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编号:10238689
晚期糖化终末产物在老年大鼠骨质疏松发病中的作用
http://www.100md.com 《中国骨质疏松杂志》 2000年第3期
     作者:孔德娟 陈永春 李恩 刘昆

    单位:孔德娟(050017 石家庄,河北医科大学生化教研室);陈永春(050017 石家庄,河北医科大学生化教研室);李恩(050017 石家庄,河北医科大学生化教研室);刘昆(050017 石家庄,河北医科大学生化教研室)

    关键词:晚期糖化终末产物;老年性骨质疏松;骨密度;甲状旁腺激素

    中国骨质疏松杂志000307 [摘要] 目的 探讨晚期糖化终末产物(AGE)在老年大鼠骨质疏松发病中的作用。方法 选用20月龄老年大鼠和3月龄大鼠,测定其骨密度及骨胶原中晚期糖化终末产物的含量及血、尿生化指标。结果 老年大鼠骨密度明显低于3月龄大鼠(P<0.05),而骨胶原中晚期糖化终末产物的含量明显升高(P<0.001)。同时发现老龄组大鼠血清甲状旁腺激素(PTH)明显升高(P<0.05),尿钙与肌酐比值升高(P<0.02),而尿磷与肌酐比值降低(P<0.05)。结论 骨胶原中随年龄增加的晚期糖化终末产物,通过多种途径导致骨形成降低,骨吸收相对增加而致骨密度下降。PTH升高并非低血钙引起,而与AGE升高有关。
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    Effects of advanced glycosylation end products in pathogenesis of senile osteoporosis

    Kong Dejuan,Chen Yongchun,Li En

    (Department of Biochemistry,Hebei Medical University, Shijiazhuang 050017,China)

    [Abstract] Objective To explore the effects of advanced glycosylation end products (AGEs) in the pathogenesis of senile osteoporosis. Methods twenty-month-old rats and three-month-old rats were used in this study.Bone mineral density,content of AGEs in bone collagen,and serum and urine biochemical indexes were defermined. Results The content of AGEP in senile rat bone collagen was higher than that in young group (P<0.001).Compared with the young group,lumbar bone mineral density in the senile rats was significantly reduced (P<0.05),serum levels of parathyroid hormone (PTH) significautly increased (P<0.05),and urine Ca/Cr levels remarkably increased (P<0.02). Conclusion Contents of AGEs in senile rat bone collagen increase with age,which results in absolute reduction of bone formation and relative increase of bone resorption by multiple ways.Increased serum PTH is not a compensatory response to hypocalcemia,but is related to increased AGEs in bone collagen.
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    [Key words] Advanced glycosylation end products; Senile osteoporosis; Bone mineral density; Parathyroid hormone

    晚期糖化终末产物(Advanced glycosylation end products,AGEs)是糖的醛基或酮基与蛋白质等的自由氨基之间发生的一系列非酶糖化反应,最终生成的一类具有特征性荧光物质。[1]该反应过程称为非酶糖化作用。目前研究表明,随着年龄的增加,在一些含有自由氨基较多的组织中晚期糖化终末产物增加[2,3]。骨的有机基质中90%为I型胶原,含有大量的自由氨基,是非酶糖化的好发部位。临床研究发现血透患者升高的晚期糖化终末产物——AGEs修饰的β2微球蛋白(AGEs-β2M)与其沉积部位的骨质疏松有关[4,5]。本研究采用自然衰老大鼠来探讨晚期糖化终末产物在老年骨质疏松发病中的作用。
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    1 材料和方法

    1.1 实验动物及处理

    实验选用19月龄SD大鼠10只雌雄各半,作为老龄大鼠组。另选10只2月龄SD大鼠,作为低龄组。常规喂养1个月后,禁食24h,收集24h尿液待测。将全部大鼠经股动脉放血处死,离心、收集血清。取腰2~4做骨密度检测,取右侧股骨和胫骨,剔除软组织,放入-70℃冰箱保存,用于测定骨胶原中晚期糖化终末产物的含量。

    1.2 骨胶原中晚期糖化终末产物的测定

    从-70℃冰箱取出骨标本后,沿骨纵轴剪开,用冰冷的PBS(pH7.4)冲洗骨髓腔数次直至冲洗液PBS无红色为止。滤纸吸干水分后,放入液氮中,30min后取出,在研钵中用力研磨,过20目不锈钢筛,称取20目以下的骨颗粒20mg,置0.5mol/L EDTA(pH7.4)中,4℃脱钙72h,每24h换液一次。脱钙骨粉经5ml氯仿∶甲醇(2∶1, V∶V)脱脂12h。加入甲醇2ml、蒸馏水0.5ml,650g离心、10min。吸弃上清,沉淀经5ml甲醇洗2次,去离子水洗3次,再用含0.1mol/L CaCl2的0.02mol/L Hepes缓冲液(buffer H pH7.5)洗2次。Buffer H中4℃过液。离心,除去Buffer H,骨颗粒沉淀重新悬浮在1.0ml含280U VII胶原酶(Sigma公司产品)的Buffer H中,同时加入2μl氯仿和2μl甲苯以防细菌生长,水浴摇床中37℃消化24h。10 000g离心5min。以激发波长370nm,发射波长440nm处测定上清中的荧光强度(日本日立公司F4500荧光分光光度计),含胶原酶VII的buffer H作空白对照。上清再经6N盐酸110℃水解24h后,用于羟脯氨酸的测定。以胶原中羟脯氨酸的含量为14%,计算出胶原含量。AGEs的含量以每毫克胶原中相对荧光强度表示。
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    1.3 血、尿生化指标的测定:血甲状旁腺激素(PTH)和降钙素(CT)采用放射免疫分析法,操作按试剂说明书进行。血碱性磷酸酶(ALP)采用氨基氨替比林测酚法。羟脯氨酸采用氯氨T氧化法。

    1.4 骨密度测定:SD 1000骨矿测定仪,测定大鼠第三腰椎骨密度。

    1.5 统计学分析:所有数据均以±s表示,数据用计算机统计软件PSI运算处理。

    2 结果

    2.1 各组大鼠骨密度和骨胶原中AGEs含量的变化

    从表1可以看出,老龄组大鼠与低龄组大鼠比较,骨密度明显降低(P<0.05),通过测定骨胶原中晚期糖化终末产物(AGEs)相对含量,老龄组大鼠与低龄大鼠比较明显升高(P<0.001),两组大鼠血糖相比较差异无显著性。
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    2.2 各组大鼠血、尿生化指标的变化

    老龄组大鼠与低龄组大鼠比较血清PTH显著升高(P<0.05), 血清ALP、血钙、血磷和血清CT,两组相比没有统计学差异。老龄组大鼠尿钙与尿肌酐比值明显升高(P<0.02),尿磷与尿肌酐比值老龄组与低龄组比较显著降低(P<0.05)。尿羟脯氨酸与肌酐比值两组之间无统计学差异,见表2和表3。

    表1 各组大鼠骨密度、血糖、骨胶原中AGEs的变化(±s) 组别

    n

    骨密度(g/cm)

    血糖(mmol/L)

    AGEs(RF/mg胶原)
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    低龄组

    10

    0.367±0.07

    6.6±0.6

    38.90±10.6

    老龄组

    9

    0.297±0.06*

    5.7±0.6

    87.99±25.29**

    注:老年龄组与低龄组比较*P<0.05,**P<0.001表2 各组大鼠血清PTH、CT、ALP、Ca\,P变化(±s) 组别
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    n

    PTH(pg/ml)

    ALP(KU)

    Ca(mmol/L)

    P(mmol/L)

    CT(pg/ml)

    低龄组

    10

    61.2±61.6

    42.7±9.2

    2.5±0.7

    2.5±0.7
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    263.0±97.7

    老龄组

    9

    106.3±15.1*

    50.3±30.3

    2.6±0.2

    2.3±0.4

    356.8±130.7

    注:老龄组与低龄组比较*P<0.05表3 各组大鼠尿液生化指标的变化(±s) 组别

    例数
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    尿Ca/d(mg)

    尿P/d(mg)

    尿HOP/d(μmol)

    尿Ca/Cr(mg/g)

    尿P/Cr(mg/g)

    低龄组

    10

    0.67±0.47

    7.2±3.7

    1.66±1.25

    45.56±20.0

    509.25±187.58
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    老龄组

    8

    1.24±1.03

    5.9±4.8

    1.23±0.89

    72.72±20.86**

    302.02±165.26*

    注:老龄组与低龄组比较*P<0.05,**P<0.023 讨论

    老年性骨质疏松属低转换型,即反映骨形成及骨吸收的指标均偏低。这是由于随着年龄的增长,骨形成绝对不足而骨吸收相对增加所致。而决定骨形成和骨吸收的是成骨细胞和破骨细胞的数量及活性。随着年龄的增加引起成骨细胞活性降低和或数量减少的因素成为决定老年性骨质疏松的主要原因。
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    许多研究发现一类被称作糖化终末产物的物质随着年龄的增加在体内皮肤等组织积累增多[1-3]。糖化终末产物是体内糖的醛基或酮基与蛋白质、脂类等的自由氨基首先形成可逆的稀夫式碱,然后经过重排,氧化和脱水等反应,最后形成稳定的具有特征性荧光的一类物质。正常情况下该类物质是体内组织重建及内环境稳定所必需,但过度积累则会引起许多病生理变化[6]。骨胶原是含有较多自由氨基的长寿命蛋白,因此,晚期糖化终末产物很容易在此形成并积累。而胶原蛋白上AGE的形成则改变了这种蛋白质的生理功能,如细胞对基质蛋白的粘附能力降低,而成骨细胞对骨胶原蛋白的粘附是成骨作用启动的先决条件。另一方面AGEs还可以和细胞膜上的特异受体结合促使该细胞合成和释放细胞因子和生长因子,如白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)和胰岛素样生长因子等,从而改变细胞间的信息传递,影响细胞的增殖与分化[7-10]。研究表明高浓度的AGEs蛋白对成骨细胞的促增殖作用减弱,促分化作用延迟,成骨细胞数量减少,活性降低,导致骨形成降低[11]。而AGEs引起的IL-1和IL-6释放增加可导致骨吸收增加。本实验通过测定大鼠骨胶原中AGEs的含量,发现老龄大鼠显著高于低龄大鼠,而骨密度明显低于3月龄大鼠。
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    本实验发现,PTH在老年大鼠组较低龄组升高且有显著差异,但尿钙同时增加,说明PTH分泌增加并非由于低血钙所引起,而是由于其他原因所致。有研究表明:肾脏1-α羟化酶非酶糖化(即生成AGE-1-α羟化酶)后,因其活性降低,不能使VitD3转变为1,25-(OH)2D3从而使1,25-(OH)2D3的水平下降。作为1,25-(OH)2D3的“促激素”PTH,此时将反馈性地分泌增加,达到调节1-α羟化酶活性的目的。老年大鼠PTH虽然增加,但反应骨代谢的指标-血ALP和尿羟脯氨酸并没有显著变化。原因可能是随着年龄的增加,AGEs在骨胶原上积累增多,使I型胶原发生交联,这种结构的改变导致其对蛋白水解酶高度抵抗[12,13]。而PTH促进骨吸收是通过刺激破骨细胞释放各种蛋白水解酶,分解骨的有机基质[14]。因此,虽然PTH升高,却不能充分发挥骨吸收作用,这也是老年性骨质疏松呈低转换型的原因。
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    综上所述,老年性骨质疏松的发病可能是体内AGEs的积累增加,通过多种途径使成骨作用降低,骨吸收作用相对增加,从而导致骨质疏松。

    作者简介:孔德娟,1991年毕业于河北医科大学生化专业,获医学硕士学位。1999年6月通过论文答辩,获医学博士学位,现任生化教研室讲师

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