目的:随着时代的发展肥胖作为一个全球性的公共卫生问题越来越受到人们的关注。代谢手术作为一种有效的减重方式,在改善肥胖患者的体重方面效果显著同时能降低肥胖相关疾病的发生及发展,然而代谢手术背后却藏着对骨代谢的深远影响,这一影响也不容忽视。越来越多的证据表明目前最常见的两种代谢手术,胃旁路手术（RYGB手术）及袖状胃手术（SG手术）都会造成骨代谢异常。依据目前研究,代谢手术后可能引起的骨代谢的改变机制包括肠道结构的改建进而影响养分的吸收﹑体重改变造成的机械负荷变化及一些胃肠内外分泌的激素﹑脂肪因子等的改变。肠道菌群经过漫长的跟人类共同进化的过程,已经跟人类密不可分,近年来肠道菌群被证实与许多疾病的发生发展均息息相关。肠道菌群通过许多途径调节宿主的骨代谢,其与宿主间存在着千丝万缕的联系。肠道菌群本身的定植及其产生的代谢产物,可作用于肠道内分泌细胞及神经系统,进而改变肠道通透性及免疫系统。同时代谢手术后由于肠道解剖结构及生理的改变能够造成肠道菌群多样性及门属的变化。已有很多研究证实代谢手术后肠道菌群的改变影响着前期及远期的体重下降﹑脂代谢的改善及胰岛功能的变化。但目前其与代谢手术后骨代谢的关系仍未有相关的研究。细胞自噬（autophagy）作为细胞程序性死亡中的一种,于诸多的生理和病理环节之中起到了尤为关键性的作用,近些年有关探究表明自噬与骨代谢密切相关,许多因素可以通过激活或抑制自噬途径作用于成骨细胞或破骨细胞,对骨代谢起到不同的作用。目前自噬对骨代谢的研究结果暂不一致,或许因为过分的激活以及抑制自噬都会造成细胞出现损伤,适宜的自噬调节对成骨细胞活性水平有着较好的推动效果。因此选择合理的自噬调节剂,将自噬调整在一个适当的范围将成为自噬调节途径预防及治疗骨质疏松的关键问题。肠道菌群本身及其代谢物通过多种机制影响宿主的骨代谢,短链脂肪酸作为肠道菌群的主要代谢产物起着非常重要的作用,丁酸作为短链脂肪酸的一员,于各个疾病形成以及变化方面起到了关键性的作用,其作为肠道菌群作用于膳食纤维所产生的代谢产物,已被证明具有体内外预防骨质疏松的作用。它的保护价值同成骨细胞分化以及矿化等息息相关。但具体的机制有待于进一步研究。本课题拟在上述研究基础上,深入研究代谢手术后引起的肠道菌群改变及代谢产物的变化,同时了解上述变化与骨代谢的关系,同时研究自噬及其相关通路在其中发挥的作用。完善代谢手术后的骨代谢异常的原因及具体机制,对于代谢手术后骨代谢异常的防治具有重要的理论意义及现实意义。研究方法:1.采用高脂诱导的雄性SD大鼠随机分为4组分别进行相应手术,A组:行袖状胃假手术;B组:行袖状胃手术;C组:行胃旁路假手术;D组:行胃旁路手术;2.酶联免疫吸附试验（ELISA法）测定大鼠血清OCN、CTX1水平。3.双能X射线测定代谢手术后各组大鼠各部位骨密度及骨矿盐含量。4.骨生物力学测定各组大鼠胫骨的最大弯曲载荷﹑最大弯曲应力﹑弹性模量。5.Micro CT检测大鼠的BV/TV水平,Tb.Th指标以及Th.n、Tb.Sp的差异。6.各个大鼠的脱钙骨结构予以HE染色检测骨整个的架构改变,ALP染色得到成骨细胞活性情况,TRAP染色则用于掌握其破骨细胞的活性水平,免疫组化则可以用于反馈RANKL以及OPG等的表达水平。7.Western blot分析各个组的大鼠自噬有关蛋白LC3 I/II、P62、Beclin-1等的蛋白表达水平。8.免疫组化检测Beclin-1的表达水平及部位。9.应用16s RNA测序技术检测代谢手术引起的肠道菌群的改变。10.应用液相色谱-质谱分析方法检测RYGB手术及其假手术组肠道菌群代谢产物的改变。11.应用茜素染色及ALP染色观察各组处理后成骨细胞的骨分化及矿化。12.Western blot方法测定不同处理因素作用下自噬相关蛋白表达情况及m TOR磷酸化改变。结果:1.SG及RYGB两种代谢手术均可引起血清骨生成标志物OCN水平下降、骨吸收标志物CTX1水平增加。2.RYGB手术可引起大鼠全身及下肢骨密度下降,SG及RYGB两种代谢手术均可引起脊柱及全身骨矿盐含量减少。RYGB手术即影响了大鼠的骨强度即最大弯曲载荷（N）也影响了骨的刚度即最大弯曲应力（MPa）,SG手术仅对其强度有影响。两种代谢手术均改变大鼠多方面的骨微结构。3.两种代谢手术均能引起成骨细胞活性标志物ALP染色减少,破骨细胞活性标志物TRAP染色增加。RANKL表达显著上调,OPG表达显著下调。4.两类手术方式都会诱发自噬关键蛋白Beclin 1及LC3等的表达明显降低,P62等蛋白则大幅攀升。5.肠道菌群检测结果提示,RYGB代谢手术组与其假手术组相比其物种的多样性减少,主要为低丰度物种数目减少为主。在门水平上分析显示,RYGB术后厚壁菌门减少,而拟杆菌门﹑变形菌门及疣微菌门有所增加。在属水平上分析显示,进行差异统计分析,可见RYGB术后下降显著﹑丰度较高同时与负性骨代谢指标变化相一致的几种菌属同属于厚壁菌门的梭菌纲,切结合文献其与骨代谢的变换密不可分。因此厚壁菌门中相关菌属的减少可能与代谢手术后骨代谢的改变相关,如能够干预相关菌群或能成为代谢手术后骨代谢异常的治疗靶点。6.RYGB能够引起肠道菌群的代谢组学的改变,这些存在差异的代谢物主要分类为脂类和类脂分子及有机酸及其衍生物。下调明显的亚精胺﹑异石胆酸及熊去氧胆酸有望成为代谢手术后骨代谢异常的代谢标志物。7.同时将上述代谢物通过KEGG数据库进一步分析,影响的代谢通路主要集中于三大营养物质的代谢。同时发现丁酸代谢通路受影响较大,其可能与代谢手术后骨代谢异常相关。8.丁酸引起自噬关键蛋白Beclin 1及LC3等的表达明显攀升,P62等蛋白则大幅降低,此外也对m TOR蛋白磷酸化表现有着一定的抑制作用。成骨细胞自噬水平变化明显,且m TOR信号通路参与其中。9.丁酸及雷帕霉素刺激后均能够引起成骨细胞骨分化标志物ALP染色增强,矿化标志茜素染色增强。通过加用3-MA后能减弱上述变化。结论:1.代谢手术后骨代谢改变可能与成骨细胞的自噬水平变化相关。2.肠道菌群及其代谢产物的改变可能是代谢手术后骨代谢异常的原因之一。3.代谢手术后肠道菌群的变化可能引起体内丁酸代谢的改变,其通过m TOR信号通路调节自噬引起成骨细胞骨分化及矿化。