非靶向代謝組學(xué)研究骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植對卵巢切除

客戶論文發(fā)表 | 非靶向代謝組學(xué)研究骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植對卵巢切除所致小鼠骨質(zhì)疏松的保護(hù)作用
文獻(xiàn)信息

近日，昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科、昆明市第一人民醫(yī)院等單位的研究成果“Untargeted Metabolomics Reveal the Protective Effect of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cell Transplantation Against Ovariectomy-Induced Osteoporosis in Mice（非靶向代謝組學(xué)研究骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植對卵巢切除所致小鼠骨質(zhì)疏松的保護(hù)作用）在雜志Cell Transplantation上發(fā)表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了重要的小鼠股骨圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為何飛，共同第一作者為王偉舟、王旸昊。

文獻(xiàn)背景：

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植（BMSCT）是一種潛在的骨質(zhì)疏松癥治療方法，能夠促進(jìn)骨組織修復(fù)。BMSCT具有骨誘導(dǎo)作用和調(diào)節(jié)微環(huán)境代謝的能力；然而，其在雌激素水平降低導(dǎo)致骨丟失中的作用和機(jī)制尚不清楚。本研究評估了BMSCT對卵巢切除（OVX）誘導(dǎo)的小鼠骨質(zhì)疏松癥的影響，并對骨組織進(jìn)行了液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）代謝組學(xué)研究，以確定潛在的代謝分子標(biāo)記。結(jié)果表明，BMSCT可減少OVX誘導(dǎo)的小鼠骨丟失，同時改善小鼠股骨的力學(xué)性能，增加外周血成骨標(biāo)志物的表達(dá)。在代謝組學(xué)研究中，篩選出18種代謝物作為BMSCT抗骨質(zhì)疏松作用的潛在生物標(biāo)志物。這些代謝產(chǎn)物主要參與花生四烯酸代謝、�；撬岷痛闻；撬岽�謝以及戊糖和葡萄糖醛酸的相互轉(zhuǎn)化�？偟膩碚f，這些結(jié)果說明了代謝產(chǎn)物與骨質(zhì)疏松癥發(fā)展的潛在機(jī)制之間的相關(guān)性，對于理解外源性骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）在骨質(zhì)疏松癥治療中的作用和機(jī)制非常重要。本研究為BMSCs作為骨質(zhì)疏松癥治療策略的研究奠定了基礎(chǔ)。

實驗方法：

小鼠卵巢切除術(shù)

小鼠卵巢切除模型參考了之前的研究。C57BL /6小鼠購自昆明醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心。納入標(biāo)準(zhǔn)：12周齡C57BL /6只雌性小鼠（體重24±3 g，比例均勻，個體存活）。排除標(biāo)準(zhǔn)：雄性、非12周齡、12周齡體重不達(dá)標(biāo)或懷孕雌性小鼠。退出標(biāo)準(zhǔn)：OVX或骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植（BMSCT）后狀態(tài)不佳，死亡小鼠。小鼠在標(biāo)準(zhǔn)條件下飼養(yǎng)（光照12小時，黑暗12小時，溫度18–22℃，濕度55%±5%）。他們被喂食標(biāo)準(zhǔn)的老鼠飲食，并隨意喝水。

作者按照小鼠體重的順序?qū)ζ溥M(jìn)行編號，并使用隨機(jī)化工具將其隨機(jī)分為三組：假手術(shù)組、OVX組和BMSCT組，每組12只小鼠。用3%戊巴比妥鈉腹腔麻醉小鼠。在一個全身麻醉的模型中，將小鼠俯臥固定在無菌動物手術(shù)臺上。通過雙側(cè)背側(cè)入口，雙側(cè)卵巢、卵巢囊和部分輸卵管（包括組織）被移除、縫合并重新消毒。假手術(shù)組的手術(shù)程序和治療與OVX組相同，但僅暴露卵巢，并去除卵巢附近的少量脂肪團(tuán)。在手術(shù)期間和手術(shù)后，將老鼠放在小動物保暖毯上，直到它們醒來。術(shù)后，動物接受卡普洛芬（5毫克/千克）腹腔注射3天，作為術(shù)后止痛劑。術(shù)后第7天和第21天， 3組小鼠通過尾靜脈向每只小鼠注入1×106個BMSCs，而假手術(shù)組和OVX組小鼠則注入200μl PBS。術(shù)后第35天，通過頸椎脫位處死所有小鼠，抽取心血并獲取血清。雙側(cè)股骨取自小鼠。

Micro-CT分析

小動物高分辨率成像計算機(jī)斷層掃描（CT）系統(tǒng)（NEMO，中國江蘇省昆山市平生醫(yī)療科技有限公司）用于掃描和分析小鼠股骨。CT重建算法為FDK，CT視野為15 mm，像素大小為0.0146 mm，切片厚度為0.025 mm。重建掃描數(shù)據(jù)后，選擇感興趣的區(qū)域分析骨小梁和骨皮質(zhì)。使用Avatar3軟件進(jìn)行分析。以股骨近端生長板為參考點，選擇干骺端區(qū)域。測量骨小梁的骨體積密度（BV /TV）、數(shù)量（N）、厚度（Th）和骨密度（BMD）。然后選擇股骨中段，測量股骨皮質(zhì)骨（Ct）的骨密度、Th、骨體積（BV）和骨面積與總面積比（Ar/Tt.Ar）。

實驗結(jié)果：

對股骨遠(yuǎn)端小梁和皮質(zhì)骨進(jìn)行三維重建（3D）并進(jìn)行定量分析（圖2C，D）。定量分析的結(jié)果表明，與OVX組相比， BMSCT組股骨組織的BV /TV（P=0.0152），Tb.N（P=0.0089），Tb.BMD（P=0.0086），Ct.BMD（P=0.0297），Ct.BV（P=0.0096），Ct.Th（P=0.0451）和Ct.Ar /Tt.Ar顯著高于OVX組[BV /TV（P=0.026）、Tb.N（P=0.0205）、Tb.BMD（P=0.0298）、Ct.BMD（P=0.043）、Ct.BV（P=0.0413）和Ct.Th（P=0.0243）]

卵巢切除35天后股骨組織的形態(tài)學(xué)和影像學(xué)分析。（A） 各組股骨切片，用Masson、Oil Red O, 和Trap染色。（B） 股骨組織病理切片的定量分析。（C） 每組股骨的顯微CT掃描和三維重建。（D） 基于顯微CT掃描的股骨松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨量量化。BMSCT:骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植；Nb.S/BS：每個骨表面的新骨表面；FatS \/BS：每個骨表面的脂肪表面；Oc.S /BS：每個骨表面的破骨細(xì)胞表面；Ct.ar/Tt.ar: 皮質(zhì)骨面積與總面積之比；Ct.BMD：皮質(zhì)骨密度；Ct.BV：皮質(zhì)骨體積；CT.Th：皮質(zhì)骨厚度；OVX：卵巢切除術(shù)；Tb.BV /TV：小梁骨體積密度；Tb.N:小梁數(shù)；Tb.BMD：小梁骨密度*P<0.05，**P<0.01，****P<0.0001，ns≥ 0.05 vs OVX。

文獻(xiàn)結(jié)論：

本研究基于LC-MS的非靶向代謝組學(xué)和多變量數(shù)據(jù)分析方法，研究了BMSCT對OVX誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥的保護(hù)作用。此外，影像學(xué)、血清學(xué)和生物力學(xué)分析證實了BMSCT對骨質(zhì)疏松癥的保護(hù)作用。從小鼠股骨組織的代謝組學(xué)研究中，共篩選出18種潛在的生物標(biāo)志物和10條相關(guān)的代謝途徑。作者的研究表明，基于代謝組學(xué)LC­MS和多變量分析的方法可以反映干細(xì)胞移植治療的調(diào)節(jié)機(jī)制，使該方法成為評估骨質(zhì)疏松癥治療療效的一個有希望的工具。

使用設(shè)備：

Micro CT（型號：NEMO）（平生醫(yī)療科技）

影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）