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背景:早期研究认为,肌骨系统是一种机械结构,骨骼为肌肉提供附着位置,肌肉收缩产生的力量或负荷作用于骨骼。1987年,“力学调控理论”(mechanostat)明确提出骨骼的机械负荷决定了骨骼的生理特性,骨量的增减取决于外力作用。然而,近10年来,发现肌骨之间还存在生物学作用关系,且存在多条分子信号机制,比肌骨系统单纯的机械力学关系复杂的多,研究者将这种关系称为肌骨“crosstalk”。2003年,Pedersen提出肌肉组织能够分泌多种有活性的蛋白分子——“肌肉因子”(myokines),且分泌活性很高,并且能够以自分泌、内分泌及旁分泌的方式调节其他远端组织,该生理功能使得骨骼肌已被认为是一种内分泌器官。又有研究发现,肌肉因子IGF-1、FGF-2是两个重要的生骨因子,对于骨形成具有积极的作用;且证实:在骨骼肌肉交界面上,肌纤维直接附着在骨膜表面,骨膜表面存在着IGF-1、FGF-2以及它们俩的受体IGF-1R、FGFR2;而肌肉在不同状态下IGF-1、FGF-2分泌情况不同。另有研究提出,IGF-1/IGF-1R能够介导肌骨“crosstalk”分子信号路径中的PI3K/Akt、MAPK/ERK信号通路提高成骨细胞的活性,而FGF-2/FGFR2信号可通过激活肌骨“crosstalk”分子信号路径中的BMP2和Runx2通路调控骨组织合成代谢,使骨再生能力增强。运动可以调节骨骼肌产生、分泌和释放肌肉因子,但运动是否能够通过调节肌肉因子介导肌骨“crosstalk”分子信号路径,促进骨的形成正需进一步探讨。目的:本研究旨在探究不同方式运动通过调控肌肉因子IGF-1、FGF-2介导肌骨“crosstalk”分子信号路径对小鼠骨代谢的影响,以期能够为运动调控骨代谢机制的研究提供实验证据,为运动促进肌骨系统的生长发育和防治衰老疾病提供理论支撑,并选择出最佳的非药物治疗手段。方法:5周龄雄性C57BL/6小鼠28只,初始体重为:18.19±0.26g。随机分成4组,每组7只,分别为对照组(Control,C组)、下坡跑组(Downhill run,R组)、游泳组(Swim,S组)和跳跃组(Down jump,D组)。各组运动干预方案进行8周,每周6天,每天50分钟,时间为7:00-7:50pm。下坡跑运动的跑速为0.8Km/h,跑台坡度为-9度。游泳训练池大小为100×60×80(长×宽×高,cm~3),水深40cm。跳跃运动应用小鼠跳跃装置,跳跃频率为6~7次/min。每周六7:00pm准时用电子秤记录4组小鼠的体重。第8周训练结束后,禁食12h,随后断颈处死,取得小鼠的股骨、胫腓骨和股四头肌中最贴近股骨表面的股中间肌。左侧股骨用于RT-PCR实验,检测PI3K、Akt、MAPK、ERK、BMP-2的mRNA表达水平,Western blotting实验检测右侧股骨的IGF-1、FGF-2及其受体IGF-1R、FGFR2、Runx2、OCN的蛋白表达水平,以及检测股中间肌中IGF-1、FGF-2的蛋白表达水平。使用电子称和游标卡尺测量右侧股骨、胫腓骨的骨形态学指标。结果:(1)8周运动干预期间,各组小鼠体重每周都在增长,对照组小鼠体重增长速度明显高于运动组。从第3周开始,与C组相比,S组的小鼠体重显著下降(P<0.05);而从第7周开始,与S组相比,R组的体重显著升高(P<0.05)。(2)与C组相比,D组和R组的小鼠后肢股骨湿重显著增加(P<0.05);而运动组中,S组小鼠后肢股骨湿重显著下降(P<0.01)。(3)与C组相比,R组小鼠股骨长度明显较长(P<0.05);与D组相比,S组小鼠股骨长度较短,且有极显著性差异(P<0.01)。(4)与C组相比,S组和R组小鼠股中间肌中IGF-1、FGF-2蛋白表达量显著增加(P<0.05)。(5)与C组相比,D组小鼠股骨中IGF-1R、FGFR2蛋白表达量显著增加(P<0.05)。(6)与C组相比,S组和R组小鼠股骨中IGF-1、FGF-2蛋白含量显著增加(P<0.05)。(7)与C组相比,D组和R组小鼠的股骨中Runx2、OCN蛋白表达量明显增加(P<0.05)。(8)与C组相比,R组小鼠股骨中的PI3K、MAPK、BMP-2、Akt、ERK-1mRNA表达水平均极显著增加(P<0.01);D、S组小鼠股骨中的PI3K、MAPK、BMP-2 mRNA表达水平显著增加(P<0.05,或P<0.01)。结论:(1)下坡跑运动可显著促进生长期小鼠骨骼的纵向生长,其作用效果优于跳跃运动和游泳运动。(2)下坡跑运动和游泳运动能够显著上调肌肉因子IGF-1、FGF-2,同时增加骨中IGF-1、FGF-2的蛋白含量;跳跃运动能够上调骨中的IGF-1R、FGFR2。(3)运动能够调控肌骨“crosstalk”分子信号路径中的IGF-1/PI3K/AKT、IGF-1/MAPK/ERK信号通路,以及FGF-2/BMP-2/Samd/Runx2信号通路,从而促进骨形成作用。