投与後の骨粗鬆症に対するオストホールの有効性を評価するための代謝バイオマーカーとパスウェイをハイスループットメタボロミクスで発見し、UPLC/Q-TOF-MSと多変量解析を組み合わせて骨粗鬆症に対するオストホールの潜在的なメカニズムを探る

High-Throughput Metabolomics Discovers Metabolic Biomarkers and Pathways to Evaluating the Efficacy and Exploring Potential Mechanisms of Osthole Against Osteoporosis Based on UPLC/Q-TOF-MS Coupled With Multivariate Data Analysis.

• Zhenxing Si
• Shifeng Zhou
• Zilong Shen
• Feiyu Luan

抄録

閉経後骨粗鬆症（PMOP）は、特に閉経後の女性に多くみられる骨密度の低下に起因する高齢者の代謝性骨疾患であるが、現在のところ有効な薬剤はない。本研究では、ハイスループットメタボロミクス法を用いて骨粗鬆症に対するオストホールの有効性を評価することを目的としました。PMOP の病態メカニズムを明らかにし、オストホール治療（ST）の有効性を探るために血液を採取し、超高性能液体クロマトグラフィーと四重極飛行時間型質量分析法（UPLC-Q-TOF/MS）およびパターン認識法を用いて代謝物、代謝プロファイルおよび経路解析を行いました。さらに、背骨重量、骨密度、およびいくつかの重要な生化学的指標も検出されました。そのうち、リジン、リノール酸、3-ヒドロキシ酪酸、プロスタグランジンF2a、タウロコール酸、LysoPC(15:0)、l-カルニチン、グルコース、アルギニン、クエン酸、コルチコステロン、オルニチン、トリプトファン、アラキドン酸、Cer(d18.0/18:0)、グルタミン酸を含む19種類の代謝物をSTが有意に調節することが確認された。0/18:0）、グルタミン、尿酸、8-ETE、主にリノール酸代謝、デンプン、およびショ糖代謝、アラキドン酸代謝、アラニン、アスパラギン酸およびグルタミン酸代謝、アルギニンおよびプロリン代謝、クエン酸塩サイクル（TCAサイクル）、およびアルギニン生合成のような13の代謝経路と関連しているエストリオール。卵巣摘出モデル（OVX）ラットでは、骨密度、TGF-β1、NO、NOSレベルが有意に低下し、骨量、IL-6、TNF-α、Caレベルが有意に増加した。これらのパラメータはOVX群と比較して明らかに改善した。STは、内因性代謝関連代謝機構に影響を与えることで、卵巣摘出誘発性骨粗鬆症を効果的に緩和することができ、PMOP治療のための天然の代替療法としての可能性を示した。

Postmenopausal osteoporosis (PMOP) is the most common metabolic bone illness among the elderly especially in postmenopausal women resulting from a reduction in bone mineral density, but there is no effective drug at present. The study was aimed at evaluating efficacy of osthole against osteoporosis using high-throughput metabolomics method. The blood samples for illustrating the pathological mechanism of PMOP and exploring the efficacy of osthole treatment (ST) were collected to perform metabolites and metabolic profiles and pathways analysis using ultra-performance liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-Q-TOF/MS) and pattern recognition methods. In addition, backbone weight, the bone density, and some vital biochemical indexes were also detected. A total of 28 metabolites were identified as biomarkers for ovariectomized-osteoporosis model, and ST could significantly regulate 19 of them including lysine, linoleic acid, 3-hydroxybutyric acid, prostaglandin F2a, taurocholic acid, LysoPC(15:0), l-carnitine, glucose, arginine, citric acid, corticosterone, ornithine, tryptophan, arachidonic acid, Cer(d18:0/18:0), glutamine, uric acid, 8-HETE, estriol, which mainly related with 13 metabolic pathways, such as linoleic acid metabolism, starch, and sucrose metabolism, arachidonic acid metabolism, alanine, aspartate and glutamate metabolism, arginine and proline metabolism, citrate cycle (TCA cycle), and arginine biosynthesis. The ovariectomized model (OVX) rats display a significant decrease bone density, TGF-β1, NO, and NOS level, and a significant increase bone weight, IL-6, TNF-α, and Ca level. These parameters in the ST rats were evidently improved as compared to the OVX group. ST effectively mitigated ovariectomy-induced osteoporosis in rats by affecting endogenous metabolite-related metabolic mechanism and showed the natural alternative with potential for the treatment of PMOP.

Copyright © 2020 Si, Zhou, Shen and Luan.