运动通过p38MAPK信号通路对2型糖尿病小鼠骨代谢的影响

发布时间：2017-09-26 20:09

  本文关键词：运动通过p38MAPK信号通路对2型糖尿病小鼠骨代谢的影响

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【摘要】：背景：骨是人体结构的重要组成部分,在人体内发挥着运动、支撑、保护内脏器官以及存储钙和磷酸盐等重要功能。最近对整个有机体生理学功能的研究发现骨具有的功能远比预期多,例如骨骼与大脑、胰腺和肠道等器官的功能密切相关,并且骨与多种疾病的发病机制相关,因此保持骨组织的相对稳态,对维持人体基本机能具有重要意义。骨通过不断用新骨替代旧骨的骨重建过程达到动态平衡,骨重建是通过破骨细胞与成骨细胞之间的相互作用实现骨吸收和骨形成的平衡。近年来,我国老龄化现象日益严重、老年人口比例剧增,再加上经济快速发展和人们生活方式的变化,患2型糖尿病的人数逐年上升,2型糖尿病常见的并发症之一骨质疏松症就是因为骨重建阶段骨吸收与骨形成之间的不平衡造成的。已有相关研究报道运动干预能够影响骨代谢过程,运动刺激通过调控一些细胞因子的表达进而达到改善骨吸收和骨形成的骨重建过程,对骨质疏松起一定的预防和治疗作用。骨重建是一个非常复杂的过程,每个骨重建周期都经历三个阶段：起始于破骨细胞的骨吸收,使骨内部产生大量的空洞；然后经过对空洞填补的过渡阶段；最后是矿物质在骨中沉积,成骨细胞发挥作用形成新骨。因此研究破骨细胞的骨吸收过程,是解决2型糖尿病患者骨重建阶段骨吸收和骨形成失衡的首要因素,但现阶段运动对p38MAPK信号通路调控破骨细胞骨吸收的影响机制尚不清楚。目的：本研究通过建立2型糖尿病模型小鼠,并对造模成功的2型糖尿病小鼠分别施加游泳和下坡跑运动干预,检测骨组织p38MAPK信号通路的表达状况和破骨细胞分化与骨吸收情况,旨在分析2型糖尿病引起的代谢紊乱对骨代谢的影响。进而探究运动干预对2型糖尿病骨代谢的调控作用,为今后预防和治疗2型糖尿病型骨质疏松提供理论基础和可行性运动方案。方法：6周龄C57BL/6雄性小鼠,60只经高脂饲料饲养并注射STZ,建立2型糖尿病模型小鼠,20只作为正常对照小鼠用普通饲料饲养,其他饲养条件相同。将造模成功的2型糖尿病小鼠随机分为三组,即2型糖尿病对照组、2型糖尿病游泳组、2型糖尿病下坡跑组。2型糖尿病游泳组和2型糖尿病下坡跑组小鼠分别进行8周,每周6天,每天50分钟的运动干预,下坡跑的跑台坡度为-9°、跑速为0.8km/h,运动干预期间2型糖尿病小鼠依然喂高脂饲料,正常对照小鼠喂普通饲料,实验期间每周一下午六点左右称量各组小鼠体重。运动干预结束后12～24小时内断颈椎处死小鼠,用软尺测量小鼠体长、电子天平称量小鼠体重与肱骨重量、游标卡尺测量小鼠肱骨长度和各个横截面直径,Micro CT检测右侧股骨远端骨密度,RT-PCR检测左侧股骨p38MAPK信号通路以及骨吸收相关因子的mRNA相对表达量,Western-blot检测腰椎骨p38MAPK和p-p38MAPK蛋白的相对表达量,对比各组小鼠骨髓造血干细胞体外培养分化成破骨细胞的数量。结果：(1)8周高脂饲料喂养的小鼠体重明显高于普通饲料喂养的小鼠体重(P0.01),8周运动干预可以显著减轻2型糖尿病小鼠体重(P0.01)。(2)2型糖尿病小鼠肥胖指数高于正常小鼠(P0.05),下坡跑运动十预能使2型糖尿病小鼠肥胖指数显著下降(P0.05),且对2型糖尿病小鼠肥胖指数的影响效果好于游泳运动(P0.05)。(3)2型糖尿病小鼠皮质骨和松质骨的骨密度明显低于正常小鼠(P0.01),游泳和下坡跑运动干预均能够使2型糖尿病小鼠骨密度适度增加,特别是下坡跑运动干预可使2型糖尿病小鼠松质骨骨密度显著提高(P0.05),但运动干预只能减弱而不能逆转2型糖尿病小鼠骨密度的下降趋势。(4)2型糖尿病小鼠骨组织p38MAPK信号通路中除MAP2K3外其他因子MAP3K1、 MAP2K6、p38MAPK以及对破骨细胞分化起抑制作用的IRF-3和IFN-β mRNA的相对表达量均明显低于正常小鼠(P0.05)。游泳和下坡跑运动干预均可激活2型糖尿病小鼠骨组织p38MAPK信号通路,使MAP3K1、MAP2K3、MAP2K6、p38MAPK mRNA表达上调,下坡跑运动干预使MAP3K1和p38MAPK mRNA表达量显著增加(P0.05)；游泳和下坡跑运动干预还同时上调2型糖尿病小鼠IRF-3和IFN-β mRNA的表达,使IRF-3和IFN-β相对表达量显著增加(P0.05)。(5)2型糖尿病小鼠骨组织p-38MAPK蛋白含量明显低于正常小鼠(P0.01),同时2型糖尿病小鼠骨组织具有生物活性的p-p38MAPK蛋白含量也较正常小鼠明显减少(P0.05)；游泳和下坡跑运动干预可显著增加2型糖尿病小鼠骨组织p38MAPK蛋白含量(P0.05),下坡跑运动干预还使2型糖尿病小鼠骨组织p-p38MAPK蛋白含量显著增加(P0.05)。(6)2型糖尿病小鼠骨组织诱导破骨细胞分化的TRAF-6 mRNA相对表达量较正常小鼠明显增加(P0.05),而游泳和下坡跑运动干预均可下调2型糖尿病小鼠骨组织TRAF-6 mRNA的表达。2型糖尿病小鼠破骨细胞特异分泌的骨吸收因子TRAP和Cts K mRNA含量明显多于正常小鼠(P0.05),游泳和下坡跑运动干预可下调2型糖尿病小鼠骨组织TRAP和Cts K mRNA的表达,特别是下坡跑运动干预可显著降低2型糖尿病小鼠骨组织TRAP mRNA表达量(P0.05)。(7)各组小鼠骨髓造血干细胞体外培养诱导分化的破骨细胞数量不同,2型糖尿病小鼠破骨数量较正常小鼠显著增多(P0.01),游泳和下坡跑运动干预使2型糖尿病小鼠破骨数量显著减少(P0.01)。结论：(1)8周高脂喂养的小鼠体重和肥胖指数均高于普通饲料喂养的小鼠体重和肥胖指数。(2)2型糖尿病小鼠骨组织内p38MAPK信号通路受抑制,p38MAPK蛋白活性下降,p38MAPK对破骨细胞分化的抑制作用减弱,骨吸收能力增加,骨密度下降。(3)运动干预可减轻2型糖尿病小鼠的体重,下坡跑运动显著降低2型糖尿病小鼠的肥胖指数。(4)运动干预可激活2型糖尿病小鼠骨组织p38MAPK信号通路,增加p38MAPK对破骨细胞分化的抑制作用,使破骨细胞数量减少,骨吸收能力下降,骨密度增加。
【关键词】：2型糖尿病 运动干预 p38MAPK 骨密度 破骨细胞
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：G804.7
【目录】：

• 论文摘要6-9
• ABSTRACT9-16
• 第一部分 文献综述16-25
• 1 糖尿病对骨代谢的影响17-19
• 1.1 糖尿病患者骨密度的变化特点17-18
• 1.2 引起2型糖尿病骨密度变化的因素18-19
• 2 p38MAPK信号通路19-20
• 2.1 p38MAPK的发现与分型19
• 2.2 p38MAPK的分子结构特征19-20
• 2.3 p38MAPK的激活和生物学功能20
• 3 2型糖尿病对p38MAPK信号通路的影响20-21
• 4 运动对p38MAPK信号通路的调控21-23
• 4.1 p38MAPK参与运动诱导的骨骼肌重塑21
• 4.2 p38MAPK参与运动适应性心肌肥大21-22
• 4.3 运动通过p38MAPK通路提高胰岛素的敏感性22
• 4.4 运动通过p38MAPK通路改善糖代谢22-23
• 5 p38MAPK对破骨细胞分化及骨吸收功能的调控23-25
• 第二部分 实验研究25-64
• 1 实验目的25
• 2 实验材料和方法25-43
• 2.1 实验对象25
• 2.2 实验动物饲养和分组25-26
• 2.3 实验动物方案26-28
• 2.4 实验动物取材28-29
• 2.5 实验动物指标测试及方法29-43
• 2.6 数据统计分析43
• 3 实验结果43-53
• 3.1 各组小鼠体重的比较43-44
• 3.2 各组小鼠体重、体长和肥胖指数的比较44-46
• 3.3 各组小鼠肱骨重量、长度和横截面直径的比较46-49
• 3.4 各组小鼠骨密度的比较49
• 3.5 各组小鼠骨组织中相关因子mRNA相对表达量的比较49-52
• 3.6 各组小鼠骨组织中p38MAPK和p-p38MAPK蛋白相对表达量的比较52
• 3.7 各组小鼠破骨细胞数量的比较52-53
• 4 分析与讨论53-63
• 4.1 运动干预对2型糖尿病小鼠体重的影响53-54
• 4.2 运动干预对2型糖尿病小鼠肥胖指数的影响54-55
• 4.3 运动干预对2型糖尿病小鼠肱骨形态的影响55-57
• 4.4 运动干预对2型糖尿病小鼠骨密度的影响57-58
• 4.5 运动干预对2型糖尿病小鼠p38MAPK通路和骨吸收相关因子mRNA表达量的影响58-60
• 4.6 运动干预对2型糖尿病小鼠骨组织p38MAPK和p-p38MAPK蛋白表达量的影响60-61
• 4.7 运动干预对2型糖尿病小鼠破骨细胞数量的影响61-63
• 5 结论63-64
• 参考文献64-73
• 附录73-78
• 后记78

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本文编号：925469