收藏！骨质疏松症动物模型全解析——从去卵巢到基因工程，6大造模方法一文掌握

1. 骨质疏松症是什么？

骨质疏松症（Osteoporosis, OP）是好发于中老年人的全身性骨骼代谢性疾病，核心特征是低骨量和骨组织微结构破坏，导致骨质脆性增加、容易骨折。

常见症状：疼痛（尤其腰背痛）、身高变矮、驼背，严重时发生骨折甚至诱发死亡。

分型：按病因分两大类

• · 原发性OP（约占80%）：包括绝经后OP（Ⅰ型）、老年性OP（Ⅱ型）和特发性OP（含青少年型）。

• · 继发性OP：继发于其他全身性或内分泌代谢性疾病。

因此，该病可发生于不同性别和任何年龄，但多见于绝经后妇女和老年男性。

发病机制：骨重塑失衡

骨质疏松的核心机制是骨重塑（Bone remodeling）过程紊乱。

人体骨骼组织中有两类细胞负责骨质的"拆建平衡"：

• 成骨细胞：负责制造新骨质

• 破骨细胞：负责破坏老骨质

正常情况下，这两种细胞处于动态平衡。如果破骨细胞过度活跃，骨质破坏速度超过重建速度，就会引发骨质疏松。

2.常用的6大骨质疏松动物模型

2.模型一：去卵巢骨质疏松模型——绝经后OP的金标准

• 原理与历史：1969年，Saville通过手术切除雌性大鼠卵巢，首次建立绝经后骨质疏松动物模型。与妇女绝经后OP相似，雌性大鼠切除卵巢后会出现骨量减少、骨强度下降、骨丢失加快等症状。

• 为什么是金标准？成功率高、重复性好、适用范围广，被国际学界公认为绝经后骨质疏松症造模的金标准。

• 南模方案：南模生物采用双侧卵巢摘除术（OVX），已构建稳定的大鼠和小鼠骨质疏松症模型，可用于发病机制研究、治疗方法开发与药物筛选。

案例展示：

图3. 去卵巢大鼠骨质疏松模型的骨密度和骨组织形态分析

雌性SD大鼠卵巢切除10周后：

股骨离体扫描：OVX组骨小梁明显减少

定量分析：Tb.N（骨小梁数目）↓、Tb.Th（骨小梁厚度）↓、Tb.Sp（骨小梁分离度）↑

H&E染色：股骨远端骨髓腔内骨小梁显著减少

图4. 去卵巢小鼠骨质疏松模型的骨密度和骨组织形态分析

雌性Balb/c小鼠双侧卵巢摘除9周后：

• 骨体积百分数、骨小梁数量显著减少

• 骨小梁分离度显著增加

• 皮质骨面积占比、骨密度（总体、皮质骨、骨小梁）均下降

• 骨小梁连接度、厚度及皮质骨厚度减少

• H&E染色：股骨远端骨髓腔内骨小梁明显减少

模型二：老年性骨质疏松模型——增龄性骨折的"活标本"

• 定义：老年性骨质疏松症是由年龄老化引起的OP。

• 经典模型：SAMP6小鼠。SAMP6是目前唯一能证明增龄性骨脆性骨折的动物模型。它在4月龄时骨量达到峰值，之后骨量逐渐丢失，且雌雄之间无差异，与老年性OP患者的病理变化高度相似。

模型三：糖皮质激素诱导的骨质疏松模型——继发性OP的代表

• 临床意义：糖皮质激素所致OP的发病率仅次于绝经后OP和老年性OP，因此该模型对研究人类继发性骨质疏松症具有重要意义。

• 常用药物：地塞米松、泼尼松龙

• 关键要点：造模时必须把握好剂量，既要有效引起骨量丢失，又不能因免疫抑制过强导致动物死亡。

图5. 糖皮质激素诱导的骨质疏松症初始阶段的骨重塑

模型四：失用性骨质疏松模型——"躺平"后的骨流失

• 定义：失用性骨质疏松是由于运动能力受限或功能障碍引起的骨代谢障碍，多由失重状态、长期卧床或制动等因素导致。

• 常用建模方法：足切除法、尾悬吊法、坐骨神经切除法

• 应用价值：这些模型为临床失用性骨质疏松的治疗和预防提供了很好的试验材料。

模型五：营养性骨质疏松模型——膳食不均的后果

• 原理：通过限制饮食中钙、蛋白质、维生素D等的摄入，复制营养缺乏型骨质疏松。

• 应用场景：主要用于骨质疏松的营养疗法研究，以及日常膳食不均引起OP的发病机制研究。

• 局限：饲料配方复杂、影响因素多，难以普及推广。

模型六：基因工程法诱导的骨质疏松模型——精准靶向的新选择

基因工程法是指通过基因编辑技术将外源性基因插入动物基因组，或对动物自身基因进行突变、敲除、过表达等，使动物具有骨质疏松特性。常用动物有小鼠和斑马鱼。

两种研究方向：

• 基因+去势组合：探究目的基因对OP的影响，助力临床新疗法研发

• 纯基因操作：探究目的基因敲除或过表达对骨骼系统的影响，揭示OP发病机制

图6. 在骨形成调控中起重要作用的基因和途径

关键靶基因：现有研究表明，至少有100种基因参与骨质疏松的发生或发展，包括OPG、RANK、RANKL、RUNX2、TGF-β1等。

南模资源：基于这些靶基因，南模生物自主构建了多种基因修饰小鼠，可用于骨质疏松症的基础研究和药物开发。详细模型信息见下表。（点击"阅读原文"，可查询更多信息！）

图7.南模生物骨质疏松相关基因修饰小鼠列表

3. 如何评价模型是否成功？

骨质疏松模型是否复制成功，需要用客观指标评价。虽然动物模型和造模方法很多，但评价指标是一致的，其中最主要的是骨量与骨组织病理学变化这两项。

常用评价指标包括：

• 骨密度测定：通过X射线、双能X射线吸收法（DXA）或Micro-CT扫描，定量测量骨密度变化。

• 病理学骨组织形态观察：H&E染色、Masson染色等，观察骨小梁数量、厚度、分离度等微观结构。

• 生化指标检测：血清中骨代谢标志物（如骨钙素、碱性磷酸酶、CTX等）。

• 骨生物力学测试：三点弯曲试验、压缩试验等，评估骨强度。

4. 南模Micro-CT：骨相关研究的利器

南模生物配备了Quantum GX2 Micro-CT小动物活体影像系统。

核心优势：

• 成像模式灵活：兼容离体样本、小鼠、大鼠等多种样本

• 快速、低剂量扫描

• 可在动物正常生理状态下以非侵入性方式进行骨骼结构成像，是骨相关研究的利器

从Micro-CT扫描结果可以清晰看到：造模组骨小梁大幅减少、骨密度显著下降，模型构建成功。