《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids》：Phytosterol supplementation attenuates bone loss and alters tissue-specific sterol metabolism in vitamin D-deficient rats
编辑推荐：
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植物甾醇的补充通过增加股骨骺端的松质骨矿物质密度，显著减轻了维生素D缺乏（VDD）引起的骨质流失。
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植物甾醇的补充通过增加股骨骺端的松质骨矿物质密度，显著减轻了维生素D缺乏（VDD）引起的骨质流失。
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植物甾醇提高了骨髓中的7-脱氢胆固醇/胆固醇比例，表明其抑制了局部胆固醇的合成。
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在骨骼肌中，VDD促进胆甾醇的积累，而植物甾醇的摄入会进一步加剧这一过程。
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主成分分析（PCA）显示，虽然骨骼和骨髓中的甾醇谱与血液和肝脏中的甾醇谱有很强的相关性，但大脑和肌肉仍然维持着独立的、局部的甾醇代谢。
引言
维生素D是一种脂溶性维生素，对于维持钙和磷的平衡至关重要，并在骨骼健康中起着核心作用[1],[2],[3]。维生素D可以通过皮肤在紫外线照射后的生物合成获得，或者通过饮食中富含维生素D的食物（如鲑鱼和金枪鱼、蛋黄、蘑菇和乳制品）摄入。在体内，维生素D首先在肝脏中经过羟基化生成25-羟基维生素D [25(OH)D]，然后在肾脏中进一步羟基化生成具有生物活性的1,25-二羟基维生素D [1,25(OH)2D]。这种活性代谢物通过维生素D受体（VDR，一种核受体）来调节目标基因的转录[3],[4]。在小肠上皮细胞中，1,25(OH)2D与VDR的结合直接促进了钙通道蛋白TRPV6和细胞内钙结合蛋白calbindin-D9k的基因转录[5],[6]。这些蛋白质的上调极大地促进了肠道中对钙的吸收。因此，增强肠道对钙的吸收同时上调骨骼代谢对于维持骨矿物质密度（BMD）至关重要[7],[8]。然而，在现代社会中，由于户外活动减少导致 sunlight 暴露不足，加上饮食中维生素D摄入不足，维生素D缺乏已成为一个全球性的健康问题，与骨质疏松和骨折的风险增加密切相关[9],[10]。虽然传统的骨骼健康观点主要集中在钙和磷代谢的调节上，但新兴的研究表明，脂质代谢，特别是骨髓中的脂质代谢，在维持骨骼微环境的稳态方面起着不可或缺的作用[11]。
新的证据表明，维生素D缺乏（VDD）也会扰乱脂质代谢。据报道，维生素D不足个体的甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇水平升高[12],[13]。此外，绝经后女性的血清胆固醇水平与骨矿物质密度呈负相关[14]。虽然雌激素作用不足是常见原因之一，但胆固醇水平的变化也可能减少骨骼形成。实际上，一项体外研究表明，细胞外胆固醇会显著增强破骨细胞的活性[15]。由于破骨细胞中HMG-CoA还原酶（从头合成胆固醇的限速酶）的表达较低[16]，它们的分化和骨吸收活动高度依赖于血清脂蛋白来源的胆固醇[17]。胆固醇是细胞膜的主要结构成分。全身胆固醇的稳态主要通过合成（图1）、饮食吸收和排泄来维持。据推测，包括骨组织和骨外器官在内的全身胆固醇平衡是VDD引起的骨质疏松发病机制的关键因素。支持这一观点的是，他汀类药物（通过抑制HMG-CoA还原酶来降低血清胆固醇的药物）已被证明可以通过增加骨矿物质密度（BMD）来降低绝经后女性的骨折风险[18],[19]。机制上，他汀类药物被证明可以上调成骨细胞中骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的mRNA表达，从而促进成骨细胞的分化[20]。
植物甾醇（PS）是植物细胞膜的主要成分，其具有类似于胆固醇的甾体骨架和不同的侧链结构（图2）。代表性的植物甾醇包括β-谷甾醇、菜籽甾醇和豆甾醇，它们广泛存在于饮食中。PS主要存在于植物油、坚果、种子和全谷物中，也少量存在于水果和蔬菜中。由于它们与胆固醇的结构相似，PS化合物会竞争性地抑制肠道对胆固醇的吸收，从而降低血液中的低密度脂蛋白（LDL）胆固醇水平[21],[22],[23]。尽管大部分植物甾醇通过ABCG5/8转运蛋白被排回肠道腔内，但仍有少量植物甾醇被吸收到体内，发挥其他生理功能，而不仅仅是抑制胆固醇吸收[24]。据报道，吸收的植物甾醇在体内具有多种生理作用[25],[26],[27],[28],[29],[30],[31]。特别是，许多研究描述了它们的护肝作用，包括通过调节脂质代谢、炎症和内质网应激来减轻肝脂肪变性和纤维化[25],[26]。有一种提出的机制是植物甾醇作为核受体的配体[27]；然而，其背后的机制尚未完全阐明。除了肝脏之外，植物甾醇的功能作用也在其他器官中被报道。例如，Liu等人报道，12周的橄榄油口服给药显著减轻了6个月大的Sprague-Dawley（SD）大鼠的卵巢切除（OVX）引起的骨质流失[28]。由于橄榄油中n-3多不饱和脂肪酸含量较低，而这些脂肪酸是已知的骨骼代谢调节剂[29]，因此橄榄油中的植物甾醇可能是这种护骨作用的原因。最近的研究显示，β-谷甾醇通过调节骨髓脂肪细胞的分化来抑制骨质疏松[30]。此外，在OVX大鼠的骨髓中也检测到了豆甾醇等植物甾醇，可能改变了与骨质疏松相关的甾醇组成[31]。
如上所述，虽然在异常骨骼代谢条件下观察到了植物甾醇代谢的改变[28],[31]，但植物甾醇的组织特异性分布和代谢调节作用仍不够明确；特别是关于它们在骨组织内的生理意义和代谢动态的知识有限。因此，阐明异常骨骼代谢状态下植物甾醇的局部积累和代谢对于理解它们的全身生理功能至关重要。在这项研究中，选择骨质疏松作为异常骨骼代谢的模型。这一选择基于之前在OVX模型中观察到的植物甾醇波动，以及认识到预防骨质疏松对于延长未来快速老龄化社会的健康预期寿命至关重要。骨质疏松的动物模型多种多样，包括基于VDD和OVX引起的雌激素缺乏的模型。VDD引起的骨质流失相对较轻；Bondu等人报告，在VDD处理4个月后，SD大鼠的BMD下降了约5%[32]，而Xu等人观察到VDD使OVX引起的BMD下降（通常约为23%）进一步增加了约5%[33]。临床上，当BMD低于年轻成年平均水平的70%时，建议进行药物治疗。然而，饮食成分的护骨益处对于预防骨质流失和管理轻度BMD下降更为相关，而不是治疗严重的骨质疏松。因此，为了适当评估饮食植物甾醇的预防和早期治疗效果，本研究采用了VDD引起的骨质疏松模型。在这项研究中，我们分析了骨质疏松发病机制中的全身甾醇代谢紊乱情况，重点关注肝脏、血液、骨髓、股骨和肌肉中的甾醇谱。
因此，本研究旨在表征VDD引起的骨质疏松大鼠模型中植物甾醇的组织特异性积累及其相关的甾醇代谢变化。我们全面量化了多个组织（包括骨髓和股骨）中的甾醇谱，以阐明在VDD条件下植物甾醇摄入如何影响全身甾醇稳态及其与骨质疏松相关代谢改变的潜在关系。
章节片段
橄榄油样品的采样和预处理
在一个螺口管中加入10微克5α-胆固醇（Sigma，美国密苏里州圣路易斯）作为内部标准品，蒸发至干燥，然后称量0.1克橄榄油加入管中。接着加入1.4毫升甲醇和2.8毫升氯仿，用氩气冲洗管子，并通过翻转混合内容物。轻轻搅拌后，在40°C下孵育30分钟进行脂质提取。孵育过程中，定期排气并轻轻混合...
生长参数和右股骨骨矿物质密度
如表3所示，三组大鼠的初始体重和最终体重之间没有显著差异（ANOVA：初始；F2,18 = 0.053, P = 0.948；最终；F2,18 = 0.614, P = 0.552）。尽管VDD-PS组的肠系膜白色脂肪质量比VDD组和VDD组低，但这些减少没有达到统计学显著性（ANOVA：F2,18 = 0.578, P = 0.571）。血浆甘油三酯浓度...
讨论
在本研究中，VDD引起的骨质疏松模型显示出股骨骨干总BMD下降了5%，证实了骨质疏松的进展。这种BMD下降的程度与VDD模型中报告的5%下降一致[32]。观察到VDD-PS组的松质骨BMD高于VDD组，表明植物甾醇的摄入可能修改了维生素D缺乏条件下的骨骼代谢反应。
CRediT作者贡献声明
何文钊：撰写——原始草稿、可视化、研究、正式分析、数据管理。 王森：撰写——原始草稿、研究、数据管理。 陈旭：研究、正式分析。 张博坤：研究、正式分析。 田中康隆：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、研究、正式分析。 佐藤正雄：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、方法论、概念化。
利益冲突声明
本研究得到了九州大学动物实验委员会的批准（批准号：A30-313-0）。
致谢
作者感谢九州大学农业学院高级技术和教育支持中心在本研究中的支持。
何文钊|王森|陈旭|张博坤|田中康隆|佐藤正雄
