文献信息
浙江大学医学院药理学系、浙江大学医学院附属第二医院临床药理科、浙江中医药大学附属第一医院骨科等团队的研究成果“Single-cell profiling reveals periosteal signatures of impaired periosteal cells proliferation in a drill-hole model of type 2 diabetes”（单细胞分析揭示2型糖尿病钻孔模型中受损骨膜细胞增殖的骨膜特征）在学术期刊《Cell Communication and Signaling》（IF：8.9）上发表。平生公司的离活一体CT（NEMO）在论文中提供了重要的小鼠股骨图像和定量分析结果。

该论文的通讯作者为吴希美教授，第一作者为吉星，罗嘉豪博士。

文献摘要

2型糖尿病（T2DM）与骨折风险增加和愈合受损有关，但骨膜在延迟修复中的作用仍不清楚。在db/db小鼠中，骨小梁和皮质骨量均减少，单细胞RNA测序显示成骨骨膜细胞中Wnt通路下调，这对维持皮质骨至关重要。对2型糖尿病患者患者骨膜细胞的转录组学分析进一步强调了成骨特性的进化保守性。WT和T2DM条件下骨折前和骨折后骨膜细胞的综合图谱，将诱导纤维化细胞鉴定为骨折修复所必需的。更重要的是，作者鉴定了纤维蛋白原样蛋白2（FGL 2），其由纤维脂肪生成祖细胞（FAP）和骨膜细胞表达，是通过mTORC 1途径通过线粒体调节抑制骨膜增殖而阻碍愈合的关键因素。这些发现强调了骨膜异质性和动力学参与T2DM骨折愈合延迟。

实验方法

动物模型

db/db小鼠作为糖尿病实验组，db/+小鼠作为非糖尿病对照组，饲养条件包括2只db/db小鼠和4只db/+小鼠配对。

单皮质钻孔胫骨模型

钻孔手术方法如前所述。所有胫骨手术均在无菌条件下进行。动物用异氟烷麻醉（在3- 4%的氧气中诱导，在1.5-2%的氧气中维持）。在该区域上形成8-10 mm的皮肤切口，并且使用微型电动马达穿过胫骨皮质的一侧钻0.7 mm的孔。

骨样本制备和μCT分析

解剖后，股骨和胫骨在4%多聚甲醛中固定48 h，随后储存在70%乙醇中。使用μCT扫描扫描（NEMO^® Micro CT ，NMC-200;在90 kV电压和40 μA电流下进行扫描。）对于体外骨组织分析。评估生长板下股骨远端骨小梁的以下参数：骨体积（Tb.BV）、总体积（Tb.TV）、骨体积分数（Tb.BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）和骨小梁分离（Tb.Sp）。分析股骨干皮质骨的骨面积（Ct.ar）、总面积（Tt.ar）和皮质厚度（Ct.Th）。为了定量，选择股骨远端生长板下方0.4 mm至1.5 mm的横截面μCT切片来评估松质骨参数，而中段1 mm区域用于皮质骨评估。以钻孔部位中点为中心，直径和高度为0.6 mm的感兴趣区域（ROI）被定义为用于定量分析的总体积（TV）。对于体内骨组织分析，以1 k x 1 k的分辨率重建3D图像。所有呈现的2D和3D图像均代表所分析的基因型。

实验结果

2型糖尿病小鼠骨量减少

最近的研究表明，青年发病的2型糖尿病模型骨量减少。在作者的研究中，作者使用db/db小鼠作为2型糖尿病的模型。对股骨的进一步μCT分析表明，db/db小鼠的骨体积显著减少（图1A和图S1F）。股骨生长板下方1-3mm的骨小梁参数分析显示，db/db小鼠的骨小梁骨体积（Tb.BV）、总面积（Tt.Ar）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨体积分数（BV/TV）显著降低，而骨小梁间距（Tb.Sp）没有显著差异。对股骨中段（距离中心1mm）的分析显示，db/db小鼠的皮质骨参数显著降低，包括皮质面积（Ct.Ar）、总面积（Tt.Ar）和皮质厚度（Ct.Th）（图1B）。总之，到12周龄时，db/db小鼠股骨皮质骨厚度减少，骨小梁体积减少。

图1. 2型糖尿病骨膜骨量减少股骨远端冠状面典型2D μCT图像，沿着2 mm松质骨段的3D μCT图像（位于生长板下方1 mm处）和1 mm皮质骨段的截面图。比例尺：2 mm. B皮质面积的定量分析（Ct.ar），总组织面积（Tt.ar）和皮质厚度（Ct.th），适用于骨干中段的1 mm皮质骨段，以及骨小梁体积（Tb.BV），小梁面积（Tb.ar），小梁厚度（Tb.th）、骨体积分数（BV/TV））、小梁分离12周龄db/db和db/+小鼠股骨远端2 mm骨小梁节段的骨小梁数量（Tb.sp）和骨小梁数量（Tb.N）.

后续实验主要关注术后第5、7、14和21天观察到的变化。作者对db/+和db/db小鼠进行了钻孔手术。CT扫描显示，与db/+小鼠相比，db/db小鼠在两个时间点的新骨形成显著减少（图4A，B；图S4A，B）。

图4.2型糖尿病骨折愈合延迟和增殖细胞减少。骨折后5、7、14和21天db/db和db/+小鼠胫骨水平面的代表性2DμCT图像和3DμCT图像。B骨折后5、7、14和21天db/db和db/+小鼠胫骨骨折部位（白色部分）新形成骨量的定量。

使用结论

总之，作者的研究强调了糖尿病引起的代谢变化和骨愈合过程之间的复杂相互作用。创建骨膜图谱可以全面了解与2型糖尿病膜内骨愈合延迟相关的细胞变化。通过整合胫骨骨折的数据，作者可以在骨修复过程中区分膜内成骨和软骨内成骨。特别是对于2型糖尿病，靶向FAPs和成骨细胞的代谢途径可能会提供新的治疗靶点。骨膜内外层细胞的增殖及其分泌的因子可能会影响膜内骨愈合的速度。因此，重要的是不仅要干预骨膜的形成，还要考虑它们分泌的因素对愈合过程的影响。总之，这项研究为2型糖尿病诱导的代谢紊乱与骨修复之间的相互作用提供了细致的理解。

使用设备

 Micro CT (型号：NEMO) (平生医疗科技)
 影像软件：Avatar（平生医疗科技）