高频率低载荷机械振动改善肥胖所致骨质疏松的力学生物学机制研究

目的高脂饮食诱导的肥胖会降低患者骨密度,引发骨质疏松,且缺乏有效的治疗手段。本研究将高频率低载荷机械振动(low magnitude high frequency vibration,LMHFV)作为一种新型的非药物性治疗措施,探究其改善肥胖所致骨质疏松的力学生物学机制。方法使用棕榈酸处理成骨细胞模拟体内高脂环境,并施加LMHFV。通过转录组测序和蛋白质免疫印记等方法探究高脂环境影响成骨细胞生物学行为的机制。通过高脂饮食喂养大鼠构建肥胖大鼠模型,并施加LMHFV,使用微焦点CT和免疫组织化学染色等方法检测大鼠股骨的骨微结构和骨组织形态。结果高脂环境下,成骨细胞的ITGβ1-FAK/PI3K/AKT信号通路受到抑制,其凋亡增加,增殖、分化和矿化能力显著降低;力学感受器ITGβ1感受LMHFV后,通过力-化转导激活下游FAK/PI3K/AKT信号通路,改善成骨细胞的生物学行为;LMHFV能够改善肥胖大鼠的体重和血脂异常,同时增加其骨小梁骨密度,改善骨微结构和骨组织形态;在大鼠骨组织中,LMHFV能够激活ITGβ1-FAK/PI3K/AKT信号通路,显著增加通路蛋白的表达水平。结论力学感受器ITGβ1感受LMHFV后,通过力-化转导激活其下游-FAK/PI3K/AKT信号通路,从而改善成骨细胞的生物学行为和肥胖大鼠的骨微结构及骨组织形态。研究结果为临床肥胖所致骨质疏松的防治提供了一种新型而有效的非药物干预措施。