肥胖对骨代谢的影响及其作用机制研究

Obesity is associated with low-grade chronic inflammation. Obesity is traditionally viewed to be beneficial to bone health because of well-established positive effect of mechanical loading conferred by body weight on bone formation。But recent data from epidemiological and animal studies strongly support that fat accumulation is detrimental to bone mass.Because of bone marrow contain abundance adipose tissue,adipocytes and osteoblasts are derived from a common multipotential mesenchymal stem cell,both of them have homology and have transdifferentiation each other under a certain condition. Osteoclasts are differentiated from monocyte/macrophage precursors of hematopoietic stem cells origin.We put forward the hypothesis that obesity maybe make bone marrow adipose tissue characteristic changing and adipocyte mediate bone marrow microenvironment to affect bone metabolism through dirct or indirct influencing osetoblast and osetoclast differentiation.Therefore we observe effect of obesity on bone metabolism by using animal model and investigate the effect of bone marrow adipocyte and various proinflammatory cytokins and adipokins on differentiation of osteoblast and osteoclast by using co-culture technique to explore possible mechanism of action.The research finding will provide basic experimental data for preventing and treating osteopenia and osteoporosis.

肥胖是一种慢性炎症状态。尽管由于机械承载的因素，体重对骨形成具有促进作用，使得传统的观点认为肥胖能够防止骨质丢失和骨质疏松的发生，对骨形成具有促进作用。但流行病学资料和动物实验的研究提示，肥胖对骨形成存在负面作用。由于骨髓亦含有大量脂肪组织，且骨髓的脂肪细胞和成骨细胞共同来源于骨髓基质细胞，在一定条件下可以相互转化；而破骨细胞来源于骨髓生血细胞系统。为此，我们提出假设认为，在肥胖状态下，骨髓的脂肪组织可能亦发生特征性的改变，其脂肪细胞可能通过改变骨髓微环境，直接或间接影响成骨细胞和破骨细胞的诱导分化和成熟，进而影响骨的代谢。为此，本研究拟利用实验动物模型，在观察肥胖对骨代谢影响的基础上，利用细胞共培养技术，研究骨髓脂肪细胞及各种炎症因子、脂肪因子对成骨细胞和破骨细胞的分化成熟及其功能的影响，并探讨其可能的作用机制，为预防和治疗肥胖时骨质丢失和骨质疏松的发生提供基础实验依据。

一、项目背景.肥胖对骨代谢的影响机制尚不完全清楚，本研究拟利用实验动物模型，在观察肥胖对骨代谢影响的基础上，进一步利用细胞共培养技术，研究脂肪细胞（骨髓脂肪细胞）和各种炎症因子、脂肪因子对成骨细胞分化成熟及其功能的影响，并探讨其可能的作用机制。.二、研究内容：.1.研究肥胖对实验动物骨形态、骨质、骨密度、成骨细胞和破骨细胞数量及RANKL/RANK/OPG表达的影响；研究肥胖对实验动物骨髓脂肪组织形成（包括脂肪细胞形态、数量、脂肪细胞各种炎症因子和脂肪因子及RANKL/OPG表达水平）的影响；.2.研究各种炎症因子(IL-6、TNF-α、CRP)对成骨细胞和破骨细胞诱导分化、成熟及功能影响，探讨其作用机制；.3.研究各种脂肪因子（leptin和adiponectin）及FFA对成骨细胞和破骨细胞诱导分化、成熟及功能影响，探讨其作用机制；.4.研究骨髓脂肪细胞对成骨细胞诱导分化、成熟及功能影响，探讨其作用机制。. 三、重要结果及关键数据.1.Mirco CT结果显示肥胖大鼠骨小梁数目、骨体积始终低于正常大鼠，差异有统计学意义，但骨密度和骨小梁厚度在高脂饮食前6周均高于正常大鼠，6周后开始低于正常大鼠，差异有统计学意义（P<0.05）。.2.ELISA结果显示肥胖大鼠与正常大鼠血清APN、LPT和TNF-α表达水平从第6周开始差异有统计学意义(P<0.05)，而RANK，RANKL在第8周差异有统计学意义（P<0.05）。.3.肥胖大鼠高脂饮食前6周骨髓腔内出现少量脂肪细胞，6周后骨髓内脂肪细胞开始增加，但始终少于正常大鼠。.4.BMD与LPT、APN成显著的正相关，与LDL成显著的负相关；Tb.N与LDL、HDL、LPT成显著正相关；Tb.Th与TG、LDL、APN成显著正相关；TBV/TV与LPT呈显著负相关；RANKL与TG、FFA、TNF-α呈显著正相关；RANK与TG、FFA、TNF-α、LPT呈显著正相关，TNF-α与TG，FFA，APN呈显著正相关。.5.骨髓腔内小脂肪细胞与成骨细胞共培养，可上调OPG的表达，促进成骨细胞形成。大脂肪细胞与成骨细胞共培养，可下调OPG的表达，抑制成骨细胞形成。. 四、科学意义.本研究尝试阐明肥胖对骨代谢的影响及其作用机制，将对预防、治疗肥胖和骨质疏松的发生具有积极意义。