客戶論文發表 | 非靶向代謝組學研究骨髓間充質干細胞移植對卵巢切除所致小鼠骨質疏松的保護作用
文獻信息

近日，昆明醫科大學第一附屬醫院骨科、昆明市第一人民醫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（非靶向代謝組學研究骨髓間充質干細胞移植對卵巢切除所致小鼠骨質疏松的保護作用）在雜志Cell Transplantation上發表。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。

文獻背景：

骨髓間充質干細胞移植（BMSCT）是一種潛在的骨質疏松癥治療方法，能夠促進骨組織修復。BMSCT具有骨誘導作用和調節微環境代謝的能力；然而，其在雌激素水平降低導致骨丟失中的作用和機制尚不清楚。本研究評估了BMSCT對卵巢切除（OVX）誘導的小鼠骨質疏松癥的影響，并對骨組織進行了液相色譜-質譜（LC-MS）代謝組學研究，以確定潛在的代謝分子標記。結果表明，BMSCT可減少OVX誘導的小鼠骨丟失，同時改善小鼠股骨的力學性能，增加外周血成骨標志物的表達。在代謝組學研究中，篩選出18種代謝物作為BMSCT抗骨質疏松作用的潛在生物標志物。這些代謝產物主要參與花生四烯酸代謝、牛磺酸和次牛磺酸代謝以及戊糖和葡萄糖醛酸的相互轉化。總的來說，這些結果說明了代謝產物與骨質疏松癥發展的潛在機制之間的相關性，對于理解外源性骨髓間充質干細胞（BMSCs）在骨質疏松癥治療中的作用和機制非常重要。本研究為BMSCs作為骨質疏松癥治療策略的研究奠定了基礎。

實驗方法：

小鼠卵巢切除術

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

作者按照小鼠體重的順序對其進行編號，并使用隨機化工具將其隨機分為三組：假手術組、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臺上。通過雙側背側入口，雙側卵巢、卵巢囊和部分輸卵管（包括組織）被移除、縫合并重新消毒。假手術組的手術程序和治療與OVX組相同，但僅暴露卵巢，并去除卵巢附近的少量脂肪團。在手術期間和手術后，將老鼠放在小動物保暖毯上，直到它們醒來。術后，動物接受卡普洛芬（5毫克/千克）腹腔注射3天，作為術后止痛劑。術后第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，而假手術組和OVX組小鼠則注入200μl PBS。術后第35天，通過頸椎脫位處死所有小鼠，抽取心血并獲取血清。雙側股骨取自小鼠。

Micro-CT分析

小動物高分辨率成像計算機斷層掃描（CT）系統（NEMO，中國江蘇省昆山市平生醫療科技有限公司）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。重建掃描數據后，選擇感興趣的區域分析骨小梁和骨皮質。使用Avatar3軟件進行分析。以股骨近端生長板為參考點，選擇干骺端區域。測量骨小梁的骨體積密度（BV /TV）、數量（N）、厚度（Th）和骨密度（BMD）。然后選擇股骨中段，測量股骨皮質骨（Ct）的骨密度、Th、骨體積（BV）和骨面積與總面積比（Ar/Tt.Ar）。

實驗結果：

對股骨遠端小梁和皮質骨進行三維重建（3D）并進行定量分析（圖2C，D）。定量分析的結果表明，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學和影像學分析。（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掃描的股骨松質骨和皮質骨量量化。BMSCT:骨髓間充質干細胞移植；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胞表面；Ct.ar/Tt.ar: 皮質骨面積與總面積之比；Ct.BMD：皮質骨密度；Ct.BV：皮質骨體積；CT.Th：皮質骨厚度；OVX：卵巢切除術；Tb.BV /TV：小梁骨體積密度；Tb.N:小梁數；Tb.BMD：小梁骨密度*P<0.05，**P<0.01，****P<0.0001，ns≥ 0.05 vs OVX。

文獻結論：

本研究基于LC-MS的非靶向代謝組學和多變量數據分析方法，研究了BMSCT對OVX誘導的骨質疏松癥的保護作用。此外，影像學、血清學和生物力學分析證實了BMSCT對骨質疏松癥的保護作用。從小鼠股骨組織的代謝組學研究中，共篩選出18種潛在的生物標志物和10條相關的代謝途徑。作者的研究表明，基于代謝組學LC­MS和多變量分析的方法可以反映干細胞移植治療的調節機制，使該方法成為評估骨質疏松癥治療療效的一個有希望的工具。

使用設備：

Micro CT（型號：NEMO）（平生醫療科技）

影像軟件：Avatar（平生醫療科技）