模擬失重大鼠動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞凋亡與增殖的變化及間斷性人工重力的影響.pdf

1、航天飛行與地面臥床實(shí)驗(yàn)結(jié)果均提示，航天員在失重環(huán)境停留時(shí)間愈長(zhǎng)，返回地面后，以立位耐力不良和運(yùn)動(dòng)能力下降為標(biāo)志的心血管功能失調(diào)就愈嚴(yán)重。有關(guān)立位耐力不良發(fā)生機(jī)理的研究工作表明，其發(fā)生涉及多重機(jī)制：首要因素是全身血容量的減少，還包括下肢靜脈系統(tǒng)順應(yīng)性降低，前庭功能改變和心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能改變等。近年來人體實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)相關(guān)研究工作均提示，動(dòng)脈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的差異性區(qū)域性重建可能在立位耐力不良的發(fā)生中發(fā)揮重要作用。國(guó)內(nèi)外已有的工作表明在上半身

2、或者前半身，機(jī)體動(dòng)脈血管持續(xù)處于較1G直立體位相對(duì)升高的“高血壓”狀態(tài)，動(dòng)脈發(fā)生肥厚性變化，血管管壁及中膜增厚，平滑肌細(xì)胞層數(shù)增多，大腦動(dòng)脈的肌源性緊張度增強(qiáng)，動(dòng)脈的收縮反應(yīng)性增強(qiáng)；而在下半身或者后半身，機(jī)體動(dòng)脈血管處于較1G直立體位相對(duì)降低的“低血壓”狀態(tài)，血管中膜萎縮，管壁變薄，動(dòng)脈的肌源性緊張度減弱，動(dòng)脈的收縮反應(yīng)性亦減弱。我們實(shí)驗(yàn)室前期工作發(fā)現(xiàn)：血管平滑肌離子通道機(jī)制與血管組織局部腎素-血管緊張素系統(tǒng)可能是介導(dǎo)模擬失重所致血管區(qū)

3、域性特異性適應(yīng)變化的重要調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
　　目前，航天飛行活動(dòng)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)為主的對(duì)抗措施并不能完全有效預(yù)防長(zhǎng)時(shí)間航天飛行所致的立位耐力不良的發(fā)生，要保證長(zhǎng)期航天任務(wù)的完成，需要發(fā)展新的對(duì)抗措施。我們?cè)诘孛鎰?dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：每日短時(shí)（1h）-GX重力（恢復(fù)站立體位），模擬間斷性人工重力（intermittent artificial gravity，IAG），能很好的防止模擬失重致心血管結(jié)構(gòu)功能改變。短期（3天）和中期（28天）

4、模擬失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1h/d的-GX可有效防止模擬失重大鼠動(dòng)脈系統(tǒng)（包括彈力型大動(dòng)脈和中、小肌型動(dòng)脈）結(jié)構(gòu)和功能的變化，有效防止管壁肥厚性或萎縮性改變與防止中小動(dòng)脈肌源性緊張度和收縮反應(yīng)性的改變。因此，IAG可能是將來長(zhǎng)期航天飛行中一種理想的對(duì)抗措施。截至目前，對(duì)模擬失重及間斷性人工重力對(duì)抗所致動(dòng)脈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變的具體機(jī)制仍不完全清楚，值得進(jìn)一步研究。
　　增殖、分化與凋亡是組織器官細(xì)胞數(shù)量保持相對(duì)恒定的基本要素，在模擬失

5、重狀態(tài)下動(dòng)脈系統(tǒng)的區(qū)域性特異性重建以及間斷性人工重力對(duì)抗所致動(dòng)脈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的改變是否與細(xì)胞的增殖和凋亡相關(guān)，以及具體的機(jī)理和調(diào)控機(jī)制皆不清楚，相關(guān)方面的研究工作亦未見報(bào)道。本工作采用國(guó)際通用的“尾部懸吊大鼠模型”觀察了模擬失重大鼠動(dòng)脈系統(tǒng)平滑肌細(xì)胞凋亡與增殖的變化情況，以及1h/d恢復(fù)正常站立體位模擬IAG對(duì)動(dòng)脈系統(tǒng)血管平滑肌細(xì)胞凋亡與增殖的影響。實(shí)驗(yàn)中用TUNEL染色和M30染色方法觀察凋亡事件的發(fā)生，用免疫組織化學(xué)和蛋白免疫印跡分

6、析方法研究動(dòng)脈血管組織中凋亡與增殖相關(guān)蛋白Caspase3、Fasl、Bad、Bcl-2和PCNA的表達(dá)與定位，并檢測(cè)了PDGFA、PDGFRA和VEGF等生長(zhǎng)因子的表達(dá)。
　　本工作的主要發(fā)現(xiàn)如下：
　　第一部分21天模擬失重可致大鼠前/后身動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡狀態(tài)發(fā)生區(qū)域特異性的改變
　　模擬失重21天后，與對(duì)照組（CON）比較，懸吊組（SUS）大鼠頸總動(dòng)脈和股動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞M30染色陽(yáng)性細(xì)胞分別減少和增多；

7、SUS大鼠股動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞TUNEL染色陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)增多，胸主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞TUNEL染色陽(yáng)性細(xì)胞率減少(P<0.05)；SUS大鼠胸主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白Caspase3(P<0.01)、Bad(P<0.01)和Fasl(P<0.05)的表達(dá)減少，Bcl-2和PCNA的表達(dá)增加（P<0.05）；而腹主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白Caspase3（P<0.05）、Fasl（P<0.05）和Bad的表達(dá)增多，Bcl-2（

8、P<0.05）與PCNA（P<0.01）的表達(dá)減少。綜上所述，模擬失重21天后，大鼠前半身動(dòng)脈血管組織平滑肌細(xì)胞凋亡減少，增殖增加；后半身動(dòng)脈血管組織平滑肌細(xì)胞凋亡增多，增殖減少。
　　第二部分21天模擬失重可致大鼠前/后身動(dòng)脈血管組織PDGFA、PDGFRA和VEGF的表達(dá)發(fā)生區(qū)域特異性適應(yīng)改變
　　采用Western-blot分析方法，檢測(cè)了21天模擬失重大鼠前/后身動(dòng)脈血管組織PDGFA、PDGFRA和VEGF的表達(dá)。

9、與CON比較，SUS大鼠胸主動(dòng)脈血管組織PDGFA（P<0.01）、PDGFRA（P<0.01）和VEGF（P<0.05）的表達(dá)增強(qiáng)；腹主動(dòng)脈血管組織PDGFA、PDGFRA和VEGF的表達(dá)減弱（P<0.01）。綜上，模擬失重致動(dòng)脈系統(tǒng)血管組織局部生長(zhǎng)因子的表達(dá)發(fā)生區(qū)域特異性變化。
　　第三部分每日1h站立對(duì)抗可加重或減輕模擬失重大鼠前/后身動(dòng)脈血管組織平滑肌細(xì)胞的凋亡
　　每日1h站立能夠防止模擬失重大鼠前半身動(dòng)脈發(fā)生肥厚

10、性變化，后半身動(dòng)脈發(fā)生萎縮性變化。與CON及SUS比較，站立對(duì)抗組（STD）大鼠頸總動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞M30染色陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)增多，較CON，STD股動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞M30染色陽(yáng)性增多，而較SUS，STD股動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞M30染色陽(yáng)性減少；TUNEL染色結(jié)果顯示STD大鼠胸主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞TUNEL染色陽(yáng)性細(xì)胞率增多（P<0.05,vs CON;P<0.01,vs SUS；STD大鼠胸主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白Caspase

11、3、Bad和Fasl的表達(dá)較CON與SUS分別增加（P<0.01），Bcl-2的表達(dá)較CON有增多趨勢(shì)，較SUS減少，但沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。PCNA的表達(dá)較CON與SUS分別增加（P<0.01）與（P<0.05）；STD大鼠腹主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白Caspase3、Fasl和Bad的表達(dá)較CON增加，較SUS減少，但沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，Bcl-2的表達(dá)較CON與SUS分別增加（P<0.05）與（P<0.01），PCNA的表達(dá)較SUS增

12、加（P<0.01），但較CON增加不明顯。說明STD大鼠胸主動(dòng)脈血管組織平滑肌細(xì)胞凋亡與增殖較CON與SUS均明顯增多，發(fā)生劇烈重建；而STD大鼠腹主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡較SUS減少，增殖較SUS增加。
　　第四部分每日1h站立對(duì)抗可導(dǎo)致模擬失重大鼠前/后身動(dòng)脈血管組織PDGFA、PDGFRA和VEGF的表達(dá)皆升高
　　與CON和SUS比較，每日1h正常體位站立對(duì)抗模擬失重大鼠胸主動(dòng)脈血管組織PDGFA、PDGFRA和VE

13、GF的表達(dá)均增多（P<0.01）；STD大鼠腹主動(dòng)脈血管組織PDGFA、PDGFRA和VEGF的表達(dá)較SUS增多（P<0.01），較CON，VEGF的表達(dá)增加（P<0.05），而PDGFA和PDGFRA的表達(dá)僅有增多趨勢(shì)。說明生長(zhǎng)因子在每日1h站立對(duì)抗過程中發(fā)揮重要作用。
　　綜上所述，中期模擬失重大鼠胸主動(dòng)脈與腹主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡分別減少與增多，同期每日1h正常體位站立對(duì)抗能分別防止模擬失重大鼠胸主動(dòng)脈與腹主動(dòng)脈血管平滑肌

14、細(xì)胞凋亡的減少與增多，阻止模擬失重致動(dòng)脈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的區(qū)域特異性適應(yīng)性改變，但是加劇了胸主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞的凋亡與增殖。說明血管平滑肌細(xì)胞的凋亡與增殖在模擬失重及IAG致動(dòng)脈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的區(qū)域特異性適應(yīng)改變中發(fā)揮重要作用；中期（21天）模擬失重大鼠胸主動(dòng)脈與腹主脈血管局部組織PDGFA、PDGFRA和VEGF的表達(dá)分別上調(diào)與下調(diào)，同期每日1h正常體位站立對(duì)抗可導(dǎo)致模擬失重大鼠胸主動(dòng)脈與腹主動(dòng)脈血管局部組織PDGFA、PDGFRA和VE