骨质疏松症动物模型构建方法的研究进展

赵阳，杨勇，孟志成，宋京京，孟东方

1 河南中医药大学骨伤学院，郑州 450000；2 郑州市骨科医院微创脊柱骨科；3 河南中医药大学第一临床医学院；4 天津中医药大学研究生院；5 河南中医药大学第一附属医院骨伤科

骨质疏松症（OP）是一种以骨量降低、骨组织微 结构破坏为特征，导致骨脆性增加和易于骨折的全身代谢性骨病［1］。近年来，随着我国人口老龄化加剧，OP 的患病率明显上升。据调查，我国65 岁以上人群OP 的患病率达到32%［2］，不仅严重影响老年人群的生活质量，还给家庭和社会带来沉重的医疗负担。因此，推动OP 临床诊疗不断发展至关重要。OP临床诊疗的发展与相关基础研究密不可分，而合适的动物模型是基础研究的重要载体，也是推动OP临床诊疗进步的关键环节。目前，多数OP动物模型仅侧重于表现该病的某种病因、某些主要症状或某一阶段的病理生理变化，据此构建了数十种经典的动物模型。这些动物模型的建模方法主要有诱导法和基因工程法两种，诱导法包括手术诱导法、药物诱导法、物理机械诱导法、饮食及环境诱导法等，基因工程法包括转基因建模法、基因突变建模法。模型动物也从最初的鼠类，逐渐延伸到兔、羊、猪、犬、猕猴等中大型动物。但繁杂的OP动物模型对于研究者来说难以快速、高效地选择与鉴别。现结合文献就OP动物模型的研究现状与进展作一综述。

1 诱导法构建OP动物模型

1.1 手术诱导法 手术诱导法是指通过外科手术的方式构建OP动物模型的一种方法，包括卵巢切除去势法［3］、睾丸切除去势法［4］、甲状旁腺切除法［5］、下丘脑-垂体断开法［6］以及脊髓、坐骨神经、肌腱、臂丛神经切除法［7-10］和胆总管结扎法［11］等。在OP的临床分型中，绝经后骨质疏松症（PMOP）的发病率最高，并且我国PMOP 的发病率远高于欧美国家。手术切除雌性动物的双侧卵巢是PMOP 经典的建模方法，应用最为广泛。但卵巢切除后模型动物体内雌激素水平会突然降低，而绝经后妇女雌激素水平降低是一个长期缓慢的过程。睾丸切除去势法是通过摘除雄性动物睾丸或破坏其生殖机能而构建的OP 动物模型，该模型主要用于研究男性OP。甲状旁腺切除法、下丘脑-垂体断开法是通过手术方式干预模型动物体内激素水平而构建的OP 动物模型。脊髓切断法、坐骨神经切除法、肌腱切除法、臂丛神经切除法均属废用性动物模型的建模方法，通过手术方式使模型动物肢体废用而构建OP 动物模型。胆总管结扎法是通过胆总管结扎术而构建胆汁淤积性肝纤维化相关的OP 动物模型。手术诱导法整体上建模因素单一可控，建模成功率高，可重复性好，可信度大，但手术操作要求较高。手术诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价见表1。

表1 手术诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价

1.2 药物诱导法 药物诱导法是指通过药物影响模型动物体内激素水平而构建OP 动物模型的一种方法，大致可分为药物去势法和药物干预法两种。整体上药物诱导法建模时间短，建模成功率高，可重复性好。但部分药物可能会影响实验结果，降低可信度。

1.2.1 药物去势法 药物去势法与手术去势法一样，是通过抑制模型动物体内激素水平而造成骨量丢失，但药物去势法是通过药物而非手术切除方式构建的OP动物模型，常用的药物有促性腺激素释放激素激动剂、非类固醇类雄激素拮抗剂、促性腺激素释放激素等［12］。药物去势法虽然避免了手术创伤应激对检测指标的干扰，但药物不良反应及其与抗骨质疏松药物的相互作用会在一定程度上影响实验结果。

1.2.2 药物干预法 药物干预法诱导的OP 动物模型多用于研究继发性OP，干预药物以糖皮质激素最常见［13］，其次，还有维甲酸［14］、环磷酰胺［15］、乙醇［16］、链脲佐菌素［17］、肉毒杆菌毒素［18］、枸橼酸铁铵［19］、人 源 性 核 因 子κB 受 体 活 化 因 子 配 体（RANKL）［20］。药物诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价见表2。

表2 药物诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价

1.3 物理机械诱导法 物理机械诱导法是通过物理或机械方式对模型动物部分肢体制动而构建OP动物模型的一种方法，主要包括后肢悬吊法［21］、腿尾固定法［22］、石膏绷带固定法［23］、钢板或螺钉内固定法［24］、套筒法［25］。后肢悬吊法、套筒法是通过特定器械对模型动物肢体制动建模，腿尾固定法、石膏绷带固定法、钢板或螺钉内固定法则是模仿骨折常见固定方式建模。物理机械诱导法构建的OP 动物模型对研究因瘫痪、骨折或术后长期卧床所致的继发性OP 具有重要意义。该建模方法操作简单，建模时间短，建模成功率高，可重复性好，结果可信度高，但对模型动物软组织有一定损伤。物理机械诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价见表3。

表3 物理机械诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价

1.4 饮食及环境诱导法 饮食诱导法是通过控制模型动物相关食物摄入量的方式构建OP 动物模型的一种方法，如高脂饮食［26］、低钙饮食［27］、低钠饮食［28］。环境诱导法是使模型动物长期处于一种特定营造的环境从而构建OP 动物模型的一种方法。环境诱导法OP 动物模型的相关研究较少，研究较多的是吸烟性OP 动物模型［29］。饮食及环境诱导法OP 动物模型的建模时间长，建模干扰因素多，模型成功率低，普及推广困难。但该类动物模型对研究相应病因引起的OP 是必不可少的。饮食及环境诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价见表4。

表4 饮食及环境诱导法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价

2 基因工程法构建OP动物模型

基因工程法多通过基因编辑技术对动物自身基因进行敲除、过表达、突变等，从而使动物具有骨质疏松特性，主要有转基因建模法和基因突变建模法两种。基因工程法OP动物模型的效果较理想，可信度高，但操作难度高、建模时间长、花费多，暂时难以普及推广。

2.1 转基因建模法 转基因建模法是指采用基因敲除或过表达的方式来构建OP 动物模型的一种方法［30-32］。此类建模方法具有模型动物全身骨质疏松特征稳定、建模过程不受外界因素干预等优点，但实验条件要求高、操作难度大、花费多。

2.1.1 基因敲除法 骨保护素（OPG）可通过与RANKL 结合而减少破骨细胞产生。Klotho、OASIA等亦是对成骨有促进作用或对破骨有抑制作用的基因。基因敲除法是通过基因工程敲除OPG、Klotho、OASIA等基因从而构建OP动物模型的一种方法。

2.1.2 基因过表达法 同源域转录因子1（PITX1）可通过上调Wnt 信号抑制剂DKK1、SOST、GSK3-β间接调控破骨细胞分化。RANKL 在一系列退行性骨疾病中会促进由破骨细胞诱导的骨吸收，RANKL过表达的转基因小鼠会表现出OP 特性。基因过表达法是通过基因工程使PITX1、RANKL 等基因过表达而构建OP动物模型的一种方法。

2.2 基因突变建模法 基因突变建模法是利用SAMP6 小鼠通过近交繁殖培育的快速老化小鼠OP模型［33］。SAMP6 小鼠遗传稳定，骨老化特征与人类老年性OP 相似，是研究老年性OP 较为理想的动物模型。基因工程法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价见表5。

表5 基因工程法建模方法、动物选择、建模周期及模型评价

综上所述，OP动物模型的建模方法主要分为诱导法和基因工程法两大类，具体种类繁多，在OP 相关的基础研究中，应根据自身实验需求和实验条件选择最适合的动物模型。由于OP 的病理生理机制复杂，单一因素的动物模型越来越不能满足研究需求，联合建模将为未来研究OP提供新的路径。