in mice[J]. J Bone Miner Res, 1998, 13(11):1648-1656.

[5] Huang QY, Kung AW. Genetics of osteoporosis[J]. Mol Genet Metab, 2006, 88(4):295-306.

[6] Niu TH, Chen CZ, Cordell H, et al. A genome-wide scan for loci linked to forearm bone mineral density[J]. Hum. Genet,1999, 104(3):226-233.

[7] Baldock PA, Eisman JA. Genetic determinants of bone mass[J]. Curr Opin Rheumatol, 2004, 16(4):450-456.

[8] Turner AS. Animal models of osteoporosis-necessity and limitations [J]. Eur Cell Mater, 2001, 1:66-81.

[9] Beamer WG, Shultz KL, Ackert-Bicknell CL, et al. Genetic dissection of mouse distal chromosome 1 reveals three linked BMD QTLs with sex-Dependent regulation of bone phenotypes[J]. J Bone Miner Res, 2007, 22(8):1187-1196.

[10] Govoni KE, Donahue LR, Marden C, et al. Complex genetic regulation of bone mineral density and insulin-like growth factor-I in C57BL/6J-Chr #A/J/NaJ chromosome substitution strains[J]. Physiol Genomics, 2008, 35(2):159-164.

[11] Liu XS, Ardeshirpour L, VanHouten JN, et al. Site-specific changes in bone microarchitecture, mineralization, and stiffness during lactation and after weaning in mice[J]. J Bone Miner Res, 2012, 27(4):865-875.

[12] Broulík PD, Sefc L, Haluzík M. Effect of PPAR-γ agonist rosiglitazone on bone mineral density and serum adipokines in C57BL/6 male mice[J]. Folia Biol (Praha), 2011, 57(4):133-138.

[13]王曉東, 張燕, 王玉柱, 等. uPA基因缺失型小鼠與野生型小鼠肝纖維化模型的比較研究[J].實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與比較醫(yī)學(xué),2011, 31(4):231-235.

[14] Beamer WG, Donahue LR, Rosen CJ, et al. Genetic variability in adult bone density among inbred strains of mice[J]. Bone,1996, 18(5):397-403.

Q95-33

B

1674-5817(2014)02-0149-04

10.3969/j.issn.1674-5817.2014.02.014

2012-09-03

2013-11-08

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(09140900201)

邢正弘(1957-), 男, 高級(jí)工程師, 從事實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)科研究和管理工作, E-mail: zhxing57@163.com

趙麗亞(1981-), 女, 碩士, 從事分子遺傳學(xué)方向研究, E-mail: zhaoliya3002@163.com