單細(xì)胞分析揭示2型糖尿病鉆孔模型中受損骨膜細(xì)胞增殖的骨膜特征
文獻(xiàn)信息
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院臨床藥理科、浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科等團(tuán)隊(duì)的研究成果“Single-cell profiling reveals periosteal signatures of impaired periosteal cells proliferation in a drill-hole model of type 2 diabetes”（單細(xì)胞分析揭示2型糖尿病鉆孔模型中受損骨膜細(xì)胞增殖的骨膜特征）在學(xué)術(shù)期刊《Cell Communication and Signaling》（IF：8.9）上發(fā)表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了重要的小鼠股骨圖像和定量分析結(jié)果。
該論文的通訊作者為吳希美教授，第一作者為吉星，羅嘉豪博士。
文獻(xiàn)摘要
2型糖尿�。═2DM）與骨折風(fēng)險(xiǎn)增加和愈合受損有關(guān)，但骨膜在延遲修復(fù)中的作用仍不清楚。在db/db小鼠中，骨小梁和皮質(zhì)骨量均減少，單細(xì)胞RNA測(cè)序顯示成骨骨膜細(xì)胞中Wnt通路下調(diào)，這對(duì)維持皮質(zhì)骨至關(guān)重要。對(duì)2型糖尿病患者患者骨膜細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了成骨特性的進(jìn)化保守性。WT和T2DM條件下骨折前和骨折后骨膜細(xì)胞的綜合圖譜，將誘導(dǎo)纖維化細(xì)胞鑒定為骨折修復(fù)所必需的。更重要的是，作者鑒定了纖維蛋白原樣蛋白2（FGL 2），其由纖維脂肪生成祖細(xì)胞（FAP）和骨膜細(xì)胞表達(dá)，是通過(guò)mTORC 1途徑通過(guò)線粒體調(diào)節(jié)抑制骨膜增殖而阻礙愈合的關(guān)鍵因素。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了骨膜異質(zhì)性和動(dòng)力學(xué)參與T2DM骨折愈合延遲。
實(shí)驗(yàn)方法
動(dòng)物模型
db/db小鼠作為糖尿病實(shí)驗(yàn)組，db/+小鼠作為非糖尿病對(duì)照組，飼養(yǎng)條件包括2只db/db小鼠和4只db/+小鼠配對(duì)。
單皮質(zhì)鉆孔脛骨模型
鉆孔手術(shù)方法如前所述。所有脛骨手術(shù)均在無(wú)菌條件下進(jìn)行。動(dòng)物用異氟烷麻醉（在3- 4%的氧氣中誘導(dǎo)，在1.5-2%的氧氣中維持）。在該區(qū)域上形成8-10 mm的皮膚切口，并且使用微型電動(dòng)馬達(dá)穿過(guò)脛骨皮質(zhì)的一側(cè)鉆0.7 mm的孔。
骨樣本制備和μCT分析
解剖后，股骨和脛骨在4%多聚甲醛中固定48 h，隨后儲(chǔ)存在70%乙醇中。使用μCT掃描掃描（NEMO® Micro CT ，NMC-200;在90 kV電壓和40 μA電流下進(jìn)行掃描。）對(duì)于體外骨組織分析。評(píng)估生長(zhǎng)板下股骨遠(yuǎn)端骨小梁的以下參數(shù)：骨體積（Tb.BV）、總體積（Tb.TV）、骨體積分?jǐn)?shù)（Tb.BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁數(shù)量（Tb.N）和骨小梁分離（Tb.Sp）。分析股骨干皮質(zhì)骨的骨面積（Ct.ar）、總面積（Tt.ar）和皮質(zhì)厚度（Ct.Th）。為了定量，選擇股骨遠(yuǎn)端生長(zhǎng)板下方0.4 mm至1.5 mm的橫截面μCT切片來(lái)評(píng)估松質(zhì)骨參數(shù)，而中段1 mm區(qū)域用于皮質(zhì)骨評(píng)估。以鉆孔部位中點(diǎn)為中心，直徑和高度為0.6 mm的感興趣區(qū)域（ROI）被定義為用于定量分析的總體積（TV）。對(duì)于體內(nèi)骨組織分析，以1 k x 1 k的分辨率重建3D圖像。所有呈現(xiàn)的2D和3D圖像均代表所分析的基因型。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2型糖尿病小鼠骨量減少
最近的研究表明，青年發(fā)病的2型糖尿病模型骨量減少。在作者的研究中，作者使用db/db小鼠作為2型糖尿病的模型。對(duì)股骨的進(jìn)一步μCT分析表明，db/db小鼠的骨體積顯著減少（圖1A和圖S1F）。股骨生長(zhǎng)板下方1-3mm的骨小梁參數(shù)分析顯示，db/db小鼠的骨小梁骨體積（Tb.BV）、總面積（Tt.Ar）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）顯著降低，而骨小梁間距（Tb.Sp）沒(méi)有顯著差異。對(duì)股骨中段（距離中心1mm）的分析顯示，db/db小鼠的皮質(zhì)骨參數(shù)顯著降低，包括皮質(zhì)面積（Ct.Ar）、總面積（Tt.Ar）和皮質(zhì)厚度（Ct.Th）（圖1B）�？傊�，到12周齡時(shí)，db/db小鼠股骨皮質(zhì)骨厚度減少，骨小梁體積減少。
圖1. 2型糖尿病骨膜骨量減少股骨遠(yuǎn)端冠狀面典型2D μCT圖像，沿著2 mm松質(zhì)骨段的3D μCT圖像（位于生長(zhǎng)板下方1 mm處）和1 mm皮質(zhì)骨段的截面圖。比例尺：2 mm. B皮質(zhì)面積的定量分析（Ct.ar），總組織面積（Tt.ar）和皮質(zhì)厚度（Ct.th），適用于骨干中段的1 mm皮質(zhì)骨段，以及骨小梁體積（Tb.BV），小梁面積（Tb.ar），小梁厚度（Tb.th）、骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV））、小梁分離12周齡db/db和db/+小鼠股骨遠(yuǎn)端2 mm骨小梁節(jié)段的骨小梁數(shù)量（Tb.sp）和骨小梁數(shù)量（Tb.N）.
后續(xù)實(shí)驗(yàn)主要關(guān)注術(shù)后第5、7、14和21天觀察到的變化。作者對(duì)db/+和db/db小鼠進(jìn)行了鉆孔手術(shù)。CT掃描顯示，與db/+小鼠相比，db/db小鼠在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的新骨形成顯著減少（圖4A，B；圖S4A，B）。
圖4.2型糖尿病骨折愈合延遲和增殖細(xì)胞減少。骨折后5、7、14和21天db/db和db/+小鼠脛骨水平面的代表性2DμCT圖像和3DμCT圖像。B骨折后5、7、14和21天db/db和db/+小鼠脛骨骨折部位（白色部分）新形成骨量的定量。
使用結(jié)論
總之，作者的研究強(qiáng)調(diào)了糖尿病引起的代謝變化和骨愈合過(guò)程之間的復(fù)雜相互作用。創(chuàng)建骨膜圖譜可以全面了解與2型糖尿病膜內(nèi)骨愈合延遲相關(guān)的細(xì)胞變化。通過(guò)整合脛骨骨折的數(shù)據(jù)，作者可以在骨修復(fù)過(guò)程中區(qū)分膜內(nèi)成骨和軟骨內(nèi)成骨。特別是對(duì)于2型糖尿病，靶向FAPs和成骨細(xì)胞的代謝途徑可能會(huì)提供新的治療靶點(diǎn)。骨膜內(nèi)外層細(xì)胞的增殖及其分泌的因子可能會(huì)影響膜內(nèi)骨愈合的速度。因此，重要的是不僅要干預(yù)骨膜的形成，還要考慮它們分泌的因素對(duì)愈合過(guò)程的影響�？傊�，這項(xiàng)研究為2型糖尿病誘導(dǎo)的代謝紊亂與骨修復(fù)之間的相互作用提供了細(xì)致的理解。
使用設(shè)備
Micro CT (型號(hào)：NEMO) (平生醫(yī)療科技)
影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）
標(biāo)簽：
2型糖尿病鉆孔
骨膜細(xì)胞增殖的骨膜
- 光學(xué)相干斷層掃描成像技術(shù)（OCT）技術(shù)的起源、發(fā)展與應(yīng)用
- 無(wú)需標(biāo)記的多模態(tài)三維成像技術(shù)精準(zhǔn)解析糖尿病腎組織形態(tài)特征
- 腦組織三光子高分辨率成像技術(shù)1300納米波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)超過(guò)90%高透射率
- 完整類器官三維結(jié)構(gòu)超分辨成像技術(shù)解碼神經(jīng)發(fā)育障礙病理機(jī)制
- 小鼠腎臟橫斷面非線性光聲成像技術(shù)介電機(jī)制提高低光通量下組織精度
- DNAzyme抑制NLRP3介導(dǎo)的壞死性炎癥以治療炎性疾病
- 多模態(tài)納米平臺(tái)應(yīng)用于治療肥胖相關(guān)的骨質(zhì)疏松癥
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