本文關鍵詞：不同強度跑臺運動對大鼠骨量的影響及機制的研究

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【摘要】：研究背景 運動系統(tǒng)由骨、骨連接和骨骼肌組成,骨對維持人體運動具有重要作用。骨的塑建和重建主要是由成骨細胞和破骨細胞共同平衡完成,當破骨細胞引起的骨吸收超過骨形成時,就會引起骨量丟失、骨質疏松及骨折等一系列嚴重并發(fā)癥,對人體產(chǎn)生不利的影響。所以維持正常的骨量對人體非常重要,最大峰骨量是預防骨量降低及骨折的最好方法,研究表明峰值骨量80%是由遺傳因素決定；除此之外,環(huán)境因素和營養(yǎng)因素也是影響峰值骨量的重要因素。在環(huán)境因素中,運動引起的機械刺激是促進骨量形成和骨礦物質增加的重要因素。 機械刺激是骨組織生長和發(fā)育的重要影響因素。大量證據(jù)表明：機械刺激對骨的影響與運動方式和骨的類型等密切相關。跑步運動是一種常見的負重運動形式,大量的人體及動物試驗探討了跑步運動對骨的影響,但結論并不一致,運動強度被認為是導致這種不一致結果的重要因素,然而跑步強度與骨量的關系目前尚不完全明了。跑步運動是一項深受熱愛的運動,了解有利于骨健康的跑步強度對指導我們合理運動具有非常重要的意義。 研究表明機械刺激作用于骨后有兩種細胞調節(jié)骨結構及骨量,一種是骨細胞和位于骨細胞周圍的成骨細胞,另一種是骨髓細胞。骨髓細胞的調節(jié)可能與激素,細胞因子和生長因子有關。在體外實驗中,我們發(fā)現(xiàn)很多分子在調節(jié)機械力對骨的影響中有重要作用,可以增加體外骨髓間充質干細胞(BMSCs)的成骨作用。然而,在體內(nèi)機械負荷對BMSCs的分化作用不是很了解。研究體外機械刺激及機械牽張等對BMSCs的分化發(fā)現(xiàn),低強度的刺激可以促進BMSCs成骨分化并抑制其成脂分化,而高強度的運動會減少BMSCs的增殖及成骨分化,所以體外機械刺激對BMSCs的分化影響可能和強度有關。機械負荷作用于骨能夠增加骨髓的壓力和流動能力,為活體多分化祖細胞提供機械信號。不同強度的跑臺運動產(chǎn)生的髓腔壓力、液流、壓電效應和液流剪切力等都可能不一樣,從而提供給BMSCs的機械刺激也不一樣,所以我們推測BMSCs的增殖分化能力可能會隨著跑臺運動的強度而改變,最終會影響骨量。 BMSCs是一種可以向骨、軟骨、肌肉、脂肪和韌帶等多方向分化的干細胞,可以通過日常技術在體外擴增,已廣泛應用于組織工程。骨細胞形成包括BMSCs定向分化為成骨細胞及成骨細胞成熟是兩個重要過程。堿性磷酸酶(ALP)、骨鈣素(OCN)、I型膠原(COL Ⅰ)等基因可以反映成骨細胞分化表型特征。ALP是反映BMSCs成骨分化的早期指標,而OCN是BMSCs成骨分化的較晚期指標。BMSCs成骨分化依賴特定的轉錄因子,BMSCs成骨分化由RUNX2起始調節(jié),隨后通過Osterix調節(jié),然后表達堿性磷酸酶及骨鈣素,最終礦化成骨基質。BMSCs成脂分化依賴PPARγ2,它是調節(jié)骨髓間充質干細胞向脂肪分化的重要調節(jié)蛋白。Wnt/β-catenin通路是調節(jié)BMSCs成骨的一個重要通路,同時也可以影響成脂分化,很多細胞因素及激素等會通過Wnt/β-catenin通路來影響B(tài)MSCs分化。成骨細胞分化轉向成脂細胞分化最終會影響骨量,骨質疏松等骨量減少多與骨髓脂肪增多有關,成骨細胞的數(shù)量和脂肪細胞呈負相關,表現(xiàn)為此消彼漲,這表明伴隨著脂肪細胞的增多會出現(xiàn)成骨細胞的減少,運動可通過促進骨髓間充質干細胞成骨分化并抑制成脂分化來增加骨量。研究目的 1.探討不同強度跑臺訓練對大鼠骨量的影響。 2.研究不同強度跑臺訓練對大鼠骨髓間充質干細胞成骨分化及成脂分化的影響,以明確跑步運動對骨影響的分子和細胞機制。 研究方法 1、實驗動物和運動方案 24只180-220gSD大鼠隨機分成四組,對照組(CON)、低強度運動組(LIR)、中強度運動組(MIR)和高強度運動組(HIR),低強度運動組、中強度運動組和高強度運動組分別進行8周強度不同的跑臺運動。 2、檢測指標 8周跑臺運動結束后取大鼠血清行ELISA檢測PINP、CTXI和TGF-β1生化指標,取左側股骨遠端干骺端行TRAP染色,右側股骨干骺端行MicroCT檢測BMD、BV/TV、Tb.N、Tb.Th變化,比較不同強度跑臺運動對骨形成、骨吸收和骨量改變。 8周跑臺運動結束后沖出脛骨和股骨骨髓培養(yǎng)骨髓間充質干細胞(BMSCs),利用MTT方法檢測其增殖能力,比較不同組BMSCs的CFU-F和CFU-OSTEO數(shù)量及茜素紅染色(Alizarin Red Staining,ARS)和ALP活性,同時通過逆轉錄聚合酶鏈反應(real time RT-PCR)檢測BMSCs成骨相關基因RUNX2、SP7、OCN、COL1a、β-catenin和ALP和成脂相關基因PPARy2的表達,并行股骨HE染色觀察骨髓脂肪細胞,股骨β-catenin免疫組化β-catenin在股骨的表達,用IPP5.0軟件進行半定量分析。 結果 1、MIR組血清PINP濃度為1.217±0.103ng/ml,顯著高于CON組(1.122±0.067ng/ml)(p=0.012),而LIR組及HIR組均與CON組無顯著差異(p0.05)；MIR組TGF-β濃度為34.550±9.780ng/ml,較CON組(24.250±6.420ng/ml)顯著升高(p=0.035),而LIR組及HIR組均與CON組無顯著差異(p0.05)；CON組CTX Ⅰ的濃度為2.548±0.086ng/ml,顯著高于MIR組(2.203±0.495ng/ml)(p=0.030),而與LIR組和HIR組之間無顯著差別(p0.05)。 2、TRAP染色顯示：與CON組相比,MIR組染色較淺。MIR組的平均光密度值為0.464±0.149,明顯低于CON組(1.244±0.140)(p=0.000),而LIR組及HIR組均與CON組無顯著差異(p0.05)。 3、MicroCT結果顯示：MIR組BV/TV(%)(42.5±4.81)顯著高于CON組(27.43±5.03)(p0.05),而LIR組及HIR組均與CON組無顯著差異(p0.05)；MIR組Tb.Sp (mm)和SMI較CON顯著下降(p0.05),而LIR組及HIR組均與CON組無顯著差異(p0.05); Tb.Th (mm)和DA在各組間無顯著差異(p)0.05)。 4、MTT結果顯示：LIR組和MIR組OD值分別為0.651±0.049和0.710±0.082,均顯著高于CON組(0.583±0.0592)(p分別為0.000和0.012),而HIR組與CON組之間無顯著差異(p0.05)。 5、CFU-F結果顯示：LIR組、MIR組和HIR組與CON組之間均無顯著差異；而CFU-OSTEO結果顯示MIR組(21.333±2.860)顯著高于CON組(15.666±3.870)(p=0.001),其他2組與CON之間均無顯著差異；堿性磷酸酶活性和茜素紅染色OD值的結果均顯示：MIR組顯著高于CON組,而LIR組和HIR組均與CON組之間無統(tǒng)計學差異。 6、與CON組(1.010±0.060)相比,MIR組RUNX2的nRNA相對表達量(1.400±0.239)顯著升高,而LIR組(0.774±0.261)顯著下降,HIR組則無統(tǒng)計學差異；MIR組SP7的mRNA相對表達量(6.290±3.400)顯著高于CON組(1.209±0.560),LIR組和HIR組均與CON組無統(tǒng)計學差異；；中強度運動組COL la mRNA為1.787±0.470,比對照組0.846±0.310明顯升高(p=0.000),低強度運動組為0.533±0.145,較對照組降低(p=0.008),高強度運動組和對照組無統(tǒng)計學差異(p0.05),同時中強度組較低強度組和高強度組升高(p分別為0.001和0.000)；中強度運動組ALP mRNA為3.431±1.070,較對照組1.821±0.640明顯升高(p=0.000),低強度運動組和高強度運動組與對照組無統(tǒng)計學差異(p0.05),中強度組較低強度組和高強度運動組ALP表達升高(p分別為0.001和0.000)；與對照組BGLAP mRNA (2.168±0.479)相比,中強度運動BGLAP(46.830±16.36)明顯升高(p=0.000),低強度運動組為4.340±1.980,較對照組升高(p=0.014),高強度運動組和對照組無統(tǒng)計學差異(p0.05)；同時中強度組較低強度組和高強度組升高(p為0.000)。 7、MIR組骨髓脂肪細胞密度(/mm2)為27.500±5.000,顯著低于CON組(34.500±5.160)(p=0.035),而LIR組和HIR組均與CON組之間無統(tǒng)計學差異；MIR組PPARγ2的mRNA相對表達量為1.930±0.290,顯著低于CON組(3.890±0.860)(p=0.001),而LIR組和HIR組均與CON組之間無統(tǒng)計學差異。 8、MIR組β-catenin的mRNA相對表達量為1.159±0.131,顯著高于CON組(0.729±0.227)(p=0.000),而LIR組和HIR組均與CON組之間無統(tǒng)計學差異；股骨免疫組化β-catenin含量結果：MIR組(4.461±0.842)顯著高于CON組(2.068±0.597)明顯增高(p=0.000),而LIR組和HIR組均與CON組之間無統(tǒng)計學差異。 結論 第一部分結論 不同強度跑臺運動對大鼠骨量的影響具有強度依賴性：跑步所致的應力刺激應超過一定的閾值才能對骨量有正面的影響,而過量的刺激又會產(chǎn)生不利的作用,因此力學刺激在維持骨健康方面可能存在一個“力學窗口” 第二部分結論 跑臺運動對大鼠BMSCs的分化能力具有強度相關性,這也從分子和細胞水平解釋了本研究第一部分關于“不同強度跑臺運動對大鼠骨量的影響具有強度依賴性”的結論；此外,適量的機械應力可通過激活Wnt/β-catenin信號通路,促進BMSCs成骨分化和抑制成脂分化。
【關鍵詞】：跑臺運動 骨量 骨髓間充質干細胞 成骨 Wnt/β-catenin通路
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R87
【目錄】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-15
• 第一部分 不同強度的運動對大鼠骨量的影響15-30
• 1.1 前言15-16
• 1.2 實驗材料16-17
• 1.3 實驗方法17-19
• 1.4 實驗結果19-24
• 1.5 討論24-29
• 1.6 結論29-30
• 第二部分 不同強度跑臺運動對大鼠骨髓間充質干細胞成骨分化及相關通路的影響30-54
• 2.1 前言30-32
• 2.2 實驗材料32-35
• 2.3 實驗方法35-41
• 2.4 實驗結果41-49
• 2.5 討論49-53
• 2.6 結論53-54
• 參考文獻54-60
• 中英文縮略詞60-61
• 碩士期間研究成果61-62
• 致謝62-63

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 周麗珍,向青,劉忠厚;合理使用骨質疏松癥診療的骨代謝標志物指南(2004年版)[J];中國骨質疏松雜志;2004年04期

2 陳百成,張洪斌,張漢杰,鄭淑梅;生長因子對軟骨細胞的作用[J];中華骨科雜志;1999年12期

3 徐濤;張振強;;SLE患者血清B-ALP、PINP、NTX、CTX水平的研究[J];中國現(xiàn)代藥物應用;2009年20期

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本文編號：893344