关于中医防治骨质疏松症研究中动物模型的选用

付小卫，宋长恒，王如然，刘梅洁，王 莹，周晟芳

(1.陕西中医学院中西医临床医学院，陕西 咸阳 712046;2.中国中医科学院中医基础理论研究所，北京 100700;3.中国中医科学院广安门医院南区，北京 102618)

骨质疏松症(osteoporosis，OP)是以骨量减少(osteopenia)、骨的微观结构退化、导致骨脆性增加、易发生骨折为特征的一种全身代谢性骨病(2001年世界卫生组织提出)。OP是一个具有显著病理生理、社会心理和经济后果的健康问题，它的严重后果是发生脆性骨折(即在受到轻微创伤或日常活动中就可发生骨折)，从而大大增加了老年人的病残率和死亡率。随着我国人口老龄化趋势日益加剧，其发病率在不断上升，这就迫切要求对其发病机制、药物作用机理有深入认识，从而提出更新、更科学的防治方法和手段。这一切都需要医药科研人员付出艰辛的努力。

近20年来，我国中医药科研工作者也致力于OP的病因病机、单味或复方中草药作用机制及新药开发的科学研究，取得了一定成绩，积累了不少经验。动物模型作为科研的重要手段，有着无可替代的作用。本文就目前中医药科学研究中OP模型动物的选用进行探讨。

1 选用原则

在选用模型动物时首先应考虑以下几个方面［1］:(1)与人的机能、代谢、结构及疾病特点相似;(2)遗传稳定;(3)遗传背景明确;(4)资料完整便于交流，结果可靠;(5)动物经济、易饲养、操作简便;(6)符合伦理学标准和国际规范。另外，还需根据实验研究的目的以及不同动物种属与人类骨的生物代谢特征选用适合的实验动物。

2 动物种类

2.1 非人类灵长类

啮齿目动物是最适合作为OP研究的实验动物，常用的有恒河猴、猕猴等。此类动物是人类的近属动物，身体多保持直立位，其组织结构、生理和代谢功能等方面同人类相似，尤其是在其动情周期、月经现象、骨生物力学特性和骨组织代谢等方面与人类极为相似，因而其作为OP模型动物的价值远非其他动物所能比拟。Colman R.J.等［2］研究指出，雄性恒河猴峰值骨密度在10岁左右出现，增龄性骨组织改变和骨代谢激素改变与人类相似，适合作为老年性骨质疏松模型动物。然而，选用此类动物也存在以下不利因素:(1)饲养困难;(2)费用昂贵;(3)驯养条件高;(4)实验操作难度大;(5)实验周期长;⑥易感染疾病。

2.2 啮齿目动物

啮齿目动物是最常用于OP研究的实验动物，常用的实验动物有大鼠(主要是 SD和 Wistar大鼠)、小鼠等。此类动物廉价、易饲养，是易于得到的特殊基因型的品系。但因其无皮质骨的哈佛管骨重建现象，故不能用来观察皮质骨的变化［3］。

大鼠的自然寿命为2～3年，性成熟期2～3个月，是建立OP模型应用最广泛的动物。它的骨松质分布及骨重建功能和人类相似，也会出现增龄性骨量丢失。雌性去势大鼠(OVX)术后出现高骨转化率、肠钙吸收下降等。雌性大鼠在6～9个月骨骺开始闭合，进入与人类相似的骨代谢相对稳定的骨生长静止期，10个月达到峰值骨量，较雄性大鼠骨生长静止期时间早，有利于实验时机和周期的把握。目前OP研究中已经有了完备的大鼠骨组织形态及形态计量学、生物力学及骨密度等研究方法，通过这些方法已能建立各种成熟的OP模型［4］。

小鼠虽然是医学实验中用途最广泛和最常用的动物，但由于其可采集的血量少、骨标本少等，少有报道其作为OP模型动物。骨质疏松症的遗传学研究是骨生物学研究中最活跃的领域之一，因小鼠的基因易于调控，采用基因敲除或转基因的方法对其进行骨代谢遗传因素的研究，观察其骨骼生理和病理变化，不仅有利于更好地了解OP的发病机制，也有利于更好地寻找该疾病诊断、预防和治疗的方法。Kalu等［5］研究发现，C57BL去卵巢小鼠适宜用于研究绝经后妇女肠内钙吸收不良。日本Jackson实验室培育的SAM/P6小鼠，具有比正常小鼠老化快的特点，可出现增龄性骨质疏松和脆性骨折，是老年性骨质疏松症研究的良好模型动物［6］。

2.3 兔形目

研究表明，兔比鼠更接近人类，因而近年来兔作为OP模型动物逐渐受到研究者的青睐。兔的自然寿命为4～6年，性成熟期为5～8个月，1年以上达老年。选用兔作为OP模型动物的优势主要有:①性情温顺，大小适当，繁殖力强，价廉易得，便于管理;②易于从耳缘静脉取血，适合长期动态观察;④骨组织发育、代谢与人类相似，兔适宜建立卵巢切除后、糖皮质激素及肝素等诱导的 OP模型。杨霞等［7］通过观察新西兰纯种雌性大白兔去势5～8个月后骨密度、体重、毛色及生长状况，处死后取骨作生物力学测定及病理组织学检查等，认为5月龄兔去势后各项指标均较1年龄明显，术后半年OP模型即可基本建立。

2.4 食肉目

比格犬(又名小猎兔犬)是公认的实验用犬，是可靠的 OP模型动物［8］。其优势在于:(1)属小型犬，温驯易捕，亲近人，对环境适应能力强，抗病力强;(2)杂食性动物，胃肠系统及钙磷代谢方面与人相似;(3)皮质骨与松质骨的比例与人骨相似;(4)哈佛单位和松质骨重建与人形态相似;(5)可做多次骨活检，便于反复、长期观察。但比格犬在1年中仅有2次发情期(春、秋天)，骨组织生长代谢对雌激素的依赖性相对较小，特别是其卵巢和子宫切除并不足以引起明显的骨丢失，这些都限制了其作为OP模型动物进行实验研究。

2.5 偶蹄目

常用的有小型猪和绵羊、山羊。(1)小型猪:上世纪50年代培育的小型猪已成为具有广泛应用前景的实验动物［9］。它的一般生物学特性与普通家猪基本相同，只是成年体重较轻(6月龄约30kg，微型猪最小约15 kg)更便于实验操作。小型猪之所以可选用为OP模型动物，是因其具有与人相似的连续发情周期(每次18～21d);骨骼发育及矿物质代谢与人颇为相似;骨骼大，足以接受人工装置的植入;可多次取血、采活检;性格温顺，易于调教。小型猪是杂食性动物，有与人类相似的胃肠道结构，因而也是人体消化道功能的最佳模型［10，11］;②绵羊和山羊:羊是作为OP模型极具潜力的实验动物。绵羊性情温顺、容易圈养和处置，相对较便宜，体型较大，能大量取血、尿标本和骨组织活检标本;共髂嵴与人相似，便于安装人工植入体，氟化物在骨的沉积和对骨细胞的毒性反应方面与人类相似;发情期14～21d，自发性排卵、激素分泌情况与女性相似;7～9岁年老绵羊依次在股骨的尾部、肱骨和桡骨的骨干发生哈佛系统的重建［12］。作为 OP模型，山羊与绵羊有许多相似的之处，已被证明是合适的OP模型动物。但应注意的是，羊是反刍类动物，胃肠道系统与人不同，不适合于口服给药，需要时可采取建立胃瘘管。

2.6 其他

目前以鸟类、马、牛等动物作为OP模型动物的报道极少。

在中医药科研中，选用人体作为实验对象进行研究，无论从道义还是方法上都受到不少限制，困难重重，因而绝大部分实验要用实验动物进行。一个科学合理的实验动物模型是进行疾病相关研究的关键，否则将会把医学科学研究引入歧途，得出错误的结论。目前，在中医药研究OP动物实验中，常选用非人类灵长类动物及大、小鼠、兔、犬、羊、猪等作为模型动物。但无论哪种实验动物，在OP科研中都有各自的优点和不足，加之人类OP本身是一种渐进的、慢性的、多因素致病的骨代谢综合征，至今还没有任何一种实验动物能够达到完全理想的模拟效果。因而，中医药科研工作者应该根据所研究目的不同，充分考虑各种实验动物骨的生物代谢特点，尽量选择与人相似度高、重复性好、经济易行的实验动物制作OP模型。

［1］ 崔燎，吴铁.骨质疏松药理学动物实验与图谱［M］.北京:科学出版社，2011:64-69.

［2］ Colman RJ，Lane MA，Binkley N，et al.Skeletal effects of aging in male rhesus monkeys［J］.Bone，1999，24(1):17-23.

［3］ Thompson DD，Simmons HA，Pirie CM.FDA guidelines and animal models for osteoporosis［J］.Bone，1995，17:125-133.

［4］ Ikeda S，Tsurukami H，Ito M，et al.Effect of trabecular bone contour on ultimate strength of lumbar vertebra after bilateral ovariectomy in rats［J］.Bone，2001，28(6):625-633.

［5］ Kalu DN， Chen C. Ovariectomized murine model of postmenopausal calcium malabsorption［J］.J Bone Miner Res，1999，14:593-601.

［6］ Manolagas SC.Birth and death of bone cells:basic regulatory mechanisms and implications for the pathogenesis and treatment of osteoporosis［J］.Endocr Rev，2000，21(2):115-137.

［7］ 杨霞，蔡桂英，魏跺，等.去势兔骨质疏松模型建立的初探［J］.生物医学工程学杂志，1997，14(4):353-358.

［8］ Branemark R，Ohrnell LO，Skala R，et al.Biomechanical characterization of osteointegration:an experimental in vivo investigation in the beagle dog［J］.J Orthop Res，1998，16(1):61-69

［9］ Kraeling RR，Barb CR，Rampacek GB，et al.Luteinizing hormone response to controlled-release deslorelin in estradiol benzoate primed ovariectomized gilts［J］.Theriogenology，2000，53(9):1681-1689.

［10］ 刘和娣，李星海，佟晓旭，等.地塞米松与维甲酸致大鼠骨质疏松动物模型的比较［J］.中国病理生理杂志，2004，20(4):697-699.

［11］ Bellino FL.Nonprimate animal models of menopause:workshop report［J］.Menopause，2000，7(1):14-24.

［12］ Kimmel DB.Animal model for in vivo experimentation in osteoporosis research.CI.In:Marcus R，Feldman K，Kelsey Jeds.Osteoporosis［J］.New York:Academic Press，1996，671-696.