運(yùn)動(dòng)、飲食對(duì)肥胖小鼠Sost與骨代謝的影響

（沈陽(yáng)體育學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110102）

前言

隨著現(xiàn)代人們生活品質(zhì)不斷提高，肥胖原因引起的代謝失調(diào)綜合征癥狀呈現(xiàn)逐年快速上升的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)臨床流行病病理學(xué)資料分析顯示，肥胖與導(dǎo)致骨質(zhì)疏松疾病的發(fā)生有密切關(guān)聯(lián)。骨質(zhì)疏松(OP)骨病是由多種不同致病病理因素綜合引起的一種以軟骨量、骨量明顯減少，骨骼組織微結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致的骨骼脆性程度增加，易反復(fù)發(fā)生急性骨折、骨變形為發(fā)病特征的典型全身性多發(fā)骨病。據(jù)統(tǒng)計(jì)估算2006年以來(lái)我國(guó)OP疾病患者累計(jì)近7000萬(wàn)，骨量明顯減少者累計(jì)超過(guò)2億多人。骨質(zhì)疏松癥雖然號(hào)稱“沉默的殺手”，但由于早期發(fā)現(xiàn)癥狀并不明顯，不易被人們及早發(fā)現(xiàn)和廣泛關(guān)注,一旦其繼續(xù)發(fā)展演變?yōu)橹囟嚷怨琴|(zhì)結(jié)構(gòu)疏松甚至嚴(yán)重脆性鈣質(zhì)骨折，將嚴(yán)重影響我們個(gè)人日常生活、工作質(zhì)量，同時(shí)給我們家庭生活帶來(lái)諸多沉重負(fù)擔(dān)。OP已經(jīng)成為我們急需解決的問(wèn)題。以往醫(yī)學(xué)研究一直認(rèn)為肥胖可能會(huì)增加人們身體體重負(fù)荷從而直接增加骨骼密度，但近年來(lái)最新研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肥胖人群的骨折畸形發(fā)病率、骨質(zhì)疏松癥仍然要明顯高于正常勞動(dòng)人群。而運(yùn)動(dòng)、飲食作為防治肥胖的有效方式，那么肥胖與運(yùn)動(dòng)、飲食干預(yù)與骨代謝之間的關(guān)系有待探討。

1、肥胖對(duì)Sost及骨形成的影響

1.1、骨硬化蛋白Sost

Sost新型基因序列是首先由vanhul等和balemans等在骨硬化關(guān)節(jié)病(主要特征：骨皮質(zhì)組織過(guò)度生長(zhǎng))和新型vanbuchem癥(特征為全身多發(fā)性骨皮質(zhì)組織增生癥)中進(jìn)行研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其主要特征為由于病人的一個(gè)Sost序列基因在骨皮質(zhì)組織生長(zhǎng)中的基因表達(dá)速度受到很大限制，因而將新的Sost基因分離出來(lái)獲得并被人們稱為“骨硬化蛋白”。目前大量臨床研究成果表明，骨硬化蛋白與慢性骨質(zhì)疏松、糖尿病、慢性腎盂腎病、骨肉瘤、前列腺癌、骨轉(zhuǎn)移、脂肪性骨細(xì)胞惡性分化等之間均存在較為密切關(guān)系骨硬化抑制蛋白已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前臨床研究中的熱點(diǎn)之一。Shu等實(shí)驗(yàn)證明，抑制Sost基因后，能夠改善卵巢切除術(shù)導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松小鼠的骨種植后的固定。并且有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)肥胖小鼠體內(nèi)Sost施加控制時(shí)，骨形成通路得以繼續(xù)形成、表達(dá)、發(fā)揮作用。說(shuō)明骨硬化蛋白Sost在骨代謝過(guò)程中起著負(fù)性調(diào)控作用。

1.2、肥胖與 Sost

炎癥反應(yīng)作為肥胖與骨質(zhì)疏松的橋梁，研究表明炎癥因子TNF-α水平在肥胖患者血清中明顯升高，Sost基因和蛋白的表達(dá)會(huì)受多種因素和細(xì)胞因子的調(diào)控，而慢性肥胖引起的炎癥因子TNF-α能夠通過(guò)調(diào)節(jié)Sost來(lái)調(diào)控骨代謝。beak等研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)12周高脂的飲食方式喂養(yǎng)過(guò)的小鼠會(huì)形成肥胖，小鼠血清中TNF-α表達(dá)水平及小鼠股骨骨組織中TNF-α表達(dá)濃度明顯高于對(duì)照組小鼠。vincent的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，TNF-α表達(dá)能夠有效誘導(dǎo)出成骨細(xì)胞中具有mapk細(xì)胞依賴性的基因調(diào)節(jié)細(xì)胞sost的基因表達(dá)，且體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在多個(gè)mc3t3-e1細(xì)胞及不同原代的人成骨細(xì)胞中，對(duì)骨細(xì)胞加以不同濃度、不同控制時(shí)間的TNF-α，發(fā)現(xiàn)血清TNF-α表達(dá)增加可調(diào)節(jié)Sost濃度及表達(dá)水平，并且這種基因調(diào)控劑的作用還會(huì)隨調(diào)控時(shí)間的不斷延長(zhǎng)或基因濃度的不斷增加而越來(lái)越明顯。sandi等將11周的成年小鼠切除囊性卵巢后，多次進(jìn)行低劑量藥物注射（使用鏈脲佐菌素），造成小鼠高血糖合并肥胖Ⅱ型糖尿病模型，通過(guò)自體免疫組化和細(xì)胞檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在雙股骨中TNF-α因子含量明顯相對(duì)于假手術(shù)組顯著有所增多，并且細(xì)胞培養(yǎng)也可以發(fā)現(xiàn)，在機(jī)體炎癥變化狀態(tài)的強(qiáng)烈刺激下，成骨細(xì)胞中TNF-α的異常表達(dá)又可能會(huì)明顯加劇，嚴(yán)重影響了骨的健康。Beak等研究通過(guò)12周高脂飲食喂養(yǎng)造成小鼠肥胖，檢測(cè)其股骨中TNF-α表達(dá)有所增加，并在體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)TNF-α增加時(shí)Sost表達(dá)也有所增加。通過(guò)免疫組化和mRNA檢測(cè)發(fā)現(xiàn)股骨中TNF-α含量相對(duì)假手術(shù)組顯著增多，并且細(xì)胞培養(yǎng)也發(fā)現(xiàn)，在炎癥狀態(tài)的刺激下，成骨細(xì)胞TNF-α的表達(dá)又會(huì)加劇，嚴(yán)重影響了骨的健康。NF-κB表達(dá)作為大鼠TNF-α與大鼠Sost分泌間的關(guān)鍵通路因子，在其他相關(guān)研究中也有得到充分證明，與肥胖慢性骨髓炎癥、甚至骨質(zhì)疏松發(fā)生是密切相關(guān)的。cortez等研究通過(guò)對(duì)兩個(gè)月的雄性肥胖wistar大鼠進(jìn)行喂養(yǎng)高糖高脂增脂飲食12周后，分離出大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，對(duì)大鼠TNF-α以及NF-κB表達(dá)進(jìn)行了定量基因檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)高糖高脂增脂飲食方式喂養(yǎng)大鼠能夠直接導(dǎo)致大鼠TNF-α以及NF-κB的表達(dá)增加。許建國(guó)以雄性wistar雄性肥胖大鼠為主要實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，采用高脂高糖飲食方式喂養(yǎng)并將其結(jié)合鹽酸鏈脲佐菌素進(jìn)行腹腔輸液注射，造成典型Ⅱ期糖尿病性肥胖癥小鼠并伴有骨質(zhì)疏松癥的模型，RT-PCR分別檢測(cè)小鼠骨髓間組織中β-catenin、Runx2表達(dá)，較正常對(duì)照組的表達(dá)均明顯降低，而NF-κB在其中的表達(dá)明顯增加。由此可見(jiàn)，炎癥因子TNF-α極大程度上是通過(guò)NF-κB通路調(diào)控Sost而影響骨形成。

1.3、Sost與破骨作用

之前的研究認(rèn)為Sost只能通過(guò)妨礙成骨細(xì)胞的分化來(lái)抑制骨形成，但最近幾年研究發(fā)現(xiàn)Sost還能夠增加RANKLmRNA表達(dá),并且是呈劑量依賴性的。具體通過(guò)使它的opg mRNA的活性表達(dá)比值減少，使RANKL/OPG的表達(dá)比值上升，并且通過(guò)依賴它的rankl，進(jìn)一步激活其他破骨細(xì)胞的生成功能，發(fā)揮它的活性破骨促進(jìn)作用。對(duì)健康類型受試者的臨床研究中我們發(fā)現(xiàn)，sclerostin的聯(lián)合抗體能有效降低Ⅰ型的骨膠原羧基細(xì)胞末端肽(pinp)等骨骼的吸收功能指標(biāo)，并使其呈現(xiàn)在劑量上的依賴性。這也就說(shuō)明Sost不僅顯著抑制磷酸成骨酶，還有可能通過(guò)磷酸介導(dǎo)骨細(xì)胞性的骨皮質(zhì)溶解從而促進(jìn)骨的細(xì)胞分解以及代謝改變情況。和Sost對(duì)骨形成的作用相比較來(lái)說(shuō)，Sost對(duì)骨吸收的作用機(jī)制情況目前還不是十分明確的，有待于今后的更深入的研究。

2、運(yùn)動(dòng)、飲食干預(yù)對(duì)Sost的影響

生物力學(xué)負(fù)荷是能夠調(diào)節(jié)骨骼的生長(zhǎng)、骨的發(fā)育和重建骨的一個(gè)重要又關(guān)鍵的因素。研究發(fā)現(xiàn)，骨硬化蛋白Sost是一個(gè)對(duì)力學(xué)負(fù)荷敏感的蛋白，因?yàn)樗谋磉_(dá)能夠被力學(xué)負(fù)荷所調(diào)控。有關(guān)小鼠在體實(shí)驗(yàn)研究如下：Robling等對(duì)C57B1/6J雄性小鼠和Lewis大鼠的尺骨施加了壓力負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)施加24h的壓力負(fù)荷后，實(shí)驗(yàn)組小鼠Sost的表達(dá)量顯著降低，相比較對(duì)照組下降了73%，而在為減少應(yīng)力負(fù)荷而懸吊尾部的實(shí)驗(yàn)小鼠中則表現(xiàn)為Sost表達(dá)升高。還有一些研究人員發(fā)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)Sost已被敲除后的小鼠和野生型小鼠采取相同的尾部懸吊措施，發(fā)現(xiàn)在尾部懸吊后，野生型小鼠的后雙下肢wnt/β-catenin尾部信號(hào)網(wǎng)絡(luò)通路的活性明顯下降，但是對(duì)sost-/-小鼠在尾部懸吊后，小鼠后肢前雙下肢的尾部wnt/β-catenin尾部信號(hào)網(wǎng)絡(luò)通路沒(méi)有表現(xiàn)出明顯改變，對(duì)于失去負(fù)荷性的表現(xiàn)不敏感，骨骼的丟失情況未發(fā)生。這些臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分提示了內(nèi)應(yīng)力和負(fù)荷機(jī)制能夠通過(guò)內(nèi)源性途徑，有效地使骨細(xì)胞對(duì)骨中Sost的信號(hào)表達(dá)能力下降，進(jìn)而使Wnt中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路能夠得到有效激活，從而有效促進(jìn)骨形成，骨細(xì)胞的數(shù)量增殖和細(xì)胞分化，促進(jìn)骨的骨骼形成。由此可見(jiàn)，sclerostin通路是直接使骨細(xì)胞結(jié)構(gòu)感受失去機(jī)械介導(dǎo)應(yīng)力運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的直接刺激，骨細(xì)胞形成結(jié)構(gòu)得以被有效調(diào)節(jié)，這兩個(gè)過(guò)程的重要橋梁,而其中的wnt/β-catenin信號(hào)傳輸通路系統(tǒng)，便是用于介導(dǎo)機(jī)械應(yīng)力及其失去介導(dǎo)應(yīng)力機(jī)械負(fù)荷時(shí)，對(duì)人體骨骼細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育造成影響的關(guān)鍵的一種信號(hào)傳輸通路。tu等在對(duì)小鼠的臨床實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究中已經(jīng)證實(shí)，Sost基因的表達(dá)能被機(jī)械負(fù)荷作用影響下調(diào)，從而間接起到通過(guò)調(diào)節(jié)wnt基因信號(hào)表達(dá)通路作用，而直接影響骨的骨質(zhì)生成。morse的臨床實(shí)驗(yàn)也充分證實(shí)了，骨在適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性和應(yīng)力下的刺激，能夠通過(guò)有效調(diào)節(jié)骨的Sost生理表達(dá)變化情況，而有效促進(jìn)骨的骨骼形成，對(duì)骨骼的代謝功能起到重要調(diào)節(jié)作用。Laleh等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)高脂飲食喂養(yǎng)造成肥胖小鼠Ⅱ型糖尿病的模型，然后進(jìn)行為期8周的游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)。其中，施加游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)的糖尿病小鼠的骨中SostmRNA蛋白的表達(dá)水平比安靜組顯著降低，進(jìn)行游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)的糖尿病小鼠的骨密度得到了改善。Amrein K等通過(guò)橫斷面調(diào)查發(fā)現(xiàn)得出，人體內(nèi)sclerostin蛋白的含量與身體骨密度以及骨量是成負(fù)相關(guān)的，這提示我們?cè)谡Ｇ闆r下Sost基因表達(dá)是呈負(fù)反饋的調(diào)節(jié)形式。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在體力活動(dòng)較多、活動(dòng)水平較高的人群中，sclerostin蛋白含量是顯著低于體力活動(dòng)水平相對(duì)較低的人群的，這提示我們運(yùn)動(dòng)能夠減少機(jī)體內(nèi)sclerostin的表達(dá)，從而促進(jìn)骨的形成。

但總結(jié)發(fā)現(xiàn)，目前研究大多關(guān)注在運(yùn)動(dòng)對(duì)Sost的調(diào)節(jié)上，而有關(guān)飲食干預(yù)對(duì)Sost影響方面的研究尚無(wú)，可能原因是由于Sost是一個(gè)力學(xué)負(fù)荷敏感蛋白，因此學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)多集中在運(yùn)動(dòng)影響上，有關(guān)飲食干預(yù)的影響還有待更多的研究探討，并且不同的運(yùn)動(dòng)干預(yù)手段、干預(yù)周期對(duì)骨質(zhì)是否都有利，具體有怎樣不同的影響還有待證實(shí)。

3、總結(jié)

運(yùn)動(dòng)和通過(guò)飲食進(jìn)行控制干預(yù)作為減肥也是減脂的兩種主要方式，其具體成效在肥胖個(gè)體上已是有目共睹的，但通過(guò)參加運(yùn)動(dòng)或進(jìn)行飲食控制干預(yù)可以降低小鼠體重，是否真的會(huì)有效改善肥胖相關(guān)的骨質(zhì)疏松還仍然存在很大學(xué)術(shù)爭(zhēng)議，但目前已有大量臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明通過(guò)運(yùn)動(dòng)、飲食進(jìn)行控制干預(yù)可以有效改善肥胖小鼠體內(nèi)的慢性炎癥狀態(tài)，炎癥反應(yīng)作為肥胖與慢性骨質(zhì)疏松的重要橋梁，炎癥反應(yīng)因子中的TNF-α表達(dá)水平在肥胖小鼠患者體內(nèi)血清中明顯顯著升高，研究表明TNF-α與抑制成骨作用的骨硬化蛋白Sost基因表達(dá)關(guān)系密切，而Sost可通過(guò)抑制經(jīng)典Wnt通路影響成骨分化，那么是否可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)、飲食干預(yù)改善炎癥因子TNF-α水平，同時(shí)改善Sost的抑制作用以達(dá)到促進(jìn)成骨目的，防治肥胖引起的骨質(zhì)疏松，還有待探討證實(shí)。