运动、饮食对肥胖小鼠Sost与骨代谢的影响

（沈阳体育学院 辽宁 沈阳 110102）

前言

随着现代人们生活品质不断提高，肥胖原因引起的代谢失调综合征症状呈现逐年快速上升的发展趋势。据临床流行病病理学资料分析显示，肥胖与导致骨质疏松疾病的发生有密切关联。骨质疏松(OP)骨病是由多种不同致病病理因素综合引起的一种以软骨量、骨量明显减少，骨骼组织微结构受到破坏，导致的骨骼脆性程度增加，易反复发生急性骨折、骨变形为发病特征的典型全身性多发骨病。据统计估算2006年以来我国OP疾病患者累计近7000万，骨量明显减少者累计超过2亿多人。骨质疏松症虽然号称“沉默的杀手”，但由于早期发现症状并不明显，不易被人们及早发现和广泛关注,一旦其继续发展演变为重度慢性骨质结构疏松甚至严重脆性钙质骨折，将严重影响我们个人日常生活、工作质量，同时给我们家庭生活带来诸多沉重负担。OP已经成为我们急需解决的问题。以往医学研究一直认为肥胖可能会增加人们身体体重负荷从而直接增加骨骼密度，但近年来最新研究结果发现，肥胖人群的骨折畸形发病率、骨质疏松症仍然要明显高于正常劳动人群。而运动、饮食作为防治肥胖的有效方式，那么肥胖与运动、饮食干预与骨代谢之间的关系有待探讨。

1、肥胖对Sost及骨形成的影响

1.1、骨硬化蛋白Sost

Sost新型基因序列是首先由vanhul等和balemans等在骨硬化关节病(主要特征：骨皮质组织过度生长)和新型vanbuchem症(特征为全身多发性骨皮质组织增生症)中进行研究结果发现，其主要特征为由于病人的一个Sost序列基因在骨皮质组织生长中的基因表达速度受到很大限制，因而将新的Sost基因分离出来获得并被人们称为“骨硬化蛋白”。目前大量临床研究成果表明，骨硬化蛋白与慢性骨质疏松、糖尿病、慢性肾盂肾病、骨肉瘤、前列腺癌、骨转移、脂肪性骨细胞恶性分化等之间均存在较为密切关系骨硬化抑制蛋白已经逐渐成为当前临床研究中的热点之一。Shu等实验证明，抑制Sost基因后，能够改善卵巢切除术导致的骨质疏松小鼠的骨种植后的固定。并且有研究发现，当对肥胖小鼠体内Sost施加控制时，骨形成通路得以继续形成、表达、发挥作用。说明骨硬化蛋白Sost在骨代谢过程中起着负性调控作用。

1.2、肥胖与 Sost

炎症反应作为肥胖与骨质疏松的桥梁，研究表明炎症因子TNF-α水平在肥胖患者血清中明显升高，Sost基因和蛋白的表达会受多种因素和细胞因子的调控，而慢性肥胖引起的炎症因子TNF-α能够通过调节Sost来调控骨代谢。beak等研究发现通过12周高脂的饮食方式喂养过的小鼠会形成肥胖，小鼠血清中TNF-α表达水平及小鼠股骨骨组织中TNF-α表达浓度明显高于对照组小鼠。vincent的实验结果说明，TNF-α表达能够有效诱导出成骨细胞中具有mapk细胞依赖性的基因调节细胞sost的基因表达，且体外实验结果证明，在多个mc3t3-e1细胞及不同原代的人成骨细胞中，对骨细胞加以不同浓度、不同控制时间的TNF-α，发现血清TNF-α表达增加可调节Sost浓度及表达水平，并且这种基因调控剂的作用还会随调控时间的不断延长或基因浓度的不断增加而越来越明显。sandi等将11周的成年小鼠切除囊性卵巢后，多次进行低剂量药物注射（使用链脲佐菌素），造成小鼠高血糖合并肥胖Ⅱ型糖尿病模型，通过自体免疫组化和细胞检测，结果发现在双股骨中TNF-α因子含量明显相对于假手术组显著有所增多，并且细胞培养也可以发现，在机体炎症变化状态的强烈刺激下，成骨细胞中TNF-α的异常表达又可能会明显加剧，严重影响了骨的健康。Beak等研究通过12周高脂饮食喂养造成小鼠肥胖，检测其股骨中TNF-α表达有所增加，并在体外细胞培养实验中发现TNF-α增加时Sost表达也有所增加。通过免疫组化和mRNA检测发现股骨中TNF-α含量相对假手术组显著增多，并且细胞培养也发现，在炎症状态的刺激下，成骨细胞TNF-α的表达又会加剧，严重影响了骨的健康。NF-κB表达作为大鼠TNF-α与大鼠Sost分泌间的关键通路因子，在其他相关研究中也有得到充分证明，与肥胖慢性骨髓炎症、甚至骨质疏松发生是密切相关的。cortez等研究通过对两个月的雄性肥胖wistar大鼠进行喂养高糖高脂增脂饮食12周后，分离出大鼠骨髓间充质干细胞，对大鼠TNF-α以及NF-κB表达进行了定量基因检测，发现高糖高脂增脂饮食方式喂养大鼠能够直接导致大鼠TNF-α以及NF-κB的表达增加。许建国以雄性wistar雄性肥胖大鼠为主要实验研究对象，采用高脂高糖饮食方式喂养并将其结合盐酸链脲佐菌素进行腹腔输液注射，造成典型Ⅱ期糖尿病性肥胖症小鼠并伴有骨质疏松症的模型，RT-PCR分别检测小鼠骨髓间组织中β-catenin、Runx2表达，较正常对照组的表达均明显降低，而NF-κB在其中的表达明显增加。由此可见，炎症因子TNF-α极大程度上是通过NF-κB通路调控Sost而影响骨形成。

1.3、Sost与破骨作用

之前的研究认为Sost只能通过妨碍成骨细胞的分化来抑制骨形成，但最近几年研究发现Sost还能够增加RANKLmRNA表达,并且是呈剂量依赖性的。具体通过使它的opg mRNA的活性表达比值减少，使RANKL/OPG的表达比值上升，并且通过依赖它的rankl，进一步激活其他破骨细胞的生成功能，发挥它的活性破骨促进作用。对健康类型受试者的临床研究中我们发现，sclerostin的联合抗体能有效降低Ⅰ型的骨胶原羧基细胞末端肽(pinp)等骨骼的吸收功能指标，并使其呈现在剂量上的依赖性。这也就说明Sost不仅显著抑制磷酸成骨酶，还有可能通过磷酸介导骨细胞性的骨皮质溶解从而促进骨的细胞分解以及代谢改变情况。和Sost对骨形成的作用相比较来说，Sost对骨吸收的作用机制情况目前还不是十分明确的，有待于今后的更深入的研究。

2、运动、饮食干预对Sost的影响

生物力学负荷是能够调节骨骼的生长、骨的发育和重建骨的一个重要又关键的因素。研究发现，骨硬化蛋白Sost是一个对力学负荷敏感的蛋白，因为它的表达能够被力学负荷所调控。有关小鼠在体实验研究如下：Robling等对C57B1/6J雄性小鼠和Lewis大鼠的尺骨施加了压力负荷，发现经过施加24h的压力负荷后，实验组小鼠Sost的表达量显著降低，相比较对照组下降了73%，而在为减少应力负荷而悬吊尾部的实验小鼠中则表现为Sost表达升高。还有一些研究人员发现，同时对Sost已被敲除后的小鼠和野生型小鼠采取相同的尾部悬吊措施，发现在尾部悬吊后，野生型小鼠的后双下肢wnt/β-catenin尾部信号网络通路的活性明显下降，但是对sost-/-小鼠在尾部悬吊后，小鼠后肢前双下肢的尾部wnt/β-catenin尾部信号网络通路没有表现出明显改变，对于失去负荷性的表现不敏感，骨骼的丢失情况未发生。这些临床实验结果充分提示了内应力和负荷机制能够通过内源性途径，有效地使骨细胞对骨中Sost的信号表达能力下降，进而使Wnt中的信号转导通路能够得到有效激活，从而有效促进骨形成，骨细胞的数量增殖和细胞分化，促进骨的骨骼形成。由此可见，sclerostin通路是直接使骨细胞结构感受失去机械介导应力运动负荷的直接刺激，骨细胞形成结构得以被有效调节，这两个过程的重要桥梁,而其中的wnt/β-catenin信号传输通路系统，便是用于介导机械应力及其失去介导应力机械负荷时，对人体骨骼细胞生长发育造成影响的关键的一种信号传输通路。tu等在对小鼠的临床实验医学研究中已经证实，Sost基因的表达能被机械负荷作用影响下调，从而间接起到通过调节wnt基因信号表达通路作用，而直接影响骨的骨质生成。morse的临床实验也充分证实了，骨在适当的机械性和应力下的刺激，能够通过有效调节骨的Sost生理表达变化情况，而有效促进骨的骨骼形成，对骨骼的代谢功能起到重要调节作用。Laleh等通过实验证明，经过高脂饮食喂养造成肥胖小鼠Ⅱ型糖尿病的模型，然后进行为期8周的游泳运动干预。其中，施加游泳运动干预的糖尿病小鼠的骨中SostmRNA蛋白的表达水平比安静组显著降低，进行游泳运动干预的糖尿病小鼠的骨密度得到了改善。Amrein K等通过横断面调查发现得出，人体内sclerostin蛋白的含量与身体骨密度以及骨量是成负相关的，这提示我们在正常情况下Sost基因表达是呈负反馈的调节形式。同时发现在体力活动较多、活动水平较高的人群中，sclerostin蛋白含量是显著低于体力活动水平相对较低的人群的，这提示我们运动能够减少机体内sclerostin的表达，从而促进骨的形成。

但总结发现，目前研究大多关注在运动对Sost的调节上，而有关饮食干预对Sost影响方面的研究尚无，可能原因是由于Sost是一个力学负荷敏感蛋白，因此学者的关注点多集中在运动影响上，有关饮食干预的影响还有待更多的研究探讨，并且不同的运动干预手段、干预周期对骨质是否都有利，具体有怎样不同的影响还有待证实。

3、总结

运动和通过饮食进行控制干预作为减肥也是减脂的两种主要方式，其具体成效在肥胖个体上已是有目共睹的，但通过参加运动或进行饮食控制干预可以降低小鼠体重，是否真的会有效改善肥胖相关的骨质疏松还仍然存在很大学术争议，但目前已有大量临床实验结果证明通过运动、饮食进行控制干预可以有效改善肥胖小鼠体内的慢性炎症状态，炎症反应作为肥胖与慢性骨质疏松的重要桥梁，炎症反应因子中的TNF-α表达水平在肥胖小鼠患者体内血清中明显显著升高，研究表明TNF-α与抑制成骨作用的骨硬化蛋白Sost基因表达关系密切，而Sost可通过抑制经典Wnt通路影响成骨分化，那么是否可以通过运动、饮食干预改善炎症因子TNF-α水平，同时改善Sost的抑制作用以达到促进成骨目的，防治肥胖引起的骨质疏松，还有待探讨证实。