研究背景乳腺癌是全球范围内一种非常严峻的疾病,严重威胁全球女性的健康。乳腺癌作为一种高转移性癌症,骨转移的发生率较高,并引起多种并发症。研究报告显示,运动可降低癌症的发病率、复发率和死亡率。运动在化疗过程中可作为康复治疗,缓解化疗带给癌症患者的副反应,增加康复速度。本实验室自行研发了一种非创伤性脉冲式机械加载装置,能够模拟人体主动运动状态。前期研究证明,机械加载对股骨头坏死、骨关节炎以及骨质疏松有显著的治疗效果。例如,膝关节机械加载可促进骨生成、加速骨愈合,但是机械加载对乳腺癌骨转移的作用有待探究。研究目的本实验采用鼠源性乳腺癌4T1细胞株,通过胫骨局部注射的方法建立乳腺癌骨转移的动物模型。在此基础上,我们提出研究假设:踝关节机械加载可通过抑制骨吸收,增强骨生成,来抑制肿瘤生长和溶骨性病变,以缓解乳腺癌骨转移的程度。实验方法在本实验中,我们采用雌性Balb/c小鼠,使用乳腺癌4T1细胞对双侧胫骨进行注射来建立乳腺癌骨转移模型。实验分组为假手术组(Sham),模型组(Model),机械加载治疗组(Loading)。我们使用机械加载仪对小鼠双侧踝关节分别进行加载治疗,采用1N,5Hz,每天5分钟的治疗标准,治疗时间为3周。实验过程中平均每5天记录一次小鼠的体重变化。三周实验结束后处死小鼠,对分离出的小鼠胫骨组织分别进行Micro CT、组织学染色、免疫组化以及蛋白免疫印迹实验,用来检测肿瘤生长,骨显微结构,骨吸收和骨生成的情况。实验结果实验结果显示,与假手术组小鼠体重相比较,在胫骨注射乳腺癌4T1细胞后模型组小鼠的体重快速降低,而机械加载治疗能显著抑制小鼠体重的下降程度。对比假手术组,模型组小鼠胫骨呈现出较低的骨小梁体积分数(BV/TV),骨小梁数量(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)(均为p<0.01),以及较高的骨小梁分离度(Tb.Sp)(p<0.001)。然而,与模型组相比,机械加载可显著增加乳腺癌骨转移小鼠胫骨的骨小梁体积分数(BV/TV),骨小梁数量(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)(均为p<0.05),同时降低骨小梁分离度(Tb.Sp)(p<0.001)。另外,在模型组中,肿瘤定植于胫骨,肿瘤面积比明显高于机械加载治疗组(p<0.001),增加IL-8和MMP 9的表达水平(p<0.001),而踝关节机械加载降低IL-8和MMP 9的表达水平。注射肿瘤细胞后,模型组小鼠破骨细胞数量增加(p<0.05),NFATc1的表达水平升高(p<0.05),但是踝关节机械加载降低破骨细胞活性和NFATc1的表达水平(p<0.05)。此外,踝关节机械加载显著增加成骨细胞形成(p<0.05)。蛋白免疫印迹结果显示,机械加载治疗组中RANKL和cathepsin K显著降低(均p<0.05),ALP显著增加(p<0.01)。通过相关性分析发现,荷瘤程度(TuAr/TAr)与破骨细胞数量呈显著正相关(p<0.01),与骨小梁体积分数(BV/TV),成骨细胞数量呈负相关(两者均为p<0.01)。NFATc1表达量与IL-8,MMP 9表达量均呈正相关(均为p<0.01)。结论综上总结,这些结果表明踝关节机械加载能够有效的改善乳腺癌细胞注射引起的胫骨溶骨和肿瘤生长。机械加载有助于抑制破骨细胞发展,增加成骨细胞生成。我们的研究表明,关节机械加载可成为一个针对乳腺癌骨转移的潜在的治疗方式。