研究背景:骨质疏松是一种以骨量减少和骨质脆化易骨折为特征的疾病,随着人口的老龄化和生活习惯的改变,骨质疏松已经威胁到了全球2亿人的健康,并且其发病率将不断增高。因此,骨质疏松的预防和治疗是现今研究的热点。运动疗法已经被证实是预防和缓解骨质疏松,改善骨代谢的简单、有效的手段,但其具体机制尚不明确。研究目的:为了探究跑步运动对下肢长骨结构的影响及其作用机制,我们设计了本研究。本研究分为两部分。第一部分:中等强度跑步运动导致小鼠下肢长骨骨量增加和骨祖细胞募集。方法和结果:为了探究中等强度跑步运动对小鼠下肢长骨骨量的影响及其细胞学机制,我们将C57BL/6小鼠分为对照组和中等强度跑步运动组进行5周的跑步训练。胫骨的Micro-CT检查发现跑步运动组小鼠的骨体积/组织体积和骨小梁数量明显增高而骨小梁间隙明显减小。组织化学染色结果显示跑步运动组小鼠胫骨松质骨内膜表面OCN阳性细胞数量显著高于对照组,而TRAP阳性细胞数量在两组之间无显著差异。流式细胞分选发现两组之间骨髓间充质干细胞数量无显著差异而跑步运动组的骨内膜骨祖细胞的数量显著增多。免疫荧光染色结果也与之相符。其结果显示跑步运动组的小鼠胫骨松质骨骨内膜表面Osterix阳性骨祖细胞数量显著高于对照组。最后,CFU-F试验和茜素红染色的结果也表明跑步运动组的细胞集落数和茜素红染色强度显著高于对照组。最后,免疫荧光染色结果表明跑步运动组的小鼠胫骨松质骨骨内膜表面Osterix阳性骨祖细胞数量显著高于对照组。结论:本部分研究的结果表明,中等强度的跑步运动使松质骨内膜表面骨祖细胞数量增加且成骨分化能力增强。第二部分:应力刺激激活成骨细胞ERK通路促进CCL2的表达增强BMSCs的迁移。方法和结果:为了探究跑步运动导致骨量增加的作用机制,我们对GSE50707及GSE22286两个开放数据集进行了分析,通过蛋白互相作用网络聚类分析、绘制热图和时间-表达水平折线图我们发现,在应力刺激作用下,骨组织内多种趋化因子包括CCL2,CCL7,CXCL1,CXCL13,CXCL16等明显上调。我们利用实时定量聚合酶链式反应（real-time quantitive polymerase chain reaction,qRT-PCR）和免疫印迹试验（western blot,WB）,结合免疫组织化学染色的结果,筛选出CCL2作为参与运动后参与调控干细胞募集的关键分子。qRT-PCR和WB试验结果表明,ERK通路在牵拉应力刺激后的成骨细胞系MC3T3-E1中被激活,而ERK通路特异性抑制剂U0126能抑制CCL2的表达。划痕试验表明U0126能抑制牵拉刺激的条件培养基对BMSCs迁移的促进作用,而加入CCL2能“挽救”这一抑制作用。结论:综上所述,我们证明了在应力刺激作用下,成骨细胞内ERK通路被激活,从而促进了趋化因子CCL2的表达,从而增强了干细胞迁移和在成骨表面的募集作用,最终促进了骨量的增长。