羟基化富勒烯促进卵巢切除合并2型糖尿病小鼠骨折愈合的机制研究及其治疗潜力

本研究针对绝经后女性合并2型糖尿病(T2DM)患者骨折愈合困难的临床难题，通过建立卵巢切除(OVX)合并T2DM小鼠骨折模型，系统评估了羟基化富勒烯对骨折愈合的干预作用。研究发现羟基化富勒烯能显著改善骨痂微结构参数(BV/TV、Conn.D)，早期促进骨形态发生蛋白-2(BMP-2)表达并抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，晚期提升I型胶原(COL1)和骨钙素(OCN)表达，最终增强骨痂生物力学性能。该研究为糖尿病性骨质疏松骨折提供了新型纳米治疗策略，具有重要临床转化价值。

　　

骨折愈合是一个复杂的生物学过程，但在绝经后女性和2型糖尿病(T2DM)患者中常出现延迟愈合甚至骨不连。雌激素缺乏会导致骨代谢失衡，而高血糖环境通过促进晚期糖基化终产物(AGEs)生成和活性氧(ROS)释放进一步损害骨修复。这两种病理状态在临床中常合并存在，但现有治疗手段如双膦酸盐和甲状旁腺激素在糖尿病环境中疗效有限，亟需开发新型治疗策略。

华北理工大学的研究团队在《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》发表的研究中，创新性地探索了碳纳米材料羟基化富勒烯对OVX合并T2DM小鼠骨折愈合的干预作用。这种直径约0.7 nm的水溶性纳米颗粒此前已被证明具有抗炎和促骨生成双重效应，但其在糖尿病性骨质疏松骨折中的应用尚属首次探索。

研究采用64只8周龄雌性C57BL/6小鼠，通过高脂饮食联合链脲佐菌素(STZ)诱导T2DM模型，结合OVX手术模拟绝经后状态。建立胫骨闭合骨折模型后，实验组每2天腹腔注射5 mg/kg羟基化富勒烯(DOFF组)，通过显微CT、组织学染色、免疫组化和三点弯曲试验等多维度评估干预效果。

【方法概要】
研究采用高脂饮食喂养联合STZ注射建立T2DM模型，8周后行OVX手术模拟雌激素缺乏状态。骨折造模后，通过显微CT分析骨痂微结构参数(BMD、BV/TV等)，TRAP染色定量破骨细胞密度，免疫组化检测TNF-α、BMP-2、COL1和OCN表达，三点弯曲试验评估骨痂力学性能，ELISA检测血清骨代谢标志物。

【结果】

Micro-CT分析

骨折28天后，DOFF组较未治疗的DOF组显著提升了骨痂的骨体积分数(BV/TV)和连接密度(Conn.D)，分别增加约40%和35%。骨小梁数量(Tb.N)和厚度(Tb.Th)也明显改善，证实羟基化富勒烯能逆转糖尿病和雌激素缺乏导致的骨痂结构退化。

组织学分析

Safranin O染色显示DOFF组28天时骨痂矿化程度显著高于DOF组，与Micro-CT结果相互印证。早期(7天)各组间无差异，表明干预效果主要体现在骨痂改建期。

TRAP染色

7天时DOF组破骨细胞数量异常升高，而DOFF组通过抑制TNF-α使破骨细胞密度降低约50%，28天时各组差异缩小，显示羟基化富勒烯主要调控早期过度骨吸收。

免疫组化结果

7天时DOFF组BMP-2表达较DOF组提升2.1倍，同时TNF-α降低62%；28天时COL1和OCN分别增加75%和68%，证实该材料通过时序性调控关键分子促进愈合。

生物力学测试

DOFF组最大载荷和断裂能较DOF组分别提高85%和120%，达到接近正常组的水平，证实结构改善转化为功能恢复。

【结论与意义】
该研究首次证实羟基化富勒烯可通过双重机制改善糖尿病性骨质疏松骨折愈合：早期(7天)通过抑制TNF-α减轻炎症反应，同时促进BMP-2表达启动成骨；晚期(28天)持续上调COL1和OCN促进骨基质成熟。这种时序性调控特点使其区别于传统抗骨质疏松药物，为复杂代谢环境下的骨修复提供了纳米治疗新思路。

研究也存在一定局限：未设置单纯T2DM对照组，难以区分高血糖与雌激素缺乏的独立效应；分子机制方面，羟基化富勒烯如何精确调控BMP-2/Smad和NF-κB信号通路仍需深入探索。未来研究可结合单细胞测序等技术进一步阐明其细胞靶点，并探索局部递送等临床转化路径。总体而言，该工作为开发针对代谢性骨病骨折的纳米药物奠定了重要基础。