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研究目的肥胖是诱发骨性关节炎（osteoarthritis,OA）的重要因素,除力学因素外,代谢性因素在肥胖性OA的发病中扮演重要角色。最新研究发现,肠道菌群失调参与机体肥胖的形成及代谢和免疫通路的异常激活,而这些因素均与OA的发生密切相关。离体情况下,肠道革兰氏阴性菌外壁主要成分脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）可诱发正常软骨细胞上Toll样受体4（Toll-like receptor 4,TLR4）及下游核转录因子（κappaB nuclear factor-κappa B,NF-κB）炎症信号通路过度激活;OA患者受累关节软骨TLR4蛋白表达增加。但是菌群失调及LPS-TLR4/NF-κB信号通路是否参与高脂膳食诱导肥胖性OA的发生,运动能否调控肥胖患者肠道菌群及LPS-TLR4/NF-κB信号通路影响OA的病理进程,这些问题尚未见相关研究报道。这些问题的探索为揭示肥胖性OA的病理机制及运动干预的分子机制提供崭新视角。第一部分高脂膳食诱导肥胖性骨性关节炎小鼠模型的建立研究方法:7周龄C57BL/6J雄性小鼠16只适应性饲养1周后,根据体重随机分为普通膳食组（n=6）和高脂膳食组（n=10）。8周后,高脂膳食组体重超过普通膳食组平均体重20%的小鼠选取为高脂肥胖组小鼠。实验动物牺牲后取材,普通膳食组（normal control group,NC组,n=6）和高脂肥胖组（high-fat obese group,HF组,n=6）小鼠左膝关节进行固定、脱钙及石蜡组织切片制作,行HE及甲苯胺蓝染色,股骨内侧髁、股骨外侧髁、胫骨平台内侧和胫骨平台外侧4个部分分别进行OARSI评分和基质蛋白聚糖含量评价。研究结果:HF组小鼠膝关节软骨股骨内侧髁、股骨外侧髁、胫骨平台内侧、胫骨平台外侧四个位置均出现病理学改变,软骨浅表层和过渡层均出现着色变浅即蛋白聚糖含量降低,OARSI评分显著高于NC组小鼠。结论:HF组小鼠膝关节OARSI形态学评分显著升高,组织形态学病理变化与前人建立的OA模型相似。8周高脂膳食成功建立了肥胖性OA小鼠模型。第二部分高脂膳食和运动对小鼠肥胖性骨性关节炎的作用及机制研究研究方法:32只7周龄C57BL/6J雄性小鼠适应性饲养1周后,按体重随机分为普通膳食组（n=12）和高脂膳食组（n=20）。8周后,高脂膳食组体重超过普通膳食组平均体重20%的小鼠选取为高脂肥胖组小鼠。普通膳食组小鼠和高脂肥胖组小鼠各随机分为2组:普通膳食对照组（normal diet control sedentary group,CS组,n=6）、普通膳食运动组（normal diet with voluntary exercise group,CE组,n=6）;高脂膳食对照组（high diet control sedentary group,HS组,n=6）、高脂膳食运动组（high diet with voluntary exercise group,HE组,n=6）,运动组小鼠进行4周自主转轮运动,每日记录运动量,每周监测体重和空腹血糖,4周后所有实验动物牺牲后取材。取小鼠左膝关节进行固定、脱钙及石蜡组织切片制作,行HE及甲苯胺蓝染色,股骨内侧髁、股骨外侧髁、胫骨平台内侧和胫骨平台外侧4个部分分别进行OARSI评分和基质蛋白聚糖含量评价。取直肠内容物进行菌群分析。用内毒素检测试剂盒检测关节液中LPS水平。取小鼠右后肢膝关节软骨,研磨成骨粉提取总蛋白。应用Western-blot免疫印迹法检测蛋白TLR4、MyD88、NF-B P65和MMP13在软骨中的表达。研究结果:形态学:（1）经4周自主转轮运动后,HE组小鼠体重和血糖显著低于HS组。CE组和HE组小鼠每日运动距离无显著性差异。（2）小鼠体重与关节软骨OARSI评分无显著相关性,支持力学因素不能完全解释肥胖对OA的作用而有代谢性因素参与OA发生的观点。（3）HS组小鼠膝关节股骨内侧髁软骨OARSI评分显著高于CS组;HE组小鼠膝关节股骨内侧OARSI评分显著低于HS组;HE组小鼠股骨内侧髁软骨OARSI评分显著高于CE组。（4）HS组小鼠膝关节股骨外侧髁软骨OARSI评分显著高于CS组;HE组小鼠股骨外侧髁软骨OARSI评分显著低于HS组小鼠;HE组小鼠股骨外侧髁评分显著高于CE组。（5）HS组小鼠膝关节胫骨平台内侧软骨OARSI评分显著高于CS组;HE组小鼠膝关节胫骨平台内侧软骨OARSI评分显著低于HS组;HE组小鼠膝关节胫骨平台内侧软骨OARSI评分显著高于CE组。（6）饮食因素和运动因素对小鼠胫骨平台外侧软骨OARSI评分无显著交互作用,饮食存在显著主效应,运动存在显著主效应。（7）CE组股骨内、外侧髁和胫骨平台内、外侧软骨的浅表层、过渡层和放射层甲苯胺蓝着色加深。HS组4个区域软骨浅表层、过渡层和放射层均出现着色变浅。相比于HS组,HE组4个区域软骨浅表层、过渡层和放射层着色加深。肠道菌群结构:（1）采集的小鼠肠道菌群DNA测序数据数量合理,几乎覆盖样本微生物群落的物种。（2）Venn图表明运动组（CE组、HE组）的OUT数量多于对应对照组（CS组、HS组）。（3）NMDS分析结果显示饮食因素使小鼠肠道微生物群落结构明显不同:运动因素使高脂膳食小鼠肠道微生物群落结构发生变化。（4）PCoA结果显示饮食因素使小鼠肠道微生物群落结构出现差异性;运动因素使高脂膳食小鼠肠道微生物群落结构出现差异。（5）HS组小鼠肠道菌群丰度Ace指数和Chao1显著低于CS组小鼠;HE组小鼠肠道菌群丰度Ace指数和Chao1显著高于HS组。（6）HS组小鼠肠道厚壁菌门细菌相对丰度显著高于CS组;HE组小鼠肠道厚壁菌门细菌相对丰度显著低于HS组。（7）饮食因素和运动因素对小鼠肠道拟杆菌门细菌相对丰度无显著交互作用,饮食存在显著主效应,运动存在显著主效应。（8）HS组小鼠肠道细菌F/B比值显著高于CS组小鼠;HE组小鼠肠道细菌F/B比值显著低于HS组。（9）对于丰度前10的绝大部分菌科,安静状态下高脂饮食对小鼠细菌丰度的作用和运动对于高脂饲养状态下小鼠细菌丰度的作用方向相反。（10）HS组小鼠肠道脱硫弧杆菌科细菌相对丰度显著高于CS组;HE组小鼠肠道脱硫弧杆菌科细菌相对丰度显著低于HS组。（11）HS组小鼠肠道双歧杆菌科和BacteroidalesS24-7科细菌相对丰度显著低于CS组小鼠;CE组小鼠肠道双歧杆菌科和BacteroidalesS24-7科细菌相对丰度高于CS组。（12）关节液LPS水平与小鼠膝关节股骨内侧髁、股骨外侧髁、胫骨平台内侧及胫骨平台外侧的OARSI评分均存在显著正相关关系。LPS-TLR4/NF-κB信号通路:（1）HS组小鼠关节液LPS浓度均显著高于CS组;HE组小鼠LPS浓度显著低于HS组。（2）小鼠关节LPS浓度与脱硫弧菌科细菌相对丰度存在显著正相关关系,与双歧杆菌科和BacteroidalesS24-7科细菌相对丰度存在显著负相关关系。（3）HS组小鼠膝关节软骨TLR4蛋白表达显著高于CS组小鼠;HE组小鼠膝关节软骨TLR4蛋白表达显著低于HS组小鼠。（4）HS组小鼠膝关节软骨MyD88蛋白表达显著高于CS组小鼠;HE组小鼠膝关节软骨MyD88蛋白表达显著低于HS组小鼠。（5）饮食因素和运动因素对小鼠膝关节软骨NF-BP65蛋白表达无显著交互作用,饮食有显著主效应,运动有显著主效应。（6）HS组小鼠膝关节软骨MMP13蛋白表达显著高于CS组小鼠;HE组小鼠膝关节软骨MMP13蛋白表达显著低于HS组小鼠。结论:（1）高脂饮食可能通过调控小鼠肠道菌群影响LPS水平及过度激活膝关节软骨LPS-TLR4/NF-κB信号通路参与肥胖性OA的发生。（2）虽然没有完全逆转,转轮运动可能通过改善肠道菌群结构及降低LPS-TLR4/NF-κB信号通路的活化减轻小鼠肥胖性OA。