运动对长骨生长板中PTHrP表达状况的影响

来源 :北京体育大学学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kuwowangzhen111
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  作者简介:罗冬梅(1961-),女,黑龙江哈尔滨人,教授,博士,研究方向运动人体生物科学。
  摘要:为了探讨运动对长骨发育的作用机理,采用反转录聚合酶链反应(RT-PCR)技术,对100只生长期大鼠经3周、6周和9周的高、低负荷跑台训练后胫骨生长板中局部调节因子甲状旁腺素相关蛋白(PTHrP)的表达进行了观察。结果表明:3周的跑台运动没有显著改变生长板中PTHrPmRNA的表达水平,而6周和9周运动后PTHrPmRNA的表达水平显著高于对照组,低负荷运动组亦显著高于高负荷运动组(p<0.01或0.05);各组间对照组PTHrPmRNA的表达水平均未出现显著的增龄变化。结果提示:运动可以通过改变PTHrP的表达水平来调节生长板软骨细胞的活动,进而影响生长板的高度,调节长骨的纵向生长,但其具体的调节途径尚有待进一步研究探讨。
  关键词:运动;生长板(骺板);纵向生长;PTHrP
  中图分类号:G804.21 文献标识码:A 文章编号:1007-3612(2006)05-0626-03
  在儿童少年生长发育过程中,骨发育占有着十分重要的地位。生长板(骺板)是长骨纵向生长的主导部位。生长板中各层软骨细胞的增殖与分化决定了生长板的高度和骨的长度[1]。生长板软骨细胞活性状态的改变是受多种因素调节的,其中局部调节因子——甲状旁腺素相关蛋白(ParathyriodHormone-RelatedProtein,PTHrP)对软骨细胞的调节具有重要作用。已有大量的研究指出PTHrP在各种种属的发育和成熟的组织中表达非常广泛[2],其可对钙磷代谢、骨的矿化和细胞的生长与分化等许多方面发挥生物学作用,且主要通过旁分泌和自分泌途径进行调节。迄今为止,尚未见到有关运动或其他机械负荷对PTHrP影响的文献报道。据此,本文将采用动物实验探讨不同强度的运动对长骨生长板中PTHrP表达状况的影响,以期从纵向生长角度揭示运动影响长骨发育的作用机理,并为骨发育状况的评价与干预措施的选择等提供理论依据。
  
  1 实验材料与方法
  
  1.1 实验材料 选用Sprague-Dawley纯系雄性大鼠100只,4周龄,北京维通利华实验动物技术有限公司提供。国家标准啮齿类动物干燥饲料喂养,自由进食饮水,动物室内温度22±2℃,湿度为40%~60%。所有大鼠均在相同的环境下饲养。
  1.2 实验动物分组与处置方法 将100只大鼠随机分为:基础对照组(BC)、组间对照组(CON)、低负荷运动组(LE)和高负荷运动组(HE),在高、低负荷运动组中又分为运动3周组、6周组和9周组,总计10组,每组10只。基础和组间对照组大鼠不做任何特殊处置。运动组大鼠进行跑台训练,根据Bed-ford[3]的研究确定运动负荷,低负荷运动组跑速为12m/min,高负荷运动组跑速为20m/min,二者跑台坡度均为5°。整个运动期为9周,3周为一个训练阶段,分3周、6周和9周3个阶段。运动频度为每周5d,运动时间为每天60min。
  基础对照组在各组开始处置前1d宰杀取材,3周、6周和9周各组均在各自处置结束后2h内取材。剥取左侧胫骨后,迅速在于骺端分离骨骺,并切除骺部关节面软骨和骨,获得胫骨的生长板,立即置液氮中保存,而后移至-80℃低温冻存,以备各组同批进行PTHrPmRNA测定。  1.3 定量RT-PCR分析
  1.3.1 总RNA提取 取100 mg胫骨生长板样品,在液氮当中研磨,研成粉末。加入2000υL裂解液,充分振荡,使沉淀完全溶解后离心。用氯仿和异丙醇进行抽提后,测OD值计算RNA含量。RNA电泳,紫外灯下可清晰可见18S,28SRNA带。
  1.3.2 cDNA合成和PCR扩增 按常规方法合成cDNA。PTHrP的引物序列为:5’AAAGCCAAGAGAAACGGTGGGCAT 3’,5’GCCAATCATGTGCACCAGTYCCTI'3’,扩增片段为400bp。内参照β-actin的引物序列:5’CATCTCTYGCTCGAAGTC 3’,5’ATCATGTITGAGACCTFCAACA 3’,扩增片段为308bp。取15υLPER扩增产物于1.5%琼脂糖凝胶进行电泳,紫外灯下拍照,记录结果,并用GelPr03.0软件分析结果,得到PTHrP与β-actin基因的灰度值比值。
  1.4 数据统计处理 实验数据用SPSS10.0软件进行统计处理,测量结果均以平均数±标准差(Mean±SD)表示,采用ANOVA进行各组间的方差分析和差异显著性检验,显著性水平为p<0.05。
  
  2 结果
  
  2.1 生长板中PTHrPmRNA表达的纵向变化规律 胫骨生长板中PTHrPmRNA的表达,在对照组中没有随增龄而增加或减少,从基础对照组至9周组各组间无显著差异(p>0.05);3周运动组PTHrPmRNA的表达与基础对照组间无差异,但运动至6周和9周时PTHrPmRNA的表达显著增加(p<0.01)(图1)。
  


  2.2 不同强度运动组间生长板中PTHrPmRNA表达的比较 运动3周后,运动组PTHrP mRNA的表达虽高于对照组,但无统计学差异(p>0.05)。随着运动时间的延长,PTHrPmRNA的表达也越强烈。6周时,低负荷运动组PTHrP mRNA的表达显著高于对照组,同时亦显著高于高负荷运动组(p<0.01)。完成9周运动后,运动组PTHrPmRNA的表达非常显著地高于对照组,低负荷运动组亦显著高于高负荷运动组(户<0.01或0.05)(图2、表1)。
  
  3 讨论
  
  骨的生长发育,尤其是长骨的纵向发育,主要以软骨内成骨方式生长,其关键部位是干和骺之间的骺软骨板,即生长板。生长板内软骨细胞排列成柱,软骨细胞不断分裂增殖,由骨端朝向骨干依次出现静止层、增殖层、肥大层、钙化层和成骨层。长骨生长过程中,生长板增殖层上部软骨细胞不断分化和增殖,下部细胞停止增殖,依次形成前肥带软骨细胞和肥大软骨细胞,同时诱导细胞周围基质发生矿化,进而肥大细胞凋亡。因此,生长板内各种细胞的分化和增殖必须在时间和空间上协调一致,才能保证骨的正常生长。上述过程是受PTHrP、PTH/PTHrP受体以及Indian Hedgehog(Ihh陆)等相关因子及其受体的调节的。
  在生长板中,出生前PTHrP主要有由软骨膜细胞和关节周围区域内的增殖软骨细胞合成[4-6],而在出生后生长板的软骨细胞中亦检测到PTHrP的表达。经大量的研究证实[7-8],在生长板各层细胞的增殖和分化过程中,IYlI-IrP主要作用是减缓增殖软骨细胞向肥大软骨细胞的分化,并在时间 和空间上协调生长板软骨细胞的分化。
  PTHrP对生长板软骨细胞的调节作用依赖于另一个调节因子——IndianHedgehog(Ihh)。研究表明,Ihh主要由前肥大软骨细胞和肥大软骨细胞合成,具有控制增殖软骨细胞向肥大软骨细胞分化的功能。
  目前,国内外尚未见到有关不同强度运动对生长板中PTHrP表达状况影响的报道。本研究首次对不同时段低负荷运动和高负荷运动后大鼠胫骨生长板中PTHrPmRNA表达状况进行了实验研究。结果发现在大鼠4~13周龄期间,对照组的PTHrPmRNA表达未出现明显的增龄变化;运动组3周时PTHrPmRNA的表达水平与基础对照组接近,此后高、低负荷运动组均随增龄而非常显著地升高。VAN DER EERDEN等[9]采用免疫组织化学、RT-PCR和原位杂交方法分析了1、4、7和12周龄的Wistar大鼠胫骨生长板中PTHrP、Ihh及其受体的分布和表达状况,发现用RT-PCR检测到的PTHrPmR-NA在小周龄的大鼠生长板中表达量很高,但随年龄的增长其表达量呈下降趋势,至12周时几乎检测不到PTHrPmRNA的表达;然而用免疫组化和原位杂交方法均在各周龄生长板前肥大软骨细胞和肥大软骨细胞中检测到PTHrPmRNA和蛋白的表达。Kartsogiannis等[10]亦采用免疫组织化学和原位杂交方法研究PTHrP在小鼠胚胎、出生第1和7d以及7周龄的分布和表达状况,结果指出胚胎时期PTHrP的含量丰富,出生后PTHrP的含量有所减少;从PTHrP的分布来看,胚胎时期FTHrP主要分布于肥大软骨细胞,也见于软骨膜和前肥大软骨细胞中,出生后PTHrP不仅分布于增殖层、前肥大和肥大层的软骨细胞,而且还可见于临近生长板的骨表面上成骨细胞。但是在VAN DEREERDEN的研究中未在成骨细胞和骨衬细胞中检测到PTHrP。本研究中对照组PTHrPmRNA的表达量没有随增龄而减少或增加,因此运动组的表达量随增龄而显著提高不是由增龄所致,只能是运动作用的结果。
  无论是低负荷运动组还是高负荷运动组,3周运动组PTHrPmRNA的表达水平虽略高于对照组,但无统计学意义,这可能与运动时间较短有关;然而在6周和9周跑台训练后,PTHrPmRNA的表达水平显著高于对照组,说明6周和9周的运动可以较大幅度地提高PTHrPmRNA的表达水平。在两个运动组之间,3、6和9周运动后低负荷运动组PTHrPmRNA的表达水平高于高负荷运动组,尤其以6周和9周最为显著。根据上述结果推测,运动后PTHrPmRNA的表达水平较对照组明显提高,说明生长板中PTHrP含量增多,这可能是由于运动的刺激,使前肥大软骨细胞和肥大软骨细胞合成Ihh,Ihh直接或间接地发出信号,刺激软骨膜区域或生长板软骨细胞产生了较多的PTHrP。
  运动使PTHrPmRNA的表达水平改变的原因,可能与生长板软骨细胞增殖与分化的负反馈调节有关。当运动刺激作用于生长板而使其前肥大软骨细胞和肥大软骨细胞合成Ihh,Ihh通过其软骨膜区域的受体使软骨膜细胞合成PTHrP,或者直接使生长板的前肥大软骨细胞和肥大软骨细胞合成PTHrP;生长板中增多的PTHrP可以减慢增殖软骨细胞向肥大软骨细胞的分化速度,从而使生长板高度增加。与此同时,由于增殖软骨细胞分化速度减慢,前肥大软骨细胞产生的数量随之减少,Ihh的含量下降,继而使PIHrP的合成减少,这样可使软骨细胞的分化速度和生长板高度的增加幅度得到控制。但是若运动刺激过大,则可减少前肥大软骨细胞合成Ihh,进而抑制生长板中PTHrP的合成。由此可见,运动对PTHrP在生长板软骨细胞表达水平的影响存在一个适宜负荷问题,过大或过小的运动负荷都不利于促进PTHrP对软骨细胞分化的调节和生长板的发育。由于PTHrP抑制生长板软骨细胞分化的具体过程、其调节分化的适宜生理量以及增殖软骨细胞的分化如何与肥大软骨细胞的矿化同步等问题尚未研究清楚,因此,本研究所发现的PTHrPmRNA表达的增龄变化特点、其与运动强度间的关系以及与生长板高度间的关系等的内在原因,尚需要进一步的研究证实。
  
  4 结论
  
  1)本研究首次发现6周和9周的运动可以改变骨发育局部调节因子PTHrPmRNA在生长板中的表达水平,且低负荷运动组PTHrPmRNA的表达水平显著高于高负荷运动组;而对照组随增龄未出现明显变化。
  2)运动对长骨纵向发育的作用机理比较复杂。本实验初步研究发现运动可通过改变PTHrP表达水平来调节生长板软骨细胞的活动,进而影响生长板的高度。然而不同强度的运动通过PTHrP调节长骨的纵向生长的具体途径以及其它相关因子的调节作用尚有待今后深入研究。
  
  参考文献:
  
  [1]刘忠厚,等.骨质疏松学(第一版)[M].北京:科学出版社,1998301-305.
  [2]Canalis E.Role Of parathyried hormone-related protein and indianhedgehog in skeletal decelopment.h:Skeletal growth factors.LippincottWilliams&Wilkins,Philadelphia,2000:355-364.
  [3]BedfordT.G.,Tipton C.M,Wilson N.C,,et a1.Maximum oxygencovaumption Ofratsand ibchangeswith variousexperimental procedures.JApplPhysiol,1997,47(6):1278-1283.
  [4]LanskeB.,KareplisC.A,LeeK.,etal.PTH/PTHrPreceptorinearlydevelopmentand lndian hedeehong-regulated bone growth.SCIENCE,1996,273(2):663-.666.
  [5] JobertAS.,ZhangP.,Couvineau A.,et a1.Absence Offunctional re-ceptom fOrparathyriod hormone and parathyned hormone-related pepfidein Blomstrend ehondredysplasia.J Clin lnvest,1998,102:34-40.
  [6]ZhangP,Jobext AS,Couvineau A,et a1.A homozygous inactivatingmutation in the parathriod hormone/parathyried hormone-related peptidereceptorcawing Blomstrand ehondredysplasia.J Clin Endocrinol Metab,1998,83:3365-.3368.
  [7]VortkampA,LeeK.Lanske B,etal.Regulation Ofrate OfcartilagedifferentiationbyindianhedgehogandPTH—relatedprotein.SCIENCE,1996,273(2):613-622.
  [8]Chung U,Lanske B,LeeK.,etal.Theprathyriod hormone/parathy-tied hormone-related peptide receptorcoordinates endochondral bone de·velopment by direetly controlling ehondrocyte differentiation.Proc NailAced Sci USA,1998,95:13030-13035.
  [9]EerdenV.D Brain C.J.,KarperienM,et al.Expression Oflndianhedgehog,parathyroid hormone—related protein,and their receptors inthe postnatal growth plate of the rat:evidence fOr a locally acting growthrestrainingfeedback loop afterbirth.J.Bone Miner Res,2000,15:1045-1055.
  [10]Kmsosiannis V,Meseley J,Mckelvie B,etal.TemporalexpressionofPTHrPduringendochondral bone formation in mouse and intramembre-nou8boneformationinoninvivorabbitmodel.Bone,1997,21(5):385-392.
其他文献
摘 要:将20名世居海拔2 260m高原的中长跑运动员随机分成低氧组和对照组,让他们在模拟海拔4000m低压低氧环境下进行4周“高住-低训”实验。结果显示:4周“高住-低训”后,低氧组运动员血红蛋白(Hb)、血球压积(Hct)没有明显改善,红细胞生成素(EPO)、最大摄氧量(VO2max)、运动成绩均呈升高趋势,与实验前相比,没有显著性差异(P>0.05),但仍高于对照组。而在4周实验期间,低氧
期刊
摘 要:在初步阐明了5-HT导致中枢疲劳的机制之后,目前的中枢性运动疲劳的研究趋势主要是明确5-HT及5-HT在不同脑区的作用,5-HT受体拮抗剂与促进剂的作用。在此基础上更开展了很多通过营养或运动干预手段延缓与消除中枢疲劳的研究。随着神经生理学研究方法的改进,目前已经可以使用脑内微透析技术等方法进行活体动物神经递质的采样,达到动态检测运动中脑内神经递质变化的目的。国内使用新技术新方法研究中枢性
期刊
摘 要:离心运动导致的骨胳肌微损伤对机体的运动能力有较大影响。以大鼠为实验对象,从自由基和Ca2+来深入探讨人参皂甙Rg1对机体离心运动后骨胳肌微损伤的影响。实验结果表明,人参皂甙Rgl可能主要通过影响骨胳肌线粒体钙含量而减少离心运动后骨胳肌微损伤。  关键词:人参皂甙Rgl;离心运动;骨胳肌微损伤;自由基;Ca2+  中图分类号: G804.32  文献标识码:A  文章编号:1007—361
期刊
摘 要:采用文献资料法、试验法、数理统计等方法,对河北省18~22岁在校学生进行F.C.的测试,并对两次负荷的强度及测试结果进行检验,建立正常值。结果表明:1)确定两次耐量试验负荷强度范围;2)18~22岁年龄间学生心脏功能能力没有明显的差异;3)确定18~22岁学生F.C.的正常值和12min跑评价模型;建议:该标准可以广泛应用与对学生有氧耐力的状况的评价和进行有氧锻炼的指导。  关键词:心脏
期刊
摘 要:通过跟队训练,运用计算机田径运动员训练负荷统计软件,从速度、力量、体操、专项辅助练习、专项技术五个方面分析了李玲2004年冬训期的完成训练负荷量情况。在2005年初的两站室内比赛中李玲的专项成绩有大幅度的提高,冬训起了重要作用,分析李玲的冬训完成训练负荷,为我国青少年女子撑竿跳高的训练提供了有价值的参考。  关键词:撑竿跳高;青少年女子;运动员;训练负荷;训练手段  中图分类号:G823
期刊
作者简介:方爱莲(1956-),女,浙江台州人,教授,研究方向体育教学与训练。  体育文化设施不仅是体育运动训练、竞赛、全面健身的必备条件,也是一个地区经济文化社会协调发展的标志,随着社会经济的发展,人民群众对体育场地的需求日益提高。本文对台州市体育场地现状进行调查、研究与分析,旨在了解、掌握台州市体育场地的现实状况,揭示区域经济发展与体育文化设施建设的关系。    1 研究对象与方法    1.
期刊
作者简介:王卫星(1958-),男,安徽蚌埠人,教授,研究方向体能训练理论与方法。  摘要:通过对第20届冬奥会短道速滑比赛的观摩和永嘉研结合多年的运动实践,从多学科的角度审视和剖析韩国队的制胜法宝——超越冲刺,并对改善我国运动员的超越能力提出了训练和建议。  关键词:短道速滑;速度力量;能量输出;加速度;韩国  中图分类号:G862.1 文章编号:1007-3612(2006)05-0583-0
期刊
作者简介:毕世明(1925-),男,编审,研究方向体育史、体育社会学。  摘要:否定事物的本质是后现代主义哲学的一个主要论点。体育活动和体育工作的实践证明后现代主义哲学的三种说法——“追求本质是幻想”、“家族相似论”和“拒斥二元逻辑”,都站不住脚。认识事物本质的必要性是人类长期经验的总结。马克思列宁主义、毛泽东思想发展了本质认识论。否定本质会导致模糊是非、好坏,否定真理。我国体育工作的实践证明,抓
期刊
作者简介:马果毅(1960-),男,湖北武汉人,讲师,研究方向运动人体生物科学。  摘要:为了研究运动对心理应激大鼠的影响及其机制,通过对大鼠施加4周的非稳态噪音刺激以及进行运动干预,测定大鼠的行为和血清SOD和MDA的变化情况。结果发现:非稳态噪音刺激所引发的心理应激可对大鼠的行为产生显著的影响,血清MDA的浓度降低,而SOD的活性增强,运动可降低这一影响程度,起到缓解的作用。  关键词:运动;
期刊
作者简介:姚俊(1970-),男,湖南人,本科,助理研究员,研究方向运动生理、生化。  摘要:通过在不同负荷的运动训练状态下,观察大鼠血清BUN、Ser、尿蛋白排泄率以及肾组织TGF-β1表达的变化,研究不同负荷的运动训练对大鼠肾组织结构、功能及肾组织TGF-β1表达的影响,以及揭示肾组织TGF-p1的表达对肾脏组织结构、功能变化及运动性蛋白尿产生的作用及机制。实验结果表明:综过8周过度训练后,大
期刊