林曉燁 黃梅 黨艷芳 王曉慧

上海體育大學(xué)運(yùn)動(dòng)健康學(xué)院,上海 200438

高脂膳食(high-fat diet,HFD)是造成體內(nèi)過(guò)多脂肪堆積,即肥胖的主要原因之一。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為,體重增加所帶來(lái)的機(jī)械負(fù)荷與骨量呈正相關(guān),但隨著肥胖與骨健康研究的深入,發(fā)現(xiàn)由高脂飲食誘導(dǎo)的脂肪堆積可能對(duì)骨產(chǎn)生不利影響[1];并且肥胖通過(guò)激素、脂肪因子、炎癥因子等,改變骨吸收/骨形成和骨髓微環(huán)境,使骨密度(bone mineral density,BMD)降低、骨超微結(jié)構(gòu)惡化、骨生物力學(xué)性能下降[2-3]。

雄激素睪酮在青春期骨骼發(fā)育和成年后骨量維持中均發(fā)揮重要作用[4]。在青春期初期,睪酮刺激軟骨內(nèi)骨發(fā)育;到了青春期后期,又參與骨骺生長(zhǎng)板的閉合。成年后,睪酮直接作用于破骨細(xì)胞前體或成熟破骨細(xì)胞,抑制破骨細(xì)胞的生成及促進(jìn)破骨細(xì)胞凋亡,以抑制骨吸收[5],從而通過(guò)減緩骨重塑速率實(shí)現(xiàn)骨量維持[6]。肥胖與血清總睪酮水平、游離睪酮水平呈負(fù)相關(guān)[7]。而低睪酮水平如前列腺癌患者去勢(shì)手術(shù)后,會(huì)增加骨折和患骨質(zhì)疏松癥的風(fēng)險(xiǎn)[8]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),小鼠睪丸切除術(shù)后BMD降低、骨質(zhì)流失,外源補(bǔ)充睪酮?jiǎng)t能有效恢復(fù)BMD,防止骨質(zhì)進(jìn)一步丟失[6]。

睪酮通過(guò)與骨組織中的雄激素受體(androgen receptor,AR)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)其維持骨代謝平衡、增加BMD以及增強(qiáng)骨力學(xué)性能的作用[9],并且AR敲除小鼠的骨小梁體積和數(shù)量以及皮質(zhì)骨厚度顯著減少。雄激素/AR可通過(guò)調(diào)節(jié)胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)來(lái)實(shí)現(xiàn)骨礦物質(zhì)積累、骨結(jié)構(gòu)形成以及骨量獲得[6]。IGF-1是存儲(chǔ)在骨基質(zhì)中最豐富的生長(zhǎng)因子,通過(guò)內(nèi)分泌和自分泌/旁分泌途徑參與骨形成和骨重建過(guò)程[10]。體外成骨細(xì)胞的研究已證實(shí)AR能通過(guò)調(diào)節(jié)IGF-1/IGF-1受體(IGF-1R)促進(jìn)骨形成[11]。

適宜運(yùn)動(dòng)是同時(shí)能減輕肥胖和改善骨代謝的無(wú)創(chuàng)、有效方法。大量研究已報(bào)道,運(yùn)動(dòng)后雄激素及AR水平升高[12],但雄激素/AR在運(yùn)動(dòng)增加BMD和骨生物力學(xué)性能中的作用及機(jī)制還不明確,相關(guān)研究較少。有研究報(bào)道運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)骨量的作用可能是通過(guò)上調(diào)骨IGF-1/IGF-1R蛋白水平實(shí)現(xiàn)的[13]。本研究建立雄激素缺乏(去勢(shì)手術(shù))和AR阻斷(頸部包埋AR阻斷劑氟他胺緩釋片)的雄性小鼠模型,以研究雄激素/AR在有氧運(yùn)動(dòng)調(diào)控高脂膳食小鼠BMD和骨生物力學(xué)性能中的作用,并探索該作用是否通過(guò)激活I(lǐng)GF-1/IGF-1R實(shí)現(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與分組

第一批小鼠實(shí)驗(yàn),以明確8周高脂膳食喂養(yǎng)C57BL/6雄性小鼠的肥胖率以及運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖的改善作用。選取36只6周齡C57BL/6雄性小鼠(購(gòu)于南京大學(xué)模式動(dòng)物研究所)隨機(jī)分為正常對(duì)照組(Con)、高脂膳食組(HFD)和HFD+運(yùn)動(dòng)(Exercise,E)組,每組12只。HFD組小鼠喂以8周高脂飼料(D12492,60%脂肪供能,博奧派克生物科技有限公司),檢測(cè)各組小鼠的肥胖率,肥胖判斷標(biāo)準(zhǔn)為超過(guò)普通膳食小鼠平均體重的20%。

第二批小鼠實(shí)驗(yàn),用去勢(shì)和AR阻斷劑氟他胺來(lái)確證雄激素和AR在調(diào)控骨量和骨生物力學(xué)性能中的作用。42只6周齡C57BL/6雄性小鼠隨機(jī)分為正常對(duì)照組(Con,n=6)和HFD組。8周高脂膳食喂養(yǎng)后,HFD小鼠再隨機(jī)分為6組:HFD、HFD+E、HFD+去勢(shì)(Castration,Cas)組、HFD+Cas+E組、HFD+氟他胺(flutamide,F)組、HFD+F+E組,每組各6只。所有小鼠于上海體育學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室SPF級(jí)環(huán)境喂養(yǎng),溫度為(22±2)℃,相對(duì)濕度為40%～70%,12 h/12 h的晝夜節(jié)律,均自由飲水飲食。本研究經(jīng)上海體育學(xué)院動(dòng)物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理號(hào):102772021DW009)。

1.2 去勢(shì)手術(shù)和氟他胺緩釋片包埋

在高脂膳食和正式運(yùn)動(dòng)干預(yù)前兩周,完成去勢(shì)手術(shù)或頸部包埋F緩釋片(60 d緩釋片,100 mg/片,Innovative Rearch of America,美國(guó))。去勢(shì)手術(shù)的操作方法如下:麻醉小鼠后,在其恥骨聯(lián)合上方1.5 cm處用剪刀沿腹腔正中線剪開(kāi)約1 cm的小口,剝離并結(jié)扎輸精管,剪去睪丸,縫合皮膚。而F緩釋片包埋的方法是將小鼠麻醉后,在其頸背部正中處縱向切一個(gè)1 cm的切口,將F緩釋片置入頸部皮下,縫合皮膚。

1.3 運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案

第一批小鼠中,HFD+E組小鼠在3 d的適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后,進(jìn)行6周中等強(qiáng)度遞增負(fù)荷有氧運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)方案參考文獻(xiàn)[14],具體方案見(jiàn)表1,小鼠每周運(yùn)動(dòng)6 d,每天1 h。第二批小鼠,在去勢(shì)和包埋手術(shù)兩周后,所有運(yùn)動(dòng)組小鼠進(jìn)行相同運(yùn)動(dòng)干預(yù)。

表1 運(yùn)動(dòng)組小鼠6周中等強(qiáng)度遞增負(fù)荷有氧運(yùn)動(dòng)方案

1.4 樣本收集、骨濕重和血清睪酮水平檢測(cè)

運(yùn)動(dòng)干預(yù)結(jié)束后36 h內(nèi)腹腔注射水合氯醛麻醉處死小鼠,并取材。下腔靜脈取血收集血清,之后迅速取出股骨和脛骨,紗布包裹后徒手剝離骨組織表面的肌肉、韌帶等結(jié)締組織,稱(chēng)量股骨和脛骨濕重,液氮中速凍后放-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩Ｓ肊LISA方法檢測(cè)血清睪酮水平(R&D公司,美國(guó)),按檢測(cè)說(shuō)明書(shū)操作。

1.5 Micro-CT檢測(cè)

取小鼠左側(cè)股骨,使用Micro-CT(Scanco公司,瑞士)分別在9 μm和10 μm的分辨率下掃描整只股骨和股骨下端。掃描完成后,用儀器自帶的軟件對(duì)掃描整骨獲得的斷層圖進(jìn)行三維重建,得到總體積BMD(total volume bone mineral density,TvBMD),以及分別選取掃描股骨下端的第200張和51張斷層圖進(jìn)行松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的三維重建和分析,得到皮質(zhì)骨和骨小梁(或松質(zhì)骨)的相關(guān)數(shù)據(jù)。包括:①皮質(zhì)骨:皮質(zhì)骨厚度(cortical bone thickness,Ct.Th)和骨體積百分比(bone volume/tissue volume,BV/TV);②骨小梁:BV/TV、骨小梁數(shù)量(trabecular number,Tb.N)、連接密度(connectivity density,Conn.D)、結(jié)構(gòu)模型指數(shù)(structure model index,SMI)和分離度(trabecular separation,Tb.Sp)。其中,BV/TV評(píng)價(jià)骨密度;Conn.D評(píng)價(jià)骨小梁連接特性(降低時(shí)提示骨小梁病變);SMI增高提示骨小梁由板狀結(jié)構(gòu)向桿狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化,表示骨量丟失;Tb.Sp評(píng)價(jià)骨小梁稀疏程度;Conn.D、SMI、Tb.Sp和Tb.N共同反映骨小梁的骨量。

1.6 骨生物力學(xué)性能檢測(cè)

取右側(cè)股骨置于萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(Lecia公司,德國(guó))支架上,給樣本一個(gè)2 N的預(yù)載力,之后使探頭以0.1 mm/s的速度下降,直至股骨斷裂。用游標(biāo)卡尺測(cè)量股骨斷面長(zhǎng)軸和短軸,根據(jù)公式計(jì)算出彈性模量(反映骨質(zhì)的內(nèi)在硬度)和彎曲強(qiáng)度(反映骨抵抗外力變形的能力),計(jì)算機(jī)根據(jù)自動(dòng)記錄的“時(shí)間-負(fù)荷”曲線得到最大載荷(骨所能承受的最大載荷)和斷裂載荷(骨斷裂時(shí)所能承受的載荷)。

1.7 Western blot檢測(cè)

取左側(cè)脛骨,稱(chēng)取組織重量剪碎,每100 mg組織加入200 μL裂解液(PMSF∶RIPA=1∶100,上海碧云天生物技術(shù)公司),機(jī)械勻漿后超聲裂解組織,在4 ℃,12 000 r/min離心20 min后取上清,用BCA試劑盒(上海碧云天生物技術(shù)公司)檢測(cè)蛋白濃度。將40 μg的待測(cè)樣品進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳,將蛋白條帶轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,5%脫脂牛奶封閉。之后加入AR(1∶500,Santa Cruz公司,美國(guó))、IGF-1(R&D公司,美國(guó))、IGF-1R(R&D公司,美國(guó))或內(nèi)參GAPDH(1∶1 000,CST公司,美國(guó))的一抗,4 ℃孵育過(guò)夜。TBST洗3×5 min,孵育對(duì)應(yīng)的二抗(1∶3 000,HRP標(biāo)記,CST公司,美國(guó)),室溫孵育1.5～2 h,TBST洗3×5 min后在Tanon 5 200 Multi全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光/熒光圖像分系統(tǒng)(上海天能科技有限公司,中國(guó))上顯影,用Image J 軟件對(duì)獲得的目的蛋白和內(nèi)參條帶進(jìn)行灰度值計(jì)算,對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

運(yùn)用SPSS 26.0 版軟件對(duì)所獲得的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布和方差齊性。采用單因素方差分析對(duì)Con、HFD、HFD+E三組間的指標(biāo)是否有差異進(jìn)行分析,采用雙因素方差分析對(duì)運(yùn)動(dòng)干預(yù)、去勢(shì)或氟他胺的主效應(yīng)和交互效應(yīng)進(jìn)行分析。P<0.05表示有顯著性差異,P<0.01表示有極顯著差異。

2 結(jié)果

2.1 8周HFD喂養(yǎng)小鼠的肥胖情況及運(yùn)動(dòng)改善作用

經(jīng)過(guò)8周HFD喂養(yǎng),80%小鼠肥胖(肥胖標(biāo)準(zhǔn)為超過(guò)普通膳食小鼠平均體重的20%),而6周有氧運(yùn)動(dòng)顯著降低HFD小鼠的肥胖率。見(jiàn)表2。

表2 小鼠8周HFD喂養(yǎng)后的肥胖率及運(yùn)動(dòng)的改善作用

2.2 6周有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠骨濕重、BMD、骨量和生物力學(xué)性能的影響

與Con組比較,HFD組小鼠股骨和脛骨濕重均顯著降低(P<0.01);HFD+E組與HFD組比較,小鼠股骨和脛骨濕重均顯著增加(P<0.05)。見(jiàn)圖1。

圖1 6周有氧運(yùn)動(dòng)增加高脂膳食小鼠股骨(A)和脛骨(B)的骨濕重

Micro-CT的松質(zhì)骨結(jié)果顯示,HFD組小鼠與Con組比較,骨密度(TvBMD、BV/TV,P<0.01)和骨量(Tb.N、Conn.D顯著降低,P<0.01;SMI顯著增加,P<0.01,Tb.Sp顯著增加,P<0.05)呈顯著性降低;HFD+E組與HFD組比較,上述指標(biāo)除SMI外均得到明顯改善(TvBMD、BV/TV、Tb.N和Conn.D顯著增加,P<0.01;Tb.Sp顯著降低,P<0.01)。但皮質(zhì)骨的CT結(jié)果顯示,HFD和運(yùn)動(dòng)對(duì)皮質(zhì)骨骨微結(jié)構(gòu)、骨量無(wú)顯著影響。見(jiàn)圖2。

圖2 6周有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食小鼠松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨BMD和骨量的影響

有氧運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)HFD小鼠股骨的骨生物力學(xué)性能,表現(xiàn)為HFD+E組小鼠與HFD組比較,除彈性模量外,股骨最大載荷、斷裂載荷以及彎曲強(qiáng)度均顯著增加(P<0.05)。見(jiàn)圖3。

圖3 6周有氧運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)高脂膳食小鼠股骨的骨生物力學(xué)性能

2.3 雄激素在有氧運(yùn)動(dòng)調(diào)控HFD小鼠BMD和生物力學(xué)性能中的作用

如圖4A所示,與Con組比較,HFD組血清睪酮水平呈顯著性降低(P<0.01);HFD+E組與HFD組比較,血清睪酮水平顯著增加(P<0.01),表明6周有氧運(yùn)動(dòng)增加HFD小鼠的血清睪酮水平。去勢(shì)使HFD小鼠的血清睪酮水平降低到一半左右(P<0.01),有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)血清睪酮的增加作用也因去勢(shì)而逆轉(zhuǎn)(P<0.01)(圖4B)。

圖4 6周有氧運(yùn)動(dòng)(A)以及去勢(shì)(B)對(duì)高脂膳食小鼠血清睪酮水平的影響

6周有氧運(yùn)動(dòng)增加股骨和脛骨濕重(P<0.05),去勢(shì)降低脛骨濕重(P<0.05),但運(yùn)動(dòng)能逆轉(zhuǎn)去勢(shì)所致的脛骨濕重降低(P<0.05)。見(jiàn)圖5。

圖5 去勢(shì)對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)增加高脂膳食小鼠骨濕重的作用無(wú)顯著影響

因?yàn)?周HFD及其后6周有氧運(yùn)動(dòng)都對(duì)小鼠皮質(zhì)骨的BMD、骨量無(wú)影響,故本研究只檢測(cè)了去勢(shì)或氟他胺包埋后骨小梁BMD、骨量的改變。如圖6所示,有氧運(yùn)動(dòng)增加了高脂喂養(yǎng)小鼠骨小梁骨密度和骨量,表現(xiàn)為T(mén)vBMD、BV/TV、Tb.N和Conn.D增加(P<0.01),Tb.Sp降低(P<0.01);去勢(shì)逆轉(zhuǎn)了運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠骨密度和骨量的改善作用,包括降低BMD(P<0.05)、BV/TV(P<0.05)、Tb.N(P<0.05)、Conn.D(P<0.05)和增加Tb.Sp(P<0.05)。

圖6 去勢(shì)逆轉(zhuǎn)了6周有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食小鼠松質(zhì)骨BMD和骨量的增加作用

有氧運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)HFD小鼠的股骨骨生物力學(xué)性能,包括增加最大載荷、斷裂載荷、彎曲強(qiáng)度(P<0.05);HFD+Cas+E組與HFD+Cas組比較,所有指標(biāo)均無(wú)顯著差異,提示去勢(shì)逆轉(zhuǎn)了運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠股骨骨生物力學(xué)性能的增強(qiáng)作用。見(jiàn)圖7。

圖7 去勢(shì)逆轉(zhuǎn)了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食小鼠股骨骨生物力學(xué)性能的增強(qiáng)作用

2.4 AR在有氧運(yùn)動(dòng)改善HFD小鼠BMD、骨量和骨生物力學(xué)性能中的作用

運(yùn)動(dòng)增加股骨和脛骨骨濕重(P<0.05);HFD+F+E組與HFD+F組比較,股骨和脛骨的骨濕重?zé)o顯著差異,提示AR阻斷劑逆轉(zhuǎn)了運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠骨濕重的增加作用。見(jiàn)圖8。

圖8 氟他胺逆轉(zhuǎn)有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食小鼠骨濕重的增加作用

各組小鼠骨小梁Micro-CT結(jié)果(圖9)顯示,有氧運(yùn)動(dòng)顯著增加骨密度及骨量,表現(xiàn)為增加TvBMD、BV/TV、Tb.N、Conn.D(P<0.01),降低Tb.Sp(P<0.01)。HFD+F+E組與HFD+E組比較,TvBMD、BV/TV、Tb.N、Conn.D顯著降低(P<0.01),SMI(P<0.01)和Tb.Sp(P<0.05)顯著增加,提示AR阻斷劑逆轉(zhuǎn)了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠骨小梁BMD、骨量和骨微結(jié)構(gòu)的改善作用。

小鼠骨生物力學(xué)性能結(jié)果(圖10)顯示,有氧運(yùn)動(dòng)顯著增加最大載荷、斷裂載荷、彎曲強(qiáng)度(P<0.05)。HFD+F+E組與HFD+E組比較,最大載荷、斷裂載荷、彎曲強(qiáng)度均無(wú)顯著差異,提示AR阻斷劑逆轉(zhuǎn)了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠股骨生物力學(xué)性能的增強(qiáng)作用。

圖10 氟他胺包埋逆轉(zhuǎn)了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食小鼠股骨骨生物力學(xué)特性的增強(qiáng)作用

2.5 雄激素/AR可能通過(guò)激活I(lǐng)GF-1/IGF-1R通路來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)改善HFD小鼠BMD、骨量和骨生物力學(xué)性能的作用

HFD+E組與HFD組比較,AR(P<0.01)、IGF-1(P<0.05)、IGF-1R(P<0.05)蛋白水平明顯增加;而HFD+Cas+E組與HFD+E組比較,AR(P<0.05)、IGF-1(P<0.05)、IGF-1R(P<0.01)蛋白水平顯著降低,但與HFD+Cas組比較,則無(wú)顯著差異(圖11A～11C),提示去勢(shì)抑制了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)AR、IGF-1和IGF-1R的增加作用。類(lèi)似地,HFD+F+E組與HFD+F組比較,AR、IGF-1和IGF-1R也無(wú)顯著性差異(圖11D～11F),提示AR阻斷劑能抑制有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)AR、IGF-1和IGF-1R的增加作用。

圖11 去勢(shì)和氟他胺降低了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食小鼠骨AR、IGF-1和IGF-1R的增加作用

3 討論

3.1 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠BMD、骨量和骨生物力學(xué)性能的改善作用

高脂飲食與肥胖相關(guān)的骨質(zhì)流失有著密切聯(lián)系,而運(yùn)動(dòng)可以防治肥胖并改善由肥胖引起的骨骼質(zhì)量下降[15-16]。運(yùn)動(dòng)能通過(guò)調(diào)節(jié)骨重建過(guò)程中的激素和細(xì)胞因子,增加骨形成標(biāo)志物和降低骨吸收程度,對(duì)BMD和骨強(qiáng)度產(chǎn)生積極影響[17]。長(zhǎng)期不同強(qiáng)度和時(shí)間的有氧運(yùn)動(dòng)(跑步、跳躍等)對(duì)BMD和骨量有顯著促進(jìn)作用[16,18]。本研究中,6周有氧運(yùn)動(dòng)使HFD小鼠的肥胖率從80%降至16.7%,對(duì)HFD小鼠的松質(zhì)骨BMD和骨量有著積極作用,但對(duì)皮質(zhì)骨卻無(wú)顯著影響。分析其原因,可能與有氧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不夠大、持續(xù)時(shí)間不夠長(zhǎng),導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)只引起松質(zhì)骨但未能引起皮質(zhì)骨發(fā)生顯著變化有關(guān)[19],也與皮質(zhì)骨可能更易受到跳躍等沖擊運(yùn)動(dòng)的影響有關(guān)[20]。此外,還發(fā)現(xiàn)6周有氧運(yùn)動(dòng)在不增加皮質(zhì)骨厚度的情況下也可增強(qiáng)骨強(qiáng)度等骨生物力學(xué)性能,類(lèi)似的結(jié)果也被其他文獻(xiàn)報(bào)道[21]。

3.2 雄激素/AR在運(yùn)動(dòng)增加HFD小鼠BMD、骨量和骨生物力學(xué)性能中的作用

雄激素及AR對(duì)于男性皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨骨量的獲取以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的維持至關(guān)重要[4,22]。雄激素低下時(shí),骨重建速率增加,導(dǎo)致骨吸收大于骨形成,造成骨微結(jié)構(gòu)改變和骨量丟失[23]。雄激素水平低下與增齡過(guò)程中的骨量丟失密切相關(guān),也是睪酮缺乏的患者(如性腺機(jī)能低下的男性、雄激素剝奪治療的前列腺癌患者)骨密度下降、骨量丟失和容易發(fā)生骨質(zhì)疏松癥的原因;而睪酮替代治療可增加這些男性的骨密度尤其是腰椎松質(zhì)骨骨量,從而防治骨質(zhì)疏松癥[23-24]。本研究有類(lèi)似發(fā)現(xiàn),即去勢(shì)和氟他胺包埋均使8周HFD小鼠的松質(zhì)骨骨量丟失、骨小梁結(jié)構(gòu)破壞以及骨小梁BMD降低,但對(duì)皮質(zhì)骨無(wú)顯著影響,證實(shí)了雄激素/AR在小鼠松質(zhì)骨骨代謝中的重要作用。此外,本研究中發(fā)現(xiàn)去勢(shì)和氟他胺包埋均未對(duì)骨生物力學(xué)性能有顯著影響。類(lèi)似結(jié)果也有其他文獻(xiàn)報(bào)道,如雄性大鼠去勢(shì)4周后其骨生物力學(xué)性能并未產(chǎn)生明顯變化[25],以及去勢(shì)后3個(gè)月的大鼠,皮質(zhì)骨強(qiáng)度無(wú)顯著變化[26]等。

進(jìn)一步,本研究發(fā)現(xiàn)去勢(shì)和AR抑制劑氟他胺逆轉(zhuǎn)了運(yùn)動(dòng)對(duì)HFD小鼠BMD、松質(zhì)骨骨量和骨生物力學(xué)性能的增加作用,證實(shí)了雄激素和AR在運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)HFD骨密度和骨量中的重要作用,相關(guān)研究報(bào)道較多。

3.3 雄激素/AR可能通過(guò)激活I(lǐng)GF-1/IGF-1R通路來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)改善HFD小鼠BMD、骨量和骨生物力學(xué)性能的作用

體外研究證實(shí),雄激素通過(guò)刺激成骨細(xì)胞分泌IGF-1以促進(jìn)骨基質(zhì)的生成和礦化[11]。老年大鼠骨基質(zhì)中IGF-1濃度低于年輕大鼠,骨量和IGF-1水平存在對(duì)應(yīng)關(guān)系[27]。IGF-1通過(guò)與其受體IGF-1R結(jié)合來(lái)促使成骨細(xì)胞增殖和骨基質(zhì)礦化,以維持骨量和調(diào)節(jié)骨代謝;若IGF-1/IGF-1R缺失,使骨形成減少、類(lèi)骨質(zhì)礦化延緩、骨量丟失。

游泳和下坡跑運(yùn)動(dòng)均能顯著增加骨IGF-1蛋白水平[13],機(jī)械載荷能上調(diào)成骨細(xì)胞IGF-1/IGF-1R水平、促進(jìn)骨形成[28]。但雄激素/AR在運(yùn)動(dòng)改善HFD小鼠骨量、BMD和骨強(qiáng)度的作用是否也通過(guò)IGF-1/IGF-1R介導(dǎo),目前尚不明確。本研究發(fā)現(xiàn),去勢(shì)或氟他胺包埋在逆轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)骨量、BMD和骨強(qiáng)度的增加作用的同時(shí),部分逆轉(zhuǎn)了運(yùn)動(dòng)對(duì)IGF-1和(或)IGF-1R蛋白水平的增加作用,提示運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)骨特性的作用可能是通過(guò)上調(diào)骨中IGF-1/IGF-1R水平實(shí)現(xiàn)的。后續(xù)研究可用IGF-1中和抗體、IGF-1R拮抗劑等,來(lái)證實(shí)IGF-1/IGF-1R是雄激素/AR在運(yùn)動(dòng)調(diào)控高脂小鼠BMD和骨結(jié)構(gòu)的重要媒介。

4 結(jié)論

利用去勢(shì)和AR阻斷劑證實(shí)了雄激素/AR在有氧運(yùn)動(dòng)增加高脂膳食小鼠松質(zhì)骨BMD、骨量和骨生物力學(xué)性能中的重要作用,且該作用可能與雄激素/AR增加骨IGF-1/IGF-1R蛋白水平有關(guān)。