研究背景肥胖是一种常见的慢性代谢性疾病,且发病率在逐年增加。肥胖的特点是脂肪组织的大量生长,并且积聚在不同组织中会引起不同的疾病。此外,骨髓中的脂肪组织对于骨骼系统的健康也具有一定的影响。有研究表明,肥胖者的骨折风险较高,这表明脂肪组织可能会对骨骼质量产生负面影响。运动锻炼是用于预防或治疗肥胖症以及建立骨骼组织的有效方式。但是,运动不当可能会导致肌肉、韧带损伤甚至骨折。本实验室自主研发的一种新型的关节机械加载装置,可以模拟人体主动运动,从而影响骨骼内部相关合成代谢反应。在骨髓微环境中,成骨细胞和脂肪细胞均来源于间充质干细胞,脂肪细胞和成骨细胞的分化不平衡是导致肥胖性骨质流失的主要原因。前期实验表明,机械加载能促进成骨细胞分化和骨重塑,并对股骨头坏死、骨质疏松等均有一定显著疗效。但是机械加载对脂肪细胞和肥胖引起的骨质流失的影响尚不明确。研究目的为了深入研究机械加载对肥胖相关骨质流失的改善作用及其机制。本实验采用两种肥胖小鼠模型,一种由高脂饮食诱导,另一种由高脂饮食联合雌激素缺乏(即卵巢切除)诱导。实验假设如下:机械加载能抑制脂肪堆积和骨小梁减少来改善肥胖引起的骨质流失,其机制是促进成骨细胞并抑制脂肪细胞分化。实验方法将12周龄的C57BL/6雌性小鼠,共75只,平均分为5组:正常饮食对照组(SC,n=15)、高脂饮食组(HF,n=15)、高脂饮食加载治疗组(HFL,n=15)、高脂饮食联合卵巢切除组(HO,n=15)和高脂饮食联合卵巢切除加载治疗组(HOL,n=15)。除SC组外,其余4组保持高脂饮食。另外,HO组和HOL组进行双侧卵巢切除术,其余3组(SC组、HF组和HFL组)进行假手术。造模4周后,HFL组和HOL进行加载条件为1N、10Hz、每天每侧膝关节3min的机械加载治疗,其余3组(SC组、HF组和HO组)进行假的加载治疗,连续治疗4周。整个实验过程中,小鼠体重每周测量一次并进行记录,小鼠摄食量每三天测量一次并进行记录。使用组织学和双能X线骨密度仪来评估股骨的形态学变化。分离小鼠骨髓来源的细胞来评估脂肪细胞和成骨细胞的分化能力。使用免疫组化分析和Western Blot实验用来检测脂肪细胞,成骨细胞和Wnt信号通路的相关因子的表达。实验结果膝关节机械加载有效降低了肥胖小鼠的体重和全身体脂含量。组织学实验结果表明,机械加载能够明显抑制肥胖引起的脂肪细胞堆积,促进成骨细胞活跃,恢复骨小梁丢失。体外实验显示,膝关节机械加载能有效促进成骨细胞分化及升高成骨细胞相关蛋白表达水平,且机械加载能明显抑制脂肪细胞分化及降低脂肪细胞相关蛋白表达水平。此外,机械加载能够上调与Wnt信号通路有关的蛋白表达水平。结论总之,上述结果显示,机械加载有效改善肥胖引起的骨髓脂肪堆积和相关的骨质流失。关节机械加载有效抑制脂肪细胞发展,促进成骨细胞分化。并且这一过程可能是通过激活Wnt信号通路来实现的。所以,我们证明机械加载可作为一种新型的物理治疗手段来改善肥胖引起的骨质流失。