氧化应激与大鼠增龄性骨量减少关系的初步探究

摘要

研究背景:
　　 骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种常见的骨代谢疾病,以骨量低下,骨微结构改变,导致骨脆性增加,易发生骨折为特征的全身性骨病。据2008年IOF(国际骨质疏松基金会)统计,全球约有2亿骨质疏松患者,而我国2009年的骨质疏松白皮书的调查显示,我国OP患者大约为7000万例,低骨量人群为2.1亿例,可见,OP已成为全球公共卫生问题。原发性骨质疏松分为绝经后骨质疏松(postmenopausal osteoporosis)以及老年性骨质疏松(senile osteoporosis),老年性骨质疏松是机体自然衰退、老化过程的组成部分,其发病与衰老、性腺机能减退、遗传、内分泌、营养、物理等因素相关。老年期的骨量丢失合并骨转换的减慢是老年性骨质疏松症的主要病理表现,年龄和性腺机能减退是影响其发生的两个决定性因素。20世纪40年代已明确雌激素缺乏是骨质疏松症的因为之一,但雌激素导致骨质疏松症的机制仍不完全清楚。而在对衰老的病因研究中,衰老自由基学说认为活性氧(reactive oxygen species,ROS)是引起衰老的重要因为。提示机体内氧化与抗氧化失衡而导致的氧化应激(oxidative stress,OS)可能是老年性骨质疏松症的因为之一。
　　 ROS是生物体内有氧代谢产生的含氧自由基,主要包括超氧阴离子(O2-)、羟基(-OH)和过氧化氢(H2O2)。正常生理状态下,体内ROS不断产生的同时被保护酶如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GP)及一些低分子量抗氧化剂清除。当机体防御系统功能低下时,体内氧化与抗氧化作用失衡,倾向于氧化,出现了OS状态。异常增多的ROS对生物机体造成一系列的氧化损伤,如攻击多聚不饱和脂肪酸引起脂质过氧化,使生物膜的结构、功能及细胞膜表面受体改变；损伤蛋白质的巯基和氨基,使蛋白质变性、交联、酶的活性丧失；损伤DNA,导致DNA链的断裂及突变等。
　　 ROS增高所导致的OS状态将会对人体造成巨大的损伤。而自由基的负性作用主要是由于其结构中含有未成对电子,具有高度反应性,能够迅速与周围物质发生反应。这种高度反应性决定了其半衰期非常短暂,直接测量这些自由基水平非常困难。但是,自由基与分子(脂类、蛋白质、DNA)发生反应后的氧化产物,可以作为反映氧化应激水平标志物。
　　 自由基可以引起蛋白质的交联聚合和肽链断裂,使蛋白质与脂质结合形成聚合物,从而使蛋白质功能丧失。自由基攻击蛋白分子的侧链氨基酸,如赖氨酸、精氨酸、脯氨酸、苏氨酸,可以产生相应蛋白衍生物,并引起体内蛋白巯基水平下降。吞噬细胞产生的次氯酸(强氧化剂)可以使血浆白蛋白氧化成晚期氧化蛋白产物(advanced oxidation protein products,AOPP)以及糖化蛋白被氧化修饰成的晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGE),均可作为蛋白质氧化损伤的标志物。而自由基作用于生物膜上的不饱和脂肪酸,引起膜脂质的过氧化反应而转变成过氧化脂质,导致膜的流动性改变,使细胞变形能力下降、脆性增加,影响膜受体离子通道功能,增加膜通透性。脂质过氧化的同时还可以增加新的自由基以及导致晚期脂氧化产物如丙二醛(malonaldehyde,MDA)、4-羟基壬烯醛(4-hydroxy-2-nonenal,4-HNE)、氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein,ox-LDL)和异前列腺素等的产生自由基可以与碱基发生加成反应,对碱基进行修饰,从而引起基因突变,甚至导致DNA链的断裂。如鸟嘌呤被氧化生成8-氧代鸟嘌呤,在修复酶作用下以8-羟基脱氧鸟苷形式被切除。氧自由基可以使胶原纤维的胶原蛋白发生交联,使透明质酸降解等,从而破坏细胞外基质。
　　 AOPP是1996年首先由Witko Sarsat等提出,它是通过氯化氧化反应在氧化应激过程由吞噬细胞激活生成的次氧酸或氯胺对血清白蛋白氧化作用生成的含双酪氨酸的蛋白交连物。已知分叶核中性粒细胞和单核细胞在特定的刺激下能够产生呼吸爆发,而后者可以导致高活性的ROS大量产生。在ROS的形成中,吞噬细胞具有在髓过氧化酶的作用下生成含氯氧化物的能力。髓过氧化酶在氯离子存在的情况下,使过氧化氢生成次氯酸。次氯酸是吞噬细胞所产生的毒性最强和化学性质最活泼的一类物质,AOPP即是氯氧化物和血浆蛋白之间的反应产物。AOPP作为炎症递质能够触发氧化爆发并促进中性粒细胞和单核细胞合成炎性细胞因子。研究表明,AOPP的产生以及增加存在于多种病理状态,包括糖尿病、尿毒症、慢性肠道炎性疾病以及肥胖症等,提示AOPP的增加可能与体内病理生理环境有关。AOPP作为新的尿毒症毒素和炎症递质,可作为一个测定氧化剂介导的蛋白损害的可靠指标,能够评价针对降低氧化应激治疗的效果。
　　 MDA是由体内产生的氧自由基侵害细胞质中的不饱和脂肪酸,使得其中两个或以上的亚甲基双键断裂形成脂质自由基,引起脂质过氧化反应而产生的物质。过多的MDA能与蛋白、核酸等大分子形成脂褐质沉积于细胞中,这是导致机体细胞衰老的重要因为。同时,它还可与磷脂蛋白发生反应,改变细胞膜的通透性,造成组织细胞的损伤。MDA因其是脂质过氧化代谢的毒性产物,它的含量直接反映体内脂质过氧化的速率和强度。因此,常作为判断自由基损害程度的指标,间接反映细胞受氧自由基损害的程度。
　　 1938年Mann和Keilin首次从牛红细胞中分离出一种蓝色的含铜蛋白质,1969年Mccord及Fridovich发现该蛋白有催化超氧阴离子,发生歧化反应的功能,故将此酶命名为超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)。SOD作用底物是超氧阴离子自由基,它既带一个负电荷,又只有一个未成对的电子,有毒性的自由基在SOD和过氧化氢酶共同作用下,变成了无毒的H2O和O2。正常生命过程中产生的超氧阴离子自由基是维持生命所必需的,但浓度过高时,对机体也会造成损害。该酶作为特异性清除剂,催化超氧阴离子的歧化反应,能够平衡机体氧自由基,从而避免体内超氧阴离子自由基浓度过高时引起的不良反应,常被看作为活性氧防御的第一线；当SOD含量和活力的减少和降低,将导致自由基堆积,出现氧化应激状态,对机体产生巨大的损害。因此,SOD作为体内一种重要氧自由基清除剂,在机体的生命活动中具有重要意义；与此同时,它也是体内反映抗氧化状态的重要指标。
　　 目的:
　　 探讨氧化应激与大鼠增龄性骨量减少之间的关系,为老年性骨质疏松症的临床干预提供理论依据。
　　 方法:
　　 选用2、9及18月龄雄性Wistar大鼠各20只,按月龄分为幼年、成年、老年3组。取血后处死大鼠,采用比色法检测血清及匀浆上清中氧化指标晚期氧化蛋白产物(AOPP)、丙二醛(MDA)含量和抗氧化指标超氧化物歧化酶(SOD)活力。取左侧股骨,用双光子骨密度仪测定大鼠离体股骨骨密度值。另每组选取6只Wistar大鼠,取左侧胫骨进行骨组织形态计量动静态学参数检测,其包括:骨小梁面积百分数(％Tb.Ar),骨小梁厚度(Tb.Th),骨小梁数量(Tb.N),骨小梁分离度(Tb.SP),动态参数包括荧光标志周长百分数(％L.Pm),矿化沉积率(MAR),骨表面骨形成率(MS/BS),骨小梁周长形成率(BFR/BS),骨小梁面积形成率(BFR/BV),骨小梁体积形成率(BFR/TV)。
　　 结果:
　　 (1)与幼年组、成年组相比,老年组骨密度显著降低(P<0.01),而幼年组与成年组之间无显著性差异(P>0.05)。
　　 (2)各组骨组织形态计量学指标中,老年组与幼年组、成年组相比,Tb.SP增加显著(P<0.05),而Tb.Th、MAR、MS/BS、BFR/BS以及BFR/BV下降明显(P<0.05或P<0.01)。
　　 (3)血清指标中,老年组与幼年组、成年组比较,AOPP、MDA含量升高(P<0.01),而幼年组与成年组之间无显著性差异(P>0.05),SOD活力则显示随年龄的增加而下降(P<0.05)；股骨骨密度与AOPP含量之间呈负相关关系(r=-0.640；p<0.01)；与MDA含量负相关(r=-0.421;p<0.01),与SOD活力正相关(r=0.470；p<0.01)；
　　 (4)股骨组织方面,AOPP含量随年龄的增加而升高(P<0.01)；老年组与成年组、幼年组比较,MDA含量增高(P<0.05),而成年组和幼年组之间无显著性差异(P>0.05)；股骨骨密度与AOPP含量之间呈负相关关系(r=-0.595；p<0.01)；与SOD活力正相关(r=0.353；p<0.05)；
　　 结论:
　　 随着年龄的增长,Wistar大鼠出现骨量减少,氧化应激水平逐渐增高,抗氧化水平逐渐下降,说明氧化应激与骨量呈负相关,抗氧化水平与骨量呈正相关。进一步研究氧化应激对骨细胞分化和功能的影响,阐明氧化应激导致骨质疏松的机制,对骨质疏松的防治有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 研究背景

1 骨质疏松的分类

2 骨质疏松的临床症状

3 骨质疏松流行病学概况

4 氧化应激和骨质疏松

5 骨组织形态计量学在骨质疏松上的应用

参考文献

第二章 氧化应激与增龄性骨量减少关系的初步探究

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

参考文献

全文总结

综述

参考文献

缩略词表

成果

致谢

统计学证明