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研究背景及目的:铁是人体必需的微量矿物质元素,但其过量,即出现铁超载时,就会导致活性氧的产生,从而引发细胞和组织损伤。近年来,研究发现铁超载是引发骨质疏松的危险因素,它会破坏骨重塑过程,既能促进成骨细胞凋亡抑制骨形成,还能抑制破骨细胞的生长,促进骨吸收。最近的研究表明,铁超载还可能参与了废用性骨质疏松症的发生。例如,在太空飞行,卧床休息和大鼠后肢卸载等骨骼废用情况下,会发生明显的骨质流失,铁代谢也会发生变化,主要表现为体内铁储存量的增加和循环铁含量的降低。冬眠动物是一种天然的抗废用性骨质疏松动物模型,但其在冬眠过程中是否会发生铁超载,目前还未进行过相关研究。为了探究铁代谢是否参与了冬眠动物冬眠时期骨骼的适应和维持,本研究以冬眠达乌尔黄鼠（Spermophilus dauricus）为研究对象,通过测定冬眠不同时期达乌尔黄鼠股骨和肝脏组织中的铁含量,铁代谢变化,探讨冬眠不活动对骨骼铁代谢的影响,及其在冬眠期间抗废用性骨质疏松症中的可能作用。本研究是从铁代谢角度探讨冬眠动物在历经数月的冬眠不活动情况下骨骼维持机制的首次尝试。研究方法:本研究将达乌尔黄鼠分为夏季活跃组（summer active group,SA）、深冬眠组（late torpor group,LT）和出眠组（post-hibernation,POST）,以其股骨与肝脏为实验对象。使用Micro-CT技术检测股骨微观结构的变化;采用电感耦合等离子体发射光谱法测定股骨和肝脏组织中的总铁含量;运用普鲁士蓝染色对股骨和肝脏组织中的铁沉积颗粒进行检测;应用Western blot方法检测股骨和肝脏中转铁蛋白受体1（Transferrin Receptor 1,TfR1）,骨形态发生蛋白（Bone Morphogenetic Protein 6,BMP6）,膜铁转运蛋白（Ferroportin-1,FPN1）,二价金属转运蛋白（Divalent Metal Transporter 1,DMT1）,小热休克蛋白（Heat Shock Protein Beta-1,HSPB1）以及铁蛋白（Ferritin）等与铁代谢以及铁稳态相关蛋白的表达水平。研究结果:1.冬眠期间达乌尔黄鼠股骨组织微观形态结构和骨量的变化（1）松质骨微结构变化:与夏季组相比,出眠组中达乌尔黄鼠的骨小梁连接密度显著降低了82%（P≤0.01）;结构模式指数显著升高99%（P≤0.05）。其余骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁间隙以及骨小梁数目在冬眠期间均未发生显著改变。（2）密质骨微结构变化:密质骨微结构测量包括皮质面积、总面积、骨髓面积、皮质厚度、皮质孔隙以及极惯性矩,在冬眠期间均未发生显著变化。（3）骨矿物密度,骨矿物含量,组织矿物密度和组织矿物含量的变化:与夏季组相比,出眠组中骨矿物密度和组织矿物密度分别显著降低25%（P≤0.01）和5%（P≤0.05）;骨矿物含量和组织矿物含量在冬眠期间均无显著变化。2.冬眠期间股骨和肝脏组织中总铁含量变化（1）股骨组织中铁含量变化:与夏季组相比,深冬眠组中达乌尔黄鼠股骨组织中总铁含量显著降低59%（P≤0.001）;与夏季组相比,出眠组中股骨铁含量显著降低49%（P≤0.01）。（2）肝脏组织中铁含量变化:与夏季组相比,深冬眠组中达乌尔黄鼠肝脏组织中铁含量显著降低45%（P≤0.01）;与冬眠组相比,出眠中肝脏铁含量显著升高83%（P≤0.01）。3.冬眠期间肝脏和股骨中铁沉积的变化（1）股骨铁染色结果:与夏季组相比,深冬眠组中股骨铁染色阳性颗粒面积显著减少87%（P≤0.01）;与深冬眠组相比,出眠组中股骨铁染色阳性颗粒面积显著增大661%（P≤0.01）。（2）肝脏铁染色结果:深冬眠组中肝脏铁染色结果呈阴性,因此冬眠期间肝脏铁染色结果不进行统计。4.冬眠期间股骨和肝脏组织中铁代谢及铁稳态相关蛋白表达水平的变化（1）股骨组织中铁代谢及铁稳态相关蛋白的表达变化:与夏季组相比,深冬眠组中TfR1的表达水平显著上调81%（P≤0.05）。与深冬眠组相比,出眠组中TfR1的表达水平显著下调47%（P≤0.05）;与深冬眠组相比,出眠组中Ferritin的表达水平显著上调167%（P≤0.01）。股骨组织中DMT1,BMP6,FPN1,HSPB1的表达水平在冬眠期间均无显著变化。（2）肝脏组织中铁代谢及铁稳态相关蛋白的表达变化:与夏季组相比,深冬眠组中Ferritin的表达水平显著下降98%（P≤0.05）。肝脏组织中DMT1,BMP6,FPN1,HSPB1的表达水平在冬眠期间均无显著变化。研究结论:1.达乌尔黄鼠在长期冬眠不活动（深冬眠时）的情况下没有出现明显的骨质疏松,也没有发生铁超载。但在出眠时,发生了轻微的骨质流失并伴随着铁含量的明显回升,由于并不超过夏季时的铁水平,因此出眠时的轻微骨质疏松与铁超载无关。2.深冬眠时,肝脏组织中铁储存蛋白（Ferritin）显著下调,介导体内低铁含量,此时股骨组织中铁吸收蛋白（TfR1）通过负反馈调节,增加了股骨铁吸收能力,避免骨铁含量过低。出眠时,股骨组织Ferritin显著上调,说明股骨铁含量得以回升,而此时TfR1则显著下调。此外,其余与铁代谢以及铁稳态相关的蛋白包括DMT1,BMP6,FPN1,HSPB1在冬眠期间的稳定表达可能是达乌尔黄鼠避免铁超载的原因之一。