李　荀,　陳曉紅,　鄭　陸,　王文榮,　王智強(qiáng)

(1.山東體育學(xué)院 體育科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250102; 2.首都體育學(xué)院 運(yùn)動科學(xué)與健康學(xué)院,北京 100191)

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?運(yùn)動人體科學(xué)?

中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動經(jīng)Wnt/β-catenin途徑對骨量的影響效應(yīng)

李荀1,陳曉紅2,鄭陸2,王文榮2,王智強(qiáng)2

(1.山東體育學(xué)院 體育科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250102; 2.首都體育學(xué)院 運(yùn)動科學(xué)與健康學(xué)院,北京 100191)

目的:探討中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動經(jīng)Wnt/β-catenin途徑對去卵巢大鼠骨量的影響效應(yīng)。方法:將雌性SD大鼠隨機(jī)分為基礎(chǔ)對照組(BC)、假手術(shù)組(SHAM)、去卵巢組(OVX)、去卵巢+運(yùn)動組(OVX+T);后3組各分為4、8、12周組。OVX+T組進(jìn)行中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動。以雙能X線骨密度儀測定大鼠全身骨密度(BMD);以qRT-PCR測定股骨Wnt3α及β-catenin mRNA表達(dá);以Western blot測定股骨Wnt3α及β-catenin蛋白表達(dá)。結(jié)果:OVX+T組大鼠BMD隨運(yùn)動時間延長而升高,OVX+T12組BMD顯著高于同期OVX組(P<0.01)；OVX+T各組Wnt3α mRNA及蛋白表達(dá)水平顯著高于同期SHAM組和OVX組(P<0.05),且隨時間延長表達(dá)量增加；OVX+T組β-catenin的mRNA表達(dá)水平均顯著高于同期SHAM和OVX組(P<0.01),且以O(shè)VX+T4組表達(dá)量最高,顯著高于OVX+T8組和OVX+T12組(P<0.05,P<0.05);蛋白表達(dá)以O(shè)VX+T8組表達(dá)量最高,顯著高于OVX+T4組和OVX+T12組(P<0.01,P<0.05),且顯著高于同期SHAM組和OXV組(P<0.01,P<0.01),同時,OVX+T12組與同期OVX組相比顯著升高(P<0.05)。結(jié)論:中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動能有效增加去卵巢大鼠股骨Wnt和β-catenin基因及蛋白的表達(dá),激活Wnt/β-catenin信號通路,進(jìn)而改善去卵巢大鼠骨密度;運(yùn)動增加去卵巢大鼠骨量的機(jī)制與Wnt/β-catenin信號通路參與骨骼機(jī)械力傳導(dǎo),成骨效應(yīng)增強(qiáng)密切相關(guān)。

中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動;去卵巢大鼠；Wnt/β-catenin通路;骨量;效應(yīng)

骨量的維持是由骨形成與骨吸收相耦聯(lián)的動態(tài)過程,一旦成骨細(xì)胞功能降低,破骨細(xì)胞功能增強(qiáng),2種細(xì)胞功能失去動態(tài)平衡,即可發(fā)生骨丟失。近年來諸多研究證實(shí),Wnt信號通路對骨重建起著重要作用[1-3],因而成為新的研究熱點(diǎn)。Wnt/β-catenin信號通路為Wnt信號經(jīng)典通路,既可以通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的分化和特異基因的表達(dá)、增強(qiáng)成骨細(xì)胞活性、促進(jìn)骨基質(zhì)的形成及礦化等環(huán)節(jié)影響成骨作用[4]，也可通過影響破骨細(xì)胞的發(fā)生和骨吸收而影響破骨作用[5],實(shí)現(xiàn)對骨量的調(diào)控。

運(yùn)動的健骨效應(yīng)已得到廣泛關(guān)注,中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動是增加骨量的有效途徑[6],其作為一種有效的預(yù)防和康復(fù)手段可以有效改善骨質(zhì)疏松患者骨代謝,但健骨效應(yīng)的機(jī)制不甚明了。近期有研究[7]表明,14周的中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動可促進(jìn)去卵巢大鼠腰椎(L5)Wnt3α/β-catenin信號通路激活,改善骨強(qiáng)度；而對股骨的作用機(jī)制如何？不同持續(xù)時間的運(yùn)動對其影響效應(yīng)又如何？本文擬探討中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動對骨量的影響機(jī)制,為運(yùn)動防治骨質(zhì)疏松提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1　研究對象與方法

1.1實(shí)驗(yàn)對象及分組3月齡雌性SD大鼠100只,體重(270±10)g,購于北京維通利華實(shí)驗(yàn)動物技術(shù)有限公司。大鼠的飼養(yǎng)、訓(xùn)練均于北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心(SPF級實(shí)驗(yàn)室)進(jìn)行,分籠飼養(yǎng),每籠3只,自由飲水、進(jìn)食,以國家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動物常規(guī)飼料喂養(yǎng)。環(huán)境溫度(20±2)℃,相對溫度55%～58%,12 h晝/夜循環(huán)照明。

大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,用隨機(jī)數(shù)字表法將大鼠分為4組:基礎(chǔ)對照組(BC,n=10)、單純?nèi)ヂ殉步M(OVX,n=30)、假手術(shù)組(SHAM,n=30)、去卵巢+運(yùn)動組(OVX+T,n=30)。OVX組大鼠行雙側(cè)卵巢切除術(shù),術(shù)后3 d,隨機(jī)分為OVX4組(n=10)、OVX8組(n=10)、OVX12組(n=10),分別常規(guī)飼養(yǎng)4周、8周和12周。SHAM組按照OVX組模型制作方法進(jìn)行,手術(shù)步驟同OVX組,取雙側(cè)卵巢周圍與卵巢等體積脂肪切除,術(shù)后3 d,隨機(jī)分為SHAM4組(n=10)、SHAM8組(n=10)、SHAM12組(n=10),分別常規(guī)飼養(yǎng)4周、8周和12周。OVX+T組大鼠行卵巢切除術(shù),術(shù)后3 d,隨機(jī)分為3組:OVX+T4組(n=10)、OVX+T8組(n=10)、OVX+T12組(n=10),分別進(jìn)行為期4周、8周、12周的中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動。

OVX組術(shù)后行大鼠陰道脫落細(xì)胞監(jiān)測,4～5d/周,觀察脫落細(xì)胞成熟程度,以確定去卵巢手術(shù)效果。術(shù)后2周內(nèi)大鼠陰道脫落細(xì)胞鏡檢陸續(xù)顯現(xiàn)為動情間期變化,證明OVX模型建造成功。

1.2運(yùn)動方案采用段氏PT2000型鼠類跑臺運(yùn)動。起始跑速為12 m/min,坡度0°,20 min/次;隔日跑速增加3 m/min,運(yùn)動持續(xù)時間增加10 min。第2周起,跑速為18 m/min,60 min/次,坡度5°,5 d/周。負(fù)荷設(shè)定參照國際通用的Bedford運(yùn)動負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)[8]。

1.3組織取樣及處理于末次運(yùn)動后24～36 h稱重,并以3.45 mL/kg體重腹腔注射10%水合氯醛麻醉,測定大鼠全身骨密度(BMD)后,心臟取血處死。取大鼠右側(cè)股骨,去除肌肉、肌腱等軟組織后,以生理鹽水紗布包裹置于凍存管中,于-80 ℃保存,用于Wnt3a及β-catenin mRNA及蛋白的測定。

1.4測試指標(biāo)與方法(1)BMD測定。以雙能X線骨密度儀(DXA;Lunar Prodigy,GE Inc.,USA)測定大鼠全身BMD,用enCORE(小動物分析軟件-版本10.50.086)進(jìn)行分析。每日實(shí)驗(yàn)前,以隨機(jī)附帶模塊對DXA進(jìn)行質(zhì)控檢測。

(2)Wnt3α及β-catenin mRNA測定。采用qRT-PCR方法測定。取股骨上1/2,于研磨機(jī)內(nèi)液氮環(huán)境下研磨成粉,以Trizol法(Trizol試劑盒)提取總RNA。采用紫外分光光度計(jì)測定RNA濃度,并通過A230 nm、A325 nm和A260 nm/A280 nm的值,觀察樣本被污染的程度及RNA純度。各靶基因引物的設(shè)計(jì)與合成由北京天一輝遠(yuǎn)生物技術(shù)公司完成,引物序列見表1。

表1　各靶基因及引物序列

取1 μg總RNA,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,以SYBR Premix Ex TaqTMⅡ試劑盒(寶生物工程有限公司)進(jìn)行熒光定量PCR測試。95 ℃ 30 s預(yù)變性后,95 ℃ 3 s→60 ℃ 30 s,40 cycles;同時設(shè)置溶解曲線,95 ℃ 15 s→65 ℃ 60 s→95 ℃ 15 s。待測基因的相對表達(dá)量采用2-△△CT方法[9]分析,其中△△CT=(CT實(shí)驗(yàn)組待測基因-CT實(shí)驗(yàn)組參照基因)-(CT對照組待測基因-CT對照參照基因)。

(3)采用Western Blot方法測定Wnt3α及β-catenin蛋白表達(dá)。取右股骨上1/2,于研磨機(jī)內(nèi)液氮環(huán)境下研磨成粉，置于研缽中,加入含有蛋白酶抑制劑的組織裂解液,于冰上勻速研磨15 min。4 ℃,13 000 r/min,離心15 min,取上清。以BCA法進(jìn)行蛋白濃度測定,按試劑盒(普利萊基因技術(shù)有限公司)說明書完成。取各標(biāo)本蛋白140 μg,加5×loading buffer,混勻,100 ℃煮沸15 min。將樣品加入SDS-PAGE膠中,濃縮膠100 V,分離膠120 V,恒壓電泳。采用濕式轉(zhuǎn)膜法將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜,冰浴中,300 mA恒流轉(zhuǎn)膜160 min。用5%BSA室溫封閉1 h后,分別加入適當(dāng)濃度的Wnt3α、β-catenin和β-actin一抗,4 ℃孵育過夜。TBST清洗后,加入適當(dāng)濃度HRP標(biāo)記的二抗,室溫孵育1 h。清洗后,與Super ECL底物發(fā)光液反應(yīng),X光膠片壓片、曝光,經(jīng)顯影、定影后,掃描儀掃描,用Gel-Pro Analyzer軟件測定條帶光密度值。將Wnt3α及β-catenin的光密度值分別與相應(yīng)的β-actin比值作為其蛋白的相對表達(dá)量。

1.5數(shù)據(jù)處理采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(M±SD)表示。屬正態(tài)分布者,采用One-way ANOVA分別對同期各組間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及各組不同時間點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行組間差異性檢驗(yàn)。出現(xiàn)顯著性時用LSD(L)方進(jìn)行組間多重比較檢驗(yàn)。P<0.05表示差異有顯著性,P<0.01表示差異具有非常顯著性。

2　研究結(jié)果

2.1骨密度(BMD)的變化SHAM組大鼠BMD表現(xiàn)為隨月齡增長而穩(wěn)定增加,與BC組相比,SHAM各組BMD均顯著增加(P<0.05,P<0.01,P<0.01),但各組間無顯著性差異。OVX組大鼠BMD呈緩慢下降趨勢,OVX8、OVX12均顯著低于同期SHAM組(P<0.01,P<0.01)。OVX+T組大鼠BMD呈現(xiàn)出隨運(yùn)動時間增加而升高的趨勢;OVX+T4組仍顯著低于同期SHAM組(P<0.05),且與同期OVX組相比無顯著性差異;OVX+T8組顯著高于OVX+T4組(P<0.05),且與同期SHAM組相比無顯著性差異;OVX+T12組顯著高于OVX+T4組(P<0.05),與OVX+T8組相比升高幅度較小,無顯著性差異,與同期OVX組比較顯著升高(P<0.01),且與同期SHAM組相比無顯著性差異(表2)。

2.2Wnt3α mRNA表達(dá)的變化隨月齡增長,SHAM組及OVX組各組間Wnt3α mRNA表達(dá)較為穩(wěn)定,各組間無顯著性差異,且同期兩組間均無顯著性差異。隨著運(yùn)動時間的延長,OVX+T各組Wnt3α mRNA表達(dá)呈升高趨勢;OVX+T4組顯著高于同期SHAM和OVX組(P<0.01);OVX+T8組與OVX+T4組相比升高幅度較小,無顯著性差異,與同期SHAM和OVX組相比顯著升高(P<0.01);OVX+T12組與OVX+T4組相比顯著升高(P<0.05),且顯著高于同期SHAM和OVX組(P<0.01)(表3)。

表2　大鼠全身BMD　g/cm2

注:a表示P<0.05 vs BC組,aa表示P<0.01 vs BC組;b表示P<0.05 vs同期SHAM組,bb表示P<0.01 vs同期SHAM組;cc表示P<0.01 vs同期OVX組;d表示P<0.05 vs OVX+T4組,表3～表6同此

表3　Wnt3a mRNA相對表達(dá)量(2-△△CT)

2.3Wnt3α蛋白表達(dá)的變化隨月齡增長,SHAM組及OVX組各組間Wnt3α蛋白表達(dá)較為穩(wěn)定,各組間無顯著性差異;OVX組表達(dá)略低于SHAM組,但無顯著性差異。隨運(yùn)動時間延長,OVX+T各組Wnt3α蛋白表達(dá)呈升高趨勢;OVX+T4組、OVX+T8組與同期SHAM和OVX組相比均顯著升高(P<0.05),但兩組間無顯著性差異;OVX+T12組與OVX+T4組相比顯著升高(P<0.05),且顯著高于同期SHAM和OVX組(P<0.01)(表4、圖1)。

表4　Wnt3a蛋白相對表達(dá)量

圖1　大鼠Wnt3α蛋白表達(dá)

2.4β-catenin mRNA表達(dá)的變化隨月齡增長,SHAM組各組間β-catenin mRNA表達(dá)較為穩(wěn)定,各組間無顯著性差異。OVX組各組表達(dá)均顯著低于同期SHAM組(P<0.01),且OVX8組表達(dá)量最高,顯著高于OVX4組(P<0.01)。OVX+T各組表達(dá)量均顯著高于同期SHAM組和同期OXV組(P<0.01);且OVX+T4組表達(dá)量最高,顯著高于OVX+T8組和OVX+T12組(P<0.05)(表5)。

表5　β-catenin mRNA相對表達(dá)量(2-△△CT)

2.5β-catenin蛋白表達(dá)的變化隨月齡增長,SHAM組及OVX組各組間β-catenin蛋白表達(dá)較為穩(wěn)定,各組間無顯著性差異。OVX+T各組β-catenin蛋白表達(dá)以O(shè)VX+T8組表達(dá)量最高,顯著高于OVX+T4組和OVX+T12組(P<0.01,P<0.05),且顯著高于同期SHAM組和同期OXV組(P<0.01)。OVX+T12組與同期OVX組相比顯著升高(P<0.05)(表6、圖2)。

表6　β-catenin蛋白相對表達(dá)量

圖2　大鼠β-catenin蛋白表達(dá)

3　分析與討論

3.1中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動對骨量的作用效應(yīng)目前普遍認(rèn)為,以DXA方法測試BMD是評價(jià)骨量的“金標(biāo)準(zhǔn)”[10]。本研究結(jié)果顯示,SHAM組大鼠BMD表現(xiàn)為隨月齡增大而穩(wěn)定增加,至12周組達(dá)到最大值,說明本研究選擇的3月齡大鼠BMD尚未達(dá)到峰值,BMD的增加為自然增長狀態(tài)。該結(jié)果與沈輝等[11]的研究報(bào)道一致。本研究所用大鼠為3月齡大鼠,造模耗時最長為12周,6月齡大鼠骨尚處在快速生長期(在雌性大鼠的生長發(fā)育過程中,6月齡為快速生長期,6～9月齡進(jìn)入骨生長靜止期,骨代謝相對穩(wěn)定,10月齡達(dá)到峰值骨量)；因此,3～6月齡期間,促進(jìn)骨骼生長和骨量蓄積的各種因素(遺傳、生長激素及甲狀腺激素等內(nèi)分泌因素等)將有利于大鼠骨量的增加。

本研究結(jié)果顯示,OVX組大鼠BMD呈現(xiàn)緩慢下降態(tài)勢,OVX8組及OVX12組均顯著低于同期SHAM組(P<0.01)。表明去卵巢對大鼠骨量的直接作用結(jié)果顯著,全面抑制大鼠的骨量。去卵巢導(dǎo)致雌激素驟降是大鼠全身BMD下降的根本原因。雌激素是骨代謝的主要調(diào)控激素,通過與成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞上的雌激素受體結(jié)合,行使其促進(jìn)骨形成,抑制骨吸收的骨保護(hù)作用[12]。另一方面,雌激素通過上調(diào)OPG(骨保護(hù)蛋白,可抑制破骨細(xì)胞的分化和成熟)表達(dá)發(fā)揮骨保護(hù)作用。當(dāng)雌激素驟減,OPG表達(dá)受抑,破骨細(xì)胞分化和成熟加劇[13-14]。此外,雌激素水平對骨重建閾值具有下調(diào)作用。當(dāng)雌激素減少,骨重建閾值提高,導(dǎo)致原先能夠使得骨進(jìn)行保留型骨重建的應(yīng)變只能進(jìn)行廢用型骨重建(低骨量和骨微結(jié)構(gòu)退變?yōu)樘卣?,進(jìn)而使BMD降低。

本研究結(jié)果顯示,OVX+T運(yùn)動組大鼠BMD呈現(xiàn)出隨運(yùn)動時間增長而增加的態(tài)勢,OVX+T8組和OVX+T12組雖均低于同期SHAM組,但已無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與同期OVX組比較,OVX+T12組BMD顯著升高(P<0.01)。結(jié)果顯示,4～8周運(yùn)動干預(yù)尚未明顯的骨量增加,經(jīng)12周中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動干預(yù),運(yùn)動的力學(xué)負(fù)荷刺激效果顯著,骨量增加顯著。運(yùn)動導(dǎo)致骨量顯著增加出現(xiàn)的時間節(jié)點(diǎn)為8周,8～12周之間效果持續(xù),這與我們前期的另一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果基本一致[15]。表明持續(xù)8～12周的中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動對骨骼產(chǎn)生良性刺激,BMD顯著增加。而運(yùn)動導(dǎo)致骨量增加的機(jī)制,一方面與有氧跑步運(yùn)動增加了機(jī)體的機(jī)械負(fù)荷刺激有關(guān),這種刺激通過參與做功的肌群產(chǎn)生肌力以及對骨的直接作用,影響和促進(jìn)了大鼠骨建造和骨重建過程[16-17];另一方面,與運(yùn)動刺激部分抵消廢用型骨重建過程有關(guān),OVX大鼠因雌激素減少導(dǎo)致骨重建閾值下調(diào),骨的基礎(chǔ)多細(xì)胞單位數(shù)目增加并增強(qiáng)骨轉(zhuǎn)換,機(jī)體發(fā)生廢用型骨重建過程,骨代謝平衡被破壞[18],中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動負(fù)荷可能通過增加骨骼載荷以增加骨骼的應(yīng)變,使之達(dá)到骨重建閾值進(jìn)行保留型骨重建,而部分抵消因雌激素驟降所帶來的不利效應(yīng)。運(yùn)動可以緩解/抵抗因雌激素水平降低所導(dǎo)致的骨量下降,延緩骨質(zhì)疏松的發(fā)生；而其中的機(jī)械力傳導(dǎo)機(jī)制是否與Wnt/β-catenin途徑有關(guān),則成為探討大鼠骨量變化機(jī)制的關(guān)鍵。

3.2中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動對Wnt/β-catenin通路的影響及經(jīng)該通路對骨量的作用機(jī)制Wnt信號通路包括3條細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)通路[19]:Wnt/β-catenin通路、Wnt/PCP(平面細(xì)胞極性)通路、Wnt/Ca2+通路,其中Wnt/β-catenin通路又被稱為經(jīng)典Wnt通路,是一種作用廣泛的信號通路。Wnt蛋白作為Wnt/β-catenin通路的起始因子,主要包括Wnt3α等,通過作用于細(xì)胞膜表面的受體,激活細(xì)胞的第二信使,引起細(xì)胞質(zhì)內(nèi)β-catenin降解復(fù)合物的生成,導(dǎo)致β-catenin的積累,致使β-catenin進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄,從而發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng),影響細(xì)胞的增殖、分化。

Wnt/β-catenin通路在骨重建過程中發(fā)揮著重要作用[1-3]。Wnt/β-catenin通路在骨形成過程中扮演重要角色[20],可促進(jìn)具有多分化潛能的間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞方向分化;在成骨細(xì)胞的增殖和分化階段,可誘導(dǎo)骨形態(tài)發(fā)生蛋白表達(dá)促進(jìn)其分化。目前研究發(fā)現(xiàn),Wnt/β-catenin信號通路不僅直接誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化,亦可促進(jìn)成骨細(xì)胞礦化[21]。在有些情況下,Wnt/β-catenin信號通路也會下調(diào)成骨細(xì)胞的凋亡,進(jìn)而促進(jìn)骨形成[19]。此外,Wnt/β-catenin信號通路也可通過影響破骨細(xì)胞的發(fā)生和骨吸收而影響破骨作用[5],其可通過增加成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞OPG分泌,間接抑制破骨細(xì)胞分化和骨吸收[22-23]。Wnt配體也可直接影響破骨細(xì)胞及其前體,形成自分泌環(huán):在早期,β-catenin的激活有利于前體細(xì)胞的增殖;而在后期,Wnt3α?xí)种破乒羌?xì)胞形成[24](圖3)。

圖3　Wnt/β-catenin信號通路對骨細(xì)胞的作用機(jī)制[19]

Wnt蛋白作為Wnt/β-catenin信號通路的起始因子,能夠影響細(xì)胞的增殖、分化;β-catenin是Wnt/β-catenin通路中的關(guān)鍵因子,其量的積累是Wnt經(jīng)典通路的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是應(yīng)力刺激的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)[25]。有研究發(fā)現(xiàn)[26],大鼠去卵巢4周、8周時,骨組織中β-catenin mRNA表達(dá)量顯著下降,表明去卵巢大鼠骨組織中Wnt/β-catenin信號通路受到抑制,骨密度降低。Bu等[7]研究發(fā)現(xiàn),大鼠去卵巢14周時,第5腰椎(L5)骨組織中β-cantenin mRNA表達(dá)量顯著低于假手術(shù)組,同時L5骨強(qiáng)度顯著下降。也有對去卵巢大鼠股骨研究發(fā)現(xiàn)[27],去卵巢12周時,股骨骨密度顯著下降,同時骨組織中β-catenin mRNA表達(dá)量顯著下降。提示W(wǎng)nt/β-catenin信號通路的抑制可能是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機(jī)制之一。而另有研究[28]發(fā)現(xiàn),大鼠去卵巢12周時,股骨骨密度顯著下降,而骨組織中β-cantenin mRNA及蛋白表達(dá)與正常對照組相比顯著增加(P<0.05),表明Wnt/β-catenin信號通路被激活。究其原因,Wnt/β-catenin信號通路在去勢大鼠中的功能狀態(tài)可能與去卵巢的時間有關(guān)。本研究結(jié)果顯示,大鼠去卵巢后,骨組織中β-catenin mRNA表達(dá)量顯著下降,去卵巢4周、8周、12周時均顯著低于其同期假手術(shù)組(P<0.01),表明去卵巢后Wnt/β-catenin信號通路受到抑制,與上述大多數(shù)研究結(jié)果一致。

本研究對去卵巢大鼠分別進(jìn)行4周、8周、12周不同時間的有氧運(yùn)動干預(yù),發(fā)現(xiàn)運(yùn)動各組的Wnt3α mRNA及蛋白表達(dá)均顯著高于同期去卵巢組及假手術(shù)組,并且隨運(yùn)動時間的延長,表達(dá)量逐漸增加。由于細(xì)胞外Wnt3α的增加,可與膜上受體結(jié)合,引起細(xì)胞質(zhì)內(nèi)β-catenin的累積,促使β-catenin進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化。本研究也發(fā)現(xiàn),運(yùn)動各組的β-catenin mRNA表達(dá)量也顯著高于同期去卵巢組及假手術(shù)組;運(yùn)動8周和12周時,β-catenin蛋白表達(dá)量也顯著高于同期去卵巢組,表明中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動可激活Wnt3α/β-catenin信號通路,改善去卵巢大鼠的骨量下降。這與Bu等[7]研究結(jié)果一致,即對去卵巢大鼠進(jìn)行14周的中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動干預(yù)后發(fā)現(xiàn),運(yùn)動后L5骨組織中β-cantenin mRNA表達(dá)量顯著高于單純?nèi)ヂ殉步M,同時L5骨強(qiáng)度顯著增大,表明有氧運(yùn)動可激活Wnt3α/β-catenin信號通路,改善去卵巢大鼠的骨量及骨強(qiáng)度下降。提示中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動可以通過激活Wnt3α/β-catenin信號通路,參與運(yùn)動優(yōu)化大鼠骨骼的機(jī)械力傳導(dǎo),增強(qiáng)成骨效應(yīng),進(jìn)而改善去卵巢致骨質(zhì)疏松大鼠的骨量下降。

4　結(jié)束語

中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動有效增加去卵巢大鼠股骨Wnt和β-catenin基因及蛋白的表達(dá),激活Wnt/β-catenin信號通路,進(jìn)而改善去卵巢大鼠骨密度;運(yùn)動增加去卵巢大鼠骨量的機(jī)制與Wnt/β-catenin信號通路參與了骨骼機(jī)械力傳導(dǎo),成骨效應(yīng)增強(qiáng)密切相關(guān)。

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Effects of Treadmill Running with Moderate Intensity on Bone Mass by Wnt/β-catenin

∥LI Xun1,CHEN XiaoHong2,ZHENG Lu2,WANG Wenrong2,WANG Zhiqiang2

Objective: To determine the effects of moderate intensity treadmill running on bone mass by Wnt/β-catenin in OVX rats.Methods: The female SD rats were randomly divided into 4 groups: basal control group (BC),sham control groups (SHAM),Ovariectomy groups (OVX),Ovariectomy+training groups (OVX+T);and SHAM,OVX and OVX+T were respectively divided into 4 W,8 W and 12 W group.OVX+T groups respectively received 4,8,and 12 Weeks aerobic training on treadmill.Bone mass density (BMD) was measured by dual energy X-ray absorptiometry (DXA).Wnt3α and β-catenin mRNA expression of femur were detected by qRT-PCR.Wnt3α and β-catenin protein expression of femur were measured by western blot.Results: BMD in OVX+T group significantly increased with the exercise time going,and BMD in OVX+T12 Was significantly higher than that in OVX12 (P<0.01).Compared with the same-time SHAM and OVX groups,Wnt3α mRNA and Wnt3α expression in each group of OVX+T significantly increased respectively (P<0.05).β-catenin mRNA in OVX+T significantly increased comparing with the same-time SHAM and OVX groups (allP<0.01);β-catenin mRNA in OVX+T4 Was the highest,with significant difference comparing with OVX+T8 and OVX+T12 (P<0.05,P<0.05).β-catenin in OVX+T8 Was the highest,with significant difference comparing with OVX+T4 and OVX+T12 (P<0.01,P<0.05).Compared with the same-time SHAM and OVX groups,β-catenin in OVX+T8 significantly increased (P<0.01,P<0.01).Conclusion: The moderate intensity treadmill running can effectively induce Wnt3α and β-catenin mRNA and protein expression increase,activate the Wnt/β-catenin pathway,and elevate BMD of the femur in OVX rats.This showed that the mechanism of exercise’s increasing bone mass in OVX rats may be related to Wnt/β-catenin pathway,which participates in the bone mechanical force transduction and improves osteogenesis effects.

treadmill running with moderate intensity;ovariectomized rat;Wnt/β-catenin pathway;bone mass;effect

’s address1.Sport Science Research Center,Shandong Sport University,Jinan 250102,Shandong,China;2.School of Sport Science and Health,Capital University of Physical Education and Sports,Beijing 100191,China

2016-01-08;

2016-04-10

北京市教委科研基地科技創(chuàng)新平臺項(xiàng)目(PXM2012-014206-000037)

李荀(1986-),女,山東萊蕪人,山東體育學(xué)院講師,博士;Tel.:(0531)89655306,E-mail:lixun0221@126.com

簡介:鄭陸(1959-),女,江蘇淮安人,首都體育學(xué)院教授,博士;Tel.:15010546853,E-mail:zhenglu@cupes.edu.cn

G804.5

A

10.16099/j.sus.2016.05.009

文章編分類號1000-5498(2016)05-0057-06