模擬失重大鼠動脈平滑肌細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驗結(jié)果均提示，航天員在失重環(huán)境停留時間愈長，返回地面后，以立位耐力不良和運動能力下降為標志的心血管功能失調(diào)就愈嚴重。有關(guān)立位耐力不良發(fā)生機理的研究工作表明，其發(fā)生涉及多重機制：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。近年來人體實驗和動物實驗相關(guān)研究工作均提示，動脈系統(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。國內(nèi)外已有的工作表明在上半身

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

3、域性特異性適應變化的重要調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
　　目前，航天飛行活動中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)運動為主的對抗措施并不能完全有效預防長時間航天飛行所致的立位耐力不良的發(fā)生，要保證長期航天任務的完成，需要發(fā)展新的對抗措施。我們在地面動物實驗研究結(jié)果表明：每日短時（1h）-GX重力（恢復站立體位），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、模擬失重實驗結(jié)果表明：1h/d的-GX可有效防止模擬失重大鼠動脈系統(tǒng)（包括彈力型大動脈和中、小肌型動脈）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脈肌源性緊張度和收縮反應性的改變。因此，IAG可能是將來長期航天飛行中一種理想的對抗措施。截至目前，對模擬失重及間斷性人工重力對抗所致動脈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變的具體機制仍不完全清楚，值得進一步研究。
　　增殖、分化與凋亡是組織器官細胞數(shù)量保持相對恒定的基本要素，在模擬失

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

6、析方法研究動脈血管組織中凋亡與增殖相關(guān)蛋白Caspase3、Fasl、Bad、Bcl-2和PCNA的表達與定位，并檢測了PDGFA、PDGFRA和VEGF等生長因子的表達。
　　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/后身動脈血管平滑肌細胞凋亡狀態(tài)發(fā)生區(qū)域特異性的改變
　　模擬失重21天后，與對照組（CON）比較，懸吊組（SUS）大鼠頸總動脈和股動脈血管平滑肌細胞M30染色陽性細胞分別減少和增多；

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

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

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

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

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

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

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

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