骨质疏松动物模型特点的综述
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骨质疏松是一种以骨量减少，骨组织微细结构破坏，骨脆性增加和易发生骨折为特征的疾病，是老年人的常见病、多发病，日益受到人们的重视。随着人类寿命的延长和老龄化社会的到来，该病的防治已成为一个迫切的问题。在骨质疏松症的研究中，模型动物被广泛使用。正确选择和建立一个理想的骨质疏松实验动物模型，是开展骨质疏松研究工作的基础。目前可用于骨质疏松实验研究的动物主要有大鼠、小鼠、兔、羊、犬、猪、灵长类动物(除人类外)等。它们在实验研究中均有各自的优缺点。兹就目前常用的实验动物模型及其特点综述如下。
1 鼠类骨质疏松动物模型
实验用大鼠有远交和近交系两种。远交系包括Wistar Spraque-Dauley，Long-Evans，Holtzman 等品种，近交系包括ACI，Brown-Norway，Fischer 344，Lewis，Wistar-Furth等品种。常用Wistar，Holtzzman，Fischer344、SD大鼠来作骨质疏松模型。大鼠是骨质疏松研究中最常用的模型动物，与大动物相比，大鼠价廉，易于饲养；另外，大鼠能用较短的时间就能在骨建造和骨再建周期变化中达到新的平衡。大鼠的自然寿命为2~3年，成年雄性大鼠在30个月时骨骺端仍有持续生长。这种骨状态的不稳定性可能会干扰实验结果，因此大多数学者认为雄性大鼠不适合做各种成人骨骼研究的模型。而雌性大鼠在6~9个月时就进入骨生长静止期，骨骺开始封闭，10个月达峰值骨量，出现一个骨代谢相对稳定的阶段，与人类相似；切除卵巢的大鼠经给予合适的雌激素进行替代试验时并不增加骨转换和骨丢失，这与绝经后妇女对雌激素替代法的反应相一致[1]。在建立大鼠骨质疏松模型的方法研究上，有双侧卵巢切除法(去势法)、维甲酸法、糖皮质激素诱导法、营养法、人工法等。其中双侧卵巢切除法最常用。成年雌性大鼠有一个规则的期，期动物体内雌二醇水平处于峰值，每4 d有18 h峰值时间，在15个月后骨折发生较多，并且观察到松质骨有一些骨丢失现象，当不出现雌二醇的峰值时标志“绝经”，松质骨骨丢失发生加快。雌性大鼠的卵巢切除后，松质骨的骨量减少，骨强度下降，某些部位骨丢失现象加快，这种骨丢失是伴随骨转换增强而进行的，这种特性类似于人正常绝经时高转换型骨质疏松发生的骨丢失状态：另外，手术后雌性大鼠在骨质疏松性骨折和骨量减少部位上，也表现出与人类很大的相似性[2]。切除卵巢的大鼠经合适的雌激素进行替代治疗时并不增加骨转换和骨丢失，这与绝经后妇女对雌激素替代法的反应相一致，因此在一般情况下，双侧卵巢切除法制成的动物模型以橙质骨丢失为主，为高转换型的骨质疏松症，与临床绝经后骨质疏松极为相似。此模型成功率高稳定可靠，适用范围广，一般以6~12月龄大鼠最好。维甲酸是维生素A的衍生物，是治疗白血病的药物，它对骨代谢有明显影响，高剂量维甲酸可以有效地拮抗饲料中钙对骨丢失的补偿作用。维甲酸法因其制作模型所需时间短， 在国内中药开发研究中被普遍采用。虽然在病因上与人类骨质疏松不同，但此模型在发病症状、组织形态学表现以及对雌激素的骨反应上与人类有较大的相似性，是大鼠急性骨质疏松的有用造模方法与双侧卵巢切除模型相比较，摘除卵巢模型的不足之处为创伤性且所需时间较长(通常需3个月以上)。 糖皮质激素诱导法对研究人类糖皮质激素引起的继发性骨质疏松症有积极意义 。目前研究发现由于糖皮质激素可致肌肉、结缔组织、淋巴组织退化，使动物体质量迅速降低，适用范围相对较小而在体育锻炼与骨质疏松关系的研究中能获得满意效果。营养法是通过对大鼠的钙、磷进行控制来制作骨质疏松症动物模型的一种简单方法。有研究表明，采用高蛋白低钙饲养20周后可取得较好的骨质疏松症模型[3]，但目前单独应用营养法制作骨质疏松大鼠模型的不多，往往是作为一种辅助方法，比如和去势法相结合制作骨质疏松模型[4]。大鼠废用性骨质疏松模型也较常用，其目的是将动物的实验部位制动，影响其骨代谢，造成骨质疏松，常用方法有：机械固定法，悬吊法，腱切除法，坐骨神经切除法等；废用性骨质疏松动物模型对防治瘫痪、骨折、术后长期卧床的患者及航空人员出现的骨质疏松有重要意义[5]。秦林林等[6]对2月龄、3月龄及4月龄的Wistar雌性大鼠进行研究，发现3月龄雌性大鼠去卵巢后约50天骨质疏松模型即形成。韦永中等[7]对3月龄、6月龄及12月龄SD雌性大鼠骨丢失进行研究，认为绝经后骨质疏松模型复制大鼠的年龄以6月龄为佳，3~6月龄亦可，12月龄以后不宜选择。一般认为，复制绝经后妇女的骨质疏松模型应选择6~9月龄的雌性大鼠，行双卵巢切除后3个月可形成骨质疏松的模型；复制老年大鼠骨质疏松的模型应选择16~21月龄的雌性大鼠。
小鼠是医学实验中用途最广泛和最常用的动物。但能够验证小鼠做为骨质疏松研究模型的数据较少。少数研究提示，其骨量变化与大鼠相似。采用小鼠进行骨代谢遗传因素的研究了解特殊骨骼类型与遗传基因的联系；或是导入目的基因或敲除目的基因，观察其表型特征和病理变化，是目前骨质疏松研究领域中最感兴趣的课题之一[8]。Kalu等[9]比较C3H/HeJ和C57BL/6J小鼠后，认为C57BL/6J去卵巢小鼠适宜用于研究绝经后妇女肠内钙吸收不良。SAM/P6是一种衰老加速的小鼠，老化较正常小鼠快，具有低峰值骨量和中老年时易发生骨折的特点，是目前唯一证实可随年龄出现脆性骨折的动物。这些研究发现将增加小鼠在骨质疏松动物模型中的运用，能够在骨质疏松领域中解决新的问题。
2 犬类骨质疏松动物模型
狗性情温和驯良，体型大小适中，易于饲养管理；可以做多次髂骨活检和抽取较大量的血标本，便于反复、长期观察，骨骼可以接受人工装置的植入，胃肠系统与人相似。与其他的动物相比，狗最大的优势在于皮质骨具有Haversian系统，而且其骨代谢和骨结构特征、松质骨与皮质骨的比率、Haversian系统及松质骨重建的形态学与人相似，仅其重建的速率比人类稍快，去狗有类似人类骨吸收大于骨形成的改变。骨量丢失在切除卵巢和子宫的狗只是一个暂时现象，不能促使骨质疏松的发生，因此卵巢切除模型有争议。目前比较肯定的是，应用狗研究废用性骨质疏松较为成功，而不适用于骨代谢研究[10]。
3 家兔骨质疏松动物模型
家兔是一种很好的骨质疏松研究模型。其自然寿命为4~6年，性成熟期为5~8个月，1年以上达老年。繁殖率高，容易饲养管理。骨转化快，性腺发育6个月左右，骨骼即发育成熟。成年兔有Haversian重建活性，可用作合成代谢药物对松质骨及Haversian系统重建作用的研究[11]，耳缘取血方便，便于长期动态观察，骺板多钙化并消失，与人类相似。用于研究睾酮及雌激素对生长发育过程中BMD的影响，或卵巢切除后，糖皮质激素及肝素诱导OP动物模型。方忠、杨琴等[12]的研究表明，5月龄雌兔，双侧卵巢切除6个月后，家兔的BMD明显降低，骨代谢指标TRAP-5b、BALP及BGP明显增高。生物力学检测中的弯曲强度、比例载荷、最大挠度和弯曲破坏载荷明显下降。骨组织形态计量学显示，骨质丢失明显增加(BV/TV％下降，Tb.N减少，Tb.sp变宽)，骨小梁形成明显减少(OS/BS及MAR均增多)，骨吸收明显升高(ES/BS、Oc．No/Tb．Pm升高)。但因兔的松质骨含量少，给骨计量学检测带来一定困难[13]。
4 猪骨质疏松动物模型
农家猪体质量体型巨大，管理饲养困难，不适合作医学研究。用于作骨质疏松模型的猪大都采用小型猪，品种主要有Sinclair、 Hartford、Homel、Yucatan、Vietnamese-Pot-Belled、中国贵州小猪等。其体积小、占用空间少，易于实验操作管理。小猪作为骨质疏松模型有如下优点：①有连续的周期，与人相似，每次18~21 d；②有层状骨、骨小梁和骨皮质重建，与人相似，其内量重，骨小梁网比人致密；③骨骼大，足以接受人工装置的植人，可以多次采活检，多次取血标本；④杂食动物是人体消化道功能最佳模型。不足之处是：①小型猪昂贵，有些地区买不到；②卵巢子宫切除手术比狗更困难，因为子宫的血管更容易破裂。
5 羊骨质疏松动物模型
羊是一种有潜力的骨质疏松模型动物[14]。羊温顺，容易圈养和处置，可长期提供实验所需的大量血液和骨组织活检标本；另外雌性成年羊具有自动排卵以及与成年妇女相似的排卵周期，但没有自然绝经期。羊的一个明显缺点是其与人类相异的胃肠道系统，为反刍类动物，不适合口服给药。目前以绵羊作为研究骨质疏松的动物模型不多，但近年来研究发现，年老的绵羊(7~9岁)可见Haversian系统的重建，首先在股骨的尾部，其次在肱骨和桡骨的骨干部分[15]。Turner等[16]用年轻的绵羊切除卵巢，术后180天观察到骨小梁容积和厚度明显降低。另外，研究表明，山羊亦可成功作为骨质疏松动物模型，Fini等[17]观察去卵巢手术后12个月和24个月的山羊发现，12个月时，在扫描电子显微镜下看到骨小梁间隙增大，骨组织被脂肪组织替代；24个月时，这种现象更明显。何成明等[18]观察雌性山羊切除双侧卵巢后，随着实验时间从0．5~1．5年，其骨质疏松的程度逐渐加深，认为切除双侧卵巢的山羊是一种有效的研究绝经后骨质疏松的中等大小动物模型。
6 灵长类骨质疏松动物模型
与其他动物相比，灵长类动物用作骨质疏松动物模型具有突出优势：身体保持直立位，骨生物力学特性与人类极为相似；消化道、内分泌系统、骨代谢最接近人类；具有Haversian和松质骨重建活性；存在增龄性和制动性骨丢失；更为重要的是，有与人类女性相似的月经周期、动情周期和绝经，卵巢功能停止后骨矿密度降低、骨丢失速率等骨反应与经绝期后妇女的情况相似[19]，但是要作为绝经后的骨质疏松模型，雌性灵长类的年龄必须足够大，Cynomolgus猴9岁以后才能达到骨量峰值，而很多研究采用4~7岁的猴作卵巢切除术。因此，骨骼未成熟的灵长类在卵巢切除后似乎是一种不适当的模型。但是要找到老龄化的雌性灵长类很困难并且代价太高。由于费用昂贵，饲养管理条件要求高，操作危险，实验周期长；不可避免地携带或传播动物源性传染病等极大地限制了它们的应用；其次还有动物保护和环境保护等因素。
综上所述，用于骨质疏松症模型动物模型首先应该考虑的是模型应与人类骨质疏松的临床症状及组织行为相似，但要求某种动物模型在各个方面完全与人类骨质疏松症的临床表现一致是很困难的，因此动物模型根据研究的不同，侧重表现其某一阶段、某些症状或一些病理生理变化，作为观察特定阶段和指征的病理模型是较为可行的方法。目前鼠类骨质疏松模型应用最广泛、今后更多的研究将转向以绵羊和小型猪作为骨质疏松模型，因为它们有很多优点。少数研究者试探着用灵长类作模型，但它们的应用限制太多，几乎不大现实，随着研究的深入和新技术的出现，对骨质疏松动物模型的复制方法、观察指标和研究领域也将不断发展。随着老龄化社会的到来，和骨质疏松症越来越被重视，现有骨质疏松模型的采用将会不断增加，新的模型将不断出现，骨质疏松症的治疗方法也将不断改进。
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