骨质疏松症药物的临床前评价：动物模型与药效验证

骨质疏松症以骨量减少、骨微结构退化和骨强度下降为特征，多见于绝经后女性和老年人。骨折前常无明显症状，轻微跌倒也可能导致椎体、髋部或腕部脆性骨折；椎体压缩性骨折可表现为背痛、身高缩短或驼背^[1]。
骨丢失源于骨重塑失衡：破骨细胞的骨吸收若超过成骨细胞的骨形成，骨量便逐步下降。绝经后雌激素水平下降会加速骨吸收，衰老则常伴随骨形成能力减弱^[2]。现有药物作用于不同环节：阿仑膦酸钠等双膦酸盐与地舒单抗（Denosumab）主要抑制骨吸收，后者通过阻断核因子κB受体活化因子配体（Receptor Activator of Nuclear Factor κB Ligand，RANKL）发挥作用^[3,4]；特立帕肽主要促进骨形成；罗莫索单抗通过抑制硬化蛋白，在促进骨形成的同时降低骨吸收^[5,6]。
美国食品药品监督管理局2019年发布的非临床评价指南建议，骨质量研究应依据拟开发的临床适应症选择动物模型。绝经后骨质疏松通常采用卵巢切除术（Ovariectomy，OVX）大鼠，并配合皮质骨重塑更活跃的大型非啮齿类OVX动物；具有物种特异性的生物制剂可按药理反应选择相关物种，缺乏相关物种时可采用表达人源靶点的转基因模型（图1）^[7]。
图1. 骨质疏松症候选药物的非临床骨质量评价流程
基于OVX模型和人源RANKL转基因模型，药康生物根据拟开发适应症和药物作用机制确定给药窗口与主要终点，结合骨微结构、骨力学和骨转换指标评价体内药效。针对靶向人源蛋白的抗体，还需确认候选分子能否识别模型靶蛋白并产生预期功能效应。
OVX模型与骨丢失
OVX小鼠和OVX大鼠可用于模拟绝经后雌激素缺乏相关的骨丢失。预防性研究可在术后早期开始干预。治疗性研究可先通过活体micro-CT或独立造模批次确认目标骨部位已出现骨丢失，再启动给药。造模和给药窗口应结合动物年龄、目标骨部位和预设主要终点确定^[7,8]。
OVX小鼠模型
选用8周龄雌性C57BL/6JGpt小鼠，随机分组后对模型组实施OVX，术后第10周为试验终点。方案记录体重和子宫重量，并于终点通过Micro-CT评价骨微结构。
与假手术组相比，OVX组体重增幅更大，子宫重量与体重之比显著降低（图2）。
图2. OVX小鼠的体重变化和子宫重量与体重之比。从左至右依次为体重、相对第0天的体重变化率和子宫重量与体重之比。数据为均值 ± SEM，每组12–16只。子宫重量与体重之比采用t检验，**** P < 0.0001。
代表性Micro-CT图像显示，OVX组松质骨ROI（Region of Interest）的骨小梁较假手术组稀疏（图3）。
图3. OVX小鼠松质骨的代表性micro-CT图像。上排为假手术组，下排为OVX组。从左至右依次为冠状面、矢状面、松质骨ROI冠状面和横断面。
术后第10周，OVX组股骨松质骨的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、数量（Tb.N）、骨密度（BMD）和骨矿物质含量（BMC）均显著降低，骨小梁间距（Tb.Sp）显著增大（图4）。
图4. OVX小鼠股骨松质骨Micro-CT定量分析。数据为均值 ± 均值标准误（SEM），每组12–16只。与假手术组比较，采用t检验，**** P < 0.0001。
胫骨松质骨呈现同方向变化。与假手术组相比，OVX组的骨体积分数、骨小梁厚度、数量、骨密度和骨矿物质含量均显著降低，骨小梁间距显著增大（图5）。
图5. OVX小鼠胫骨松质骨Micro-CT定量分析。数据为均值 ± 均值标准误（SEM），每组12–16只。与假手术组比较，采用t检验，**** P < 0.0001。
股骨纵切片的代表性图像显示，OVX组部分视野内骨小梁分布较假手术组稀疏（图6）。
图6. OVX小鼠股骨纵切片的苏木精–伊红（HE）染色。从左至右依次为假手术组、OVX术后4周及术后8周的两个代表性视野。
OVX大鼠模型
在大鼠试验中，OVX组术后体重增幅高于对照组（图7）。
图7. OVX大鼠术后体重变化。G1为对照组，G2为OVX组。横轴为试验天数。
术后第10周，与假手术组相比，OVX大鼠松质骨骨密度和骨小梁数量显著降低，骨小梁间距显著增大（图8）。
图8. OVX大鼠骨组织的代表性Micro-CT图像及定量分析。图左为对照组和OVX组的代表性图像，图右为定量结果。数据为均值 ± SEM，每组3–5只，采用t检验，具体P值见图。

??研究进展

药康生物正进一步开展OVX小鼠和大鼠模型的特立帕肽阳性对照试验，评价模型对促骨形成药物的响应，为不同作用机制候选药物的临床前药效研究提供更多参考。相关药效数据敬请期待~

人源RANKL模型与药效
已发表研究显示，地舒单抗可在表达嵌合人/鼠RANKL的敲入小鼠中抑制骨吸收^[9]。药康生物对B6-hRANKL-Tg小鼠（T004163）开展了分周龄骨表型评价，并在雌鼠联合OVX模型中考察地舒单抗的体内药效。
雄鼠骨表型
选用8周龄雄性B6-hRANKL-Tg小鼠和同龄雄性B6对照小鼠。两种品系分别随机分为3组，每组6只，于8、12和16周龄分别取材并进行Micro-CT检测。观察期间，雄性转基因小鼠与同龄B6对照小鼠的体重及体重增长趋势相近（图9）。
图9. 雄性B6-hRANKL-Tg小鼠及B6对照的体重变化。左图为体重，右图为相对第0天的体重变化率，每组6只。
在8、12和16周龄，转基因小鼠股骨松质骨的骨体积分数和骨小梁数量均低于同龄B6对照，骨小梁间距均较大。骨密度和骨矿物质含量的组间差异主要见于8和12周龄，骨小梁厚度在12和16周龄较高（图10）。
图10. 雄性B6-hRANKL-Tg小鼠股骨松质骨Micro-CT定量分析。各周龄比较转基因小鼠与同龄B6对照，每组6只。采用双因素方差分析（Two-way analysis of variance，Two-way ANOVA），因素为基因型和周龄。星号表示同一周龄两组间的比较结果：* P < 0.05，** P < 0.01，*** P < 0.001，**** P < 0.0001。
雌鼠联合OVX骨表型
选用8周龄雌性B6-hRANKL-Tg小鼠，随机分组后对模型动物实施卵巢切除术，分别在术后4周和8周取材。未手术的B6小鼠和B6-hRANKL-Tg小鼠分别在8、12和16周龄取材。各组进行micro-CT检测。转基因小鼠接受OVX后体重增幅加大。术后4周，子宫重量与体重之比低于同龄未手术转基因小鼠（图11）。
图11. 雌性B6-hRANKL-Tg小鼠联合OVX后的体重和子宫重量变化。从左至右依次为体重、相对第0天的体重变化率和子宫重量与体重之比，每组5–6只。
与同龄B6对照相比，未手术转基因小鼠的股骨松质骨骨体积分数、骨小梁数量和骨矿物质含量较低，骨小梁间距较大。在12和16周龄，与同龄未手术转基因组相比，联合OVX组的骨体积分数、骨小梁数量和骨矿物质含量进一步降低，骨小梁间距进一步增大（图12）。
图12. 雌性B6-hRANKL-Tg小鼠联合OVX后的股骨松质骨Micro-CT定量分析。OVX术后4周和8周分别对应12和16周龄，每组5–6只。
地舒单抗药效
选用8–10周龄雌性B6-hRANKL-Tg小鼠，随机分组后对模型动物实施卵巢切除术。术后第4周开始给予阳性对照药地舒单抗，剂量为10 mg/kg，每周皮下注射1次，连续给药6周。试验终点进行股骨micro-CT检测。与模型对照组相比，地舒单抗组股骨松质骨的骨体积分数、骨小梁数量、骨密度和骨矿物质含量显著升高，骨小梁间距显著减小。骨小梁厚度未见显著变化（图13）。
图13. 地舒单抗对B6-hRANKL-Tg联合OVX模型股骨松质骨的影响。数据为均值 ± SEM，每组6只。采用单因素方差分析及Dunnett多重比较，与模型对照组比较。* P < 0.05，** P < 0.01，*** P < 0.001，**** P < 0.0001。
SD-hRANKL大鼠骨表型
与野生型SD大鼠相比，SD-hRANKL大鼠（T002583）的代表性micro-CT图像显示，松质骨区域内可见骨小梁减少，骨小梁网络更稀疏（图14）。
图14. SD-hRANKL大鼠的代表性micro-CT图像。左列为野生型SD大鼠，右列为SD-hRANKL大鼠。白色箭头指示对比观察区域。
骨组织HE染色显示，SD-hRANKL大鼠的骨小梁排列疏松、数量减少，部分区域仅见少量残存骨小梁（图15）。
图15. SD-hRANKL大鼠骨组织HE染色。上排为野生型SD大鼠，下排为SD-hRANKL大鼠。黑色箭头指示骨小梁，红色箭头指示脂肪细胞，黑色三角形指示骨小梁近乎消失的区域。

?? 研究进展

在观察到SD-hRANKL大鼠的松质骨丢失表型后，药康生物正在以地舒单抗为阳性对照，评估抑制人源RANKL后骨量和骨小梁微结构的变化。该试验将为后续使用这一大鼠模型评价靶向人源RANKL的候选抗体提供药效参照。

骨结构与力学评价
主要药效终点应根据候选药物的作用机制、模型表型和目标骨部位预先确定。以松质骨保护为主要目标时，可选用股骨远端micro-CT测得的骨体积分数作为主要终点，并结合骨小梁数量、厚度和间距描述结构变化。若关注皮质骨反应，可在股骨骨干中段测定皮质骨厚度和横截面积。组间比较应统一ROI的位置、范围和图像分析^[10]。
骨力学试验用于测定骨骼在指定加载条件下的承载和变形特性。股骨三点弯曲主要评价骨干的整体弯曲性能，可从力–位移曲线获得最大载荷、刚度等指标，并结合股骨中段皮质骨几何参数解读。若研究重点为椎体承载能力，可将腰椎micro-CT与椎体压缩试验配合使用，在同一解剖部位分析结构与力学表现^[11]。
针对促骨形成或抑制骨吸收的机制假设，可将血清Ⅰ型前胶原氨基端前肽（P1NP）和Ⅰ型胶原羧基端交联肽（CTX-I）作为辅助指标^[12]，并按研究需要结合骨组织形态计量，分析骨转换变化与结构及力学结果之间的关系。
项目合作
药康生物可围绕候选药物当前需要回答的问题设计体内药效试验。从早期验证靶点相关的药理活性，到比较不同剂量下的骨保护效果，我们结合药物作用机制、物种交叉反应和模型表型，协助确定动物模型、阳性对照和给药窗口。在方案阶段同步规划检测部位、取材时间和样本分配，使骨微结构、骨力学和骨转换数据能够结合解读，为候选分子筛选和后续剂量选择提供依据，助力骨质疏松症相关药物的临床前开发。

图16. 药康生物骨质疏松症动物模型及药效验证进展

参考文献

［1］National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases. Osteoporosis. https://www.niams.nih.gov/health-topics/osteoporosis

［2］National Institute on Aging. Osteoporosis. https://www.nia.nih.gov/health/osteoporosis/osteoporosis

［3］U.S. Food and Drug Administration. FOSAMAX (alendronate sodium) prescribing information. §12.1. https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2026/020560s073lbl.pdf

［4］U.S. Food and Drug Administration. PROLIA (denosumab) prescribing information. §12.1. https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2025/125320s219lbl.pdf

［5］U.S. Food and Drug Administration. FORTEO (teriparatide) prescribing information. §12.1. https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2026/021318s059lbl.pdf

［6］U.S. Food and Drug Administration. EVENITY (romosozumab-aqqg) prescribing information. §12.1. https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2019/761062s000lbl.pdf

［7］U.S. Food and Drug Administration. Osteoporosis: Nonclinical Evaluation of Drugs Intended for Treatment. Guidance for Industry. 2019. https://www.fda.gov/media/129899/download

［8］Klinck J, Boyd SK. Calcif Tissue Int. 2008;83:70–79. doi:10.1007/s00223-008-9150-5.

［9］Kostenuik PJ, et al. J Bone Miner Res. 2009;24:182–195. doi:10.1359/jbmr.081112.

［10］Bouxsein ML, et al. J Bone Miner Res. 2010;25:1468–1486. doi:10.1002/jbmr.141.

［11］Jepsen KJ, et al. J Bone Miner Res. 2015;30:951–966. doi:10.1002/jbmr.2539.

［12］Bhattoa HP, et al. Osteoporos Int. 2025;36:579–608. doi:10.1007/s00198-025-07422-3.

作者丨江路易

审核丨郜毛毛

编辑丨Zoe

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关于药康生物

江苏集萃药康生物科技股份有限公司（科创板代码：688046）是一家专注于实验动物小鼠模型研发、生产及非临床研究服务的国家级高新技术企业，同时是科技部认定的国家遗传工程小鼠资源库共建单位。 依托CRISPR/Cas9、ES打靶等在内的基因编辑技术，公司建立了国际一流的基因修饰动物模型研发平台，拥有近3万种自主知识产权的基因工程小鼠模型品系，其中包括基因敲除/条件性敲除小鼠品系（"斑点鼠计划"）、药靶基因人源化模型、复杂疾病模型、系列免疫缺陷小鼠品系、无菌小鼠品系以及用于抗体药物发现的NeoMab^?全人源抗体转基因小鼠，为全球科研机构、CRO公司及医药企业提供全面的模型资源支持。公司提供从基因编辑定制（包括转基因TG、基因敲除KO、基因敲入KI及点突变PM等）、模型繁育到功能药效分析的全流程一站式服务，服务范围涵盖肿瘤、自身免疫性疾病、代谢心血管疾病、神经退行性疾病、感染性疾病及罕见病等重点疾病领域，具体包括靶点验证、药效学评价和非GLP安全性评价等临床前研究。 药康生物致力于成为全球实验动物模型领域的领导者，通过持续深化基因编辑技术的创新应用和资源整合，为生命科学研究和生物医药产业提供高质量的动物模型和技术服务，推动人类健康事业发展。

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