論文發(fā)表 | 7,8-二羥基黃酮調(diào)節(jié)骨形成和骨吸收，改善卵巢切除引起的骨質(zhì)疏松癥

文獻信息:

2021年7月6日，浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院張英教授團隊聯(lián)合美國Emory大學(xué)葉克強教授團隊的研究成果：“7,8-Dihydroxyflavone modulates boneformation and resorption and ameliorates ovariectomy-induced osteoporosis（7,8-二羥基黃酮調(diào)節(jié)骨形成和骨吸收，改善卵巢切除引起的骨質(zhì)疏松癥）”，在生物學(xué)領(lǐng)域TOP期刊eLife（1區(qū)，IF5=9.056）上在線發(fā)表。平生公司的Micro CT（型號：NEMO）產(chǎn)品在論文中提供了重要的大鼠骨小梁的CT圖像和定量分析。

該論文的第一作者為浙江大學(xué)食品科學(xué)專業(yè)2019級博士研究生薛凡，通訊作者為浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院張英教授和美國Emory大學(xué)醫(yī)學(xué)院葉克強教授。該研究部分工作得到廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目（2019B020212001）的資助。

全文鏈接：https://elifesciences.org/articles/64872

背景介紹：

骨形成和骨吸收的不平衡導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。越來越多的證據(jù)表明腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）參與這一過程。7,8-二羥基黃酮（7,8-DHF）是一種植物源小分子TrkB激動劑，能夠模擬BDNF的功能。研究發(fā)現(xiàn)BDNF和7,8-DHF都能促進MC3T3-E1細胞的增殖、成骨分化和礦化。這些效應(yīng)可能歸因于Wnt/β-catenin信號通路的激活，表現(xiàn)為細胞周期蛋白cyclin D1、p-GSK3β、β-catenin、Runx2、Osterix和骨保護素（OPG）的表達均顯著上調(diào)。β-catenin的敲除抑制了7,8-DHF刺激的Runx2和Osterix的上調(diào)。特別的是，TrkB特異性抑制劑K252a能夠阻斷7,8-DHF誘導(dǎo)的成骨細胞增殖、分化和成骨基因的表達。此外，BDNF和7,8-DHF抑制了大鼠破骨前體細胞RAW264.7細胞的分化，轉(zhuǎn)錄因子c-fos和破骨細胞基因如抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）、基質(zhì)金屬蛋白-9（MMP-9）、Adamts5被7,8-DHF抑制。更重要的是，在卵巢切除（OVX）大鼠模型中，7,8-DHF可減輕骨丟失，改善骨小梁微結(jié)構(gòu)，改善脛骨生物力學(xué)性能和骨生化指標(biāo)。目前的研究強調(diào)了7,8-DHF對骨重建的雙向調(diào)節(jié)作用。

實驗方法：

將SD大鼠分為假手術(shù)組（SHAM）、切除卵巢+溶劑對照組（OVX）、切除卵巢+低劑量7,8-DHF組（OVX-L：5 mg/kg/day）、切除卵巢+高劑量7,8-DHF組（OVX-H：10 mg/kg/day），灌胃12周，實驗期間每周記錄大鼠體重，處死后取股骨進行CT掃描。

DXA測量骨密度（BMD）后，根據(jù)各組BMD的中位數(shù)選擇有代表性的樣本，使用micro CT（NEMO，中國昆山平生有限公司）評估股骨干骺端的骨小梁微結(jié)構(gòu)。與股骨近端和中部相比，股骨遠端富含骨小梁。因此，股骨從近端生長板向遠端掃描（50 μm/層）。取股骨近端距生長板30～70層的區(qū)域作為感興趣體積，獲得三維圖像進行可視化顯示。

實驗結(jié)果:

7,8-DHF減輕OVX大鼠骨質(zhì)疏松表型并增強其生物力學(xué)性能

如圖5A所示，所有大鼠在研究開始時顯示出相似的初始體重。術(shù)后2周，OVX組體重明顯高于假手術(shù)組。7,8-DHF給藥組可輕微地阻止這種明顯的增加，而兩種劑量（OVX-L:5 mg/kg/day；OVX-H:10mg/kg/day）與假手術(shù)組相比沒有顯著差異。不出所料，OVX導(dǎo)致子宮嚴(yán)重萎縮，表明手術(shù)成功。與假手術(shù)組相比，所有去卵巢大鼠的子宮指數(shù)顯著降低（p<0.001），并且7,8-DHF沒有任何子宮營養(yǎng)活性，因為OVX、OVX-L和OVX-H組之間的子宮重量沒有顯著差異（圖5B）。

代表性樣本的3D顯微CT圖像清楚地顯示了各組間骨小梁微結(jié)構(gòu)的差異，如圖5D所示。與OVX大鼠相比，OVX-H大鼠的松質(zhì)骨丟失程度有所降低，表明高劑量的7,8-DHF（OVX-H:10mg/kg/day）有可能改善OVX誘導(dǎo)的骨微結(jié)構(gòu)惡化。用生物力學(xué)測試儀觀察7,8-DHF對實驗大鼠脛骨力學(xué)性能的影響。OVX大鼠的生物力學(xué)性能明顯惡化，最大載荷明顯下降（p<0.05）（圖5E）。幸運的是，7,8-DHF給藥組的這種減少得到了改善，特別是OVX-L大鼠的最大負荷明顯高于假手術(shù)組（p<0.01）。有趣的是，假手術(shù)組、OVX組和OVX-H組的斷裂撓度和骨折應(yīng)變結(jié)果無顯著性差異，而OVX-L組與其他三組相比均達到統(tǒng)計學(xué)意義（p<0.05）（圖5F和G）。

原文中圖5

結(jié)論：

在這項研究中，研究人員進行了一系列的體外實驗，證明了7,8-DHF通過與TrkB受體相互作用進而激活Wnt/β-catenin信號通路來促進MC3T3-E1細胞的增值和分化；通過抑制轉(zhuǎn)錄因子c-fos來抑制RAW264.7細胞的分化。此外，通過OVX誘導(dǎo)的大鼠骨質(zhì)疏松癥模型，探討了7,8-DHF在體內(nèi)的作用。結(jié)果表明，5mg/kg/day的7,8-DHF可通過抑制體內(nèi)骨吸收和促進骨形成，改善OVX大鼠的骨量、骨微結(jié)構(gòu)和骨強度。因此，該研究表明，7,8-DHF可能是一種有潛力的骨質(zhì)疏松癥治療劑。

使用設(shè)備：

Micro CT（型號：NEMO）（平生醫(yī)療科技）

影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）