理化因素誘發(fā)生物細(xì)胞內(nèi)鈣離子響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)建模.pdf

1、鈣離子是多種細(xì)胞重要的第二信使，在細(xì)胞生理過(guò)程中扮演著極其重要的角色。通常情況下，在體細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度保持穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)受到胞外物理或化學(xué)刺激時(shí)，細(xì)胞膜或胞內(nèi)鈣庫(kù)上的鈣離子通道被激活，誘發(fā)胞外鈣離子跨膜內(nèi)流或鈣庫(kù)的鈣離子釋放，進(jìn)一步引發(fā)胞內(nèi)的鈣離子濃度發(fā)生動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。鈣離子的這種動(dòng)力學(xué)響應(yīng)對(duì)于維持活體細(xì)胞的正常生理具有非凡意義。譬如，血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣離子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)異常可引發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，與動(dòng)脈粥樣硬化現(xiàn)象密切相關(guān);精細(xì)胞鈣離子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

2、與精子活性、精子獲能、超活化和頂體反應(yīng)等生理現(xiàn)象緊密相連。
　　本文利用數(shù)學(xué)建模的方法研究?jī)煞N不同的人體細(xì)胞（血管內(nèi)皮細(xì)胞和精細(xì)胞）在不同物理或生化刺激下細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。對(duì)于血管內(nèi)皮細(xì)胞，針對(duì)剪應(yīng)力激活細(xì)胞鈣離子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的分子機(jī)制是直接機(jī)制還是間接機(jī)制的學(xué)術(shù)爭(zhēng)議，本文首次考慮瞬時(shí)感受器(TRPV4-C1)對(duì)剪應(yīng)力刺激的直接介導(dǎo)作用，綜合考慮剪應(yīng)力誘發(fā)三磷酸腺苷(ATP)釋放，進(jìn)一步激活P2X4通道和P2Y信號(hào)通路的間接

3、機(jī)制，同時(shí)引入三磷酸肌醇(IP3)和鈣離子的反饋調(diào)節(jié)作用，建立了剪應(yīng)力和ATP誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣離子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的新型動(dòng)力學(xué)模型。基于該模型，通過(guò)數(shù)值仿真發(fā)現(xiàn)，剪應(yīng)力直接激活TRPV4-C1通道的機(jī)制至關(guān)重要，而剪應(yīng)力誘發(fā)ATP釋放間接激發(fā)胞內(nèi)鈣離子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的作用幾乎可以忽略，從而澄清了關(guān)于剪應(yīng)力激活細(xì)胞鈣離子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)是直接機(jī)制還是間接機(jī)制的學(xué)術(shù)爭(zhēng)議。對(duì)于精細(xì)胞，針對(duì)孕酮誘發(fā)細(xì)胞CatSper鈣離子通道開(kāi)放及細(xì)胞內(nèi)的鈣離子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，

4、本文首次建立了孕酮激活精細(xì)胞CatSper鈣通道開(kāi)放的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)引入精細(xì)胞頸部雙鈣庫(kù)激活機(jī)制，發(fā)展了孕酮誘發(fā)的基于CatSper鈣離子通道的人類(lèi)精細(xì)胞鈣離子響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型?；谠撃Ｐ图由盍藢?duì)孕酮刺激下精細(xì)胞鈣離子動(dòng)力學(xué)行為和CatSper鈣通道特性的理解，同時(shí)有效地預(yù)測(cè)了鈣離子振蕩等現(xiàn)象，為進(jìn)一步研究胞外流體力學(xué)和胞內(nèi)生物化學(xué)的相互作用打下了基礎(chǔ)。
　　本文的研究表明，用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)建模的方法研究生物細(xì)胞系統(tǒng)，不僅能夠幫助