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最新：骨髓脂肪酸与骨质疏松相关性的研究进展摘要骨质疏松(OSteoPoroSiS , OP)是一种常见的老年性代谢骨病，导 致脆性骨折引起致残率、致死率增加。近年来越来越多的研究发现， 骨髓微环境中的脂肪酸(fatty acids ,FAs)可以调节骨细胞生长、分化、 炎症和凋亡过程的各种关键信号通路，激活/表达骨稳态中起重要作用 的不同核转录因子，进一步影响邻近骨细胞的存活与功能，最终导致 OPo为了明确骨髓FAs在OP的作用机制，学者们借助磁共振波谱、 化学位移编码磁共振成像、代谢组学对动物和人体骨髓FAs进行量化 分析。本文就FAs的分类、骨髓FAs的成分、骨髓FAs的定量分析技 术及各类FAs对OP形成的可能机制进行综述，为OP干预和治疗策 略提供指导。关键词骨髓；脂肪酸；骨质疏松；磁共振波谱；化学位移编码磁共振成像； 代谢组学正文骨质疏松症(osteoporosis ,0P)是以骨量减少、骨微结构破坏为 特征，致使骨的脆性增加、易于发生骨折的一种全身代谢性骨病口。 老年人尤其是绝经后女性罹患OP导致脆性骨折事件的概率急剧攀 升，大大增加了医疗及家庭社会的支出成本，OP的防治已成为目前 迫切需要解决的公共健康问题1。大量研究表明OP在骨矿物质密度 (bone mineral density； BMD)降低的同时伴随骨髓脂肪组织增加， 但骨髓脂肪是主动增加还是被动填充目前还存在争议2-6。骨髓脂肪 细胞不仅仅填充扩大的骨小梁间隙，而且为骨髓提供必要的能量需求 和稳定的骨髓微环境5-7。最近的研究6-8进一步表明骨髓脂肪细胞 通过自分泌和旁分泌功能释放一系列蛋白、细胞因子、脂肪酸(fatty acids , FAs)等，骨髓微环境中的FAS可以调节涉及骨细胞生长、分 化、炎症和凋亡过程的各种关键信号通路，激活/表达骨稳态中起重要 作用的不同核转录因子，影响邻近骨细胞的存活与功能，最终可能触 发OP9-12为了明确骨髓FAs在OP中的作用机制，学者们借助 各种技术对动物和人类的离体、活体骨髓FAs进行量化分析。代谢组 学是测量骨髓、脂肪组织、血液等离体生物样品FAs的常用方法 12-13,而磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy ,MRS)、 化学位移编码磁共振成像(ChemiCal shift-encoded magnetic resonance imaging , CSE-MRl)能够可靠地分析活体骨髓中的FAs 成分14-16。因此，本文就FAS的分类、骨髓FAS的成分、骨髓FAS 的定量分析技术及各类FAs对OP形成的影响予以综述。1 FAS的分类FAS是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物，按碳链长度的不同(碳链上的碳原子数目)分成短链FAs(碳原子数小于 6)、中链FAs(碳原子数为612)和长链FAs(碳原子数大于12)10o 人体脂肪组织的FAs主要以16-18碳的长链FAs含量最多8,如棕桐酸(CI 6:0 ,链长：双键数)、棕桐油酸(PaImitOleiC acid , C16:1). 硬脂酸(SteariC acid , C18:0)x 油酸(OleiC acid , C18:1)x 亚油酸 (linoleic acid , LA , C18:2)x -亚麻酸(alfa-linolenic acid , ALA , C18:3)。根据是否含有双键，FAs分为不含双键的饱和FAs(saturated fatty acids , SFAS)和至少含有1个双键的不饱和 FAs(unsaturated fatty acids f UFAs) 通常含有 412 碳原子的 FAs 都是SFAs ,长链FAs中的棕植I酸、硬脂酸也是SFAso根据含有双键 的数量,UFAS又可分为:单不饱和FAs(monounsaturated fatty acids , MUFAs) z含1个双键，最多见的MUFAs是油酸、棕桐油酸。 多不饱和 FAs(polyunsaturated fatty acid , PUFAs),含 2 个或 2 个以上双键10。从UFAS的甲基端数起,利用碳原子的序数表示UFA 第1个双键的位置口 0, UFAs可以按n或领号系统分类：13(3 -3),母体 FA 为 ALA ;n-6(36),母体 FA 为 LA ;n-7(7),母 体FA为软油酸;n-9(39),母体FA为油酸。这4类均由从母体 FAS 合成的一系列 FAS 组成,n-3、n-6 是 PUFAS ,n-7、n-9 是 MUFAS , 需要注意的是人体不能把某一类FAs转化为另一类FAs0膳食中最主要的PUFAS是LA和ALA,分别是n-6、n-3系列的前体。LA 和ALA无法由人体组织合成，必须通过饮食获得，因此被称为必需 FAs10o LA和ALA通过去饱和、延伸的过程分别形成花生四烯酸 (arachidonic acid , AA , C20:4n-6)x 二十碳五烯酸 (eicosapentaenoic acid , EPA , C20:5 n-3)和二十二碳六烯酸 (docosahexaenoic acid , DHA, C22:6 n-3)6o 由于哺乳动物缺乏 n-3去饱和酶的转化酶，不能将n-6PUFAs转化为n-3 PUFAs ,而且 LA和ALA去饱和、延伸的过程都使用相同的酶，因此，n-3 PUFAs 摄入量的增加可能会导致n-6 PUFAs的作用降低。n-6 PUFAs和n-3 PUFAs的这种竞争作用提出了必需FAs消耗的最佳比例(n-6:n-3比 例)的科学问题17。2骨髓FAs的成分由于骨脂肪中的FAs分类及其角色还不清楚，因此研究骨髓FAS具有一定的临床意义。包括人类在内的不同物 种的骨髓脂质提取物主要是三酰甘油(占总脂质的54 %98 % ), 同时包含少量的磷脂、游离胆固醇等9。在脂肪细胞中，绝大多数FAs 来源于三酰甘油。骨髓FAS成分随物种的变化大于解剖位置的变化 9o大鼠骨髓FAS主要是棕桐!酸、硬脂酸和油酸，而棕柳酸、油酸和 LA是豚鼠、兔和人类骨髓中的主要FAs903骨髓FAs的定量分析技术3.1 MRS1 H-MRS被认为是量化骨髓脂肪组织含量和成分的金标准14-1 5。点分辨光谱(PRESS)和受激回波采集模式(STEAM)的单 体素IH-MRS可用于获取各个骨骼部位的脂肪波谱14。三酰甘油由 一个甘油主链连接三个FAs链组成，每个FAs链的特征在于构成链的 碳原子数量以及双键数量16(图1)。三酰甘油是MRS中脂肪信号的 主要来源，MRS理论上可以测量三酰甘油分子内所有位置的质子相对 数量的信息，因此1 H-MRS不仅可以通过脂肪分数(fat fraction , FF) 对骨髓脂肪组织进行量化，还能对UFAs和SFAs进行定量16。超高 场强1 H-MRS可以从三酰甘油分子中的质子分辨多达10个不同的脂峰16,18(图1和表1 )。由于所有FAs在脂峰A位置含有3个质子,E位置含有2个质子，所有UFAS在D位置含有4个质子， 因此fUFA、fSFA分别可以计算为fFA=AD2AE或 fFA=3AD4AA , fSFA= 1-fFA16o 一些学者还提出采用不饱和 指数(UnSatUratiOn index , UI)、不饱和水平(UnSatUratie)n level z UL)、单不饱和水平(monounsaturation level , MUL),饱和水平 (saturation level z SL)等指标分析骨髓FAS成分变化，但是这些指标 不能对FAS绝对定量2,4。对临床3.0T场强下MRS存在难以区分的共振峰，Hamilton等 18设计了用双键数(number of double bonds , ndb)、亚甲基中断 的双键数(number of methylene-interrupted double bonds , nmidb)和FA碳链长度(Chain length ,d)三个变量描述三酰甘油的简 化模型。利用这个模型通过计算每个位置的氢质子数用ndbxnmidb 和cl来表示每个脂肪峰的相对振幅(见表1 ),把ndb和nmidb的 值代入相关公式计算可获得fSFA、fMUFA、fPUFA,该方法已成功地 用于确定骨髓中三酰甘油的类型19-20oYeung等2研究了53名老年妇女和12名年轻女性的腰椎MRS ,与正常受试组(Ul= 0.114±0.016)和年轻对照组(111=0.127±0.031)相比，OP 组 (Ul=O.091 ±0.013)和骨量减少组(Ul=O.097±0.014)的脂肪Ul显著降 低。有学者21以气相色谱(gas chromatography , GC)测量FAs的 结果为标准，来验证MRS半定量FAs组成情况，发现二者之间存在 很好的相关性。需要注意的是，MRS测量结果取决于BO场异质性、 MRS采集序列、采集参数和拟合方法21 , IH-MRS无法解析单个 FA1 1.3 PPm的亚甲基信号也并非SFAS独有14。3.2 CSE-MRICSE-MRI又称为水脂肪分离成像、Dixon方法或具有回波不对称和最小二乘估计(IDEAL)的迭代分解，该方法基于水和 脂肪的共振频率不同，利用两者之间的化学位移差分离水和脂肪的信 号,实现对水和脂肪信号的定量测量14。相对于MRS而言zCSE-MRI 不仅适合于脊柱或股骨近端等红骨髓分布不均的区域，而且采集时间 短，一次扫描能同时评估多个椎骨、骨盆、股骨近端14。需要注意 的是T2*衰减效应、T1值偏倚、脂肪质子多峰等因素会影响CSE-MRI 对骨髓脂肪组织的量化准确性14。Martel等19使用CSE-MRI量化了 9名绝经前妇女和18名绝经后OP妇女的股骨近端 区域的骨髓MUFAx PUFAx SFA ,在整个骨髓脂肪组织和黄骨髓中， 绝经后OP妇女表现出较高的SFAx较低的MUFA和PUFAo多项研 究采用CSE-MRI对体模和体内脂肪组织、骨髓的FAs进行评估,结 果表明CSE-MRl体外重复性高，其准确度可与MRS相媲美18-23, 但是CSE-MRI在体外水/脂肪混合物中的准确性和稳健性较低23。3.3 代谢组学代谢组学对生物体内代谢物进行系统、定性和定量分析，通过代谢物组成和浓度的改变了解疾病发病机制，筛选出与 疾病密切相关的潜在生物标志物或治疗性靶向途径13o目前常用的 代谢组学技术有核磁共振法(nuclear magnetic resonance , NMR)、 色谱法(ChrOmatOgraPhy)和质谱法(mass spectrometry , MS)。色谱法、质谱法常联合应用以优势互补，如气相色谱-质谱法(gas chromatography-mass spectrometry , GC-MS)x 液相色谱-质谱法 等。目前，GC是检测生物样本中FAs的金标准5,16,但骨髓样本获 取需要通过穿刺或标本获得，代谢组学相关仪器的购买和维护成本高， 因此，代谢组学检测骨髓FAs尚不适用于临床常规。高分辨率质子核磁共振波谱(high-resolution proton nuclear magnetic resonance spectroscopy , HR 1H NMRS )是量化离体样品中 FAs 的有力手段，通过使用魔角旋转(magic angle spinning , MAS)可减 少化学位移异向性和偶极-偶极相互作用4,获得高分辨率波谱。Li 等4使用HRMASlHNMRS研究绝经后妇