镉（Cd）是一种有毒性的重金属,也是广泛存在于环境中的一种污染物。有研究发现,环境中的镉暴露水平与骨量的改变有密切联系。之前研究认为破骨细胞和成骨细胞参与的骨形成和骨吸收平衡决定了骨量高低,而越来越多的研究表明骨细胞因具有强大的生理调控能力在骨的合成代谢中也发挥了重要的功能,其活性或数量的变化均会引起骨重建失衡,引发骨质疏松类疾病。近年来研究发现自噬在骨组织动态平衡过程中发挥重要作用,自噬可以作为一种保护机制,在保护机体免受各种刺激侵害方面发挥着自适应作用。在机体缺血、结蛋白相关性心肌病以及萎缩引起的心力衰竭等疾病中,自噬发挥了保护作用。然而,长期镉暴露对骨损伤的影响及其过程中自噬的保护作用尚不明确。本试验以小鼠MLO-Y4骨细胞系为模型,研究了镉对骨损伤影响及其过程中自噬发挥的保护效应,为防治镉对骨的毒性作用提供新思路。1.镉暴露对小鼠骨组织及其血清和尿液的影响将33只5周龄雌性BALB/c小鼠随机分为三组,分别饮用浓度为0、5、25 mg/L的镉水,持续饮水16个月,每周统计饮水和采食量。试验结束后,采集小鼠血清和尿液,剖杀采集骨组织。利用生化仪测定血清碱性磷酸酶（ALP）活性和血清钙、磷（Ca、P）含量及尿液中镉、Ca和P含量,原子吸收分光光度法测定尿液中镉元素含量,石蜡切片观察后肢骨病理变化,免疫组化观察后肢骨中LC3、ATG5、ATG7蛋白的分布及表达量变化,使用代谢组学的方法分别检测小鼠血清和尿液代谢物质的变化,免疫印迹法（Western blot）检测骨组织中自噬特征蛋白和PI3K/AKT/mTOR信号通路蛋白的表达量变化。结果显示:①随着饮水中镉的浓度升高,体重及日粮摄入量组间差异不明显,而镉摄入量显著增加,染镉组血清ALP活性和尿液中镉、Ca、P含量呈剂量依赖性升高,其中,5 mg/L组和25 mg/L组尿液镉、P、血清ALP活性和25 mg/L组尿液Ca含量均差异显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）,机体可能对Ca、P的吸收能力减弱;②随着饮水中镉的浓度升高,骨的微观结构改变,胫骨的骨小梁变细变稀疏,骨质流失增加;③与对照组相比,染镉组骨硬质中自噬相关蛋白LC3和ATG5蛋白含量上升;④与对照组相比,5 mg/L和25 mg/L染镉组代谢物有分离趋势,其中血清代谢物5 mg/L和25 mg/L染镉组之间有交叉,分离不显著,尿液代谢物25 mg/L染镉组空间距离较5 mg/L染镉组远,差异更显著,说明浓度梯度的镉水饲喂小鼠对小鼠的代谢物有不同的影响,分离越显著说明影响越大;⑤与对照组相比,染镉组与骨质代谢类疾病的发生有关类固醇类激素和赖氨酸代谢通路受到影响;⑥25 mg/L镉组骨组织中自噬特异性蛋白P62、p-PI3K、p-AKT、p-mTOR表达量极显著下降（P<0.01）,而LC3 Ⅱ表达量极显著升高（P<0.01）,5 mg/L镉组P62蛋白表达量下降显著（P<0.05）,LC3 Ⅱ蛋白表达量极显著升高（P<0.01）。结论:①长时间镉暴露能降低动物机体对Ca、P元素的积累,增加血清中ALP的活性,破坏骨微观结构,引起骨损伤;②长时间镉暴露后骨硬质中自噬蛋白的表达量升高;③镉可能通过影响血液和尿液中的代谢物质进而加剧骨质代谢类疾病的发生。④镉暴露后骨组织中的自噬特征蛋白的表达量升高,PI3K/AKT/mTOR信号通路间接调控骨组织细胞自噬。2.镉暴露对小鼠MLO-Y4骨细胞系的影响分别用0、20、40、80 μM镉浓度处理MLO-Y4细胞,显微镜观察细胞的形态变化,Western blot分别检测自噬特征蛋白LC3、P62的表达。在此基础上,Western blot分别检测ATG5、ATG7和PI3K/AKT/mTOR信号通路蛋白的表达。使用自噬激活剂雷帕霉素,显微镜观察细胞形态的变化,Western blot分别检测自噬特征蛋白LC3、P62蛋白的表达。结果显示:与对照组相比①80 μM镉处理6 h细胞形态发生明显变化,细胞树突变短,细胞变圆;②80 μM镉处理组LC3蛋白表达量极显著升高（P<0.01）,P62蛋白表达量极显著降低（P<0.01）;③80 μM镉处理组ATG7和ATG5蛋白表达量显著升高（P<0.05）或极显著升高（P<0.01）;④80 μM镉处理组p-AKT、p-PI3K和p-mTOR蛋白表达量显著降低（P<0.05）或极显著降低（P<0.01）;⑤与染镉组相比,雷帕霉素与镉共处理组细胞形态变化的趋势有所缓解;⑥与对照组组相比,雷帕霉素与镉共处理组LC3蛋白表达量极升高（P<0.01）且高于染镉组,P62蛋白表达量显著降低（P<0.05）且低于染镉组。总结:①长时间镉暴露可以使骨细胞形态发生变化并发生自噬,PI3K/AKT/mTOR信号通路可以调控镉对骨细胞的毒性过程中的自噬水平。②自噬在镉对骨细胞毒性过程中具有保护作用,进一步增强自噬水平可以缓解镉对骨细胞的毒性。