模擬失重致腦與腸系膜血管平滑肌細胞Ca-,L-功能與蛋白表達的改變及每日-G-,X-重力的干預(yù)細胞.pdf

1、航天失重環(huán)境可使人體流體靜壓消失，從而使全身動脈血管系統(tǒng)跨壁壓的分布以及血液分布均發(fā)生重大改變：上半身血壓較地面1G直立體位時相對升高，腦血管處于持續(xù)的“高血壓”狀態(tài)；下半身血管則處于較1G直立時相對較低的“低血壓”狀態(tài)。本實驗室近年首次系統(tǒng)闡明：模擬失重可引起大鼠腦動脈血管的肌源性緊張度和收縮反應(yīng)性增強，血管中膜肥厚和平滑肌細胞層數(shù)增多等重塑變化，以及血管周圍神經(jīng)支配增強等改變；而后身動脈則可引起肌源性緊張度和收縮反應(yīng)性降低，中膜萎縮

2、等重塑變化，以及血管周圍神經(jīng)支配減弱等。我們還據(jù)此提出了“外周效應(yīng)器機制假說” 來解釋航天飛行后的姿勢性壓力反射減弱和腦循環(huán)自體調(diào)節(jié)功能變化的機理。我們近年工作還發(fā)現(xiàn)，模擬失重所引起的血管區(qū)域特異性適應(yīng)變化還涉及血管組織局部腎素血管緊張素系統(tǒng) (localrenin-angiotensin system, L-RAS)與血管平滑肌細胞(vascularsmooth muscle cell，VSMC)離子通道的重塑機制。關(guān)于后者，

3、我們在前期工作雖已觀察到4周模擬失重可以使得腦動脈和腸系膜小動脈VSMCs的L型電壓依賴性鈣通道(L-type voltage-dependentcalcium chamel，CaL)電流密度升高和降低，但對于CaL的蛋白表達變化尚不清楚。再者，對于模擬失重所致CaL功能與表達變化的時程特征，特別是發(fā)展速率快慢，以及是否可逆也不清楚。這對于全面了解失重時不同部位血管床適應(yīng)性變化的特征，以及航天飛行后心血管失調(diào)的機理都很重要。此外，由于運

4、動性對抗措施存在效果局限、占時較長、過多消耗艙內(nèi)物資與資源等缺點，為實現(xiàn)21世紀長時間“探索級”載人航天任務(wù)，采用以人工重力為基礎(chǔ)的多系統(tǒng)對抗措施是重要解決途徑。由安裝于航天器內(nèi)的短臂離心機實現(xiàn)的“間斷性人工重力”(intermittent artificial gravity,IAG)即是設(shè)想中的一種方案。但美國NASA AMES中心的一項地面臥床研究表明：IAG的對抗效果可能因生理系統(tǒng)不同而有很大差異。本實驗室的研究也進一步證實了此

5、現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)每日1小時的-Gx重力作用(1h/d Gx，由“站立”模擬)已可完全防止4周模擬失重大鼠腦部與后肢動脈血管出現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化。故闡明此種條件下不同血管VSMCs的CaL功能與表達變化對了解IAG的作用機理將有重要價值。 為回答以上問題，本工作由以下兩部分組成： (1)觀察短期(3天)及中期(28天)模擬失重大鼠腦動脈VSMCs的CaL電流和a1c亞基蛋白表達的變化以及解除模擬失重后CaL電流的恢復(fù)情

6、況。在此基礎(chǔ)上，進一步觀察每天站立1小時-Gx的對抗措施對短期及中期模擬失重所引起的腦動脈CaL適應(yīng)變化有無防止作用。 以全細胞膜片鉗技術(shù)記錄模擬失重大鼠腦動脈VSMCs的CaL電流的改變；進一步以蛋白印跡分析觀察模擬失重大鼠腦動脈血管組織CaL a1c 亞基蛋白表達的情況。 (2)觀察短期(3天)及中期(28天)模擬失重大鼠腸系膜小動脈VSMCs的CaL電流和a1c亞基蛋白表達的變化以及解除模擬失重后CaL電流的恢復(fù)

7、情況。在此基礎(chǔ)上，進一步觀察每天站立1小時-Gx的對抗措施對短期及中期模擬失重所引起的腸系膜小動脈CaL適應(yīng)變化有無防止作用。以全細胞膜片鉗技術(shù)記錄模擬失重大鼠腸系膜小動脈VSMCs的CaL電流的改變；進一步以蛋白印跡分析觀察模擬失重大鼠腸系膜小動脈血管組織CaL a1c亞基蛋白表達的情況。 本工作的主要發(fā)現(xiàn)如下： (1)模擬失重可引起大鼠腦動脈平滑肌細胞CaL電流密度與蛋白表達增強，但1h/d-Gx并不能防止此種改變

8、。 全細胞膜片鉗實驗結(jié)果表明：與對照組相比，3天和4周模擬失重大鼠腦動脈caL電流密度均顯著增加[3d，-5.2±0.5(Sus，n=36)vs.-4.2±0.3 (Con，n=46)Pa/Pf at 10 Mv,P<0.01；28d，8.3±0.5(Sus，n=17)vs, 5.8±0.5(Con，n=22)Pa/Pf峰值電流at 10 Mv,P<0.01；而模擬失重4周、恢復(fù)正常體位3天后，CaL電流密度已恢復(fù)至對照組水平[

9、-5.9±0.4(Sus-28d+Rec-3d，n=26)vs-5.8±0.5(Con，n=22)Pa/Pf峰值電流at 10mV]。CaL蛋白表達的增加僅發(fā)生在模擬失重4周組，且1h/d-Gx對抗措施不能防止CaL蛋白表達的增加[光密度值：2.58±0.10(Sus-28d，n=4)，P<0.01；211±0.12(Sus+STD1，n=4)，P<0. 05，vs1.17±0.11(Con，n=4)]。1h/d-Gx對抗措施對3天和2

10、8天模擬失重引起的CaL電流密度增加均無防止作用[3d，-5.2±40．4 (Sus+STD1，n=34)vs.-4.2 ±0.3 (Con，n=46)Pa/Pf at 10 Mv,P<0.01；28d，-8．4± 0. 5(Sus+STD1，n=19)vs.-5.8±0.5 (Con，n=22)Pa/Pf峰值電流at 10 Mv,P<0.01]。不同實驗組間，CaL電流的穩(wěn)態(tài)激活曲線、穩(wěn)態(tài)失活曲線與Boltzmann擬合參數(shù)等通道動力

11、學(xué)特征均未見有顯著性差別。 (2)模擬失重可引起大鼠腸系膜小動脈平滑肌細胞CaL電流密度與蛋白表達降低，1h/d-Gx能防止此種改變。 全細胞膜片鉗實驗結(jié)果表明：與對照組相比，3天和4周模擬失重大鼠腸系膜小動脈CaL電流密度均顯著降低[3d，-4.4 ±0. 5(Sus，n=26)vs .-6.1 ±0. 6(Con，n=28)Pa／Pf at 10 Mv,P<0 05；28d，-4.8 ±0．4(Sus，n=23)v

12、s. -8.5 ±0. 6(Con，n=24)Pa／Pf峰值電流at10 Mv,P<0.01]。而模擬失重4周、恢復(fù)正常體位3天后，CaL電流密度僅在10～60 Mv電壓水平上有部分恢復(fù)；而在恢復(fù)14天后，CaL電流密度已恢復(fù)至對照組水平[-5.0 ±0.6(Sus，n=16)，P<0.01，vs.-8.5 ±0.6(Sus-28d+Rec-14d，n=17)，-8.8 ±0.8(Con，n=20)Pa／Pf峰值電流at 10 Mv]。

13、CaL蛋白表達的降低僅發(fā)生在模擬失重4周組，且1h／d -Gx對此改變有防止作用[光密度值：0.94 ±0.07(Sus-28d，n=5)，P<0 .05；vs. 1. 21 ±0.02(Sus+STD1，n=5)，1. 34 ±0.05(Con，n=5)]。1h／d Gx對抗措施對3天和28天模擬失重引起的Cal電流密度減低分別有完全和部分的防止作用[3d，-5.8 ±0.5(Sus+STD1，n=28)vs -6.1± 0.6(Co

14、n，n=28)Pa／Pf峰值電流at 10 Mv；28d，-6.6 ±0.5(Sus+STD1，n=25)vs -8.5 ±0.6(Con，n=24)Pa/Pf峰值電流at 10 Mv,P<0.05]。不同實驗組間，CaL電流的穩(wěn)態(tài)激活曲線、穩(wěn)態(tài)失活曲線與Boltzmann擬合參數(shù)等通道動力學(xué)特征均未見有顯著性差別。 總之，3天模擬失重已可引起大鼠腦動脈和腸系膜小動脈VSMCs的CaL電流密度發(fā)生相反方向改變，且在所觀察的時程

15、范圍(28天)內(nèi)，持續(xù)保持；而CaL蛋白表達的相反變化則只在模擬失重28天組觀察到。結(jié)合有關(guān)腦血管阻力及腦血流變化的報道推測：至少在腦血管，CaL電流密度增加很可能是模擬失重引發(fā)的一種即時適應(yīng)性反應(yīng)。以上發(fā)現(xiàn)還表明：如在失重環(huán)境繼續(xù)停留，不僅引起通道功能持續(xù)保持上調(diào)或下調(diào)狀態(tài)，還進一步引起通道蛋白表達也發(fā)生相應(yīng)變化。模擬失重28天后恢復(fù)正常體位，兩種血管CaL電流密度的恢復(fù)時程也不一致，表明兩者的恢復(fù)速率不同，腦動脈恢復(fù)迅速。在28天模

16、擬失重期間，1h/d- Gx可以防止腸系膜小動脈VSMCs CaL電流密度和蛋白表達降低；但對腦動脈CaL功能與表達的增強則全然無防止作用。前者與我們的假說相符：IAG可有效防止失重所致后身/下身(腹腔)阻力性血管CaL功能與表達的降低。后者則提示：對腦血管而言，真實/模擬失重引起的肌源性緊張度增強與血管收縮反應(yīng)性升高改變可能是兩個“可以分離”的生理過程。推測其生理意義的奧秘在于：腦血管緊張度增強是保護下游微循環(huán)、防止腦充血和腦水腫的重