如何选择适当的「骨质疏松」动物模型？

骨质疏松症（osteoporosis，OP)是一种代谢性骨骼疾病，主要特征是骨量减少、骨微结构破坏，导致骨脆性增加、易发生骨折。它是一种年龄相关性疾病，60岁以上患骨质疏松症的比例高达60%-80%。随着人类预期寿命延长和人口结构改变（人口老龄化），OP已成为全球范围内严重危害人们健康的常见慢性疾病之一。

骨质疏松症分为原发性（80%）和继发性二大类。原发性骨质疏松症又分为绝经后骨质疏松症（Ⅰ型）、老年性骨质疏松症（Ⅱ型）和特发性骨质疏松（包括青少年型）三种。

关于OP的科学研究离不开OP动物模型的构建，通过构建出与人体疾病病理过程相近的骨质疏松模型，研究骨质疏松的发病机理，对于提升骨质疏松预防和治疗具有重要意义。

本文旨在对目前常用的OP动物模型构建及评价方法进行总结，以期为OP的实验研究提供参考。

前期研究者根据不同的OP类型（绝经后OP、老年性OP，继发性OP等）成功构建出数十种经典OP动物模型，动物模型从最初的鼠类，逐渐延伸到兔、羊、猪、犬、猕猴等中、大型动物。

大鼠是当前研究人员构建骨质疏松模型普遍采用的动物，在众多的种系中，SD和Wistar大鼠应用最广。

常见的OP动物模型构造方法

按照发病机制骨质疏松动物模型可分为两类：①减少骨形成为主导机制的模型，如糖皮质激素模型；②增加骨吸收为主导机制的模型，如去卵巢骨质疏松模型、失用型骨质疏松模型、营养性骨质疏松模型。

经过长期实践探索，OP造模方法可概括为诱导建模和基因工程建模两类。对目前的诱导建模进行归纳，可以分为手术诱导、药物诱导（如维甲酸、糖皮质激素等）、饮食诱导、失用性诱导（如悬尾、固定等）等。

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01 手术去势法

诱导建模最常用的手段是去势法，即通过手术切除动物的卵巢/睾丸来模拟女性绝经后OP或老年男性由于性激素分泌大幅减少而诱发的老年性OP。其中，去卵巢大鼠是美国食品和药品管理局和WHO推荐的研究绝经后OP模型。

首次运用手术去势法可追溯到1969年，国外学者Saville采用手术方式摘除大鼠的双侧卵巢后成功诱导骨质疏松症状，至此手术去势法构建绝经后骨质疏松动物模型得到广泛的认可及推广。此后，该方法在很长的时间内被认为是模拟构建绝经后骨质疏松模型的“最佳方法”。

最常选用的动物是切除卵巢的小鼠、大鼠、羊以及非人类灵长类动物。

大鼠造模操作：选用6月龄的健康雌性大鼠，麻醉后，剔除背部毛发，碘伏消毒皮肤，于左右背部十二肋下缘切一约1.5cm的纵行手术切口，切开肌肉、腹膜，揭开脂肪层，可见结节状、红色，与输卵管子宫相连的卵巢，沿着卵巢周围结扎，切去双侧卵巢，逐层缝合，消毒皮肤。手术完成后放回笼舍中，注意保暖。术后正常饮食，12周即可建立骨质疏松模型。

手术去势法造模因素单一、模型效果稳定、可复制性好、实验结果可信度大，能很好地模拟绝经后骨质疏松骨代谢的特点。但也有不足，卵巢切除后动物体内雌激素水平突然迅速下降，而绝经后妇女的雌激素水平下降则是一个长期缓慢的过程，二者间存在一定差异。

02 药物诱导型

（1）糖皮质激素诱导

糖皮质激素相关性骨质疏松症是继发性骨质疏松症最常见的类型，服用糖皮质激素导致骨形成受损，骨折风险在几个月内以剂量依赖性方式增加。临床中，使用糖皮质激素引起的骨质疏松症，其发病率仅次于绝经后骨质疏松和老年性骨质疏松。

在机制方面上的研究，国外学者Manolagas推测糖皮质激素之所以能够诱导骨质疏松症的发生，主要的机制为：激活WNT/β-Catenin途径，进而抑制成骨细胞的成骨分化、增强骨吸收，骨吸收大于骨形成，导致骨量不断丢失，最终诱发骨质疏松症。也有学者认为，糖皮质激素通过调节OPG/RANKL/RANK途径促进骨的吸收。

大鼠、兔和羊适合作为糖皮质激素相关性骨质疏松症模型的研究。

相对于去势法来说，糖皮质激素诱导法动物骨量丢失更加明显，还能够避开去势法手术应激创伤带来的实验误差，可信度相对更高；但是当停止使用糖皮质激素后，骨丢失效果会逆转。

（2）环磷酰胺诱导

环磷酰胺是一种广谱抗肿瘤药，在骨代谢方面，能够抑制骨形成，导致骨微结构退化，进而诱导骨质疏松症的发生发展。有实验研究表明，灌胃大鼠环磷酰胺（4.5 mg/kg･d）15d即可构建骨质疏松症模型。

（3）维甲酸诱导

维甲酸是机体维生素A的中间代谢产物，是一类临床抗肿瘤药物。维甲酸的副作用主要是导致患者骨密度降低，这是由于维甲酸激活破骨细胞的活性，促进骨吸收，骨吸收大于骨形成的负平衡状态，最终导致骨质疏松。

在分子机制上的研究，有研究学者认为，维甲酸主要通过激活体内的维甲酸受体相关的孤儿受体（ROR），诱发机体以骨吸收为主的骨代谢活动，最终导致机体发展成骨质疏松症。

（4）谷氨酸单钠诱导

谷氨酸单钠是中枢兴奋性神经递质的一种，能够选择性损害动物下丘脑弓状核神经元（下丘脑有调节骨代谢及骨重建的功能），导致神经内分泌调节功能紊乱，诱发骨小梁厚度及数量减少，进而导致骨量减少、骨结构显著破坏等骨质疏松的表现，这一类骨质疏松在学术上被称作脑源性骨质疏松。

03 饮食诱导型

营养是影响骨密度的众多因素之一，通过限制饮食中的钙、维生素D、蛋白质等的摄入可以成功建立营养缺乏型骨质疏松模型，该模型对研究因营养缺陷引起的骨质疏松有重要意义。但由于饲料配方复杂，且影响因素较多，普及推广困难。同时，因为单独应用营养法建模耗时长且成功率低，故常作为一种辅助方法。

04 失用诱导型

此外，骨失用亦是导致骨质流失和继发性OP的原因之一，故可用悬吊、固定等方式模拟人类运动功能受限或障碍引起的废用性骨质疏松。

机体长期无负重、制动或长期卧床会导致失用型骨质疏松症的发生，通常见于长期卧床不起患者或失去自主活动能力的老年人。该模型对防治瘫痪、骨折、术后长期卧床的患者及航空人员出现的骨质疏松的研究有重要现实意义。

常用大鼠或小鼠，采用石膏固定、悬吊法、套筒法等方法建立失用型骨质疏松症模型。

（1）外固定法

有学者采用铜片制成一定规格的铜圈套在大鼠腰部，再将长分别为8 cm、2 cm的喇叭型套筒套入左后肢、右后肢根部，套筒的上端均固定在腰部铜圈，28 d后观察到大鼠股骨的骨小梁体积变小、骨矿物质含量等指标显著下降，成功构建出骨质疏松模型。

（2）悬吊法

利用悬吊的方法使大鼠双下肢悬空、头低位，双下肢处于人工失重状态。保持双下肢失重状态3-4周后，大鼠双下肢股骨出现骨密度显著下降、骨矿物含量显著降低、骨小梁结构发生明显改变等骨质疏松的表现。

有研究者在吊尾实验中，将小鼠悬吊尾巴，小鼠上肢可以自由活动，获取食物，可以观察到新骨形成减少，骨吸收增加或不变。也有实验结果表明，小鼠悬吊两周后，新骨形成不显著，骨丧失明显增多。

05 基因造模法

基因造模法主要包括转基因造模法和基因突变造模法。转基因造模法是指采用基因敲除来的方式来制作骨质疏松动物模型，敲除的基因主要是α，β-雌激素受体或芳香酶，该模型具有全身骨质疏松发生情况稳定、不受外界因素干预等优点，是一种理想的原发性骨质疏松动物模型。

比起控制单因素建模，用去势法联合其他造模方法共同构建骨质疏松模型的方法，可以有效缩短造模时间。如去势联合糖皮质激素，去势联合低钙饮食，去势、低钙饮食、糖皮质激素三者联合等，且发现三联法较两联法对骨骼的影响更加明显。联合造模虽能加速造模，但干扰因素较多且复杂，可能影响研究工作。

造模评价

骨质疏松模型是否复制成功，需要用客观的指标来评价，骨质疏松的动物模型和造模方法很多，但评价指标是一致的，主要有骨密度测定、骨组织形态计量学、生化检测分析、骨生物力学测试、体质量、性腺形态等，其中最主要的是骨量与骨组织病理学变化这两项指标。但单一的检测指标一般存在片面性，无法对骨质疏松模型进行准确的评估，因此，通过“宏观到微观、二维到三维、定性到定量”全面立体对骨质疏松模型进行检测显得尤为重要。

（1）股骨内踝HE染色

与对照组相比，模型组的骨皮质厚度和骨量减少，骨小梁微结构明显受损。正常组骨小梁密度高而完整，排列规则，模型组骨小梁明显稀疏，排列不整齐，骨小梁间隙增大，骨小梁明显地断裂、变薄。

（2）股骨内踝TRAP染色

（3）离体股骨Micro-CT结果

结语

通过建立动物模型以研究人类骨质疏松症的病因以及治疗和预防措施是必不可少的方法，实验时应根据研究目的和实验条件等因素综合考虑，选择最合适的动物模型，才能保证实验结果的可靠性和准确性。

参考来源：

[1]. 病证结合模式下骨质疏松症实验动物模型的研究进展，孙凯等，2019

[2]. 骨质疏松症动物模型研究进展，张悦等，2020