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[目的]
建立骨质疏松并发动脉粥样硬化大鼠模型(V.0.H);探讨V.0.H大鼠骨和动脉的病理变化与血脂变化、BMP-2、MSX-2、PPARγ表达的相互影响关系;观察丹参水溶性有效部位群(丹参骨宝颗粒)对V.0.H大鼠的防治作用,探讨丹参骨宝颗粒对在体动物抗骨质疏松并发动脉粥样硬化的作用机制。
[方法]
第一部分骨质疏松并发动脉粥样硬化大鼠实验模型的建立
实验一去卵巢(OVX)加高脂和血管壁损伤实验(V.0.H):24只6月龄未交配雌性SD大鼠(SPF级,体重264g±10g)随机分为3组,第一组为假手术组(Cont):实验开始时行假手术,蒸馏水5ml·kg-1·d-1灌胃:第二组为去卵巢组(OVX)实验开始时行双侧卵巢切除术,蒸馏水5ml·kg-1·d-1灌胃;第三组为维生素D3+去卵巢+高脂组(V.0.H):实验开始时同时行双侧卵巢切除术,以高脂乳剂(5%胆固醇、1%胆酸钠、0.5%丙基硫氧嘧啶)5 ml·kg-1·d-1灌胃,实验开始时右下肢肌肉注射维生素D3针剂(3×105U/kg),每隔4W重复一次,共3次。共给药12周。
实验二单纯高脂和血管壁损伤(V.H)及加去卵巢实验(V.0.H):32只4月龄未交配雌性SD大鼠(SPF级,体重254g±10g)随机分为4组,第一组为基础对照组(BAS):实验0天;第二组为假手术组(Cont):实验开始时行假手术,蒸馏水5 ml·kg-1·d-1灌胃;第三组为维生素D3+高脂组组(V.H):实验开始时一次性右下肢肌肉注射6×105U/kg维生素D3针剂;并以高脂乳剂5 ml·kg-1·d-1灌胃;第四组为维生素D3+去卵巢+高脂组(V.0.H):实验开始时行双侧卵巢切除术,以高脂乳剂5 ml·kg-1·d-1灌胃,于实验开始时一次性右下肢肌肉注射维生素D3针剂(6×105U/kg)。共给药12周。
所有动物实验结束前第14d、13d各行颈部皮下注射钙黄绿素(10mg/kg),作为第1次荧光标记,在实验结束前第4d、3d各行颈部皮下注射钙黄绿素(10mg/kg)作为第2次荧光标记,以在骨表面形成绿色双荧光标志,两次荧光标记间隔时间为10d。大鼠心脏取血处死,分离血清作生化指标(总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、钙)测定;取胸主动脉,石蜡包埋,连续切片,HE染色进行形态学分析;分离右胫骨测定骨组织形态计量学;分离右股骨作骨密度测定,生物力学三点弯曲试验;左尺、股骨作骨成份(骨钙、磷、以及羟脯氨酸)测定。
第二部分丹参水溶性有效部位群(丹参骨宝颗粒)对骨质疏松并发动脉粥样硬化的防治作用机制的研究
48只4月龄未交配雌性SD大鼠(SPF级,体重254g±10g)随机分为6组,第一组为基础对照组(BAS)实验0天;第二组为假手术组(Cont):实验开始时行假手术,蒸馏水5ml·kg-1·d-1灌胃;其余4组实验开始时行双侧卵巢切除术,一次性右下肢肌肉注射维生素D3针剂(6×105U/kg),以高脂乳剂(5%胆固醇、1%胆酸钠、0.5%丙基硫氧嘧啶)5ml·kg-l·d-1灌胃,分别给予蒸馏水(V.0.H组)、低剂量丹参骨宝颗粒(25mg·kg-1·d-1)混悬液(V.0.H+DSL组)、高剂量丹参骨宝颗粒(50mg·kg-1·d-1)混悬液(V.0.H+DSH组)、辛伐他汀(5mg·kg-1·d-1)混悬液(V.0.H+SIM组),共给药8周。丹参骨宝颗粒用量按相当于含1∶1的丹参素和丹酚酸B的量。
所有动物实验结束前第14d、13d各行颈部皮下注射钙黄绿素(10mg/kg),作为第1次荧光标记,在实验结束前第4d、3d各行颈部皮下注射钙黄绿素(10mg/kg)作为第2次荧光标记,以在骨表面形成绿色双荧光标志,两次荧光标记间隔时间为10d。大鼠心脏取血处死,分离血清作生化指标(总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇,钙、碱性磷酸酶、抗酒石酸酸性磷酸酶)测定;取胸主动脉,石蜡包埋,连续切片,HE染色进行形态学分析;分离右胫骨测定骨组织形态计量学;分离右股骨作骨密度测定及生物力学三点弯曲试验;左尺骨作骨成份(骨钙及羟脯氨酸)测定;取左股骨行脱钙骨免疫组化染色(测定BMP-2、MSX-2及PPARγ的表达量),HE染色(测定股骨脂肪面积)。
[结果]
1、高脂喂食加一次性大剂量维生素D(V.H)可使大鼠体重增幅减小,但无统计学意义;V.H组大鼠血清LDL-C和TC(P<0.01)明显升高,TG和HDL-C降低(P<0.01),血钙有升高趋势;大鼠动脉全层厚度增厚(P<0.01),动脉管壁内皮的完整性遭破坏,中膜明显萎缩,粥样硬化斑块内钙化明显。V.H组大鼠的骨组织变化较小,大鼠胫骨上段松质骨骨小梁结构连续,数量多,分布面积大,且骨小梁较粗大。骨小梁面积百分数、骨小梁厚度、骨小梁数目、尺骨羟脯氨酸含量、股骨近端骨密度、股骨远端骨密度、股骨全骨密度、股骨骨矿盐含量、最大载荷及断裂载荷均有下降趋势,但无统计学意义。
2、去卵巢(OVX)使大鼠体重明显增长,血清LDL-C和TC明显升高(P<0.01),TG略微升高,HDL-C明显降低(P<0.01);OVX大鼠动脉形态学变化不明显,动脉管壁有增厚的趋势,但无统计学意义;管腔圆形,内膜、中膜和外膜分界清楚,OVX使大鼠胫骨上段松质骨骨小梁数目、骨小梁厚度及面积均明显减少(P<0.01),骨小梁间隔增宽,分布松散,骨小梁分离度明显增加(P<0.01),骨钙、骨羟脯氨酸含量均明显下降(P<0.01),骨密度明显降低(P<0.01),生物力学参数:最大载荷、弹性载荷、断裂载荷均明显下降(P<0.01)。
3、OVX加上V.H(V.0.H)使大鼠体重增幅减小,与对照组相比,血清LDL-C和TC明显升高(P<0.01),而TG和HDL-C降低(P<0.01),血钙升高明显(P<0.01);动脉管壁厚度明显增厚(P<0.01),动脉管壁内皮的完整性遭破坏,中膜萎缩,粥样硬化斑块内钙化明显,胫骨上段松质骨骨小梁数目、骨小梁厚度及面积明显减少(P<0.01),骨小梁分离度明显增加(P<0.01),骨小梁间隔增宽,分布松散,骨小梁荧光减弱,骨羟脯氨酸含量明显下降(P<0.01),骨密度明显降低,最大载荷、弹性载荷、断裂载荷、刚度系数明显下降。V.0.H模型组大鼠BMP-2、MSX-2平均积分光密度显著低于对照组,分别降低了约94.6%,93.8%(P<0.01);V.0.H可以导致大鼠骨髓腔中脂肪细胞数量明显增多,PPARγ表达明显增强,对照组大鼠相比增高了约940.9%(P<0.01)。
4、丹参骨宝颗粒对V.0.H大鼠的防治作用:与模型组相比,丹参骨宝颗粒低剂量(25mg·kg-1·d-1,DSL)和高剂量(50mg·kg-1·d-1,DSH)组的总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇均明显降低(P<0.01),而对高密度脂蛋白胆固醇有明显升高作用(P<0.01);血清Ca2+含量明显降低(P<0.01),大鼠动脉形态学显示,DSL和DSH对粥样硬化斑块大小及厚度有减小趋势,但无统计学意义;钙化斑面积明显缩小(P<0.01);DSL和DSH可使血清碱性磷酸酶和血清抗酒石酸酸性磷酸酶均升高(P<0.01);DSL使羟脯氨酸含量,骨质有机质与无机质比例明显升高(P<0.01)。与模型组相比,DSL和DSH组股骨全、近端、远端骨密度及股骨骨矿盐含量(BMC)均明显升高(P<0.01);骨小梁面积百分数、骨小梁厚度、骨小梁数目均显著增加(P<0.01),而骨小梁分离度显著降低(P<0.01);最大载荷、弹性载荷、断裂载荷、刚度系数明显增高(P<0.01),DSL和DSH组BMP-2、MSX-2平均积分光密度较模型组明显增加(P<0.01),脂肪面积及PPARγ平均积分光密度较模型组明显减小(P<0.01),
5、辛伐他汀(5mg·kg-1·d-1)对V.0.H大鼠的预防作用:与模型组比较,总胆固醇;低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯均明显降低(P<0.05),高密度脂蛋白胆固醇有所增高(P<0.0?),但未达到对照组水平,改善幅度与丹参骨宝颗粒低剂量相当;模型+他汀(5mg·kg-1·d-1)组的钙化斑面积明显缩小(P<0.01);最大载荷,弹性载荷,断裂载荷,刚度系数较模型组均有所增加(P<0.05),但增加幅度没有丹参低剂量组高。大鼠股骨骨密度,骨矿盐含量,骨小梁面积、数量模型+他汀(5mg·kg-1·d-1)组较模型组有增加趋势,但无统计学意义;BMP-2、MSX-2平均积分光密度较模型组明显增加(P<0.05),脂肪面积及PPARγ平均积分光密度较模型组明显减小(P<0.01)。
[结论]
1.雌激素减少(OVX)可引起大鼠形成高转换型的骨质疏松,但不能导致动脉粥样硬化的发生,故单纯OVX不能造成大鼠骨质疏松并发动脉粥样硬化.
2.给予大剂量维生素D3造成血管壁损伤+高脂血症(V.H)可导致大鼠动脉粥样硬化的发生,但不发生骨质疏松,故单纯V.H也不能造成大鼠骨质疏松并发动脉粥样硬化。
3.OVX+V.H(V.0.H)不仅可以导致大鼠动脉粥样硬化的发生,同时能发生大鼠骨质疏松,OVX可加重V.H的血脂变化和动脉斑块钙化,故V.0.H能造成大鼠骨质疏松并发动脉粥样硬化;两次实验V.0.H均可以导致大鼠骨质疏松并发动脉粥样硬化,说明V.0.H造成骨质疏松并发动脉粥样硬化大鼠模型具有可重复性,可用于相关实验的研究。
4.V.0.H引起大鼠血脂严重紊乱,使大鼠粥样硬化斑块内钙化明显,减少大鼠松质骨骨小梁面积百分数,骨小梁厚度及骨小梁数量,增加了骨小梁分离度,降低骨形成率,降低骨密度;下调股骨BMP-2、MSX-2蛋白的表达,成骨活性降低,同时引起大鼠骨髓基质干细胞表达PPARγ蛋白显著增强,骨髓脂肪面积明显扩大。V.0.H模型可能的机制是由于去势后消除了雌激素对血管的保护作用,一次性大剂量维生素D3引起钙代谢紊乱,以及连续高脂灌胃导致血脂紊乱,三者共同作用从而诱发动脉粥样硬化的发生;同时V.0.H诱导骨髓成脂分化增多、成骨活性明显减弱,进一步导致成骨小梁骨形成减少,骨量降低;最终导致大鼠骨质疏松并发动脉粥样硬化。
5.丹参水溶性有效部位群(丹参骨宝颗粒)能有效预防V.0.H导致大鼠骨质疏松并发动脉粥样硬化,其作用表现在:改善血脂紊乱,降低血钙,减小粥样硬化斑块内钙化面积,同时能有效减弱骨髓PPARγ蛋白的表达,抑制其成脂,上调BMP-2、MSX-2在骨组织中的表达,促进成骨分化,提高骨量和骨质量。辛伐他汀虽然能改善血脂紊乱,降低血钙,减小粥样硬化斑块内钙化面积,同时能有效减弱骨髓PPARγ蛋白的表达,增加成骨活性,但其增加骨量作用不明显。结果提示丹参骨宝颗粒在防治V.0.H导致骨质疏松并发动脉粥样硬化的综合作用优于本次实验所用剂量的辛伐他汀。