背景:骨质疏松是以骨量下降,骨组织微结构破坏,骨折易感性增加为主要特点的一种全身代谢性骨病。其临床表现主要有肢体乏力、腰背酸痛、全身骨痛和脊柱变形等。骨质疏松性骨折是骨质疏松的最严重并发症,往往会导致患者活动受限,生活质量下降,预期寿命缩短,同时也给家庭和社会带来沉重的经济负担。目前,世界范围内有2亿多的骨质疏松患者。随着人口老龄化社会进程的加剧,这一数字还在不断攀升。临床中常见的女性绝经后骨质疏松和老年人退变性骨质疏松都属于原发性骨质疏松。绝经后骨质疏松与雌激素缺乏有关,属于高转换型骨质疏松;主要表现为骨吸收和骨形成均增快,但骨吸收相对更快,骨转换平衡被打破,引起骨质疏松。老年性骨质疏松与退变性因素有关,属MC3于低转换型骨质疏松;主要表现为骨吸收与骨形成均减弱,但骨形成相对更弱,成骨细胞不能修复破骨细胞造成的骨丢失,最终导致骨质疏松。骨质疏松后骨脆性增加,容易导致脊柱、髋部、桡骨远端和肱骨近端等部位发生骨质疏松性骨折。阿仑膦酸钠(ALN)作为第三代双膦酸盐类骨吸收抑制剂,是治疗骨质疏松的常用药物,有片剂和针剂两种剂型。目前ALN片剂应用最广泛,但是其口服要求比较严格,生物利用度仅为0.7%,而且容易引起许多与消化道相关的不良反应~([1])。ALN针剂又因其药物代谢速度快,半衰期短,肾脏毒性等问题严重制约着它的临床普及~([2])。目的:为了解决ALN在应用过程中存在的问题,我们将磷脂酰乙醇胺PEG活性脂进行ALN功能化修饰制备出4种多功能聚合物。通过去卵巢(OVX)小鼠骨质疏松模型对多selleck化学功能聚合物的治疗效果进行对比分析,并探究多功能聚合物在骨质疏松治疗过程中的作用机制。实验方法:(1)将二肉豆蔻胺磷脂酰乙醇胺PEG活性脂(DMPE-PEG-NHS)、二油酰磷脂酰乙醇胺PEG活性脂(DOPE-PEG-NHS)、二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺PEG活性脂(DPPE-PEG-NHS)和二硬脂酰磷脂酰乙醇胺PEG活性脂(DSPE-PEG-NHS)分别进行ALN功能化修饰,制备出4种具有高细胞膜亲和性、长循环特性、骨靶向性和良好生物安全性的多功能聚合物,并在体外细胞实验中探究其对成骨细胞和破骨细胞的影响。(2)选用6～7个月龄BALB/c小鼠制备骨质疏松模型,利用骨密度(BMD)检测、微焦点计算机断层成像(Micro-CT)分析和组织病理学检查来验证小鼠骨质疏松模型造模是否成功。然后按照预定时间点对小鼠进行分组治疗,并使用BMD检测、Micro-CT分析、组织病理学检查、蛋白免疫印记实验(WB)、酶联免疫吸附实验(ELISA)和三点弯曲力学实验等检测方法评价多功能聚合物对OVX小鼠骨质疏松的治疗效果。最后,通过小鼠体重监测、warm autoimmune hemolytic anemia血常规分析和重要脏器的组织病理学检查来评价多功能聚合物的生物安全性。(3)对小鼠股骨组织进行代谢组学检测,筛选出骨质疏松发病和治疗过程中涉及的显著性差异代谢物并进行聚类分析、相关性分析和KEGG代谢通路分析,从小分子代谢产物水平探究多功能聚合物治疗小鼠骨质疏松的作用机制。实验结果及结论:利用ALN对磷脂酰乙醇胺PEG活性脂进行功能化修饰成功制备出4种多功能聚合物。在体外细胞实验中,多功能聚合物能促进成骨细胞增值和矿化;而且较比ALN能更显著的抑制破骨细胞形成,降低破骨细胞活性。在OVX小鼠骨质疏松模型中,多功能聚合物能够部分逆转小鼠骨质疏松性骨流失,具有比ALN更强的抑制骨吸收、降低骨转换率和提高骨骼生物力学强度的作用。此外,代谢组学为骨质疏松发病和治疗过程中骨代谢的变化提供了有意义的探索。在多功能聚合物治疗骨质疏松过程中涉及到的显著差异性代谢物有肌酐、丝组二肽和异亮氨酰脯氨酸等,富集到的显著性差异代谢通路有组氨酸代谢通路和ATP结合盒(ABC)转运蛋白通路。代谢组学证明多功能聚合物通过调控显著性差异代谢物和代谢通路的表达逆转了骨质疏松后的骨代谢紊乱。综上所述,多功能聚合物可以有效逆转OVX小鼠骨质疏松性骨流失,促进骨质疏松后骨再生和重塑,在小鼠骨质疏松治疗中展现出比ALN更优的治疗效果。