瘦素通过“肠道-骨骼轴”在改善骨质疏松症中的作用与机制

《BMC Musculoskeletal Disorders》：Role and mechanism of leptin in improving osteoporosis via the “gut–bone axis”

　　

摘要

背景

骨质疏松症是一种全身性骨骼疾病，其特征是骨量减少、微观结构退化以及骨折风险增加，尤其是在绝经后妇女中。尽管目前的抗吸收和促进骨形成的治疗方法对某些患者有效，但其使用仍受到安全问题、适用范围有限以及患者长期依从性差的限制。越来越多的证据表明，肠道-骨骼轴在骨骼稳态中起着重要作用，而瘦素作为一种代谢调节因子，可能对骨骼重塑产生影响。然而，瘦素是否通过调节肠道微生物群及其相关代谢物来缓解骨质疏松症仍不清楚。因此，本研究旨在探讨瘦素在卵巢切除术引起的骨质疏松症中的保护作用，并探索其与肠道微生物群-代谢物-骨骼调节机制之间的潜在关联。

方法

将Sprague-Dawley雌性大鼠随机分为对照组（Sham）、卵巢切除组（OVX）、对照组+瘦素组（Sham+Leptin）和卵巢切除组+瘦素组（OVX+Leptin）。使用双能X射线吸收测定法测量骨密度（BMD），并通过微CT和组织学评估小梁微结构。通过ELISA分析血清骨转换标志物。利用16S rRNA测序技术评估肠道微生物群组成。采用UHPLC–Orbitrap MS进行血清代谢组学分析，并通过LC–MS/MS定量胆汁酸。通过免疫组化技术检测骨蛋白表达。

结果

瘦素显著增加了卵巢切除大鼠的骨密度（BMD）并改善了小梁微结构，同时使碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素（OCN）水平恢复正常。肠道微生物群分析显示，瘦素处理改变了微生物组成，其中Akkermansia、Lachnospiraceae和Muribaculaceae等菌群的相对丰度增加，而Desulfovibrionaceae的丰度降低。代谢组学分析表明，瘦素处理部分逆转了卵巢切除术引起的紊乱，尤其是在不饱和脂肪酸和胆汁酸代谢方面。靶向胆汁酸分析显示，瘦素处理后亲水性胆汁酸水平得到恢复。免疫组化分析进一步表明，瘦素处理与RANKL表达降低和OPG表达增加有关。

结论

瘦素改善了卵巢切除大鼠的骨质疏松症，同时伴随着肠道微生物群的重塑、血清代谢物和胆汁酸谱的部分恢复以及与骨骼重塑相关的蛋白质变化。这些发现表明，肠道微生物群-代谢物-骨骼网络可能参与了瘦素的骨骼效应，为骨质疏松症的管理提供了新的机制见解和潜在的治疗策略。

背景

骨质疏松症是一种全身性骨骼疾病，其特征是骨量减少、微观结构退化以及骨折风险增加，尤其是在绝经后妇女中。尽管目前的抗吸收和促进骨形成的治疗方法对某些患者有效，但其使用仍受到安全问题、适用范围有限以及患者长期依从性差的限制。越来越多的证据表明，肠道-骨骼轴在骨骼稳态中起着重要作用，而瘦素作为一种代谢调节因子，可能对骨骼重塑产生影响。然而，瘦素是否通过调节肠道微生物群及其相关代谢物来缓解骨质疏松症仍不清楚。因此，本研究旨在探讨瘦素在卵巢切除术引起的骨质疏松症中的保护作用，并探索其与肠道微生物群-代谢物-骨骼调节机制之间的潜在关联。

方法

将Sprague-Dawley雌性大鼠随机分为对照组（Sham）、卵巢切除组（OVX）、对照组+瘦素组（Sham+Leptin）和卵巢切除组+瘦素组（OVX+Leptin）。使用双能X射线吸收测定法测量骨密度（BMD），并通过微CT和组织学评估小梁微结构。通过ELISA分析血清骨转换标志物。利用16S rRNA测序技术评估肠道微生物群组成。采用UHPLC–Orbitrap MS进行血清代谢组学分析，并通过LC–MS/MS定量胆汁酸。通过免疫组化技术检测骨蛋白表达。

结果

瘦素显著增加了卵巢切除大鼠的骨密度（BMD）并改善了小梁微结构，同时使碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素（OCN）水平恢复正常。肠道微生物群分析显示，瘦素处理改变了微生物组成，其中Akkermansia、Lachnospiraceae和Muribaculaceae等菌群的相对丰度增加，而Desulfovibrionaceae的丰度降低。代谢组学分析表明，瘦素处理部分逆转了卵巢切除术引起的紊乱，尤其是在不饱和脂肪酸和胆汁酸代谢方面。靶向胆汁酸分析显示，瘦素处理后亲水性胆汁酸水平得到恢复。免疫组化分析进一步表明，瘦素处理与RANKL表达降低和OPG表达增加有关。

结论

瘦素改善了卵巢切除大鼠的骨质疏松症，同时伴随着肠道微生物群的重塑、血清代谢物和胆汁酸谱的部分恢复以及与骨骼重塑相关的蛋白质变化。这些发现表明，肠道微生物群-代谢物-骨骼网络可能参与了瘦素的骨骼效应，为骨质疏松症的管理提供了新的机制见解和潜在的治疗策略。