骨钙素的研究进展及其与运动的联系

骨钙素的研究进展及其与运动的联系
1、骨钙素概述：
骨钙素 (osteocalcin，OC)也称为骨γ——梭基谷氨酸蛋白 (boneγ——carboxyglutamicacid一containingprotein，BGP)或骨Gla蛋白、骨依赖维生素K蛋白，是主要由非增殖期成骨细胞特异合成分泌的一种非胶质骨蛋白，少量由成牙质细胞和肥大软骨细胞分泌，故亦称骨钙蛋白。

它大部分沉积于骨组织细胞外基质中，部分弥散人血循环，经肾脏排出[1]。

它首先由Hauschka 从鸡骨（1975 年）、Price 从小牛骨（1976 年）中分离提取，并鉴定了该物质的化学结构，取名为骨钙素。

本文仅就骨钙素的一般研究新进展及其与运动的联系作一综述。

2、骨钙素的生理作用：
2.1早期研究骨钙素的确切生理功能尚不完全清楚。

目前根据对其化学结构的研究及一些早期体外研究，认为其主要生理功能是维持骨的正常矿化速率，抑制异常的经磷灰石结晶的形成，抑制生长软骨的矿化速率[2]。

离体研究证实，骨钙素是后期成骨细胞分化的标志，骨钙素增加伴随着矿化和成骨细胞的分化。

有人作细胞培养对比实验发现，当细胞达到融合时，成骨细胞产生极少量的碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素，基质矿化开始时，碱性磷酸酶活性增加，接着有骨钙素的少量合成，矿化结束后，碱性磷酸酶活性迅速降低，而骨钙素在整个培养过程中保持了高水平，因此认为骨钙素要么限制矿化要么参与骨更新的调节。

而直接的证据是在人成骨细胞培养中的发现，维生素K2使培养基中的骨钙素释放减少，而使细胞外基质骨钙素堆积增多（即刺激骨钙素-羧基化），同时伴随浓度的增加（即细胞外基质的矿化增加），证实谷氨酸羧基化的骨钙素堆积与矿化是同时发生的。

骨钙素保持正常矿化作用的机理，包括抑制前矿化相新羟磷灰石结晶的形成和血清钙离子和磷酸盐向骨的流动。

2.2 近期研究一些体外试验发现，骨钙素的羧化末端对破骨细胞的前体(单核细胞)有化学诱导作用，骨钙素参与破骨细胞的趋化与分化，可能具有调节骨吸收的作用。

在体和离体实验表明，骨钙素涉及骨细胞吸收或趋化性的募集和活化，当皮下植入缺乏骨钙素骨颗粒时，显示骨祖细胞募集的减少及骨粒周围多核性破骨细胞样细胞的减少；又有人认为骨钙素量与骨吸收无明显联系。

Bodine等发现，人成骨细胞确实表达骨钙素受体，属于G蛋白耦连受体超家族成员，
通过与成骨性谱系细胞的骨钙素受体结合而抑制成骨细胞的活性[3]
2.3与骨形成的关系：1996 年Ducy 等应用胚胎干细胞技术，通过转基因突变，第一次成功地制造出缺乏骨钙素小鼠模型，这一实验证实突变鼠产生更多的骨量，其生物力学性能更好。

进一步去除卵巢，对其前后骨组织学及组织形态学进行研究显示，骨钙素的缺乏可引起骨形成的增加，而不影响骨矿化及骨的吸收，该实验第一次提出了令人信服的证据，即骨钙素是骨形成的决定因素，它对成骨细胞活性和骨形成产生负面影响。

但该实验没有进一步探讨当加入骨钙素时是否可以阻上这种转基因小鼠的骨形成。

2.4最近研究发现：骨钙素可能有助糖尿病治疗。

据加拿大《环球邮报》2007年8月9日报道哥伦比亚大学的研究人员发现，某些骨细胞会产生一种叫骨钙素的激素，通过以前不为人知的机制控制血糖和脂肪的代谢。

[4]骨钙素在增加胰岛素分泌的同时，也能提高胰岛素的敏感性，这使其有可能成为理想的糖尿病治疗方法。

[5]
3、运动对骨钙素的影响：
运动作为一种负荷刺激，对骨代谢产生重要影响，而骨钙素作为骨更新的特异性标志必然对不同运动产生不同反应，现分述如下：
3.1 力量性训练的影响
3.1.1 一次性短时训练血骨钙素的变化
短时的力量训练对血骨钙素的影响由于训练的对象、方法、强度等不同而产生不同变化。

年轻男性运动员采用改良的Wingate 试验法，分别测量训练前、训练后5 分钟、60 分钟的血骨钙素，显示训练前后骨钙素无显著变化；而对非运动员的测量发现血骨钙素训练即刻出现升高、下降或不变，这种差异表现出实验对象及训练方法的不同，其中年轻的男性女性表现为下降（P < 0.01），而老年男性则表现为上升，这可能与不同年龄对训练的耐受不同有关。

3.1.2 长期力量训练对血骨钙素的影响
研究表明，老年男女性经过长期抗阻训练（16 周，3 次/周），血骨钙素前后无显著变化，显示成骨细胞活性变化不大，也说明这种训练对骨改建起平衡作用；中年女性在长期力量训练后（18 个月，1 小时/ 天，3 天/ 周），血骨钙素水平从5 个月后一直保持高水平（P < 0.05），同时骨矿密度（BMD）测定显示局部BMD 增加而整体BMD 无变化，其结果是引起局部骨形成的增加；同样年轻男性经长期力量训练后（4 个月，3次/ 周，45 分钟/ 天），也可从训后第1 个月至结束显著增加血骨钙素水平（P < 0.01）；一个更加可信的是Kim 等所作的实验，他们采用格板电击刺激笼，配备照明抓杆，成功地制造了成年大鼠力量性训练
模型，模拟出涉及全身主要肌肉的等长等张收缩动作，通过8 周的熟悉训练和随后的6 周负重训练后，分离测定骨钙素mRNA，结果显示训练雄鼠的mRNA表达水平是对照鼠的四倍多（P < 0.01），这表明长期的力量训练刺激了骨的形成。

3.2 耐力性训练的影响
3.2.1 一次性耐力训练对血骨钙素的影响
大多数研究表明，一次性耐力训练（包括跑台，功率自行车，慢跑，快速步行等，运动量50%VO2max，时间在30—90 分钟之间）对训练后即刻的血骨钙素无显著性影响，但也有报道是下降或升高，在下降的报道中，如果考虑到血浆容积在训练中减少而训后增加这一变化时，血骨钙素的浓度又无大的变化；对血骨钙素的持续性影响显示，一次运动后1 小时增高，24 小时或更长的时间后又恢复正常水平，这说明一次性耐力训练对血骨钙素的长时性影响作用不大。

3.2.2 长期耐力训练对血骨钙素的影响
动物实验所进行的组织形态计量研究表明，长期耐力训练（80%VO2max，1 次/ 天，5 天/ 周，共11 周跑台训练）可使雄性大鼠胫骨的成骨性受到损害。

Horcajada 等采用长期跑台训练（15 周，60%VO2max），研究其对睾丸切除后年轻大鼠（6 周龄）股骨的影响，结果显示训练结束后血骨钙素在每组动物中（包括对照组）较训前均下降（均P < 0.01），说明5 月龄大鼠较6 周龄的骨改建过程减慢，而同时对训练组与对照组的训后对比发现，二者血骨钙素无明显差异，进一步表明，影响骨改建的是生长因素而不是训练因素。

而对人的研究则认为，长期的耐力训练可引起血骨钙素的下降，在本研究中，正常老年男性进行功率自行车训练（70%VO2max，1 小时/ 天，4 天/周），6 周后，测得血骨钙素较训练前有显著性减少（P <0.01）。

但是欧阳梅在越野行走对老年人骨密度和骨代谢指标的影响的实验中发现：越野组的受试者骨密度(BMD)，血清骨钙素(BGP).血清骨钙素碱性碑酸醉(ALP)与非运动对照组相比明显升高。

[6]
3.3运动对安静状态下血骨钙素的影响
在安静状态下运动员与非运动员血骨钙素存在着截然不同的结果，有人认为[7]，运动员的基础水平高于非运动员（P< 0.001），而另有人证明[8]，运动员血骨钙素比普通人低10.7%（但无显著性，P = 0.09）。

这种差异的存在在于所选对象的年龄及运动方式的不同，前一种是羽毛球运动员，平均年龄21.5 岁，而后一种是长距离跑运动员，平均年龄32岁，因此，运动员的基础血骨钙素水平是高于还是低于非运动员，仍不能确定，需进一步研究证实。

由以上可知，运动对血骨钙素的影响因训练方式、训练时间及训练者年龄不同而存在差异，一般地，力量性训练增加血骨钙素的水平，而耐力性训练减少骨钙素或对骨钙素水平无显著影响，这或许说明，训练中的每次运动量比运动次数更能引起血骨钙素的变化。

4、综上所述：
骨钙素是由成骨细胞分泌的一种非胶原蛋白，尽管它的生理作用仍没有完全确定，但它作为骨更新的特异标志已被广泛应用于临床；运动对骨钙素的影响结果不尽一致，其原因是多方面的，今后除加强对这一研究的同时，还应探讨局部的运动损伤是否对骨钙素产生影响，这是有待研究的课题。

参考文献：
[1]蔡桂英，葛雪琳，等.血清骨钙素水平的观察[J〕.中国骨质疏松杂志，1 999，5(2):29一32
[2]李恩，薛延，等.骨质疏松鉴别诊断与治疗〔M」.北京:人民卫生出版社，2005.
[3]Bodine PV，KommBS. Evidence thatconditionallyimmortalizedhuman os teoblastsexpressanosteocalcinreceptor[J」.Bone，1999 25:535 一 543。

[4]加拿大《环球邮报》2007年8月9日报道。

[5] 加拿大《环球邮报》2007年8月9日报道。

[6] 欧阳梅《越野行走对老年人骨密度和骨代谢指标的影响》北京体育大学学报2007年8月第30卷第8期1065-1066页。

[7]Nishiyama S.Tomoeda S，et al.Differences in basal and postexerciseosteocalcin levels in athetic and nonathletic humans.Calcif TissueInt.1988；43：150-154
[8] H.Brahm，K.Piehl-aulin，et al.Bone metabolism in endurancetrained athletes：
A comparison to population-based controls basedon DXA，SXA，quantitative ultrasound，and biochemical markers.Calcif Tissue Int.1997；61：448-454.。