血清残余胆固醇降低肥胖小鼠骨质量

doi:10.12307/2026.164

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (24): 6189-6195.doi: 10.12307/2026.164

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血清残余胆固醇降低肥胖小鼠骨质量

侯晓丽1，曹福源1，高静媛2，邢磊2，刘宁3，张楠4，范新昊4，曹国龙5，田发明1

1华北理工大学公共卫生学院，河北省器官纤维化重点实验室，河北省唐山市 063210；2华北理工大学附属医院，河北省唐山市 063000；3 唐山市第二医院，河北省唐山市 063000；4开滦总医院，河北省唐山市 063000；5唐山市工人医院，河北省唐山市 063000

收稿日期:2025-05-19 修回日期:2025-08-20 出版日期:2026-08-28 发布日期:2026-01-28
通讯作者: 田发明，博士，教授，博士生导师，华北理工大学公共卫生学院，河北省器官纤维化重点实验室，河北省唐山市 063210 通讯作者：曹国龙，博士，主任医师，唐山市工人医院，河北省唐山市 063000
作者简介:第一作者：侯晓丽，女，1981年生，辽宁省阜新市人，汉族，博士，讲师，主要从事骨质疏松、骨关节炎等中老年多发骨病的发病机制与防治研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(NSFC 81874029)，项目负责人：田发明；中央引导地方发展资金项目(246Z7744G)，项目负责人：侯晓丽；河北省属高校基本科研业务费资助项目(JYG2021005)，项目负责人：侯晓丽

Serum remnant cholesterol reduces bone quality in obese mice

Hou Xiaoli1, Cao Fuyuan1, Gao Jingyuan2, Xing Lei2, Liu Ning3, Zhang Nan4, Fan Xinhao4, Cao Guolong5, Tian Faming1

1Hebei Key Laboratory for Organ Fibrosis Research, School of Public Health, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, Hebei Province, China; 2Affiliated Hospital of North China University of Science and Technology, Tangshan 063000, Hebei Province, China; 3Tangshan Second Hospital, Tangshan 063000, Hebei Province, China; 4Kailuan General Hospital, Tangshan 063000, Hebei Province, China; 5Tangshan Gongren Hospital, Tangshan 063000, Hebei Province, China

Received:2025-05-19 Revised:2025-08-20 Online:2026-08-28 Published:2026-01-28
Contact: Tian Faming, PhD, Professor, Doctoral supervisor, Hebei Key Laboratory for Organ Fibrosis Research, School of Public Health, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, Hebei Province, China Co-corresponding author: Cao Guolong, PhD, Chief physician, Tangshan Gongren Hospital, Tangshan 063000, Hebei Province, China
About author:Hou Xiaoli, PhD, Lecturer, Hebei Key Laboratory for Organ Fibrosis Research, School of Public Health, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, Hebei Province, China
Supported by:
National Natural Science Foundation of China, No. 81874029 (to TFM); Central Government-guided Local Science and Technology Development Foundation of Hebei Province, No. 246Z7744G (to HXL); Basic Scientific Research Foundation of Universities in Hebei Province, No. JYG2021005 (to HXL)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
残余胆固醇：一般由三酰甘油的代谢产物组成，通常是血脂中的中间密度脂蛋白胆固醇、极低密度脂蛋白胆固醇、乳糜微粒组合而成，属于致动脉粥样硬化脂蛋白的一种。
Micro-CT：是一种高分辨率的三维成像技术，基于X射线断层扫描原理，能够在不破坏样品的情况下对微小样本的内部结构进行高精度三维重建和定量分析。

背景：高累积残余胆固醇水平与多种代谢性疾病发病风险相关联，但高累积残余胆固醇对骨质量的影响仍有待探究。
目的：探索高累积残余胆固醇水平对高脂饲养小鼠骨量、微结构和生物力学性能的影响。
方法：将10只C57BL6小鼠随机分为对照组(n=5)和高脂组(n=5)，对照组给予普通饲料喂养20周，高脂组给予高脂高胆固醇饲料喂养20周。每周检测小鼠体质量。喂养20周后取材，检测小鼠血清总胆固醇、残余胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、Ⅰ型胶原羧基端交联肽、Ⅰ型前胶原氨基端前肽水平，Micro-CT检测股骨松质骨和皮质骨微结构，三点弯曲实验检测股骨的弹性模量和最大应力，
RT-qPCR检测胫骨RUNT相关转录因子2 、Ⅰ型胶原、骨钙素、碱性磷酸酶、骨保护素、核因子κB受体活化因子配体、活化T细胞核因子1、组织蛋白酶K mRNA表达，采用Pearson法分析残余胆固醇、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇水平与骨密度的相关性，残余胆固醇水平与骨体积分数、骨小梁数量、结构模型指数、骨小梁分离度的相关性。
结果与结论：①从喂养第6周开始，高脂组小鼠体质量高于对照组(P < 0.05)。高脂组小鼠血清总胆固醇、残余胆固醇、Ⅰ型胶原羧基端交联肽水平均高于对照组(P < 0.05)。②Micro-CT检测显示，与对照组相比，高脂组小鼠骨微结构发生较为明显的退变，具体表现为松质骨骨密度、骨体积分数、骨小梁连接密度和骨小梁数量显著降低，松质骨骨小梁分离度、结构模型指数和骨小梁模式因子显著升高(P < 0.05)，皮质骨厚度、体积和面积无显著变化(P > 0.05)。两组小鼠股骨弹性模量和最大应力比较无明显差异(P > 0.05)。③RT-qPCR检测显示，高脂组RUNT相关转录因子2、Ⅰ型胶原、骨钙素、碱性磷酸酶和骨保护素mRNA表达低于对照组(P < 0.05)，活化T细胞核因子1和组织蛋白酶K mRNA表达高于对照组(P < 0.05)。④Pearson分析显示，残余胆固醇和总胆固醇水平与骨密度呈显著负相关(P < 0.05)，残余胆固醇与骨体积分数和骨小梁数量呈显著负相关(P < 0.05)，与结构模型指数和骨小梁分离度呈显著正相关(P < 0.05)。结果表明残余胆固醇可能通过影响骨转换平衡降低骨骼质量。

https://orcid.org/0000-0003-2134-207X (侯晓丽)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

关键词: 残余胆固醇, 骨密度, 骨体积分数, 骨小梁数量, 结构模型指数, 骨小梁分离度, 连接密度, 骨小梁模式因子, 生物力学

Abstract: BACKGROUND: High cumulative remnant cholesterol levels are associated with the risk of various metabolic diseases, but their impact on bone quality remains to be explored.
OBJECTIVE: To investigate the effects of high cumulative remnant cholesterol levels on bone mass, microstructure, and biomechanical properties in high-fat diet treated mice.
METHODS: Ten healthy male SPF-grade C57BL6 mice were randomly allocated into normal control group and high-fat diet group. The normal control group was fed a normal diet for 20 weeks, while the high-fat diet group was fed a high-fat, high-cholesterol diet for 20 weeks. Mouse body mass was detected every week. After 20 weeks of feeding, samples were collected to measure serum total cholesterol, residual cholesterol, low-density lipoprotein cholesterol, high-density lipoprotein cholesterol, cross-linked carboxy-terminal telopeptide of type I collagen, and N-terminal propeptides of procollagen type I levels. Micro-CT was used to assess the microstructure of trabecular and cortical bone in the femur. The three-point bending test was employed to determine the elastic modulus and maximum stress of the femur. RT-qPCR was used to detect mRNA expression of RUNT-related transcription factor 2, type I collagen, osteocalcin, alkaline phosphatase, osteoprotegerin, nuclear factor κB receptor activator ligand, activated T cell nuclear factor 1, and cathepsin K in the tibia. The Pearson correlation method was used to analyze the correlation between residual cholesterol, total cholesterol, high-density lipoprotein cholesterol, and low-density lipoprotein cholesterol levels and bone mineral density, as well as the correlation between residual cholesterol levels and bone volume fraction, trabecular number, structural model index, and trabecular separation.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Compared with the normal control group, the high-fat diet group showed significant increases in body mass, levels of serum remnant cholesterol and cross-linked carboxy-terminal telopeptide of type I collagen (P < 0.05). (2) Micro-CT analysis revealed that compared with the normal control group, the high-fat diet group showed more obvious degeneration of bone microstructure, specifically manifested as a significant decrease in trabecular bone mineral density, bone volume fraction, trabecular connectivity density, and trabecular number, and a significant increase in trabecular separation, structural model index, and trabecular pattern factor (P < 0.05), but no significant changes in cortical bone thickness, volume, and area (P > 0.05). Biomechanical analysis results indicated no significant differences in the elastic modulus and maximum stress of the femur between the two groups of mice (P > 0.05). (3) RT-qPCR analysis showed that compared with the normal control group, the mRNA expression levels of RUNT-related transcription factor 2, type I collagen, osteocalcin, alkaline phosphatase, and osteoprotegerin were significantly downregulated in the high-fat diet group (P < 0.05), while the mRNA expression levels of activated T cell nuclear factor 1 and cathepsin K were significantly upregulated in the high-fat diet group (P < 0.05). (4) Pearson correlation analysis revealed a negative correlation between remnant cholesterol and total cholesterol with bone mineral density (P < 0.05), with remnant cholesterol showing a significantly negative correlation with bone volume fraction and trabecular number (P < 0.05) and a significantly positive correlation with structural model index and trabecular separation (P < 0.05). These findings indicate that remnant cholesterol may impact bone quality by disrupting the balance of bone turnover.

Key words: remnant cholesterol, bone mineral density, bone volume fraction, trabecular numbe, structural model index, trabecular separation, connectivity density, trabecular pattern factor, biomechanics

中图分类号:

侯晓丽, 曹福源, 高静媛, 邢磊, 刘宁, 张楠, 范新昊, 曹国龙, 田发明. 血清残余胆固醇降低肥胖小鼠骨质量[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(24): 6189-6195.

Hou Xiaoli, Cao Fuyuan, Gao Jingyuan, Xing Lei, Liu Ning, Zhang Nan, Fan Xinhao, Cao Guolong, Tian Faming. Serum remnant cholesterol reduces bone quality in obese mice[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(24): 6189-6195.

图/表（结果） 5

2.1 实验动物数量分析 10只小鼠均进入结果分析。
2.2 两组小鼠体质量变化情况对照组和高脂组小鼠体质量变化如图1所示。随着饲喂时间的延长，两组小鼠的体质量均呈升高趋势。自第6 周开始，高脂组小鼠体质量明显高于对照组
(P < 0.05，P < 0.01)。
2.3 两组小鼠血清学指标检测结果高脂组小鼠血清总胆固醇、残余胆固醇与骨分解代谢指标Ⅰ型胶原羧基端交联肽水平均高于对照组(P < 0.01，P < 0.001)，两组小鼠血清低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇与骨合成代谢指标Ⅰ型前胶原氨基端前肽水平比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见图2。
2.4 两组小鼠股骨Micro-CT扫描分析结果两组小鼠股骨Micro-CT三维重建图，见图3。Micro-CT扫描定量分析结果显示，与对照组相比，高脂组小鼠股骨骨微结构发生较为明显的退变，具体表现为松质骨骨密度、骨体积分数、骨小梁连接密度、骨小梁数量显著降低(P < 0.05，P < 0.01)，骨小梁分离度、结构模型指数和骨小梁模式因子显著升高(P < 0.05，P < 0.01)；皮质骨结构参数骨密度、皮质骨厚度、皮质骨体积和皮质骨面积无显著变化(P > 0.05)，见图4。
2.5 两组小鼠股骨生物力学分析结果两组小鼠股骨弹性模量、最大弯曲应力比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见图5。
2.6 两组小鼠骨代谢相关基因mRNA表达检测结果 RT-qPCR检测结果显示，与对照组相比，高脂组小鼠成骨标志物RUNT相关转录因子2、Ⅰ型胶原、骨钙素、碱性磷酸酶和骨保护素mRNA表达降低(P < 0.05，P < 0.01，P < 0.001)，破骨标志物活化T细胞核因子1和组织蛋白酶K mRNA表达升高(P < 0.05，P < 0.01)，另外骨保护素与核因子κB受体活化因子配体的比值显著下调(P < 0.001)，见图6。
2.7 Pearson相关性分析结果 Pearson相关分析显示，残余胆固醇和总胆固醇水平均与骨密度呈显著负相关(P < 0.001，P < 0.05)；残余胆固醇水平与骨体积分数和骨小梁数量呈显著负相关(P < 0.001，P < 0.05)，与结构模型指数和骨小梁分离度呈显著正相关
(P < 0.01，P < 0.05)，见图7。

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引言

骨质疏松症是一种常见的慢性代谢性疾病，特征是骨骼微结构和强度受损，导致脆性骨折的风险增加。在骨代谢过程中，成骨细胞骨形成和破骨细胞骨吸收过程之间的平衡是维持正常骨量的关键[1]。除了遗传、年龄和性别的作用外，影响骨细胞功能乃至代谢的其他因素如脂质代谢和生活方式等，也逐渐受到了广泛关注，脂代谢与骨代谢之间的关系已成为该领域研究热点之一[2-3]。
胆固醇是一种非极性疏水分子，在骨骼健康和疾病中至关重要[4]。研究发现，胆固醇及其衍生物参与了与骨矿化相关信号通路的调节[5]，一方面，胆固醇及其衍生物促进成骨细胞的分化及其功能；另一方面，无论是以膳食补充还是内源性胆固醇水平升高，都可能抑制成骨细胞的分化和功能，从而增加骨质疏松症的发生风险[6]。此外，胆固醇可通过激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶信号通路来抑制破骨细胞分化过程中的自噬[7]。外源性氧化胆固醇及其代谢物也会影响破骨细胞的活性和分化能力[8]。尽管多项研究为胆固醇对骨代谢的影响提供了有力证据，但胆固醇在体内存在形式多样、作用复杂，要明确其作用机制仍有待进一步验证。
残余胆固醇是中间密度脂蛋白胆固醇、极低密度脂蛋白胆固醇和乳糜微粒残余物中转运的总胆固醇含量。近年来，有关残余胆固醇与疾病关系的研究越来越多，流行病学证据表明，高浓度残余胆固醇不仅与心血管疾病的发展有关，而且可导致肥胖、糖尿病和代谢综合征[9]。前期研究发现，高累积残余胆固醇水平与脆性骨折发生风险增加相关联，并且残余胆固醇水平升高与中青年男性骨丢失发生风险增加、髋部骨密度降低相关[10-11]。为了进一步探讨残余胆固醇对骨质量的影响，此次研究拟采用传统的高脂高胆固醇饲喂建立高残余胆固醇小鼠模型，小鼠残余胆固醇水平通过总胆固醇减去低密度脂蛋白胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇进行计算，通过生物力学、影像学、分子生物学等检测手段评估小鼠股骨力学变化、骨微结构的改变及成骨和破骨标志物的表达水平，明确残余胆固醇水平对小鼠骨质量的影响，初步探讨残余胆固醇对骨量的影响及作用机制。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。
1.2 时间及地点实验于2023年6-12月在华北理工大学医学动物中心及公共卫生学院代谢性骨病实验室完成。
1.3 材料
1.3.1 实验动物分组及处理选取6周龄雄性C57BL6小鼠10只，SPF级，体质量(21.81±1.14) g，购自北京华阜康生物科技股份有限公司，许可证号：SCXK (京)2020-0004。标准动物实验室饲养，昼夜周期设置为12 h，环境湿度为36%，温度为(23±2) ℃，所有小鼠自由摄食、饮水。在进行实验之前，给予1周的适应性喂养。实验已通过经华北理工大学实验动物伦理委员会审查批准(SQ20230166)。
1.3.2 主要仪器和试剂
仪器：超纯水机(上海亚荣生化仪器厂)；-80 ℃冰箱(美国Thermo)；-20 ℃冰箱(青岛海尔集团有限公司)；4 ℃冰箱(青岛海尔集团有限公司NEMO)；Micro-CT扫描仪(NMC-200)；上海平生医疗科技有限公司电热干燥箱(202-2 型，上海第二五金厂)；高速离心机(美国Thermo)；制冰机(上海普和希健康有限公司)；移液器(上海万岛仪器科技有限公司)；多功能酶标仪(SpectraMaxM5 型，上海美谷分子仪器有限公司)；反转录仪(美国Bio-rad)；PCR仪(美国Applied biosystems)；万能试验机(日本Shimadzu)。
试剂：生理盐水 (石家庄华北制药集团有限责任公司)；小鼠Ⅰ型胶原羧基端交联肽ELISA试剂盒、小鼠Ⅰ型前胶原氨基端前肽ELISA试剂盒(泉州睿信生物科技公司)；总胆固醇测定试剂盒、高密度脂蛋白胆固醇测定试剂盒、低密度脂蛋白胆固醇测定试剂盒(长春汇力生物技术有限公司；TRIzol RNA提取试剂(美国Invitrogen)；翻转录试剂盒、RT-qPCR检测试剂盒(北京庄盟国际生物基因科技有限公司)；高脂饲料(含40%脂肪、2%胆固醇，常州鼠一鼠二生物科技有限公司)。
1.4 实验方法
1.4.1 动物分组及处理所有动物适应喂养1周后，采用随机数字表法随机分为2组：对照组和高脂组，每组5只。对照组给予普通饲料喂养，高脂组给予高脂高胆固醇饲料喂养，喂养20周。实验期间每周监测并记录小鼠体质量。
1.4.2 取材
小鼠血清的采集和处理：饲喂20周后禁食禁水12 h，吸入异氟烷麻醉后去眼球取血0.8-1.0 mL，于4 ℃下静置30 min，4 ℃下3 000 r/min离心15 min，取上清分装于1.5 mL离心管中，置于-80 ℃冰箱保存备用，避免反复冻融。
小鼠骨骼样本的采集和处理：取血后颈椎脱臼处死小鼠，立即于冰块上剥离并完整取出左右双侧股骨和胫骨，剔除骨组织上附着的肌肉及结缔组织；右侧股骨以40 g/L多聚甲醛固定72 h，用于Micro-CT扫描，计算骨密度和骨微结构参数；使用游标卡尺测量左侧股骨中点处直径，记录数据，然后用多层无菌生理盐水浸泡过的纱布包裹好，置于-80 ℃冰箱保存，用于三点弯曲实验；左侧胫骨放置于无酶EP管中，置于−80 ℃冰箱保存，用于RT-qPCR检测。
1.4.3 血清标志物检测将血清样本室温解冻后3 000 r/min离心15 min，取适量上清加入样品管中，按照试剂盒操作说明，采用胆固醇氧化酶法检测总胆固醇水平，采用直接法检测高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平，采用ELISA法检测Ⅰ型前胶原氨基端前肽和Ⅰ型胶原羧基端交联肽水平。
1.4.4 Micro-CT检测股骨松质骨和皮质骨微结构使用Micro-CT扫描右侧股骨，松质骨感兴趣区定义为从生长板向近端0.5 mm开始延伸1 mm股骨长度，分析骨密度、骨体积分数、骨小梁数量、骨小梁厚度、骨小梁分离度、结构模型指数、骨小梁连接密度和骨小梁模式因子；皮质骨感兴趣区定义为从远端股骨6 mm开始向近端延伸1 mm的股骨长度，分析骨密度、皮质骨厚度、皮质骨体积和皮质骨面积。
1.4.5 股骨三点弯曲实验使用电子万能试验机进行三点弯曲实验，以评估股骨的机械性能。将股骨放置在2个相距 6.5 mm 的金属支撑杆上(髌骨侧朝上)，对股骨中点施加恒定的垂直压缩载荷(2 mm/min)，直到股骨发生断裂，使用机器配套软件分子股骨的弹性模量和最大弯曲应力。
1.4.6 RT-qPCR检测骨代谢相关基因mRNA表达
提取总RNA：液氮预冷研钵后加入少许液氮，将去除骨髓的胫骨放入研钵中研磨至粉末状；在每个样本中添加1 mL Trizol，按照试剂盒说明抽提RNA；每个样本取1 μL RNA用于测定纯度和浓度，使用Q5000 软件检测RNA浓度及吸光度值
(A260 nm/280 nm)，A260 nm/280 nm在1.8-2.0范围内为达标。
cDNA第一链的合成：在冰上配置 20 μL反应体系，每管加入 4×RT Mix 5 μL，总 RNA 1 μg，再用 RNase Free dH2O补齐至 20 μL，混匀，离心后放入反转录仪中，反转录条件：45 ℃15 min，85 ℃5 min，结束后置于-20 ℃储存。

RT-qPCR反应：配制 20 μL反应体系，成分为：10 μL SYBR qPCR Mix，0.4 μL上游引物，0.4 μL下游引物，0.5 μL cDNA，8.7 μL ddH2O。反应具体条件为：94 ℃ 2 min；94 ℃ 15 s，60 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，共40个循环；72 ℃ 10 min。记录每个标本目的基因和内参扩增的CT值，计算目标基因表达的相对含量。引物序列如表1。

1.4.7 残余胆固醇水平与骨量和微结构参数的相关性基于上述血清学和Micro-CT检测结果，采用Pearson法分析残余胆固醇、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇水平与骨密度的相关性，残余胆固醇水平与骨体积分数、骨小梁数量、结构模型指数、骨小梁分离度的相关性。
1.5 主要观察指标两组小鼠血清总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、Ⅰ型前胶原氨基端前肽和Ⅰ型胶原羧基端交联肽水平，股骨松质骨和皮质骨微结构、弹性模量和最大弯曲应力，胫骨RUNT相关转录因子2、Ⅰ型胶原、骨钙素、碱性磷酸酶、骨保护素、核因子κB受体活化因子配体、活化T细胞核因子1、组织蛋白酶K mRNA表达，残余胆固醇水平与骨量参数的相关性。
1.6 统计学分析所有实验数据使用SPSS 23.0进行统计分析。两组间比较时，若方差齐，采用独立样本t检验；若方差不齐，采用Welch’s t test。在数据满足正态分布情况下，采用Pearson相关分析变量间的相关程度。统计学显著性水平为P < 0.05。该文统计学方法已经华北理工大学徐应军专家审核。

讨论

此次研究通过高脂高胆固醇饲料喂养建立了高残余胆固醇小鼠模型，通过血清学、影像学、生物力学、分子生物学指标全面分析高水平残余胆固醇对小鼠骨转换水平、骨量、微结构和生物力学性能的影响，结果提示高残余胆固醇水平可能降低了小鼠骨质量。此次研究发现，高残余胆固醇小鼠血清中破骨细胞功能标志物Ⅰ型胶原羧基端交联肽表达显著升高，但Ⅰ型前胶原氨基端前肽水平没有显著变化，提示骨吸收活性大于骨形成，骨转换结局倾向于骨吸收，与以往研究结果一致[12]。
骨组织可以分为皮质骨(约占骨骼的 80%)和小梁骨，尽管小梁骨占骨骼的20%，但相对于皮质骨，小梁骨的表面积更大且重塑更活跃，骨量和微结构更容易发生变化[13-14]。此次研究通过Micro-CT对小鼠股骨微观结构进行扫描，结果显示：与对照组相比，高脂组小鼠股骨骨密度和骨体积分数显著减少，说明高脂组小鼠骨矿化能力降低、骨量减少，骨分解代谢大于合成代谢；高脂组小鼠骨小梁数量和骨小梁连接密度显著减少、骨小梁分离度显著增加，反映了骨小梁数量减少、网状结构之间的连接减少、结构松散，骨小梁模式因子和结构模型指数的增加进一步说明骨小梁结构趋于杆状而不是板状，表明高脂组小鼠的骨小梁强度和骨质量明显受损。在相关性分析中得到了类似结果，随着残余胆固醇的升高，松质骨骨密度、骨体积分数和骨小梁数量均显著减少，而结构模型指数和骨小梁分离度均显著增加，提示残余胆固醇水平升高可能导致骨分解代谢强于合成代谢，引起小鼠骨量降低，与既往类似研究结果一致[15-16]。新近研究表明，胆固醇通过调节Wnt/β-catenin信号通路发挥对骨骼发育以及滑膜、关节软骨和成骨细胞的调控作用[17]。对高胆固醇饮食大鼠的基因表达谱研究发现，转化生长因子β/骨形态发生蛋白2 受体和Wnt 信号通路基因下调，这些基因的下调抑制了间充质干细胞的成骨分化乃至骨形成[18]。此外，血脂异常不仅与破骨细胞中较高的脂质负荷有关，还有可能通过血脂代谢产物刺激其他类型细胞或诱导促炎递质的产生来影响破骨细胞的功能。进一步研究显示，胆固醇通过雌激素受体相关受体α激活信号促进破骨细胞生成[19]。
然而，皮质骨分析结果显示，与对照组相比，高脂组小鼠皮质骨骨密度、厚度、体积和横截面积均有下降趋势，但差异无统计学意义，同样在生物力学测试中两组小鼠股骨的弹性模量和最大应力均无统计学差异，说明残余胆固醇水平升高对皮质骨有一定影响，但尚未造成显著破坏，松质骨的变化未引起骨骼机械力学的改变。由于骨小梁的生理重塑率较高，因此轻微的影响在小梁骨中比在皮质骨中更早出现[20]。
以往研究发现，高脂肪饮食喂养的小鼠表现出过度肥胖、骨密度降低和骨质量受损[21-22]。LI等[12]研究发现，与正常饮食小鼠相比，高胆固醇饮食小鼠股骨骨密度、骨体积分数、骨小梁厚度和骨小梁数量均显著降低，而骨小梁分离度显著增加。另一项研究证实，高脂饲料饲喂8周后C57BL/6J小鼠骨量显著增加，但在高脂饲料饲喂16，24周后骨量减少[23]。另有研究表明，长期高脂饲料喂养的小鼠骨量减少，并且在进行低脂饮食后恢复能力较差[24]，这可能与高脂增加了骨髓脂肪组织形成从而抑制了骨再生有关[25]。此外，DOUCETTE等[26]研究发现，高脂饲料喂养12 周的小鼠骨小梁数量减少、骨小梁分离度和骨小梁连接密度增加，但对骨干中段皮质骨的分析未发现显著变化，这与此次研究结果一致。
骨的生物力学性能是反映骨质量的重要指标。为了进一步评估高残余胆固醇小鼠骨骼力学性能的变化，此次研究通过三点弯曲实验检测了小鼠股骨弹性模量和最大弯曲应力，两者共同反映骨的内在质量和性能的改变[27]。此次研究结果显示，高残余胆固醇小鼠股骨力学性能未发生显著变化。IONOVA-MARTIN等[28]研究显示，与正常饮食喂养的C57BL/6小鼠相比，高脂饲料喂养16周的C57BL6小鼠股骨最大应力降低了15%，而弹性模量和屈服应力未发生显著改变。有研究显示，高脂喂养诱导的体质量增加显著改善了雌性阿尔茨海默病小鼠的骨质量[29]，高脂诱导的高体质量和机械负荷增加可能有益于骨骼健康[30]。
此外，JOHANSSON等[31]研究显示，骨质疏松症伴随体质量减轻可以通过增加体质量来改善。以上研究结果提示，在探索高血脂对骨质量影响的研究中体质量变化是一个重要影响因素。然而，与松质骨相比，皮质骨具有更好的承重作用[32]。因此，作者推测高残余胆固醇小鼠体质量的增加在一定程度上对承重的皮质骨质量起到了保护作用，从而减轻松质骨质量恶化对股骨生物力学性能的影响；此外，相对于松质骨而言，皮质骨结构特性导致其骨转换周期更长、对代谢变化的响应更慢，也可能是造成该结果的原因之一。
成骨细胞是排列在骨骼表面的细胞，负责有机骨基质的合成和分泌，有利于维持骨基质和调节钙稳态[33]。破骨细胞是多核巨细胞且具有造血功能，可通过酸化溶解吞噬基质促进骨吸收[8，34]。骨形成和吸收之间的精确和适当平衡，对于骨骼的塑造和发育、维持骨骼的完整性和全身矿物质稳态至关重要。骨重塑过程分阶段进行，首先是破骨细胞被激活和现有受损骨的再吸收，随后成骨细胞被募集到骨表面，促进成骨形成，形成的骨质被矿化形成成熟骨[14]。在成年骨峰时期，骨吸收和骨形成之间的耦合是相对平衡和稳定的，然而随着年龄的增长，这种平衡逐渐被打破，增加了低骨量和骨折易感性的风险[35]。
转录因子RUNT相关转录因子2在软骨细胞和成骨细胞谱系细胞包括骨祖细胞中表达，对软骨细胞成熟和成骨细胞分化至关重要[3]。研究显示，RUNT相关转录因子2通过调控Ⅰ型胶原、骨钙素等靶基因的表达来调节成骨细胞分化[36]。此次研究RT-qPCR检测结果显示，与对照组相比，高脂组小鼠胫骨RUNT相关转录因子2、Ⅰ型胶原、骨钙素mRNA表达显著下调，表明残余胆固醇水平升高可能导致了成骨分化，而碱性磷酸酶表达下调提示成骨细胞活力下降。在破骨细胞生成过程中，骨细胞通过树突状突起，以膜结合形式向破骨细胞前体提供其产生的核因子κB受体活化因子配体。此外，骨细胞来源的骨保护素可以作为核因子κB受体活化因子的可溶性诱饵受体抑制破骨细胞的形成，因此，骨细胞可以通过骨保护素/核因子κB受体活化因子配体机制来促进或抑制破骨细胞的形成[37]。此次研究结果显示，与对照组相比，高脂组小鼠胫骨骨保护素和骨保护素/核因子κB受体活化因子配体转录水平上显著下调，说明高残余胆固醇小鼠可能发生了骨丢失。活化T细胞核因子1是在T细胞中发现的转录因子，转录组学分析已经确定活化T细胞核因子1是破骨细胞的主要调节因子，可增强骨吸收相关的多个基因表达，活化T细胞核因子1缺乏将导致破骨细胞融合受损、骨吸收活性显著降低[38]。此次研究结果显示，高脂组小鼠活化T细胞核因子1和另外一个破骨细胞标志物组织蛋白酶K mRNA表达显著上调，这些结果说明残余胆固醇升高破坏了骨微环境，抑制小鼠成骨细胞的分化和成熟，同时促进了破骨细胞的生成。
综上所述，此次研究重点探讨残余胆固醇对小鼠骨质量的影响，发现残余胆固醇水平升高可能通过抑制成骨活性增加破骨活性，进而降低松质骨的骨量，导致骨微结构的破坏。然而，该研究仅初步分析了残余胆固醇水平与上述骨质量指标的相关性，因果关系仍有待进一步明确，尤其是血脂异常引起的骨量减少所涉及的分子调控机制还有待深入研究。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

血清残余胆固醇降低肥胖小鼠骨质量

Serum remnant cholesterol reduces bone quality in obese mice

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