论文部分内容阅读
破骨细胞的大量分化和活化是绝经后骨质疏松症的根本原因,绝经后妇女由于雌激素的迅速下降,导致骨组织破骨细胞的大量分化和活化,破骨细胞的大量生成和激活造成骨吸收作用迅速增加,超过了成骨细胞作用的骨形成作用,骨吸收和骨形成的动态平衡被破坏,从而造成高转换型骨质疏松症。研究表明,运动可从多方面调节骨代谢,骨组织具有根据其所处的力学环境而调整其自身结构的特性,如长期处于微重力环境下的宇航员,其骨质流失的速度是惊人的,承重骨的骨质流失的速度大约为每月0.5-2%,而适当的运动可以有效提高骨密度,防止骨质流失,已有大量实验分别报道了游泳、跳跃、攀爬和抗阻训练等干预方式的成骨效应。然而,有关运动调节绝经后骨重建的细胞及分子机制的研究还很缺乏,特别是运动对于绝经后破骨细胞分化影响的研究至今仍未见报道。目的：本研究通过去卵巢小鼠模拟妇女绝经后骨重建特点,对比上、下坡跑台运动对于绝经后骨质疏松的预防效果,并重点研究这两种不同的运动方式对于破骨细胞分化及活化的影响,以期在细胞及分子水平上解释不同运动方式影响绝经后骨重建的机制。方法：64只8周龄C57BL/6雌性小鼠,随机分为4组：假手术安静组(S,n=16),去卵巢安静组(O,n=16),去卵巢上坡跑组(U,n=16),去卵巢下坡跑组(D,n=16),每组16只。假手术安静组小鼠行去卵巢假手术,其余三组小鼠均摘除卵巢。训练方案为：去卵巢上坡跑组进行上坡跑训练,而去卵巢下坡跑组进行下坡跑训练,跑速均为0.8km/h,坡度分别为±9°,每次40分钟,每周训练5次,共训练8周。8周后,通过Kodak X射线骨密度仪测试股骨和胫骨骨密度；通过树脂包埋切片技术和组织形态计量术测试胫骨组织形态计量学指标；通过荧光定量PCR检测股骨OPG、RANKL、RANK, M-CSF、TNF-α、IL-6和TRAP的基因表达水平；通过骨组织TRAP染色技术检测股骨TRAP蛋白水平；通过骨髓破骨细胞原代培养技术检测破骨细胞分化情况；通过Western blot测定破骨细胞分化NF-κB信号通路p65、IκBα、p-p65和p-IκBα的蛋白表达水平。结果：(1)与假手术安静组相比,去卵巢小鼠体重增长速度显著增加,而跑台运动可有效抑制小鼠因去卵巢引起的体重过快增长。(2)与假手术安静组相比,去卵巢小鼠股骨和胫骨骨密度明显降低,而跑台运动可有效阻止小鼠去卵巢后的骨密度下降,且下坡跑效果优于上坡跑。(3)与假手术安静组相比,去卵巢小鼠胫骨骨小梁数目和体积密度明显减小、骨小梁间距离增大、骨小梁厚度变薄而相互间排列较凌乱、正常的立体网状结构受到破坏。而跑台运动可有效改善小鼠因去卵巢引起的骨质疏松性变化,且下坡跑效果优于上坡跑。(4)与假手术安静组相比,去卵巢小鼠骨组织破骨细胞特异性酶TRAP的基因及蛋白表达水平明显升高,说明去卵巢手术增强了小鼠破骨细胞分化和活化的能力。跑台运动可有效抑制小鼠因去卵巢引起的破骨细胞的分化和活化,且下坡跑效果优于上坡跑。(5)与假手术安静组相比,去卵巢小鼠骨组织RANKL、M-CSF和RANK基因表达显著升高,而OPG的基因表达显著下降,说明去卵巢小鼠骨组织OPG-RANKL-RANK系统各因子的变化有利于破骨细胞的大量分化和骨吸收。跑台运动可有效降低小鼠因去卵巢引起的骨组织RANKL和M-CSF基因表达的升高和OPG的基因表达的下降,且下坡跑效果优于上坡跑。跑台运动对骨组织RANK基因表达的影响不明显。(6)与假手术安静组相比,去卵巢小鼠骨组织IL-6和TNF-α基因表达显著升高,而IL-6和TNF-α则会通过OPG-RANKL-RANK系统依赖性和非依赖性途径促进破骨细胞的分化和骨吸收。跑台运动可有效降低小鼠因去卵巢引起的骨组织IL-6和TNF-α基因表达的升高,且下坡跑效果优于上坡跑。(7)与假手术安静组相比,去卵巢小鼠的骨髓造血干细胞表现出较高的向破骨细胞前体分化并进而向破骨细胞分化的能力。跑台运动能够有效抑制骨髓造血干细胞向破骨细胞前体的分化过程以及破骨细胞前体向破骨细胞分化的过程,且下坡跑效果优于上坡跑。(8)小鼠去卵巢后可导致破骨细胞前体p-p65和p-IκB α蛋白表达的显著增加,而对p65和IκBα蛋白表达则无影响,显示,去卵巢手术可通过促进p65和IκBα蛋白的磷酸化而激活破骨细胞分化的NF-κB信号通路。跑台运动可有效抑制小鼠去卵巢后破骨细胞分化NF-κB信号通路的激活,且下坡跑效果优于上坡跑。结论：(1)跑台运动可有效预防小鼠去卵巢后骨密度的下降和骨结构的骨质疏松性变化,且下坡跑效果优于上坡跑。(2)跑台运动通过调节OPG-RANKL-RANK系统各因子以及IL-6、TNF-α等因子的表达,从而抑制小鼠去卵巢后破骨细胞的分化及骨吸收,防止骨质疏松症的发生。(3)跑台运动对去卵巢小鼠骨髓造血干细胞向破骨细胞前体的分化过程以及破骨细胞前体向破骨细胞分化的过程均有显著的抑制作用,从而减少破骨细胞生成。(4)跑台运动可通过抑制去卵巢小鼠破骨细胞前体p65和IκBα蛋白的磷酸化而抑制破骨细胞分化的NF-κB信号通路的激活,从而减少破骨细胞生成。(5)下坡跑对于去卵巢小鼠骨重建的调节作用优于上坡跑的原因,主要是两种运动方式对于骨组织产生的应力不同。