運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期小鼠骨代謝及PDGF介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路的影響

李世昌，李靈杰，陳祥和，孫 朋，趙常紅，徐 帥，方 幸

運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期小鼠骨代謝及PDGF介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路的影響

李世昌1，2，李靈杰3，陳祥和4，孫 朋1，2，趙常紅2，5，徐 帥2，方 幸2

（1.華東師范大學(xué)“青少年健康評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200241；2.華東師范大學(xué)體育與健康學(xué)院，上海200241；3.北京師范大學(xué)體育與運(yùn)動(dòng)學(xué)院，北京100875；4.揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225127；5.西北民族大學(xué)體育學(xué)院，甘肅蘭州730124）

目的：研究?jī)煞N不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)生長(zhǎng)期雄性小鼠骨的影響，以探討運(yùn)動(dòng)影響骨形成的分子機(jī)制，為運(yùn)動(dòng)促進(jìn)骨形成提供理論機(jī)制和實(shí)踐方法。方法：將48只4周齡雄性小鼠隨機(jī)分成3組，即對(duì)照組（C組）、游泳組（S組）和下坡跑組（D組），每組16只。游泳組在水深45 cm的泳池中運(yùn)動(dòng)8周，下坡跑組在跑臺(tái)上運(yùn)動(dòng)8周，運(yùn)動(dòng)方案為0.8 km／h，45 m in／day，5 d／week，坡度－9°。8周結(jié)束后，斷頸椎處死小鼠，摘眼球取血并檢測(cè)相關(guān)酶活性，取相關(guān)骨組織利用雙能X線、RT-PCR、Wsetern-blotting等方法對(duì)骨密度、相關(guān)細(xì)胞因子mRNA和蛋白表達(dá)等進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果：D組骨密度值高于C組且存在顯著差異（P＜0.01）；D組骨密度也高于S組，且存在顯著差異（P＜0.01）。D組血清中ALP濃度顯著高于C組（P＜0.01），也顯著高于S組（P＜0.01）。S組血清中TRACP濃度低于C組，但無(wú)顯著差異（P＞0.05）；D組血清中TRACP濃度顯著低于C組（P＜0.05），D組血清中TRACP濃度也較S組為低，但無(wú)顯著差異（P＞0.05）。S組間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的增值能力顯著高于C組；D組MSCs的增值能力顯著高于C組。用RTPCR檢測(cè)，S組骨組織中BMP-2表達(dá)顯著上調(diào)，且高于C組（P＜0.05）；D組骨中BMP-2表達(dá)顯著上調(diào)高于C組（P＜0.05），與S組相比表達(dá)上調(diào)，但不具有顯著差異（P＞0.05）。S組骨中c-fos的表達(dá)上調(diào)，且顯著高于C組（P＜0.05）。D組骨中PDGFb、c-fos、ERK1的表達(dá)上調(diào)，且顯著高于C組（P＜0.05），D組骨組織中PDGFb、ERK1的表達(dá)上調(diào)，且顯著高于S組（P＜0.05）。S組中P-ERK蛋白的相對(duì)表達(dá)量顯著高于C組（P＜0.05），D組骨組織中P-ERK蛋白的相對(duì)表達(dá)量顯著高于C組（P＜0.01），雖也高于S組（P＞0.05），但差異不具有顯著性。結(jié)論：1）下坡跑相比游泳運(yùn)動(dòng)在促進(jìn)生長(zhǎng)期小鼠的骨密度增加和骨代謝增強(qiáng)效果更佳。2）下坡跑運(yùn)動(dòng)相比游泳運(yùn)動(dòng)能更好地促進(jìn)骨髓間間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化成骨細(xì)胞的能力。3）運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)激活PDGFb介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路的相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)和促進(jìn)骨形成。

生長(zhǎng)期；下坡跑；游泳；血小板源性生長(zhǎng)因子；細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶

峰值骨量是在生長(zhǎng)期（或早期成年期）所達(dá)到的最高骨質(zhì)量。峰值骨量的多少是評(píng)價(jià)骨骼健康狀況的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)［1］。骨骼架構(gòu)在生命早期形成，生長(zhǎng)期內(nèi)骨在不斷增加骨礦物質(zhì)含量，最終達(dá)到一生中的最高骨質(zhì)量值［2］。青少年時(shí)期骨礦物質(zhì)峰值骨量高，到老年時(shí)就不易造成骨質(zhì)疏松。在調(diào)控骨代謝的眾多細(xì)胞因子中，血小板源生長(zhǎng)因子（PDGF）是一種促有絲分裂因子，可促進(jìn)機(jī)體內(nèi)多種細(xì)胞（如成骨細(xì)胞等）的增殖產(chǎn)生。胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信號(hào)通路是絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路中的一條，廣泛存在于機(jī)體內(nèi)，可被PDGF介導(dǎo)來(lái)調(diào)控細(xì)胞的分化、增殖以及相關(guān)功能［3］。目前有關(guān)PDGF介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路的相關(guān)研究主要集中在肝纖維化、平滑肌細(xì)胞增殖、肺纖維化等領(lǐng)域［4－5］，而有關(guān)該信號(hào)通路調(diào)控骨組織代謝的相關(guān)研究卻較少，如Zhao Y等［6］研究發(fā)現(xiàn)，PDGF可通過(guò)ERK信號(hào)通路誘導(dǎo)糖尿病大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化；Jin Y等［7］研究也發(fā)現(xiàn)，PDGF可介導(dǎo)ERK信號(hào)通路來(lái)調(diào)控脂肪攝取干細(xì)胞（ADSCs）向成骨細(xì)胞方向分化。但是有關(guān)運(yùn)動(dòng)影響骨代謝及由PDGF介導(dǎo)ERK信號(hào)通路調(diào)控的相關(guān)研究，在目前還未見(jiàn)報(bào)道。

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練作為一種有效的健骨方式，在很多研究中已被證實(shí)。馬濤［8］在其研究中發(fā)現(xiàn)，下坡跑運(yùn)動(dòng)方式預(yù)防去卵巢小鼠骨質(zhì)疏松發(fā)生的作用效果顯著優(yōu)于上坡跑。李世昌等［9］研究也發(fā)現(xiàn)，下坡跑抑制去卵巢小鼠破骨細(xì)胞分化的作用優(yōu)于其他跑的形式。游泳運(yùn)動(dòng)作為一種無(wú)負(fù)重的運(yùn)動(dòng)方式，Ju YI等［10］研究發(fā)現(xiàn)，游泳運(yùn)動(dòng)可顯著促進(jìn)小鼠骨密度的增加，而FalcaiMJ等［11］研究卻又發(fā)現(xiàn)6周游泳訓(xùn)練對(duì)小鼠股骨骨密度作用不明顯，由此引發(fā)爭(zhēng)議：游泳運(yùn)動(dòng)能否促進(jìn)骨形成代謝？基于上述情況，本研究在相同時(shí)間運(yùn)動(dòng)下，采用游泳和下坡跑兩種方式運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期小鼠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練干預(yù)，并利用RTPCR、West-bloting、細(xì)胞原代培養(yǎng)等方法對(duì)以下假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證：1）下坡跑運(yùn)動(dòng)健骨效應(yīng)是否優(yōu)于游泳運(yùn)動(dòng)？2）PDGF介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路在不同方式運(yùn)動(dòng)健骨作用中起著重要調(diào)控作用。

1 研究材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組

選取4周齡清潔級(jí)C57BL／6雄性小鼠48只（采購(gòu)自華東師范大學(xué)動(dòng)物飼養(yǎng)中心），隨機(jī)平均分為對(duì)照組（C組，16只）、游泳組（S組，16只）和下坡跑組（D組，16只）。由于小鼠體積較小、取材量有限，又將每組16只隨機(jī)分成兩組，每組8只，以保證取材。所有小鼠在華東師范大學(xué)動(dòng)物飼養(yǎng)中心飼養(yǎng)，分組分籠，每籠4只。食物和飲水自由不受控制，飼料和墊料由斯萊克動(dòng)物實(shí)驗(yàn)公司提供。光照時(shí)間為每天12 h。環(huán)境溫度為（23±2）℃，相對(duì)濕度為50%。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物訓(xùn)練方案

對(duì)照組：小鼠在保證正常飲食和飲食條件下，在鼠籠內(nèi)自由活動(dòng)。游泳組：第一周為適應(yīng)性訓(xùn)練，前3天游泳30 min／d，后3天45 min／d。從訓(xùn)練的第2周開(kāi)始，游泳時(shí)間固定為45 min／d，每周5 d，共8周。游泳池水深45 cm，水溫（28±2）℃。下坡跑組：第1個(gè)運(yùn)動(dòng)周為適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)，前3天運(yùn)動(dòng)30 min／d，后3天45min／d。訓(xùn)練的第2周下坡跑運(yùn)動(dòng)時(shí)間45 min／d，每周5 d，共訓(xùn)練8周。跑臺(tái)坡度－9°，跑速0.8 km／h。跑臺(tái)和游泳運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的場(chǎng)景見(jiàn)圖1。

1.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物取材

3組小鼠在訓(xùn)練周期的最后一次運(yùn)動(dòng)后靜養(yǎng)2日，處死后取材。選用斷頸椎去眼球取血的方式，將血液采集到1.5 ml離心管中，用常溫離心機(jī)5 000 rpm，離心10 min，取上清液，保存在－80℃冰箱。在斷頸椎處死后，剝離附于骨骼表面的肌肉，取股骨和脛骨；再將骨組織樣本先在PBS溶液中清洗干凈，然后分裝于離心管中，放入－80℃冰箱中保存，以備用于RT-PCR測(cè)試使用；取前肢骨，PBS清洗后放于10 ml離心管中，存于4℃冰箱，以備測(cè)定肱骨骨密度。在無(wú)菌條件下，在小鼠處死后獲取小鼠股骨和脛骨，用滅菌剪刀剪掉骨干的兩端，再用注射器吸取培養(yǎng)基，將骨髓腔中的骨髓造血干細(xì)胞（MSCs）緩慢吹出，吹出后稍加搖勻制備MSCs懸浮液，以用于后面的成骨細(xì)胞分化。

圖1 小鼠運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練

1.4 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的檢測(cè)

1.4.1 體重檢測(cè) 每周一晚訓(xùn)練前，固定時(shí)間測(cè)量各組小鼠的體重并記錄。測(cè)量?jī)x器為YP601N電子分析天平。根據(jù)每次測(cè)量的數(shù)據(jù)，對(duì)比分析和探討小鼠體重隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的變化，這樣也對(duì)小鼠在飼養(yǎng)和運(yùn)動(dòng)鍛煉時(shí)的身體健康狀況加以監(jiān)督和了解。1.4.2 骨密度檢測(cè) 利用Hologic Discovery A骨密度儀對(duì)小鼠肱骨近側(cè)端進(jìn)行掃描，測(cè)定肱骨骨密度（圖2）。

圖2 骨密度檢測(cè)部位

1.4.3 血清堿性磷酸酶和抗酒石酸酸性磷酸酶檢測(cè) 取保存好血清，按照試劑盒上步驟并利用酶標(biāo)儀對(duì)堿性磷酸酶活性進(jìn)行檢測(cè)。

1.4.4 誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化基礎(chǔ)培養(yǎng)液的配置：使用Hyclone培養(yǎng)基（500 m l），配置比例是依據(jù)10%的胎牛血清和100倍雙抗的比例進(jìn)行配置。在上述配置的培養(yǎng)液中加入1 000倍維生素C和100倍β-甘油磷酸鈉，即是誘導(dǎo)分化成骨細(xì)胞培養(yǎng)液。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)：在無(wú)菌條件下采集樣本股骨和脛骨，剪掉骨干兩端，用注射器吸收相同體積的DMEM液反復(fù)沖洗骨髓腔。再搖動(dòng)離心管，將采集到的骨髓變成細(xì)胞懸浮液。充分搖勻后，用移液管移取相應(yīng)的細(xì)胞懸浮液，加入紅細(xì)胞裂解液，室溫靜置10 min。將細(xì)胞懸浮液按照1.2×107ml的密度接種于培養(yǎng)皿和六孔板中，培養(yǎng)條件是：37℃，5%CO2，飽和濕度。在這種培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)皿中的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行傳代培養(yǎng)，每隔2～3 d換一次培養(yǎng)基，第七天時(shí)進(jìn)行成骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化。

1.4.5 股骨組織中相關(guān)細(xì)胞因子mRNA表達(dá)檢測(cè)取保存于－80℃的股骨組織，按標(biāo)準(zhǔn)步驟提取RNA，并將其反轉(zhuǎn)為cDNA；再按照定量試劑盒上的步驟對(duì)各種基因的mRNA表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)。從美國(guó)國(guó)家生物信息中心序列資料庫(kù)查找小鼠PDGFb、c-fos、ERKl、BMP-2和β-actin全基因序列（表1）。

表1 引物序列

1.4.6 成骨細(xì)胞中ERK蛋白檢測(cè) 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化10 d后，收集成骨細(xì)胞，提取蛋白并測(cè)定蛋白含量，然后按照WB標(biāo)準(zhǔn)步驟對(duì)成骨細(xì)胞中的ERK蛋白表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)。

通過(guò)應(yīng)用信息化科學(xué)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)土木工程設(shè)計(jì)和管理的優(yōu)化，充分將建筑美學(xué)表達(dá)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)土木管理的精細(xì)化。隨著各項(xiàng)新的技術(shù)、設(shè)備逐漸研發(fā)，新的管理模式以及應(yīng)用平臺(tái)的更新，土木工程建設(shè)如果不能做到與時(shí)俱進(jìn)勢(shì)必會(huì)被社會(huì)淘汰，只有不斷將適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展的需求，逐步提升管理水平，才能促進(jìn)土木工程施工建設(shè)可持續(xù)發(fā)展。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

使用Excel和SPSS 17.0軟件分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同組之間的比較運(yùn)用單因素方差分析，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上P＜0.05為顯著性差異，P＜0.01為非常顯著性差異，并且對(duì)各實(shí)驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖標(biāo)注。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 游泳和下坡跑運(yùn)動(dòng)后小鼠體重變化的比較

8周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，對(duì)照組（C組）、游泳組（S組）和下坡跑組（D組）運(yùn)動(dòng)小鼠的體重隨時(shí)間變化如圖3。結(jié)果顯示：實(shí)驗(yàn)前各組小鼠體重?zé)o顯著性差異，各組小鼠體重均隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)；訓(xùn)練后游泳組小鼠的平均體重大于下坡跑組體重，下坡跑組體重高于對(duì)照組平均體重，統(tǒng)計(jì)學(xué)上3組組間體重?zé)o顯著性差異。

圖3 各組小鼠體重變化情況圖（N＝8）

2.2 不同方式運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期小鼠骨密度的影響

經(jīng)過(guò)8周的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后，運(yùn)用Hologic Discovery A骨密度儀對(duì)小鼠肱骨近側(cè)端進(jìn)行掃描，如圖3所示。從表2可以看出，下坡跑組小鼠肱骨骨密度（BMD）顯著高于對(duì)照組（P＜0.01）；下坡跑組肱骨BMD與游泳組也具有極顯著性差異（P＜0.01）；而游泳組小鼠骨密度雖高于對(duì)照組，但不具有顯著性差異（P＞0.05）。

表2 各組小鼠肱骨骨密度的比較（N＝8）

2.3 不同方式運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期小鼠血清ALP和TRAP的影響

表3 3組小鼠血清堿性磷酸酶（ALP）和抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）濃度的比較

下坡跑組血清ALP活性顯著高于對(duì)照組（P＜0.01），游泳組血清中ALP活性高于對(duì)照組，且具有極顯著性差異（P＜0.01）；下坡跑組血清ALP與游泳組血清ALP，也具有極顯著性差異（P＜0.01）。游泳組血清中抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）活性低于對(duì)照組，但兩者不具有顯著性差異（P＞0.05）；下坡跑組血清TRAP活性顯著性低于對(duì)照組（P＜ 0.05）；下坡跑組血清TRAP低于游泳組血清TRAP，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

2.4 不同方式運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期小鼠成骨細(xì)胞分化的影響

培養(yǎng)皿里的被染色越多，說(shuō)明此皿成骨細(xì)胞內(nèi)的酶越多；成骨細(xì)胞內(nèi)的酶多，可能是成骨細(xì)胞數(shù)量多，或是間充物質(zhì)干細(xì)胞生成成骨細(xì)胞多。如圖4所示，下坡跑組小鼠成骨細(xì)胞顯著多于對(duì)照組；與對(duì)照組相比，游泳組成骨細(xì)胞雖有增多的趨勢(shì)，但無(wú)顯著性差異；下坡跑組小鼠成骨細(xì)胞顯著多于游泳組。

圖4 各組小鼠體外培養(yǎng)成骨細(xì)胞ALP酶染色比較（N＝8）

2.5 不同方式運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期小鼠骨中相關(guān)細(xì)胞因子mRNA表達(dá)的影響

由表4可知，與對(duì)照組相比，8周的下坡跑運(yùn)動(dòng)顯著提高PDGFb、ERK1和C-fos的mRNA的表達(dá)（P＜0.05）。與安靜對(duì)照組相比，游泳組c-fos表達(dá)上調(diào)，且具有顯著差異（P＜0.05）；與游泳組相比，下坡跑組的PDGFb和ERK1的相對(duì)表達(dá)量具有顯著差異（P＜0.05）。本研究還發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，下坡跑組BMP-2的mRNA表達(dá)上調(diào)，且具有顯著差異（P＜0.05）；與游泳組相比，也有升高趨勢(shì)，但差異不具有顯著性（P＞0.05）。

表4 3組小鼠ERK信號(hào)通路相關(guān)因子、BM P-2 m RNA相對(duì)表達(dá)量（與β-actin表達(dá)量的比值）的比較

2.6 不同方式運(yùn)動(dòng)對(duì)分化產(chǎn)生的成骨細(xì)胞中p-ERK蛋白表達(dá)的影響

從圖5發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，下坡跑組P-ERK蛋白相對(duì)表達(dá)量（P-ERK／actin）非常顯著增高（P＜0.01）；與對(duì)照組相比，游泳組P-ERK蛋白相對(duì)表達(dá)量顯著增高（P＜0.05）；與游泳組相比，下坡跑組PERK蛋白的相對(duì)表達(dá)量有升高趨勢(shì)，但是無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

圖5 3組成骨細(xì)胞中p-EKR蛋白相對(duì)表達(dá)量比較（N＝8）

3 分析與討論

生長(zhǎng)發(fā)育期是骨量增加的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，在此過(guò)程中將會(huì)達(dá)到峰值骨量，而峰值骨量的多少對(duì)于評(píng)價(jià)骨健康狀況以及預(yù)防老年時(shí)期骨質(zhì)疏松的發(fā)生具有重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)［12］，各種細(xì)胞因子如PDGF在調(diào)控骨代謝中起著重要的生物學(xué)作用。PDGF作為一種促有絲分裂因子，其通過(guò)與膜上的PDGF受體結(jié)合并使其被激活，Grb2作為一接頭蛋白可與激活后的PDGF受體結(jié)合并被磷酸化，Grb2被磷酸化后可與其下游的交換因子SOS結(jié)合并將其磷酸化，然后SOS激活Ras蛋白，活化后的Ras蛋白將引起其下游ERK1／2介導(dǎo)的級(jí)聯(lián)酶促反應(yīng)，激活的ERK1／2入核，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞分化增殖等細(xì)胞因子的表達(dá)（如C-fos等）。研究發(fā)現(xiàn)［13］，PDGF在骨組織存在大量表達(dá)，且該細(xì)胞因子在骨組織新陳代謝過(guò)程中起著重要作用。

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練作為調(diào)控骨代謝的重要手段之一，其在促進(jìn)骨形成代謝和骨量增加上具有重要的作用。機(jī)械力是促進(jìn)骨形成的重要因素，對(duì)骨作用的機(jī)械力主要是縱向的壓力和橫向的骨骼肌拉力（由此對(duì)骨產(chǎn)生的反作用力，包括剪切力、折彎力、扭轉(zhuǎn)力等）。適宜的縱向力刺激比橫向的骨骼肌拉力更能有效促進(jìn)骨形成。下坡跑的縱向力刺激比上坡跑大，確實(shí)上坡跑的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較下坡跑的大，但相比之下健骨作用時(shí)運(yùn)動(dòng)方式的重要作用要大于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度［8－9］。Gottschall等［14］通過(guò)機(jī)械感應(yīng)鞋墊來(lái)檢測(cè)不同坡度運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的機(jī)械壓力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為最大攝氧量75%的上坡走和最大攝氧量48%的下坡走，同樣40 min訓(xùn)練時(shí)間，其下坡運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生最大1 050N的機(jī)械壓力，而上坡運(yùn)動(dòng)只能產(chǎn)生780N的機(jī)械壓力。而B(niǎo)orer等［15］發(fā)現(xiàn)上述兩種運(yùn)動(dòng)方式中下坡運(yùn)動(dòng)對(duì)于提高成骨指數(shù)（骨形成指標(biāo)和骨吸收指標(biāo)的比值）比上坡運(yùn)動(dòng)的效果顯著。這些研究說(shuō)明不同方式的運(yùn)動(dòng)（這種下坡方式運(yùn)動(dòng)能對(duì)骨產(chǎn)生更大的機(jī)械壓力和力學(xué)刺激）比運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度更為重要。

游泳運(yùn)動(dòng)作為一種無(wú)縱向負(fù)重的運(yùn)動(dòng)模式，在運(yùn)動(dòng)中骨承受的是橫向的骨骼肌拉力（包括骨杠桿所引起的剪切力、折彎力、扭轉(zhuǎn)力等）。本研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可激活PDGF介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路，其相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)均顯著上調(diào)。而與游泳組相比，下坡跑對(duì)上調(diào)PDGF以及ERK信號(hào)通路中相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)的作用更大，說(shuō)明下坡跑這種運(yùn)動(dòng)方式在激活PDGF／ERK信號(hào)通路中相關(guān)因子表達(dá)上的作用優(yōu)于游泳運(yùn)動(dòng)。究其原因這與下坡跑這種運(yùn)動(dòng)方式對(duì)骨產(chǎn)生的直接力學(xué)刺激有關(guān)，因?yàn)檠芯堪l(fā)現(xiàn)，與橫向的骨骼肌拉力刺激（游泳）相比，縱向力學(xué)刺激（下坡跑）能更好地上調(diào)骨中TGF-β1表達(dá)有關(guān)，因?yàn)楫?dāng)TGF-β1表達(dá)上調(diào)后其可促進(jìn)PDGF及其下游ERK信號(hào)通路中相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)［16］。雖然本次實(shí)驗(yàn)沒(méi)有重復(fù)通過(guò)機(jī)械設(shè)備來(lái)直接檢測(cè)骨的受力情況，但鑒于文獻(xiàn)資料和我們以前的實(shí)驗(yàn)［8］，我們認(rèn)為導(dǎo)致本次下坡跑相比游泳更能有效健骨的原因主要是運(yùn)動(dòng)方式（較強(qiáng)的縱向力學(xué)刺激）。

堿性磷酸酶（ALP）作為骨形成代謝的標(biāo)志性酶，其主要是由成骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生，是成骨細(xì)胞分化的特異性標(biāo)志物［17］。而抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）是骨吸收代謝的標(biāo)志性酶，其是由破骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生，是破骨細(xì)胞分化的特異性標(biāo)志物［18－19］。這兩種酶在一定程度上可代表骨形成和骨吸收的狀況。當(dāng)骨形成代謝大于骨吸收代謝時(shí)骨量增加，反之，骨量減少。目前有關(guān)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)成骨細(xì)胞分化的研究中，陳祥和［20］在其研究中發(fā)現(xiàn)，下坡跑可通過(guò)促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化從而使得小鼠BMD顯著增加。石洋［21］研究發(fā)現(xiàn)，4周跑臺(tái)訓(xùn)練顯著促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化，并增強(qiáng)ALP活性以及抑制TRAP活性。本研究中，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練顯著提高ALP濃度并降低TRAP濃度，BMD顯著升高，這與陳祥和、石洋的研究相一致，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練促進(jìn)成骨細(xì)胞分化并抑制破骨細(xì)胞分化，從而促進(jìn)骨形成代謝，使得BMD增加。然而與游泳運(yùn)動(dòng)相比，下坡跑對(duì)成骨細(xì)胞分化的作用更顯著。這可能與下坡跑運(yùn)動(dòng)對(duì)骨的力學(xué)刺激強(qiáng)度較大，上調(diào)了PDGF及其介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路中相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)有關(guān)，因?yàn)檠芯孔C實(shí)該信號(hào)通路的激活可通過(guò)促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，抑制破骨細(xì)胞分化產(chǎn)生，從而使得骨形成代謝大于骨吸收代謝，促進(jìn)骨量增加［22］。綜上所述，下坡跑這種運(yùn)動(dòng)方式可通過(guò)激活PDGF介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，從而使得小鼠BMD顯著增加。

4 結(jié)論

下坡跑運(yùn)動(dòng)相比游泳運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)生長(zhǎng)期小鼠的骨密度增加和健骨效果更佳。下坡跑運(yùn)動(dòng)相比游泳運(yùn)動(dòng)，能更好地促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化成骨細(xì)胞的能力。運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)激活PDGFb介導(dǎo)的ERK信號(hào)通路的相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)，影響骨形成。

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責(zé)任編輯：郭長(zhǎng)壽

Effects of Different Exercise on Bone Metabolism and PDGF via ERK Signaling of G row ing M ale M ice

LIShichang1，2，LILingjie3，CHEN Xianghe4，SUN Peng1，2，ZHAO Changhong2，5，XU Shuai2，F(xiàn)ANG Xing2
（1.Key Lab of Evaluating and Sports Intervening to Adolescent’s Health of Ministry of Education，East China Normal University，Shanghai200241，China；2.School of Physical Education and Health，East China Normal University，Shanghai200241，China；3.School of Physical Education and Sports，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；4.School of Physical Education，Yangzhou University，Yangzhou 225127，Jiangsu，China；5.School of Physical Education，Northwest University for Nationalities，Lanzhou 730124，Gansu，China）

Objective：The aim is to study two exercisemodes on the effects of grow ing malem ice bone and try to provide some basic theoretical properties for bone remolding by exercise at grow ing stage.Methods：48 m ice were equally divided into control group（C），sw imm ing group（S）and downhill running group（D）.The exercise of S group is sw imm ing in the poolw ith 45cm level of water for 8 weeks.The exercise of D group is downhill running in the condition of 0.8 km／h，45 min／day，5 days／week and treadmill slope of－9°.After 8 weeks exercise，all of the 48 mice were executed for blood and bone tissue sam ples.Results：A fter 8 weeks of exercise，BMD of D group is significantly higher than that of both C group（P＜0.01）and Sgroup（P＜0.01）.Blood ALPof D group is significantly higher than thatof both C group（P＜0.01）and S group（P＜0.01）.TRACP of S group is lower than that of C group，but there is no obvious difference（P＞0.05）.TRACPof D group is significantly lower than thatof C group（P＜0.05）.TRACPof D group is lower than thatof S group，but there is no obvious difference（P＞0.05）.The MSCs proliferation abilities of D group and S group are higherthan that of C group.Using RT-PCR test，the expression of osteoblast BMP-2 in S group is up-regulated significantly and higher than that of C group（P＜0.05）.The expression of osteoblast BMP-2 in D group is up-regulated significantly and higher than that of C group（P＜0.05），but no obvious difference compared w ith S group（P＞0.05）.The expression of cfos in S group is significantly higher than that of C group（P＜0.05）.The expression of PDGFb，c-fos，ERK1 in D group is significantly higher than that of C group（P＜0.05）.The expression of PDGFb，ERK1 in D group is significantly higher than that of S group（P＜0.05）.The phosphorylation ERK protein in S group is significantly higher than that of C group（P＜0.05）and the phosphorylation ERK protein in D group is significantly higher than C group（P＜0.01），also higher than that of S group but no obvious difference.Conclusions：1）Downhill running ismore effective than sw imm ing on promoting bonemetabolism and bonem ineral density of growingm ice.2）Downhill running is better than swimm ing on the proliferation of MSCs.3）Exercise can regulate and promote bone formation by activating the gene expression and protein expression through the pathway of PDGFb via ERK cell signals.

grow ing；downhill running；sw imm ing；PDGF；ERK

G804.2

A

1004－0560（2016）06－0065－06

2016-11-03；

2016-12-09

上海市學(xué)校體育科研課題（HJTY-2014-C02）；青少年健康評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)課題（40500-541235-14203／004）。

李世昌（1956—），男，教授，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)對(duì)骨影響的機(jī)制。