松脂素二葡萄糖苷通过调控“微生物-肠-骨”轴缓解卵巢切除诱导的骨质疏松症

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Pinoresinol Diglucoside Alleviates Ovariectomy-induced Osteoporosis by Modulating the “Microbiota–Gut–Bone” Axis

本研究针对绝经后骨质疏松症(PMOP)现有疗法安全性不足的问题，探讨了松脂素二葡萄糖苷(PDG)通过调控“微生物-肠-骨”轴发挥骨保护作用的新机制。研究发现PDG不仅能直接促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化，还能重塑肠道菌群结构(增加g_Akkermansia等有益菌，减少g_Ruminococcus机会致病菌)，增强肠道屏障功能，提高短链脂肪酸(SCFAs)水平，从而改善骨微结构和骨代谢。该研究为PDG作为天然功能成分防治PMOP提供了实验依据，拓展了中医药防治骨质疏松的靶点思路。

　　

随着人口老龄化加剧，绝经后骨质疏松症(PMOP)已成为威胁中老年女性健康的重大公共卫生问题。这种由于雌激素缺乏导致的骨量减少、骨微结构破坏的代谢性骨病，使得骨骼脆性增加，骨折风险显著上升。据统计，骨质疏松导致的髋部骨折占女性全因死亡率的5%，成为潜藏的健康杀手。目前常规的PMOP治疗方案存在一定的安全风险，因此寻找安全有效的替代疗法迫在眉睫。

近年来，科学家们将目光投向了人体内一个复杂的生态系统——肠道微生物群，提出了通过调控“微生物-肠-骨”轴来防治PMOP的新策略。这一创新理念认为，通过调节肠道微生物及其代谢产物可以影响骨代谢，从而缓解骨丢失。研究表明，肠道微生物既能通过调控体内激素水平和宿主免疫系统直接参与骨代谢调控，也能通过介导短链脂肪酸(SCFAs)、吲哚衍生物、多胺等内源性代谢产物间接参与骨形成促进。

在这个研究背景下，传统中药杜仲(Eucommiae cortex)引起了研究人员的注意。杜仲是治疗骨病的传统中药，在骨质疏松治疗中应用广泛。其中，松脂素二葡萄糖苷(PDG)作为杜仲木脂素的主要成分，是一种重要的植物雌激素。已有研究表明PDG具有抗炎、降血压、缓解氧化应激等多重功效，但其在骨骼保护方面的潜力特别是通过肠道微环境间接影响骨代谢的作用尚不清楚。

发表在《Biochemical and Biophysical Research Communications》上的这项研究，系统阐明了PDG通过调控“微生物-肠-骨”轴缓解卵巢切除(OVX)诱导骨丢失的多靶点机制。研究人员采用多维度的实验方法，包括细胞实验验证PDG对骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的促进作用，以及动物实验评估PDG对OVX小鼠骨密度、骨微结构的影响。同时，通过16S rDNA高通量测序分析肠道菌群组成，气相色谱-质谱联用技术检测粪便中短链脂肪酸(SCFAs)表达水平，并结合组织病理学、免疫荧光等技术系统评估了肠道屏障功能和炎症状态。

主要技术方法

研究团队从2周龄C57BL/6J小鼠中提取BMSCs，通过流式细胞术鉴定细胞表面标志物(CD29、CD44阳性率>90%，CD34、CD45阴性)。建立OVX小鼠模型模拟PMOP，设假手术组、OVX组、PDG低剂量(5mg/kg/d)和高剂量组(10mg/kg/d)，干预8周。采用micro-CT检测股骨骨密度参数(BV/TV、Tb.BMD等)，ELISA法检测血清骨转换因子和结肠炎症因子，免疫荧光检测结肠紧密连接蛋白(Claudin-1、ZO-1)表达，16S rDNA测序分析肠道菌群结构，靶向代谢组学技术定量SCFAs含量。

1. PDG促进原代小鼠BMSCs成骨分化

研究人员成功从小鼠肢骨骨髓腔中提取细胞，P3代细胞呈梭形、纺锤形均匀排列。流式细胞术显示MSC表面标志物CD44(阳性率93.9%)和CD29(阳性率96.4%)强阳性，而造血干细胞标志物CD45(阳性率4.6%)和CD34(阳性率7.3%)强阴性，证实提取的细胞主要为MSCs。PDG干预实验发现，10nM和100nM浓度对细胞无显著毒性，且10nM PDG能显著提高Bmp-2、Osx和Runx-2成骨基因的相对mRNA表达。Western Blot结果进一步证实，PDG干预后骨形成相关蛋白BMP-2、OSX和RUNX-2表达显著增加，低剂量效果尤为明显。

2. PDG提高OVX小鼠雌激素水平和骨密度，改善骨微结构和骨代谢

与假手术组相比，OVX小鼠输卵管萎缩，血清雌二醇水平显著降低，而PDG干预后这些指标得到明显改善。micro-CT数据显示，OVX组股骨BV/TV、Tb.BMD和Tb.N显著降低，Tb.sp增加，PDG干预后这些指标显著恢复。H&E染色显示OVX组股骨骨小梁网状结构破坏、数量减少，而PDG干预后骨小梁数量增加，脂肪细胞形成的脂肪空泡显著减少。ELISA结果显示，PDG干预后血清ALP和PINP表达水平升高，TRACP-5b和CTX-1水平降低，表明骨形成增强、骨吸收减弱。

3. PDG修复肠道屏障，缓解肠道炎症，减少LPS入血

H&E染色显示OVX组结肠黏膜浅表上皮损伤脱落，杯状细胞减少，肠隐窝排列不规则，基底层变薄，而PDG干预缓解了黏膜层损伤。免疫荧光结果显示OVX组肠道紧密连接蛋白Claudin-1和ZO-1表达显著降低，PDG干预后表达趋势增加。ELISA检测发现PDG干预降低了结肠TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子水平，提高了SIgA水平，同时降低了结肠和血清中LPS浓度。

4. PDG调节OVX小鼠肠道微生物群及其主要代谢产物

16S rDNA测序分析显示，与假手术组相比，OVX组操作分类单位(OTUs)减少，而PDG-L组有所增加。Chao1指数表明OVX组物种总数下降趋势，PDG干预后总体物种数增加。在门水平上，主要优势菌为拟杆菌门、厚壁菌门、疣微菌门和变形菌门；属水平上主要为g_Akkermansia、g_Alistipes、g_Lactobacillus等。与假手术组相比，OVX组g_Lactobacillus和g_Ruminococcus浓度增加，而g_Akkermansia、g_Prevotella等减少。PDG干预后，g_Akkermansia、g_Lachnospiraceae NK4A136等有益菌增加，g_Ruminococcus机会致病菌减少。SCFAs靶向含量分析显示，OVX组SCFAs总体表达呈下降趋势，PDG干预后表达恢复。相关性分析发现g_Akkermansia与结肠和血清LPS水平、Tb.sp和IL-6呈显著负相关，而g_Ruminococcus与这些指标呈显著正相关。

研究结论与意义

本研究系统揭示了PDG通过多靶点机制缓解PMOP的作用。PDG不仅能直接促进BMSCs成骨分化、增加骨密度，还能通过调节肠道菌群结构(增加g_Akkermansia、g_Parabacteroides等有益菌，减少g_Ruminococcus机会致病菌)、增强肠道屏障功能、提高SCFAs水平、降低系统性炎症，从而发挥抗骨质疏松作用。g_Akkermansia作为疣微菌门的革兰氏阴性菌，能通过降低肠道通透性缓解全身炎症，促进骨折愈合；g_Parabacteroides能合成琥珀酸和SCFAs，对宿主黏膜免疫系统有重要调节作用；g_Alistipes在60岁以上人群中被发现是骨密度的保护因素。而g_Ruminococcus作为厚壁菌门的革兰氏阳性厌氧菌，与炎症性肠病和骨质疏松风险呈正相关。

该研究的创新之处在于首次从“微生物-肠-骨”轴角度系统揭示了PDG缓解PMOP的多靶点机制，不仅证实了其直接成骨作用，还阐明了其通过调节肠道微环境间接影响骨代谢的新途径。这为PDG作为天然功能成分用于PMOP的预防和治疗提供了实验依据，也为中医药防治骨质疏松提供了新的靶点和思路。未来研究可进一步探讨PDG被肠道微生物代谢的具体过程及其代谢产物如何影响肠道屏障功能和免疫调节，从而更深入地揭示其作用机制。