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目的:随着社会经济的发展,人们的饮食结构发生变化,摄入过多的能量,肥胖的患病率逐年增加。肥胖是糖脂代谢紊乱的危险因素,但是肥胖与骨丢失之间的关系尚不确定。高剂量镉中毒已有较多的报道,但是近年来,由于环境污染的原因,人们普遍存在低剂量镉的污染。因此,低剂量镉毒性引起了人们的关注。低剂量镉可以引起骨丢失,但低剂量镉对糖脂代谢的影响目前还存在争议。维生素D在镉毒性和骨代谢过程中都发挥着一定的作用。因此本研究的目的是探究低剂量镉联合高脂饮食对小鼠骨骼与糖脂代谢的影响以及维生素D对该影响的作用。方法:本研究分为三个部分。(1)低剂量镉联合高脂饮食对小鼠骨代谢的影响。健康的8周龄SPF级雄性C57BL/6J小鼠,适应性喂养一周后,随机分成8组:正常对照组(Con,N=5),低剂量镉暴露组(Cd,N=7),高脂饮食组(HFD,N=7),低剂量维生素D组(VD125,N=6),高剂量维生素D组(VD1000,N=6),镉与高脂联合暴露组(HFD+Cd,N=7),低剂量维生素D干预组(VD125+HFD+Cd,N=7),高剂量维生素D干预组(VD1000+HFD+Cd,N=7)。腹腔注射1.0 mg/kg的CdC12,每周两次,干预20周,此剂量相当于人类生存环境的镉暴露剂量。小鼠的股骨、胫骨和椎骨剔除肌肉和软组织后-80℃保存。用Micro-CT对小鼠的右股骨微结构进行分析,左股骨通过三点弯曲实验检测小鼠的骨强度,检测血清中的钙、磷和碱性磷酸酶的含量以及左股骨中钙、磷和镉的含量。RT-qPCR测定右胫骨中RANKL和OPG mRNA表达的变化,探究其可能机制。(2)低剂量镉联合高脂饮食对小鼠糖脂代谢的影响。第一部分的小鼠作为本部分的实验动物。每周记录小鼠的体重;在第18周和第19周分别进行葡萄糖耐量实验(IPGTT)和胰岛素耐量实验(ITT);小鼠麻醉后测量小鼠的体长及腹围;称量并记录小鼠白色脂肪的重量;对白色脂肪和胰腺进行HE染色,对肝脏进行HE染色、油红O染色、Masson染色、PAS染色;全自动生化分析仪测定血脂水平;ELISA方法检测血清胰岛素水平。(3)维生素D对低剂量镉联合高脂饮食小鼠毒作用的影响。第一部分的小鼠作为本部分的实验动物,肌肉注射维生素D3,125或1000 IU/只/周。骨代谢的指标同第一部分;糖脂代谢的指标同第二部分。结果:(1)低剂量镉联合高脂饮食对小鼠骨代谢的影响镉暴露组小鼠体内镉含量明显增加(p<0.01),高脂饮食不影响镉在小鼠体内的蓄积。低剂量镉与高脂饮食联合作用后,小鼠血清碱性磷酸酶水平明显下降,股骨中的钙含量也明显降低。低剂量镉与高脂饮食对小鼠股骨长度无影响,但是HFD+Cd组的股骨重量显著降低(p<0.01);各组之间皮质骨的骨密度无明显差异,HFD+Cd组的皮质骨厚度明显降低(p<0.01);HFD+Cd组的松质骨微观结构受到明显的破坏,骨密度、骨量、连接密度、骨小梁厚度和骨小梁数量显著降低,结构模式因子、骨小梁结构模式指数和骨小梁间隙明显变大。同时,股骨的生物力学实验表明HFD+Cd组的骨强度明显降低,抵抗外力的能力下降。低剂量镉联合高脂饮食下调骨组织OPG mRNA的表达,上调骨组织RANKL mRNA的表达。低剂量镉与高脂饮食对股骨的损伤大于椎骨。(2)低剂量镉联合高脂饮食对小鼠糖脂代谢的影响低剂量镉与高脂饮食干预20周后,小鼠的体长无明显差异;与Control组小鼠相比,HFD组小鼠的腹围明显增加(p<0.05)其余各组小鼠的腹围无明显变化。低剂量镉对正常饮食小鼠的体重无明显影响,却明显降低高脂饮食小鼠的体重(p<0.01)。高脂饮食明显增加白色脂肪含量,低剂量镉明显降低高脂饮食小鼠白色脂肪的含量,但是其含量仍多于正常饮食小鼠(P<0.01)。低剂量镉暴露对正常饮食小鼠的糖脂代谢影响不明显,高脂饮食引起小鼠糖脂代谢紊乱,低剂量镉暴露缓解了高脂饮食小鼠的糖耐量异常和胰岛素抵抗。HFD+Cd组小鼠的IPGTT的AUC明显低于HFD组(p<0.05);高脂饮食小鼠接触低剂量镉后,肝脏中脂滴蓄积明显减少,肝糖原含量增加(p<0.01);低剂量镉暴露导致肝组织结构紊乱、排列异常并出现轻度的纤维化。(3)维生素D对低剂量镉联合高脂饮食小鼠毒作用的影响维生素D不影响镉在小鼠体内的蓄积。高、低剂量的维生素D对正常小鼠股骨的长度、重量、皮质骨及松质骨无影响;HFD+Cd组小鼠给予高、低剂量的维生素D干预后,股骨BMD增加,骨组织微结构得到改善,骨强度增加,上调了骨组织OPG的表达,下调了骨组织RANKL的表达,股骨代谢异常得到一定程度的改善。高、低剂量的维生素D对股骨代谢异常的保护作用无明显差异。高、低剂量的维生素D对正常小鼠的体长、腹围、白色脂肪含量、血脂、肝脏功能和结构、IPGTT、ITT及血清胰岛素水平无明显影响;HFD+Cd组小鼠给予高、低剂量的维生素D干预后,小鼠的糖脂代谢紊乱得到一定程度的改善,但是效果不明显,并且高、低剂量的维生素D的保护性作用无明显差异。结论1、低剂量镉与高脂饮食联合作用上调RANKL/OPG表达加重小鼠的骨代谢异常。2、低剂量镉缓解高脂饮食导致的小鼠糖脂代谢紊乱,具体原因有待进一步探究。3、维生素D一定程度上改善了低剂量镉联合高脂饮食造成的小鼠骨代谢异常和糖脂代谢紊乱。