骨質(zhì)疏松癥動物模型構(gòu)建方法的研究進(jìn)展

趙陽，楊勇，孟志成，宋京京，孟東方

1 河南中醫(yī)藥大學(xué)骨傷學(xué)院，鄭州 450000；2 鄭州市骨科醫(yī)院微創(chuàng)脊柱骨科；3 河南中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院；4 天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院；5 河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨傷科

骨質(zhì)疏松癥（OP）是一種以骨量降低、骨組織微 結(jié)構(gòu)破壞為特征，導(dǎo)致骨脆性增加和易于骨折的全身代謝性骨病［1］。近年來，隨著我國人口老齡化加劇，OP 的患病率明顯上升。據(jù)調(diào)查，我國65 歲以上人群OP 的患病率達(dá)到32%［2］，不僅嚴(yán)重影響老年人群的生活質(zhì)量，還給家庭和社會帶來沉重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。因此，推動OP 臨床診療不斷發(fā)展至關(guān)重要。OP臨床診療的發(fā)展與相關(guān)基礎(chǔ)研究密不可分，而合適的動物模型是基礎(chǔ)研究的重要載體，也是推動OP臨床診療進(jìn)步的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，多數(shù)OP動物模型僅側(cè)重于表現(xiàn)該病的某種病因、某些主要癥狀或某一階段的病理生理變化，據(jù)此構(gòu)建了數(shù)十種經(jīng)典的動物模型。這些動物模型的建模方法主要有誘導(dǎo)法和基因工程法兩種，誘導(dǎo)法包括手術(shù)誘導(dǎo)法、藥物誘導(dǎo)法、物理機(jī)械誘導(dǎo)法、飲食及環(huán)境誘導(dǎo)法等，基因工程法包括轉(zhuǎn)基因建模法、基因突變建模法。模型動物也從最初的鼠類，逐漸延伸到兔、羊、豬、犬、獼猴等中大型動物。但繁雜的OP動物模型對于研究者來說難以快速、高效地選擇與鑒別?，F(xiàn)結(jié)合文獻(xiàn)就OP動物模型的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展作一綜述。

1 誘導(dǎo)法構(gòu)建OP動物模型

1.1 手術(shù)誘導(dǎo)法 手術(shù)誘導(dǎo)法是指通過外科手術(shù)的方式構(gòu)建OP動物模型的一種方法，包括卵巢切除去勢法［3］、睪丸切除去勢法［4］、甲狀旁腺切除法［5］、下丘腦-垂體斷開法［6］以及脊髓、坐骨神經(jīng)、肌腱、臂叢神經(jīng)切除法［7-10］和膽總管結(jié)扎法［11］等。在OP的臨床分型中，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥（PMOP）的發(fā)病率最高，并且我國PMOP 的發(fā)病率遠(yuǎn)高于歐美國家。手術(shù)切除雌性動物的雙側(cè)卵巢是PMOP 經(jīng)典的建模方法，應(yīng)用最為廣泛。但卵巢切除后模型動物體內(nèi)雌激素水平會突然降低，而絕經(jīng)后婦女雌激素水平降低是一個長期緩慢的過程。睪丸切除去勢法是通過摘除雄性動物睪丸或破壞其生殖機(jī)能而構(gòu)建的OP 動物模型，該模型主要用于研究男性O(shè)P。甲狀旁腺切除法、下丘腦-垂體斷開法是通過手術(shù)方式干預(yù)模型動物體內(nèi)激素水平而構(gòu)建的OP 動物模型。脊髓切斷法、坐骨神經(jīng)切除法、肌腱切除法、臂叢神經(jīng)切除法均屬廢用性動物模型的建模方法，通過手術(shù)方式使模型動物肢體廢用而構(gòu)建OP 動物模型。膽總管結(jié)扎法是通過膽總管結(jié)扎術(shù)而構(gòu)建膽汁淤積性肝纖維化相關(guān)的OP 動物模型。手術(shù)誘導(dǎo)法整體上建模因素單一可控，建模成功率高，可重復(fù)性好，可信度大，但手術(shù)操作要求較高。手術(shù)誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)見表1。

表1 手術(shù)誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)

1.2 藥物誘導(dǎo)法 藥物誘導(dǎo)法是指通過藥物影響模型動物體內(nèi)激素水平而構(gòu)建OP 動物模型的一種方法，大致可分為藥物去勢法和藥物干預(yù)法兩種。整體上藥物誘導(dǎo)法建模時間短，建模成功率高，可重復(fù)性好。但部分藥物可能會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，降低可信度。

1.2.1 藥物去勢法 藥物去勢法與手術(shù)去勢法一樣，是通過抑制模型動物體內(nèi)激素水平而造成骨量丟失，但藥物去勢法是通過藥物而非手術(shù)切除方式構(gòu)建的OP動物模型，常用的藥物有促性腺激素釋放激素激動劑、非類固醇類雄激素拮抗劑、促性腺激素釋放激素等［12］。藥物去勢法雖然避免了手術(shù)創(chuàng)傷應(yīng)激對檢測指標(biāo)的干擾，但藥物不良反應(yīng)及其與抗骨質(zhì)疏松藥物的相互作用會在一定程度上影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.2.2 藥物干預(yù)法 藥物干預(yù)法誘導(dǎo)的OP 動物模型多用于研究繼發(fā)性O(shè)P，干預(yù)藥物以糖皮質(zhì)激素最常見［13］，其次，還有維甲酸［14］、環(huán)磷酰胺［15］、乙醇［16］、鏈脲佐菌素［17］、肉毒桿菌毒素［18］、枸櫞酸鐵銨［19］、人 源 性 核 因 子κB 受 體 活 化 因 子 配 體（RANKL）［20］。藥物誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)見表2。

表2 藥物誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)

1.3 物理機(jī)械誘導(dǎo)法 物理機(jī)械誘導(dǎo)法是通過物理或機(jī)械方式對模型動物部分肢體制動而構(gòu)建OP動物模型的一種方法，主要包括后肢懸吊法［21］、腿尾固定法［22］、石膏繃帶固定法［23］、鋼板或螺釘內(nèi)固定法［24］、套筒法［25］。后肢懸吊法、套筒法是通過特定器械對模型動物肢體制動建模，腿尾固定法、石膏繃帶固定法、鋼板或螺釘內(nèi)固定法則是模仿骨折常見固定方式建模。物理機(jī)械誘導(dǎo)法構(gòu)建的OP 動物模型對研究因癱瘓、骨折或術(shù)后長期臥床所致的繼發(fā)性O(shè)P 具有重要意義。該建模方法操作簡單，建模時間短，建模成功率高，可重復(fù)性好，結(jié)果可信度高，但對模型動物軟組織有一定損傷。物理機(jī)械誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)見表3。

表3 物理機(jī)械誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)

1.4 飲食及環(huán)境誘導(dǎo)法 飲食誘導(dǎo)法是通過控制模型動物相關(guān)食物攝入量的方式構(gòu)建OP 動物模型的一種方法，如高脂飲食［26］、低鈣飲食［27］、低鈉飲食［28］。環(huán)境誘導(dǎo)法是使模型動物長期處于一種特定營造的環(huán)境從而構(gòu)建OP 動物模型的一種方法。環(huán)境誘導(dǎo)法OP 動物模型的相關(guān)研究較少，研究較多的是吸煙性O(shè)P 動物模型［29］。飲食及環(huán)境誘導(dǎo)法OP 動物模型的建模時間長，建模干擾因素多，模型成功率低，普及推廣困難。但該類動物模型對研究相應(yīng)病因引起的OP 是必不可少的。飲食及環(huán)境誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)見表4。

表4 飲食及環(huán)境誘導(dǎo)法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)

2 基因工程法構(gòu)建OP動物模型

基因工程法多通過基因編輯技術(shù)對動物自身基因進(jìn)行敲除、過表達(dá)、突變等，從而使動物具有骨質(zhì)疏松特性，主要有轉(zhuǎn)基因建模法和基因突變建模法兩種。基因工程法OP動物模型的效果較理想，可信度高，但操作難度高、建模時間長、花費(fèi)多，暫時難以普及推廣。

2.1 轉(zhuǎn)基因建模法 轉(zhuǎn)基因建模法是指采用基因敲除或過表達(dá)的方式來構(gòu)建OP 動物模型的一種方法［30-32］。此類建模方法具有模型動物全身骨質(zhì)疏松特征穩(wěn)定、建模過程不受外界因素干預(yù)等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)驗(yàn)條件要求高、操作難度大、花費(fèi)多。

2.1.1 基因敲除法 骨保護(hù)素（OPG）可通過與RANKL 結(jié)合而減少破骨細(xì)胞產(chǎn)生。Klotho、OASIA等亦是對成骨有促進(jìn)作用或?qū)ζ乒怯幸种谱饔玫幕?。基因敲除法是通過基因工程敲除OPG、Klotho、OASIA等基因從而構(gòu)建OP動物模型的一種方法。

2.1.2 基因過表達(dá)法 同源域轉(zhuǎn)錄因子1（PITX1）可通過上調(diào)Wnt 信號抑制劑DKK1、SOST、GSK3-β間接調(diào)控破骨細(xì)胞分化。RANKL 在一系列退行性骨疾病中會促進(jìn)由破骨細(xì)胞誘導(dǎo)的骨吸收，RANKL過表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠會表現(xiàn)出OP 特性。基因過表達(dá)法是通過基因工程使PITX1、RANKL 等基因過表達(dá)而構(gòu)建OP動物模型的一種方法。

2.2 基因突變建模法 基因突變建模法是利用SAMP6 小鼠通過近交繁殖培育的快速老化小鼠OP模型［33］。SAMP6 小鼠遺傳穩(wěn)定，骨老化特征與人類老年性O(shè)P 相似，是研究老年性O(shè)P 較為理想的動物模型?；蚬こ谭ń７椒?、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)見表5。

表5 基因工程法建模方法、動物選擇、建模周期及模型評價(jià)

綜上所述，OP動物模型的建模方法主要分為誘導(dǎo)法和基因工程法兩大類，具體種類繁多，在OP 相關(guān)的基礎(chǔ)研究中，應(yīng)根據(jù)自身實(shí)驗(yàn)需求和實(shí)驗(yàn)條件選擇最適合的動物模型。由于OP 的病理生理機(jī)制復(fù)雜，單一因素的動物模型越來越不能滿足研究需求，聯(lián)合建模將為未來研究OP提供新的路徑。