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成骨细胞(osteoblasts,OB)分泌的脂质运载蛋白2(lipocalin-2,LCN2),可作用于下丘脑,与黑皮质素受体4(melanocortin receptor-4,MC4R)结合,激活MC4R依赖型食欲抑制通道,促进下丘脑脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)、促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropin releasing hormone,CRH)、促甲状腺素释放激素(thyrotropin-releasing hormone,TRH)及单一同源基因蛋白(single-minded homolog 1,Sim1)等下游因子的表达,进而影响食欲及参与能量代谢。其是由国外研究提出的骨源性LCN2参与食欲调控的可能机制,并未十分明确且未经实验验证。另有研究表明,运动可影响OB的分泌功能。但运动能否通过改变OB分泌LCN2的水平,进而影响其下游系列信号因子调控食欲及能量代谢,尚不清楚。研究目的:本研究旨在通过验证运动影响OB的内分泌功能,探讨其内分泌因子LCN2在运动调控“骨—下丘脑轴”进程中的作用及其分子机制,为骨内分泌影响食欲及能量代谢提供实验依据。研究方法:本研究将4周龄C57BL/6雄性小鼠(40只)随机分为安静对照组(control group,C组)、跳跃组(down-jumping group,D组)、下坡跑组(downhill running group,R组)和游泳组(swimming group,S组),每组10只。运动训练时间为50min/天,每周训练6天,休息1天。于每周一对每组小鼠进行体重、鼠粮及饮用水的称量。8周训练结束后,隔天处死和取材,选取下肢骨、血液、下丘脑、腹股沟脂肪及附睾脂肪等组织,检测其形态学、细胞和分子水平的指标。研究结果:(1)与C组相比,R组小鼠下肢骨长度、宽度及股骨湿重极显著升高(P<0.01),其胫腓骨湿重显著升高(P<0.05);D组小鼠下肢骨长度及股骨宽度显著升高(P<0.05);S组小鼠股骨宽度显著升高(P<0.05)。而细胞培养结果显示,与C组相比较,D组和R组OB分化能力显著升高,破骨细胞(osteoclast,OC)分化能力显著降低。该结果提示运动能够促进骨形成,抑制骨吸收,并有助于骨内分泌的增加,且下坡跑效果最优。(2)与C组相比,R组小鼠骨源性LCN2的蛋白及mRNA表达水平、血清LCN2浓度、下丘脑LCN2的mRNA表达水平极显著升高(P<0.01),而下丘脑LCN2蛋白表达量显著升高(P<0.05);D组小鼠血清LCN2浓度及下丘脑LCN2的mRNA表达水平显著升高(P<0.05)。与S组相比,R组小鼠骨源性LCN2的mRNA表达水平显著升高(P<0.05),而其蛋白表达有显著升高的趋势(P=0.0653)。该研究结果提示运动能够促进骨源性LCN2的表达,且能通过血液循环,引起下丘脑LCN2水平的升高。(3)与C组相比,R组小鼠下丘脑MC4R、BDNF、TRH、Sim1的mRNA表达水平显著升高(P<0.05),CRH的mRNA表达水平极显著升高(P<0.01),BDNF的蛋白表达水平有显著升高的趋势(P=0.057);S组小鼠下丘脑CRH的mRNA表达水平显著升高(P<0.05)。与D组相比,R组小鼠下丘脑CRH的mRNA表达水平极显著升高(P<0.01)。与S组相比较,R组小鼠下丘脑MC4R、BDNF及CRH的mRNA表达水平显著升高(P<0.05)。该结果提示骨源性LCN2的升高,一定程度上能够上调下丘脑相关食欲调控因子BDNF、CRH、TRH及Sim1的表达,且运动能够促进下丘脑MC4R的表达,增加其作用的发挥。(4)与C组相比,运动组小鼠的每周平均摄食量和饮水量均明显降低,且增长较缓慢。其中D组小鼠摄食量降低较显著,S组小鼠饮水量降低较显著。而与C组相比,D组和R组小鼠体重极显著下降(P<0.01),S组小鼠体重显著下降(P<0.05)。该结果显示骨源性LCN2可在运动调控过程中发挥降低食欲及控制体重的作用。研究结论:(1)运动能够促进成骨细胞分化,并抑制破骨细胞分化,促进小鼠骨骼的生长并能够提高骨质量。(2)运动能够调控骨内分泌功能,并促进骨源性LCN2的表达,调控下丘脑MC4R的表达,进而调控BDNF、CRH、TRH、Sim1等相关因子的表达水平,从而调控食欲抑制信号通路。(3)运动能够通过LCN2-MC4R通路,起到控制食欲、减少摄食及控制体重的作用。