选择性β1肾上腺素能受体阻断剂抗骨质疏松的作用及机理研究

Osteoporosis and hypertension are two common diseases in the elderly population and the two often coexist. These two diseases were often treated with anti-osteoporosis drugs and antihypertensive drugs respectively. It is very important to find a medicine which not only can reduce blood pressure but also can treat osteoporosis. Recently, clinical evidence demonstrated that selective β1-adrenergic receptor blocker (an anti-hypertensive drug) has the ability to reduce blood pressure and can significantly improve bone mineral density and reduce fracture risk. As yet，there is no study about the anti-osteoporosis effect and mechanisms of selective β1-adrenergic receptor antagonist. In our preliminary experiment, we found that the selective β1-adrenergic receptor antagonist significantly increased the bone mineral density and bone strength compared with the OVX group. In this study, we will verify the anti-osteoporosis effect of selective β1-adrenergic receptor antagonist and its related cellular and molecular mechanisms through in vitro cellular and in vivo animal studies. It will provide a theoretical basis for further understanding the pathogenesis of osteoporosis. And it will also provide new ideas and new methods for exploring new medicine for the treatment of osteoporosis.

骨质疏松症与高血压都是严重影响中老年人群健康的常见疾病，这两种疾病常常存在于同一患者。对这样的患者临床通常分别应用抗骨质疏松药物与抗高血压药物治疗。找到一种既可以降低血压，又可以治疗骨质疏松的药物具有重要的临床意义。近来临床研究发现选择性β1肾上腺素能受体阻断剂在降低血压的同时可以明显提高患者骨密度，降低骨折风险。而其体内外抗骨质疏松作用及其相关分子机制的研究国内外尚未见报道。本课题组前期动物体内预实验表明：选择性β1肾上腺素能受体阻断剂-美托洛尔可以显著提高去卵巢大鼠的骨密度与骨强度，表现出明显的抗骨质疏松作用。本课题拟通过动物体内研究明确选择性β1肾上腺素能受体阻断剂体内抗骨质疏松的作用，通过体外细胞、分子学研究进一步探讨选择性β1肾上腺素能受体阻断剂对成骨细胞与破骨细胞的作用及其分子机制。以期为进一步了解骨质疏松症的发病机制提供理论基础，为探索骨质疏松症的治疗提供新思路、新方法。

研究背景：骨质疏松症和高血压病均是年龄相关的慢性疾病。临床流行病学研究表明，选择性β1肾上腺素能受体阻滞剂可以显著提高用药人群的骨密度、降低其骨折风险，但缺乏相关的深入研究。本项目的目的是通过体外细胞学研究、体内动物实验研究探索选择性β1肾上腺素能受体阻滞剂抗骨质疏松的作用及相关机制，为临床骨质疏松症的治疗提供新思路、新方法。.研究方法：1. 用MTT法测试美托洛尔对于成骨细胞增殖能力的影响。采用碱性磷酸酶（ALP）染色及ALP定量测试美托洛尔对于成骨细胞分化能力的影响。采用茜素红S染色及定量测试美托洛尔对于成骨细胞矿化能力的影响。采用Real time - PCR，分别测定成骨相关基因的表达包括Collagen 1（Col1a1）、ALP、Osteopontin（OPN）和Osteocalcin（OCN）。2. 采用MTT法测试美托洛尔对RAW 264.7细胞增殖能力的影响。采用TRAP酶活性定量法检测美托洛尔对破骨细胞TRAP活性的影响。3、建立绝经后骨质疏松模型。药物干预12周后，测量动物骨密度，进行椎体压缩测试，计算极限载荷、硬度、能量吸收值。对L5椎体进行HE染色观察。股骨远端显微CT扫描，测量骨小梁显微结构参数。.研究结果：1.中、高浓度美托洛尔具有促进成骨细胞增殖能力的作用。2. ALP染色及定量测试、茜素红S染色及钙结节定量测试结果显示：成骨细胞的分化程度随时间推移而升高。Real - time PCR检测成骨相关基因Col1a1、ALP、OPN及OCN的结果表明中、高浓度美托洛尔具有促进成骨细胞分化能力的作用。3.中、高浓度美托洛尔具有抑制RAW 264.7细胞增殖能力的作用。TRAP定量测试结果提示，中、高浓度美托洛尔具有抑制破骨细胞活性的作用。4. 动物实验：美托洛尔治疗组L4骨密度下降的趋势得到了有效抑制；生物力学参数: 极限载荷、硬度、能量吸收值显著增高；股骨远端的骨小梁显微结构明显改善。.研究结论：美托洛尔通过调高成骨相关基因的表达水平促进成骨细胞增殖和分化，同时抑制破骨细胞分化及其活性；通过调节骨重建，改善骨小梁微结构，提高力学强度；为高血压合并骨质疏松患者的治疗提供新的思路。