糖尿病大鼠骨质疏松发病过程中骨桥蛋白变化的实验研究

摘要

背景：
　　近年来由于膳食结构的改变,糖尿病发病率逐年上升,糖尿病病人处于长期高血糖和氧化应激状态,可以引起各种并发症,严重威胁着患者的健康,糖尿病继发骨质疏松症近几年开始被医学界重视。事实上,糖尿病合并骨质疏松是一个常见的危害性很大的糖尿病慢性并发症。李桂英研究发现糖尿病组骨质疏松发病率为55.9%,对照组为43.2%,糖尿病组中骨质疏松发生率明显高于对照组,李蓬秋等报道糖尿病继发骨质疏松发病率为50%~60%。骨质疏松症易导致骨折(常见于腕部、椎体、髋关节),致残率高,给家庭和社会带来了沉重的负担。骨质疏松一旦发生,不可逆转,所以重在预防。了解它的发病机理,提前治疗就显得非常重要。
　　糖尿病骨质疏松发病机制,是多因素所致的结果,与体内物质代谢和多因素的调控障碍有着密切的关系。通常认为发病机理有：
　　(1)胰岛素缺乏： 临床研究发现,糖尿病病人胰岛素水平与骨密度呈正相关。已经证明成骨细胞表面有胰岛素受体和胰岛素样生长因子-1(IGF-1)受体。胰岛素缺乏可导致骨转换下降,引起骨质疏松。动物实验表明,链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠骨骼生发中心IGF-1、IGF-l受体和胰岛素受体表达水平降低,表现为骨骼矿化下降,小鼠发育迟缓；胰岛素不足时,直接刺激作用减弱,成骨细胞数目减少、活性降低,抑制成骨细胞合成骨钙素,使骨吸收大于骨形成；胰岛素缺乏,影响成骨细胞对胶原的合成,导致骨基质减少；胰岛素缺乏,1,25(OH)2D3合成减少,导致成骨细胞分泌OC下降；胰淀素是胰岛β细胞分泌的一种多肽,由37个氨基酸组成,是另一种促进骨形成的因子,糖尿病患者胰淀素缺乏,体外试验中发现胰淀素能够抑制破骨过程,外源性给予胰淀素能够保持骨量、增加骨形成指标物。
　　(2)钙磷代谢异常：高血糖时尿液渗透压增高,大量钙、磷、镁离子排出体外；高渗透压可导致肾小管对钙、磷、镁的重吸收减少。
　　(3)高血糖对骨代谢的影响：葡萄糖是破骨细胞的基本能量来源,体外试验表明,葡萄糖能够剂量依赖性增加鸟类破骨细胞活性。另外,高血糖导致各种骨蛋白非酶糖化,损害骨质量。
　　(4)甲状旁腺激素：糖尿病患者甲状旁腺激素分泌增加,从尿液中丢失的钙增多。
　　但是,糖尿病继发骨质疏松的发病机理,目前尚无统一的认识,甚至一些专家有相反的结论。
　　骨桥蛋白(osteopontin,OPN)又叫骨桥素,是一种特殊的精氨酸.甘氨酸.天冬氨酸(RGD)序列磷酸化糖蛋白(secreted phosphoprotein,SPP),是由成骨细胞和OC产生的非胶原蛋白。OPN与骨代谢、抗感染免疫、平滑肌细胞增生、动脉硬化、糖尿病肾脏病变等多种生理、病理现象密切相关。磷酸化的OPN可调节成骨细胞和破骨细胞的功能,硫化型的OPN与成骨细胞的功能有密切关系,可调节培养成骨细胞的矿化结节形成。同时,OPN参与了破骨细胞破骨过程的调节,在骨吸收停止后,OPN位于粘合带处。根据已有的报道,OPN在骨形成和骨代谢平衡方面起着重要作用,OPN缺失或阻断OPN蛋白对骨质破坏疾病疗效显著,但是OPN这些功能的具体作用机制还不是很清楚。体外研究发现,OPN缺失或者抗OPN单抗可以降低RANKL诱导的OC分化,减少骨吸收功能,与其相关的OC的粘附、迁移和存活功能也有不同程度减弱。研究表明,OPN可能是通过RANK/TRAF6介导的信号通路来干预OC分化形成,影响其生物学功能。这可能是OPN的作用机制。目的：
　　通过对糖尿病大鼠继发骨质疏松的实验观察,观察大鼠骨密度的变化,血尿生化指标检测尿钙、尿肌配、血清骨钙素、血清钙),探讨糖尿病引起骨质疏松的机理,了解其通过引起骨桥蛋白变化,影响破骨细胞作用,导致骨质疏松的过程,阐明发病过程。为治疗提供思路。
　　方法：
　　选用健康2月龄雄性Wistar大鼠24只,随机选12只大鼠为空白对照组,余12只雄性Wistar大鼠为模型组。造模方法：一次腹腔注STZ55mg/kg(溶于柠檬酸缓冲液中,pH4.5),7d 后测定血糖, 空腹血糖水 16.7mmolPL(300mgPkg)为糖尿病模型成功的标准。对照组注射等量柠檬酸缓冲液。
　　(1)实验进行4个月时收集12小时空腹尿液,测定尿钙(Ca)与尿肌配(Cr),计算出 Ca/Cr比值；抽血 4m1。采用放射免疫法测定血清骨钙素(BoneΥ-carboxyglutamic acid,BGP),自动生化分析仪测定血清钙(Ca)。
　　(2)LunarProdigy双能X线骨密度仪测定右侧胫骨和股骨的骨矿物密度,用小动物分析软件进行分析。
　　(3)取胫骨近端干髓端松质骨,提取OPN总RNA,进行PCR-RT定量。
　　(4)骨组织形态学观察。
　　结果：
　　(1)骨密度变化情况：观察组显著低于对照组(P　　(2)血、尿生化指标：尿Ca与Ca/Cr比值,观察组显著高于对照组(P　　(3)骨桥蛋白mRNA水平表达：观察组OPN/β-actin比值高于对照组OPN/β-actin比值,比值差异有显著性(P　　(4)骨组织形态学观察：观察组骨小梁纤细,形态结构完整性差,骨髓腔大小不匀,静板层结构疏松,有散在的吸收陷窝。对照组骨小梁粗壮,骨髓腔相对较小,形态结构完整,骨板层结构致密。
　　结论：
　　(1)动物模型的建立：我们一次腹腔注射 STZ55mg/kg(溶于柠檬酸缓冲液中,pH4.5),7d后测定血糖,筛选模型成功的大鼠,造模成功。饲养4月后,观察骨密度,骨组织形态学观察证实糖尿病继发骨质疏松大鼠造模成功。
　　(2)生化检测：糖尿病可以引起大鼠尿Ca与Ca/Cr比值增高；血清钙无显著变化；血清骨钙素水平降低。加快骨丢失,影响骨吸收和骨形成间的平衡,破坏骨组织结构。
　　(3)骨桥蛋白mRNA水平表达：糖尿病大鼠OPN/β-actin比值高于对照组OPN/β-actin比值,在骨骼组织中高表达,进一步影响破骨细胞、成骨细胞,导致骨量减少,骨质破坏。
　　(4)骨组织形态学观察：观察组大鼠骨小梁稀疏,吸收陷窝多,完整性差,证明糖尿病可以继发骨质疏松。
　　总之,糖尿病大鼠可以继发骨质疏松,OPN在骨骼中高表达,从而影响骨吸收-骨形成的平衡,这可能是糖尿病继发骨质疏松的机制。

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声明

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中文摘要

英文摘要

前言

材料与方法

1 材料

2 观测指标

3 统计分析方法

结果

1. LunarProdigy双能X线骨密度仪测定

2. 血清骨钙素(BGP)

3. 尿钙、血钙

4. 尿钙/尿肌酐(Ca/Cr)比值

5. 骨桥蛋白mRNA水平表达

6. 光学显微镜结果

讨论

1.糖尿病与骨质疏松

2 骨桥蛋白与骨质疏松

3 OPN与糖尿病

结论

致谢

参考文献

附录1：病理照片

附录2文献综述

附录３：在校期间论文和科研情况