【摘要】：背景:早期研究認為,肌骨系統(tǒng)是一種機械結(jié)構(gòu),骨骼為肌肉提供附著位置,肌肉收縮產(chǎn)生的力量或負荷作用于骨骼。1987年,“力學(xué)調(diào)控理論”(mechanostat)明確提出骨骼的機械負荷決定了骨骼的生理特性,骨量的增減取決于外力作用。然而,近10年來,發(fā)現(xiàn)肌骨之間還存在生物學(xué)作用關(guān)系,且存在多條分子信號機制,比肌骨系統(tǒng)單純的機械力學(xué)關(guān)系復(fù)雜的多,研究者將這種關(guān)系稱為肌骨“crosstalk”。2003年,Pedersen提出肌肉組織能夠分泌多種有活性的蛋白分子——“肌肉因子”(myokines),且分泌活性很高,并且能夠以自分泌、內(nèi)分泌及旁分泌的方式調(diào)節(jié)其他遠端組織,該生理功能使得骨骼肌已被認為是一種內(nèi)分泌器官。又有研究發(fā)現(xiàn),肌肉因子IGF-1、FGF-2是兩個重要的生骨因子,對于骨形成具有積極的作用;且證實:在骨骼肌肉交界面上,肌纖維直接附著在骨膜表面,骨膜表面存在著IGF-1、FGF-2以及它們倆的受體IGF-1R、FGFR2;而肌肉在不同狀態(tài)下IGF-1、FGF-2分泌情況不同。另有研究提出,IGF-1/IGF-1R能夠介導(dǎo)肌骨“crosstalk”分子信號路徑中的PI3K/Akt、MAPK/ERK信號通路提高成骨細胞的活性,而FGF-2/FGFR2信號可通過激活肌骨“crosstalk”分子信號路徑中的BMP2和Runx2通路調(diào)控骨組織合成代謝,使骨再生能力增強。運動可以調(diào)節(jié)骨骼肌產(chǎn)生、分泌和釋放肌肉因子,但運動是否能夠通過調(diào)節(jié)肌肉因子介導(dǎo)肌骨“crosstalk”分子信號路徑,促進骨的形成正需進一步探討。目的:本研究旨在探究不同方式運動通過調(diào)控肌肉因子IGF-1、FGF-2介導(dǎo)肌骨“crosstalk”分子信號路徑對小鼠骨代謝的影響,以期能夠為運動調(diào)控骨代謝機制的研究提供實驗證據(jù),為運動促進肌骨系統(tǒng)的生長發(fā)育和防治衰老疾病提供理論支撐,并選擇出最佳的非藥物治療手段。方法:5周齡雄性C57BL/6小鼠28只,初始體重為:18.19±0.26g。隨機分成4組,每組7只,分別為對照組(Control,C組)、下坡跑組(Downhill run,R組)、游泳組(Swim,S組)和跳躍組(Down jump,D組)。各組運動干預(yù)方案進行8周,每周6天,每天50分鐘,時間為7:00-7:50pm。下坡跑運動的跑速為0.8Km/h,跑臺坡度為-9度。游泳訓(xùn)練池大小為100×60×80(長×寬×高,cm~3),水深40cm。跳躍運動應(yīng)用小鼠跳躍裝置,跳躍頻率為6~7次/min。每周六7:00pm準(zhǔn)時用電子秤記錄4組小鼠的體重。第8周訓(xùn)練結(jié)束后,禁食12h,隨后斷頸處死,取得小鼠的股骨、脛腓骨和股四頭肌中最貼近股骨表面的股中間肌。左側(cè)股骨用于RT-PCR實驗,檢測PI3K、Akt、MAPK、ERK、BMP-2的mRNA表達水平,Western blotting實驗檢測右側(cè)股骨的IGF-1、FGF-2及其受體IGF-1R、FGFR2、Runx2、OCN的蛋白表達水平,以及檢測股中間肌中IGF-1、FGF-2的蛋白表達水平。使用電子稱和游標(biāo)卡尺測量右側(cè)股骨、脛腓骨的骨形態(tài)學(xué)指標(biāo)。結(jié)果:(1)8周運動干預(yù)期間,各組小鼠體重每周都在增長,對照組小鼠體重增長速度明顯高于運動組。從第3周開始,與C組相比,S組的小鼠體重顯著下降(P0.05);而從第7周開始,與S組相比,R組的體重顯著升高(P0.05)。(2)與C組相比,D組和R組的小鼠后肢股骨濕重顯著增加(P0.05);而運動組中,S組小鼠后肢股骨濕重顯著下降(P0.01)。(3)與C組相比,R組小鼠股骨長度明顯較長(P0.05);與D組相比,S組小鼠股骨長度較短,且有極顯著性差異(P0.01)。(4)與C組相比,S組和R組小鼠股中間肌中IGF-1、FGF-2蛋白表達量顯著增加(P0.05)。(5)與C組相比,D組小鼠股骨中IGF-1R、FGFR2蛋白表達量顯著增加(P0.05)。(6)與C組相比,S組和R組小鼠股骨中IGF-1、FGF-2蛋白含量顯著增加(P0.05)。(7)與C組相比,D組和R組小鼠的股骨中Runx2、OCN蛋白表達量明顯增加(P0.05)。(8)與C組相比,R組小鼠股骨中的PI3K、MAPK、BMP-2、Akt、ERK-1mRNA表達水平均極顯著增加(P0.01);D、S組小鼠股骨中的PI3K、MAPK、BMP-2 mRNA表達水平顯著增加(P0.05,或P0.01)。結(jié)論:(1)下坡跑運動可顯著促進生長期小鼠骨骼的縱向生長,其作用效果優(yōu)于跳躍運動和游泳運動。(2)下坡跑運動和游泳運動能夠顯著上調(diào)肌肉因子IGF-1、FGF-2,同時增加骨中IGF-1、FGF-2的蛋白含量;跳躍運動能夠上調(diào)骨中的IGF-1R、FGFR2。(3)運動能夠調(diào)控肌骨“crosstalk”分子信號路徑中的IGF-1/PI3K/AKT、IGF-1/MAPK/ERK信號通路,以及FGF-2/BMP-2/Samd/Runx2信號通路,從而促進骨形成作用。
【圖文】：

圖 1 肌肉因子對各器官的作用[8]Figure 1 The effects of myokines on other organsGF-1 和 FGF-2 是調(diào)節(jié)骨形成最重要的兩個生長因子，并且兩者在肌肉量豐富，均由肌管分泌（圖 1）。為了探索肌肉因子介導(dǎo)肌骨“crossta作用部位，Hamrick 等人[10]運用免疫組織化學(xué)技術(shù)和 ELISA 技術(shù)發(fā)現(xiàn)肌肉交界面上，肌纖維直接附著在骨膜表面，，且骨膜表面存在著 IGF-1 以及它們倆的受體 IGF-1R 和 FGFR2；而肌肉在不同狀態(tài)下 IGF-1、F情況不同，抗阻訓(xùn)練可能增加肌源性因子向骨骼傳遞（圖 2）。繼而提出骨“crosstalk”可能是骨骼肌收縮產(chǎn)生的機械信號轉(zhuǎn)換成生物信號的一肌肉因子可以獨立于機械信號刺激骨形成，并協(xié)同機械力學(xué)作用；肌肉于骨骼的最可能的區(qū)域是骨膜[40,41]。鑒于此，本研究提出肌肉微環(huán)境中子 IGF-1 和 FGF-2 可能直接影響鄰近或遠端的骨骼，對于調(diào)控骨骼發(fā)育

圖 2 肌肉骨骼交界面上的肌肉因子 IGF-1 和 FGF-2 及它們受體[40]gure 2 Muscle derived IGF-1 and FGF-2 and their receptors at the muscle-binterfaceGF-1 與肌骨“crosstalk”GF-1 生物學(xué)基礎(chǔ)胰島素樣生長因子 1（insulin-likegrowthfactor 1，IGF-1）及其受體參與質(zhì)轉(zhuǎn)換，對機體大多數(shù)細胞類型發(fā)揮著有效的促有絲分裂和分化作用。要來源于肝細胞，依賴于 GH 的刺激。復(fù)雜的是，IGF-1 還存在其他組池（骨骼肌、大腦），能夠發(fā)生旁分泌和自分泌的作用。肝源性 IGF-1LS（酸-不穩(wěn)定亞基）和 IGF-1 結(jié)合蛋白 3（insulin-likegrowthfactorboeins3，IGFBP3）的三元復(fù)合體上，并且只有一小部分是游離的[42]。IG
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：G804.2

【參考文獻】

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本文編號：2632469