骨代谢是骨形成、骨吸收与矿化持续协调的动态过程，维持骨量、骨微结构及力学性能稳定。雌激素缺乏、糖皮质激素长期暴露、衰老、机械负荷下降及钙磷代谢异常均可破坏骨重塑平衡，引起骨量减少、骨微结构退变或矿化障碍，形成不同类型的骨代谢疾病。

        关键词：骨代谢疾病；骨质疏松；动物模型；骨重塑；Micro-CT；成骨；破骨；组织学

1 骨代谢失衡与主要疾病

1.1 骨形成、骨吸收与矿化

        骨重塑由破骨细胞介导的旧骨吸收与成骨细胞介导的新骨形成共同完成。RANKL-RANK-NFATc1轴参与破骨细胞分化，成熟破骨细胞通过局部酸化溶解羟基磷灰石，并利用CTSK等蛋白酶降解I型胶原等骨有机基质；成骨过程中，RUNX2和SP7参与成骨谱系分化，ALPL与矿化环境建立相关，COL1A1反映骨有机基质形成，OCN更多对应成熟成骨细胞状态。骨细胞通过机械感受以及SOST/Wnt、RANKL等信号参与骨形成和骨吸收调控。

        骨矿化发生于类骨质形成之后，需要适宜的Ca²⁺、无机磷及焦磷酸盐平衡。骨形成不足、骨吸收增强和矿化障碍可单独或共同存在，构成不同骨代谢疾病的主要病理基础。

1.2 主要骨代谢疾病

        绝经后骨质疏松主要与雌激素缺乏及骨转换升高有关；糖皮质激素性骨质疏松更突出成骨功能受抑；老年性骨质疏松同时涉及成骨潜能下降、细胞衰老和骨髓微环境改变；废用性骨质疏松主要来源于机械负荷持续下降。骨软化的核心是类骨质矿化不足，慢性肾脏病相关矿物质和骨异常（CKD-MBD）则涉及肾功能、磷代谢、PTH、FGF23及维生素D轴的系统性异常。

表1 常见骨代谢疾病的病理特征

2 绝经后骨质疏松及OVX模型

2.1 疾病机制

        雌激素缺乏可改变骨髓及骨表面的RANKL/OPG平衡，增强破骨细胞形成和骨吸收，同时影响成骨细胞及骨细胞功能。股骨远端、胫骨近端和椎体等松质骨丰富区域通常较早出现骨小梁数量减少、连接性降低及小梁间距增大。

2.2 卵巢切除造模

（1）模型建立

        卵巢切除（ovariectomy，OVX）通常采用性成熟雌性大鼠或小鼠，在麻醉条件下实施双侧卵巢切除，建立持续性雌激素缺乏状态。背侧和腹侧入路均可应用，同一实验内需统一动物年龄、手术路径及术后处理条件。

（2）对照设置

        假手术组接受相同麻醉、切口及卵巢区域暴露，但保留卵巢，用于控制手术创伤、麻醉和术后应激对骨代谢的影响。

（3）模型判定

        子宫萎缩或循环雌激素下降可确认卵巢功能缺失，骨质疏松表型还需结合BV/TV、Tb.N、Tb.Sp等Micro-CT参数，以及TRAP、CTSK或其他骨转换指标。骨结构改变是确认OVX已形成稳定骨丢失表型的重要依据。

3 糖皮质激素性骨质疏松模型

3.1 疾病机制

        持续糖皮质激素暴露可抑制成骨前体细胞分化、成熟成骨细胞功能和骨基质合成，并影响骨细胞存活及骨髓微环境。长期阶段通常以骨形成不足和骨转换异常较为突出，与OVX模型的高骨转换特征不同。

3.2 药物诱导造模

（1）造模方式

        可采用泼尼松、泼尼松龙或地塞米松等糖皮质激素，通过持续口服、重复给药或缓释方式建立慢性暴露。药物种类、剂量、给药途径及处理周期需根据动物种属、年龄和目标骨表型设定。

（2）实验控制

        动物品系、性别及年龄会影响糖皮质激素敏感性。对照组需接受相应溶剂或空白处理，并保持基础日粮、活动环境和饲养条件一致。

（3）模型判定

        Micro-CT用于确认骨量和骨微结构改变，RUNX2、ALPL、COL1A1、OCN及动态骨形成指标用于评价成骨受损程度。骨量下降伴成骨指标降低，而破骨端变化相对有限，更符合持续糖皮质激素暴露后的低骨形成表型。

4 老龄与废用性骨质疏松模型

4.1 自然老龄模型

        自然老龄模型直接选择达到目标年龄的大鼠或小鼠，以年轻成年动物作为年龄对照，不额外实施药物或手术诱导。衰老可同时导致间充质基质细胞成骨潜能下降、骨髓脂肪化、骨细胞衰老及慢性炎症改变，松质骨和皮质骨均可能出现退变。实验需严格控制品系、性别、年龄和饲养条件，以减少老龄动物个体差异。

4.2 后肢去负荷模型

（1）尾悬吊

        尾悬吊使啮齿动物后肢持续处于非负重状态，减少股骨和胫骨受到的机械刺激，同时保留前肢基本活动。该模型适用于模拟失重、长期卧床或持续制动相关骨丢失。

（2）骨代谢变化

        机械刺激减少可增强SOST相关抑制，降低Wnt介导的成骨信号，并可伴随骨吸收增强。松质骨BV/TV、Tb.N、Tb.Sp、皮质骨厚度以及SOST/Wnt相关指标可用于评价模型变化。

4.3 固定与失神经模型

        肢体固定通过限制关节活动和负重形成局部废用状态，可同时伴随肌肉萎缩。坐骨神经切除等失神经模型则同时包含神经损伤和肌肉失用，更适合神经-肌肉-骨骼相互作用研究。此类模型除骨结构外，还可同步评价肌肉质量或功能变化。

5 骨软化与CKD-MBD模型

5.1 维生素D缺乏与低磷模型

（1）维生素D缺乏

        持续给予维生素D缺乏饮食可影响肠道钙磷吸收及全身矿物质稳态，严重时形成类骨质矿化不足。模型评价需结合Ca、P、PTH及维生素D相关指标，并观察未矿化类骨质和矿化状态。

（2）低磷模型

        低磷饮食通过限制骨矿化所需无机磷形成低磷性矿化障碍。血磷、未矿化类骨质、矿物沉积速率和骨力学较单纯BMD更能反映矿化异常程度。

5.2 5/6肾切除模型

        5/6肾切除通过显著减少功能性肾单位建立慢性肾功能下降。常采用分阶段手术，先部分切除或减少一侧肾脏有效组织，再切除对侧肾脏。模型评价包括血肌酐、尿素氮、P、Ca、PTH、FGF23及骨组织形态，用于判断肾功能异常是否进一步引起矿物质和骨代谢改变。

5.3 腺嘌呤及高磷饮食模型

        持续给予含腺嘌呤饲料可造成肾小管间质损伤并形成慢性肾功能异常。联合高磷饮食可进一步加重高磷血症及PTH/FGF23轴异常，适用于CKD-MBD研究。模型判定需同时确认肾功能、矿物质代谢和骨组织表型。

表2 常见骨代谢疾病及造模方式

6 骨代谢模型的实验评价

6.1 Micro-CT与骨微结构

（1）松质骨

        BV/TV反映ROI内骨组织体积比例，Tb.N、Tb.Th和Tb.Sp分别反映骨小梁数量、厚度和间距。多参数联合可判断骨量下降主要来自骨小梁减少、变薄或间距增大。

（2）皮质骨

        Ct.Th、皮质骨面积及截面几何参数可用于评价皮质骨变化。不同模型对松质骨和皮质骨的影响时序不同，分析部位和ROI需在实验设计阶段固定。

（3）检测顺序

        Micro-CT依赖骨矿物质产生X射线衰减差异，应在脱钙前完成。扫描后的样本可继续用于组织学，也可在取材时将左右侧骨组织分配至不同检测。

6.2 组织学与动态骨形成

（1）HE与TRAP

        HE染色用于观察骨小梁、骨髓腔、细胞分布和骨髓脂肪化等形态变化。TRAP组织化学用于定位骨表面成熟破骨细胞，可统计TRAP阳性多核细胞数量、破骨细胞表面或阳性面积。

（2）动态骨形成

        钙结合型荧光标记物可在不同时间点标记矿化前沿，通过标记线间距计算矿物沉积速率等动态骨形成参数。该检测需采用未脱钙骨组织。

6.3 血清骨转换与骨力学

        P1NP、骨特异性ALP和OCN等可反映系统性骨形成状态，CTX-I、TRAP5b等用于评价骨吸收。血清指标适合时间序列监测，可与终末Micro-CT和组织学结果联合分析。

        骨量变化不能完全代表骨强度。长骨可采用三点弯曲评价最大载荷、刚度等参数，椎体可采用压缩试验，适用于糖皮质激素性骨质疏松、老龄及矿化障碍等模型的功能评价。

7 骨组织取材与脱钙处理

7.1 Micro-CT与样本分流

        骨组织常同时用于Micro-CT、脱钙组织学、未脱钙组织形态计量、蛋白检测和电镜。取材阶段应确定左右侧骨组织或不同骨段的用途，避免脱钙破坏矿物信息，或固定处理影响蛋白和抗原检测。

7.2 酸性与EDTA脱钙

（1）酸性脱钙

        甲酸等酸性体系通过促进骨矿物相溶解实现脱钙，处理速度较快，适合常规石蜡组织学。处理时间过长可能影响核染色、组织结构及部分蛋白抗原。

（2）EDTA脱钙

        EDTA通过螯合Ca²⁺逐步去除矿物相，对组织形态和部分蛋白抗原相对温和，更适合需要检测RUNX2、OCN、RANKL、CTSK等抗原的骨组织IHC。

（3）其他脱钙方式

        柠檬酸盐体系可兼顾组织软化和形态保存；电解脱钙利用电场促进Ca²⁺迁移，可提高处理效率，但需控制电流、温度和处理时间。

7.3 IHC、未脱钙切片与电镜样本

（1）IHC

        固定和脱钙均可影响抗原表位。抗原修复可改善部分固定交联造成的表位遮蔽，但不能恢复脱钙过程中已经发生不可逆损伤的目标蛋白。

（2）未脱钙切片

        动态骨形成、矿化前沿及材料-骨界面研究需要完整保留矿物相，应采用未脱钙包埋和切片。完成EDTA或酸性脱钙的样本不适合进行矿物沉积速率等动态组织形态计量。

（3）电镜

        电镜主要观察骨细胞膜、线粒体、细胞器及骨基质界面等超微结构，对固定和脱钙损伤较敏感。样本需独立分流，并采用与电镜固定、脱水和树脂包埋相适配的前处理条件。

7.4 脱钙终点与后处理

        脱钙不足可导致刀痕、切片破裂及局部组织缺失，过度脱钙可影响核染色、组织结构及抗原保存。比较实验应统一组织尺寸、脱钙液体积、处理条件和终点判定方法，酸性脱钙后根据具体体系进行充分水洗、中和或相应后处理。

8 骨代谢疾病动物模型相关产品

8.1 模型建立与机制研究相关产品

8.2 成骨、破骨及骨转换检测相关产品

8.3 骨组织脱钙与样本前处理相关产品

        骨代谢疾病涉及骨吸收、骨形成、机械应答及矿化等不同异常环节，不同动物模型对应的病理机制和评价重点也存在明显差异。合理选择造模方式，并将骨微结构、骨转换、组织形态和骨力学进行联合评价，可更准确地区分骨吸收增强、骨形成不足及矿化障碍等不同表型，同时减少样本前处理对结果判读的影响。

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