2022年9月9日-11日，在全国上下喜迎二十大之际，在塞上江南银川，在西部运医人的坚挺支撑下，第八届中国西部运动医学关节镜学术论坛隆重开幕。会议高举“体医融合、体卫融合”旗帜，紧扣“功能至上、早期康复、重返运动”主题，围绕“病人为本、健康管理”核心，以线上、线下相结合形式胜利召开。

受疫情防控影响，蒋青教授无法亲临现场，采用在线形式与西部运医同仁云端论道，以《运动改善骨密度表观遗传机制研究》为题作主旨报告。

内容涵盖表现遗传学定义、Nuclear factor erythroid 2-related factoe 2（Nrf2）关键因子机制、运动对成骨细胞中Nrf2启动子区域甲基化水平影响、统计学分组实验（含实验鼠）及结论、骨质疏松病人模型分析、运动改善氧化应激的模板论证、跑步锻炼于抗骨质疏松的重要作用等方面。详细阐述运动改善骨密度表观遗传机制研究进展，以期触发运医同仁多维度思考，共同促进骨密度遗传机制研究，为运动医学学科全面发展给予支撑！

骨质疏松症为一种骨骼疾病，其特征是骨骼强度受损，易导致骨折风险增加。

蒋教授着重阐述表观遗传学的定义：在不改变DNA序列的情况下，发生改变基因表达的可遗传变化，是遗传因素与外界环境共同作用的结果。其主要调节机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控等。DNA甲基化是最主要的一种调节机制，以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）为甲基共体，通过DNA甲基化转移酶（DNA methltransferase，DNMT），将胞嘧啶的第五位碳原子上连接一个甲基基团，使其成为5-甲基胞嘧啶的过程。其中DNA甲基化的三个甲基化转移酶包括Dnmt3A，Dnmt3B和Dnmt1。

表观遗传学

蒋教授的研究核心是Nrf2（Nuclear factor erythroid 2-related factoe 2），它是在多种细胞中表达的转录因子，是细胞保护基因的主要调控者，是细胞适应氧化还原应激的关键因子，也是II期排毒酶和抗氧化剂蛋白组成型和诱导型基因表达的关键调控者，可防止氧化和化学损伤。

Nrf2

许多文献报道皆显示，运动可以改善骨密度，尤其是增加绝经期女性的骨密度；无论是有氧运动还是无氧运动，均可显著改善心血管情况、刺激神经兴奋性、增加骨量、改善机体整体健康水平。

文献1

既往文献也证明，持续和有规律的锻炼是表观遗传的修饰因素之一，急性和慢性运动均会以高度组织和基因特异性的方式显著影响DNA甲基化；在Nrf2启动子中特定CpG位点的甲基化能调控Nrf2的表达。

文献2

因此，基于以上现有理论与文献报道，蒋教授提出猜想：随着人体的衰老，尤其是女性绝经后的雌激素水平降低，成骨细胞中Nrf2启动子区域甲基化水平明显升高，Nrf2的表达继而降低，引发一系列的氧化应激平衡失调，成骨细胞成骨能力减低，加速骨质疏松进展。而运动恰好可以通过调节Nrf2的启动子区域甲基化，使之趋于正常，缓解骨量丢失。以此科学猜想为前提，蒋教授进行了一系列研究。

猜想

蒋教授对骨质疏松病人和小鼠骨质疏松模型进行了microCT扫描、组织学和免疫组化（IHC）染色、甲基化PCR（MSP）和亚硫酸氢盐序列PCR（BSP）、免疫印迹WB等项目的检测。

检测项目

用于研究的小鼠被分为两类，一类是野生型Nrf2WT（携带Nrf2），一组是基因敲除型Nrf2KO（未携带Nrf2），并以跑步/不跑步、切除双侧卵巢/未切除双侧卵巢为变量因子，进一步分为8组。

实验方法

结果1

在切除双侧卵巢小鼠实验中，HE染色结果显示，Nrf2KO鼠骨小梁更稀疏，即Nrf2敲除后，实验鼠骨质疏松症状更加明显。同时microCT断层面结果显示与HE染色结果一致。

实验鼠结果

选取临床上年龄相匹配的骨质疏松病人和骨量正常病人，骨质疏松组是骨密度测定值T值小于-2.5，骨量正常组是骨密度测定值T值大于-1。WB结果显示，骨质疏松组骨组织标志物Nrf2、COL1较骨量正常组均有下降。由以上结果可知，Nrf2是重要的抗骨质疏松的保护因子。

临床病人样本

结果2

分别对人和鼠的Nrf2启动子区域分析，设计甲基化引物，发现骨质疏松组Nrf2启动子区域高度甲基化。同时，在ovx鼠模型中，Nrf2启动子区域甲基化水平明显升高，与人临床样本结果一致。说明骨质疏松症状伴随着Nrf2启动子区域的高度甲基化。

WB、MSP结果

DNA的甲基化主要是由DNMT1、DNMT3A、DNMT3B三种甲基化转移酶调控，在临床骨质疏松组骨组织和切除双侧卵巢小鼠骨组织中，均发现以上3种甲基化转移酶表达明显上升；同时，切除双侧卵巢小鼠股骨组织切片染色结果，也显示3种甲基化转移酶表达量上调。

WB结果

IHC染色结果

结果3

将小鼠分为4组：假手术组Sham、单独跑步组Running、切除双侧卵巢组OVX，切除双侧卵巢+跑步组Running+OVX。发现跑步可缓解Nrf2启动子区域甲基化。同时，WB结果显示运动后小鼠的3种甲基化转移酶表达量均下降；BSP结果显示，切除双侧卵巢后Nrf2启动子区域甲基化位点上升了30%左右，而跑步后，下降至14%。说明运动可以改变甲基化转移酶DNMT1、DNMT3A、DNMT3B的表达水平。

WB、MSP结果

WB、蛋白表达水平结果

BSP、MSP结果

结果4

microCT结果显示运动可以缓解切除双侧卵巢引起的骨量丢失，HE染色结果显示运动可以缓解切除双侧卵巢引起的骨小梁减少。

microCT、HE染色、BMD、

BV/TV、Tb.N结果

TPAP染色结果显示，切除双侧卵巢后破骨细胞指标TPAP染色增加，跑步后下降；Osteocalcin（钙化素）免疫组化结果显示，切除双侧卵巢后成骨细胞指标OCN结果下降，跑步后增加。说明运动可以改变破骨细胞、成骨细胞相关指标。

TPAP染色、免疫组化结果

免疫印迹WB结果显示，切除双侧卵巢小鼠运动后，Nrf2、COL1、Runx2表达水平明显增加，说明运动可以改变Nrf2的表达水平，以及成骨细胞相关指标COL1、Runx2的表达水平。

WB结果

结果5

过氧化氢酶Catalase、超氧化物歧化酶SOD是机体内抗氧化应激重要的酶，WB结果与酶活性结果均显示骨质疏松组病人体内抗氧化应激Catalase、SOD2表达水平下降。同样切除双侧卵巢小鼠Catalase、SOD2表达水平也下降，运动后小鼠Catalase、SOD2活性提升。

同时检测小鼠股骨组织匀浆上清中，抗氧化应激的谷胱甘肽过氧化物酶GPX、超氧化物歧化酶SOD的酶活性水平，发现在切除双侧卵巢小鼠中，GPX、SOD酶活性水平下降，跑步后小鼠GPX、SOD酶活性水平提升。说明运动可以改善氧化应激。

WB、酶活性结果

酶活性结果

结果6

Nrf2KO组小鼠在切除双侧卵巢后，通过跑步不能明显提升骨量，而Nrf2WT组小鼠在切除双侧卵巢后，通过跑步能明显提升骨量。

WB结果显示，Nrf2KO组小鼠在切除双侧卵巢后，通过跑步无法提升成骨细胞相关指标Runx2、OCN表达水平；酶活性结果也显示，Nrf2KO组小鼠切除双侧卵巢后，通过跑步无法提升过氧化氢酶Catalase、超氧化物歧化酶SOD2表达水平。

同时，Nrf2KO组小鼠跑步后无法使股骨组织里的抗氧化应激的谷胱甘肽过氧化物酶GPX、超氧化物歧化酶SOD表达水平回升，而Nrf2WT组小鼠跑步后，可以提升抗氧化应激的谷胱甘肽过氧化物酶GPX、超氧化物歧化酶SOD表达水平。说明Nrf2对于跑步锻炼的抗骨质疏松作用至关重要。

microCT、BMD、

BV/TV、Tb.N结果

WB、酶活性结果

酶活性结果

结论

Nrf2缺陷小鼠在切除双侧卵巢小鼠模型中发展出了更严重的骨质疏松；

在骨质疏松患者和切除双侧卵巢小鼠的骨质疏松性股骨中，Nrf表达受到显著抑制；

Nrf2抑制可能是由于甲基化转移酶DNMT1、DNMT3A和DNMT3B异常升高以及随之而来的Nrf2启动子超甲基化导致；

每天运动1小时的切除双侧卵巢小鼠可有效地逆转表观遗传变化，并恢复Nrf2的损失，而Nrf2则可以有效地防止股骨的骨密度（BMD）损失。

结论

由结论得出总结，切除双侧卵巢小鼠的骨质疏松股骨甲基化转移酶DNMT1、DNMT3A和DNMT3B增加，进而导致Nrf2启动子超甲基化，Nrf2被抑制，促进骨质疏松发展。跑步运动后，甲基化转移酶畸变，Nrf2启动子的过度甲基化转为正常化，Nrf2表达的丢失被恢复，并减少股骨骨质疏松症状。

总结

骨质疏松症作为一种代谢性骨病，严重影响身体形态、身体协调性、钙代谢、睡眠质量等方面，给病人及社会均带来巨大经济负担，蒋教授这一研究结果，为骨质疏松症病人带来重返健康的希望。

蒋教授此次分享阐明了DNA甲基化对Nfr2的抑制，建立并深化了Nrf2能有效防止骨密度丢失理论，明确了运动逆转表观遗传变化的生理意义。但在迈向科研成果转化的道路上，仍然面临诸多挑战，需要克服众多困难。

蒋教授号召广大运医同仁共同参与，携手为临床骨质疏松症的诊疗提供可行性理论基础，为运动改善人民群众健康提供有效论证，在奠定运动改善骨密度研究的坚实基础上并肩前行，为推动运动医学学科全面发展贡献科研力量！

蒋青教授

首位进入国际骨性关节炎协会

OARSI中国人理事

（全球共15 人，

亚洲2 个代表之一）

南京大学博士生导师

南京大学医学院副院长

南京鼓楼医院

运动医学与成人重建外科主任

江苏省关节镜学组组长

江苏省运动医学学会首任主任委员

2011年度“国家杰出青年”科学基金

蒋青教授获省科学技术进步奖1项、省卫生厅新技术引进奖4项、市科学技术进步奖2项，在研国家级科研项目2项，省市级科研项目6项。主攻方向为关节软骨的损伤和修复，骨性关节炎的基础和临床，膝盖交叉韧带的损伤和修复，人工关节置换技术、关节软骨修复的基础与临床研究等。

本文由运医前沿编辑大帝根据蒋青教授讲课内容整理，感谢李箭教授及蒋青教授的审阅修改。

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撰稿：大帝

校对：小荷

初审：李箭教授

终审：蒋青教授

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