番茄红素对去势大鼠骨量和骨生物力学的影响*★

杨希重1，季翠杰2，陈晓亮1，李磊1

课题背景：此课题为民政部“十一五”课题项目，民人教科学[（2007）18-1-27]。由活性氧诱发的氧化应激与骨质疏松的发生有关，食物中的抗氧化剂能够降低体内的氧化应激反应，番茄红素作为自然界中的抗氧化剂能够减低人类某些与年龄老化有关的疾病的发生。

应用要点：国内外研究证实番茄红素在治疗癌症及心血管疾病方面有独特作用。本实验提示番茄红素能够增加骨量和骨强度。实验中番茄红素治疗组的骨密度和生物力学指标均低于雌激素治疗组，其原因可能如下：①番茄红素对骨质疏松的治疗作用比较温和，可能需长时间用药。②样本例数不多，统计学检验效能不足。

同行评价：①课题主攻方向较陈旧，但施加的因素较先进。②设计合理，有一定创新性和科学性。③骨质疏松症是一种全身性疾病，它的治疗不仅仅是抗氧化的问题。

1青岛大学医学院附属医院脊柱外科，山东省青岛市 266003；2蓬莱市第二人民医院内科，山东省蓬莱市 265612

杨希重★，男，1972年生，山东蓬莱市人，汉族，青岛大学在读硕士，主治医师，主要从事脊柱外科的研究。
yanyubaihe@126.com

通讯作者：陈晓亮，硕士，教授，硕士生导师，青岛大学医学院附属医院脊柱外科，山东省青岛市
266003

摘要
目的: 番茄红素作为自然界中的抗氧化剂，能够减低人类某些与年龄老化有关的疾病的发生。实验拟进一步验证番茄红素对实验性骨质疏松大鼠骨密度和骨生物力学的影响。
方法：实验于2006-07/2007-11在青岛大学医学院附属医院动物实验基地完成。番茄红素油树脂由新疆智星科技投资开发有限公司提供，使用时玉米油稀释至所需浓度。选择6个月龄SPF级雌性wistar大鼠50只，按体质量随机分成5组，即假手术+玉米油组 (2 mL/d)、卵巢切除+玉米油组 (2 mL/d)、卵巢切除+苯甲酸雌二醇组 (0.2 mg/kg,1次/周)、番茄红素低剂量组 (10 mg/kg，1次/ d)、番茄红素高剂量组 (20 mg/kg，1次/ d)。每组10只，除假手术组外其余各组均切除双侧卵巢，建立骨质疏松动物模型，按组给予灌服给药，治疗12周。
结果：术后2周内假手术组死亡1只，低剂量组死亡2只。47只大鼠进入统计学分析。①卵巢切除组大鼠腰椎及股骨的骨密度和最大应力均较假手术组降低，差异有显著性(P < 0.05)。②摄取番茄红素和雌激素的大鼠，股骨及腰椎骨密度和最大应力比卵巢切除组明显升高，差异有显著性(P < 0.05)。③番茄红素增加骨密度和提高最大应力作用不如雌激素明显；高剂量组作用强于低计量组。
结论：番茄红素可提高骨质疏松大鼠的骨密度和骨生物力学特性，但其作用低于雌激素，是否与用药时间和样本例数不多有关尚需观察。
关键词：番茄红素；骨质蔬松；骨密度；生物力学；组织构建

杨希重，季翠杰，陈晓亮，李磊. 番茄红素对去势大鼠骨量和骨生物力学的影响[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(15):2811-2814 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-15/15k-2811(ps).pdf]

中图分类号:R681.4
文献标识码:A
文章编号:1673-8225
(2008)15-02811-04

AIM:Lycopene as an antioxidant can decrease the risk of age-related chronic diseases, such as cancer. In this study, we investigated the impact of lycopene on bone mineral density and bone biomechanics in experimental osteoporotic rats.
METHODS: The experiment was performed at the Animal Experiment Center of the Affiliated Hospital of Qingdao University Medical College from July 2006 to November 2007. The lycopene was provided by the Xinjiang Zhixing Technology Invest Development Company, and diluted to certain concentration by corn oil. Fifty six-month-old SPF female Wistar rats were selected and divided into 5 groups (n=10) according to body mass: Sham operation and corn oil group (2 mL/d), ovariectomy (OVX) and corn oil group (2 mL/d), OVX and estradiol benzoate (EB) group (0.2 mg/kg, once a week), low and high lycopene groups (10 mg/kg, 20 mg/kg, once a day). Except the sham operation group, all rats underwent OVX to establish models of osteoporosis. Each group was administrated corresponding medicine for 12 weeks.
RESULTS: Within 2 weeks postoperatively, 1 of sham operation group died and 2 of low lycopene group died. Finally, 47 rats were included in final analysis. ①The lumbar and femoral bone mineral density and maximum stress of ovariectomized rats were significantly lower than those of sham operation group (P < 0.05). ②The lumbar and femoral bone mineral density and maximum stress of rats treated by lycopene and EB were significantly greater than those in ovariectomized rats (P < 0.05). ③Lycopene could increase bone mineral density and maximum stress, but its effect was inferior to EB. In addition, high dose group had stronger effect compared with low dose group.
CONCLUSION: Lycopene can improve the bone mineral density and biomechanics of ovariectomized rats, but the effect is lower than EB, which may be correlated with administration time and sample quantity.

Yang XZ, Ji CJ, Chen XL, Li L. Effect of lycopene on bone mass and biomechanics in ovariectomized rats.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(15):2811-2814(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-15/15k-2811(ps).pdf]

番茄红素属于烃类胡萝卜素，广泛分布在食用蔬菜及水果中，具有多种生物学作用，如防止氧化损伤、清除自由基、增强人体免疫，抑制肿瘤细胞等，在防治心血管病、癌症领域有较广泛的应用[1-6]。本实验通过体内实验观察番茄红素对去卵巢大鼠的骨密度和骨生物力学性能等的影响，探讨番茄红素在预防和治疗骨质疏松症方面的作用。

设计：随机对照动物实验。
单位：青岛大学医学院脊柱外科。
材料：实验于2006-07/2007-11在青岛大学医学院附属医院动物实验基地（SPF级实验室，BSL-2）及山东省创伤骨科研究所（山东省骨科重点实验室，BSL-2）完成。6个月龄SPF级雌性Wistar大鼠50只，体质量250~300 g，由青岛大学医学院实验动物中心提供（许可证号：SYXK（鲁20040035）。番茄红素油树脂（含6%番茄红素），由新疆智星科技投资开发有限公司提供，使用时玉米油稀释至所需浓度；DPX-IQ型双能X线吸收仪（DEXA）及中小动物软件系统(美国 NORLAND公司)。
设计、实施、评估者：实验设计为第一和第三作者，实验实施为第一和第二及第四作者,均接受过正规培训。
技术路线：
动物分组：将50只雌性大鼠适应性饲养7 d后按体质量采用随机数字表法分成5组（每组10只）：即假手术组，即卵巢切除组、苯甲酸雌二醇组 (0.2 mg/kg),番茄红素低剂量组(10 mg/kg)、番茄红素高剂量组(20 mg/kg)。各组大鼠经腹腔注射 20 mg/kg体质量的水合氯醛麻醉后，假手术组在无菌条件下背部双侧切口显露双侧卵巢，不切除卵巢仅切除卵巢周围小量脂肪组织，作为正常对照；其余各组在无菌条件下背部脊柱旁侧1 cm双侧切口，切除双侧卵巢。
给药及饲养：术后各组大鼠在同等条件下饲养，自由摄食饮水，术后1周开始给药，卵巢切除组和假手术组每日每只大鼠玉米油2 mL灌胃；苯甲酸雌二醇组用苯甲酸雌二醇0.2 mg/kg体质量腹腔注射，1次/周；番茄红素低剂量组每日灌服含有番茄红素的玉米油2 mL（按每只大白鼠每天灌服番茄红素10 mg/kg体质量配制）；番茄红素高剂量组每日灌服含番茄红素的玉米油2 mL（按每只大白鼠每天灌服番茄红素 20 mg/kg体质量配制）。每月称重并记录大鼠体质量，饲养期间5组大鼠中有3只死亡，其余大鼠正常成活，均于治疗3个月麻醉后处死。
骨密度和骨生物力学的测定：体积分数为0.1的水合氯醛腹腔内麻醉(7.5 mL/kg)，采用美国 NORLAND公司的双能X线骨矿含量测定仪(DEXA，山东省医学科学研究院)，取右侧股骨及L4测定股骨和腰椎的骨密度；采用日本岛津的万能电子万能测试机(AG-IS系列MS型) 取左侧股骨和L3进行骨生物力学测试。
主要观察指标：①去势术后大鼠状况。②大鼠股骨及腰椎骨密度结果。③大鼠股骨及腰椎生物力学结果。
统计学方法：由第一作者采用SPSS 11.5统计软件进行单因素方差分析，计算结果以_x±s表示，检验水准α=0.05。

2.1 实验动物数量分析实验选用大鼠50只，术后2周内假手术组死亡1只，低剂量组死亡2只。47只大鼠进入统计学分析。
2.2 去势术后大鼠状况所有大鼠手术后1 h左右清醒，术后伤口一期愈合。术后至术后2周之间相继有3只大鼠死亡：假手术组1只，番茄红素低剂量组2只。
2.3 统计推断
2.3.1 大鼠股骨及腰椎骨密度测量结果见表1。

卵巢切除组腰椎和股骨的骨密度均明显减少，与假手术组比较，差异有显著性意义(P < 0.05)，经过番茄红素高剂量和雌激素预防治疗12周后，股骨及腰椎骨密度均升高，与卵巢切
除组比较，差异有显著性意义(P < 0.05)。经雌激素治疗后骨密度增加明显，与假手术组比较差异无显著性意义(P < 0.05)，而经番茄红素高剂量预防治疗后，腰椎及股骨骨密度增加不如雌激素明显，与雌激素治疗组比较，差异有显著性意义(P < 0.05)。番茄红素低剂量组腰椎的骨密度明显增加，股骨的骨密度虽有所增加，但与卵巢切除组比较，差异无显著性意义(P > 0.05)。
2.3.2 大鼠股骨及腰椎生物力学测试结果见表2。

卵巢切除组腰椎和股骨的最大应力均明显减少，经番茄红素预防治疗3个月后股骨和腰椎的最大应力升高，与卵巢切除组比较差异有显著性，但与假手术比较，最大应力减低，差异有显著性意义（P < 0.05），而经雌激素治疗后应力明显增加，与假手术比较差异无显著性意义；番茄红素高剂量和低剂量治疗后组间差异无显著性意义（P > 0.05）。

原发性骨质疏松症是人类最常见的慢性疾病之一。有报道认为服用抗氧化剂如维生素E和胡萝卜素能对抗骨质疏松性骨折的发生[7-8]；番茄红素属于烃类胡萝卜素，含有11个共扼双键及2个非共扼双键，相对分子质量为536 000，它易溶于脂肪和油脂中并呈现红色，广泛分布在食用蔬菜及水果中，是自然界中存在的最强的抗氧化剂[9]。本实验将番茄红素应用于骨质疏松动物模型的体内实验研究。
本实验选用6个月龄健康雌性Wistar大鼠，切除其双侧卵巢后造成绝经后骨质疏松模型[10],模型组大鼠的骨密度较假手术组显著降低，符合动物模型成功的标准，说明造模成功。
骨密度和生物力学是评价骨强度和骨量的客观指标，是确定骨质疏松症的最基本的依据[11]。本实验结果显示，卵巢切除组大鼠在切除卵巢后骨密度和骨生物力学低于假手术组，表现为骨量下降，骨生物力学强度的降低；摄取番茄红素和雌激素后的大鼠骨密度和骨生物力学强度显著升高，说明番茄红素能够增加骨量和骨强度。本实验中番茄红素治疗组的骨密度和生物力学指标均低于雌激素治疗组，其原因可能如下：①番茄红素对骨质疏松的治疗作用比较温和，可能需长时间用药。②样本例数不多，统计学检验效能不足。
目前，对番茄红素预防治疗骨质疏松症的确切机制尚不清楚。研究表明，活性氧是生物体内有氧代谢产生的含氧的自由基，由异常增多的活性氧引发的氧化应激对生物机体造成一系列的氧化损伤,如攻击多聚不饱和脂肪酸引起脂质过氧化使生物膜结构、功能及细胞膜表面受体改变;损伤蛋白质的巯基和氨基使蛋白质变性、交联、酶的活性丧失;损伤DNA导致DNA链的断裂及突变等[12-13]；同时，氧化应激通过影响许多细胞因子如核因子κB、促分裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、P53和热休克因子（HSF）等加速细胞衰老和死亡[14-15]。而患骨质疏松症的妇女血清中抗氧化剂明显降低,卵巢切除后的大鼠体内的活性氧增多，而超氧化物歧化酶等抗氧化酶减少[16]。这表明氧化应激参与骨质疏松的发病过程。番茄红素是自然界中天然存在的抗氧化剂，研究证明番茄红素不但能抑制破骨细胞的活性[17-18]，而且能促进成骨细胞增殖；作者也通过体外细胞培养证明不同浓度的番茄红素均能抑制破骨细胞的活性，促进成骨细胞的增殖[19]。最近Rao等[20]通过对13位年龄在50~60岁之间的绝经后妇女进行了为期7 d的食用含有番茄红素食物的临床实验研究结果证明番茄红素能够降低体内的氧化应激反应，从而可阻止骨质疏松症的发生。
目前，关于番茄红素对骨质疏松的动物模型的预防治疗作用国内外还未见报道，作者通过去卵巢骨质疏松动物模型灌服番茄红素的研究结果说明，不同剂量的番茄红素对骨质疏松均有预防治疗作用，表现为骨密度和骨生物力学特性的显著提高。虽然番茄红素低剂量组对于骨生物力学性能的影响与卵巢切除组无统计学差异，但从数值上表现出明显增高。
本实验为番茄红素防治骨质疏松的初步研究，尚需更多的体内外实验进一步探讨它的作用机制，比如临床大样本的实验研究及骨组织形态计量学的观察，以获得更多有用的证据，如能得到更多的实验支持，将为临床防治骨质疏松症提供一种新的选择。

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