航天飞行中,失重环境打破了人体长期适应地面正常重力环境而建立起来的机体稳态平衡,造成多个系统功能紊乱,严重影响着航天员的健康和在轨作业能力。其中,失重性骨质丢失的持续发生会导致航天员体内负钙平衡、骨折以及肾结石患病风险显著增加,并对骨骼造成不可逆损伤,业已成为阻碍人类进行中长期航天飞行的三大医学难题之一。因此,探寻有效的失重性骨质丢失防护措施一直是航天医学研究的重点和焦点问题。在50多年的载人航天飞行实践中,航天医学工作者已经从物理干预、药物治疗、生活作息和饮食结构等方面进行了大量的研究,但还未能够有效解决失重性骨质丢失的防护问题。美、俄等航天大国认为,必须在基于对失重生物学效应细胞、分子变化本质认识的基础上,阐明重力信号响应机制,才能发展有效的、针对性强的防护措施。已有基因组学研究证实,在航天飞行和地面模拟失重条件下,成骨细胞中上百种基因表达会出现显著变化,而miRNA作为基因表达转录后水平调控因子在其中所起的作用不容忽视。随着航天医学在细胞分子水平研究的不断深入,航天医学工作者也逐渐认识到miRNA在调控失重生物学效应方面所起的重要作用。我们前期研究发现,模拟失重导致大鼠股骨组织内mir-132-3p表达显著升高,而体外过表达mir-132-3p可以抑制大鼠原代成骨细胞的增殖、分化和矿化能力,降低mir-132-3p表达则促进成骨细胞上述功能,提示其可能在模拟失重导致的骨质丢失中发挥重要调控作用。基于以上结果,我们进一步研究了mir-132-3p对成骨细胞的来源细胞bmsc成骨分化能力的影响,并在回转器模拟的失重环境下,初步检验了干预mir-132-3p表达对模拟失重所致bmsc成骨分化能力减弱的防护效果;之后,借助于分子靶向技术和基因修饰技术,通过尾静脉注射将包裹有mir-132-3p抑制剂“antagomir-132”的骨组织靶向输送系统“(aspserser)6-脂质体”注入到尾吊小鼠体内,特异性抑制尾吊小鼠骨组织中mir-132-3p的表达,尝试采用体内沉默mirna表达来防护失重性骨质丢失的发生发展。本研究的主要发现和结果如下:1、mir-132-3p对小鼠bmsc成骨分化具有抑制作用。骨形成部位是bmsc向成骨细胞分化过程中的系列成骨样和成骨细胞集合区。为开展特异性靶向骨形成表面输送mir-132-3p的抑制剂来降低骨组织中mir-132-3p的表达而实施失重性骨质丢失的对抗治疗,我们首先研究确认了mir-132-3p对小鼠bmsc成骨分化的调控作用。小鼠原代bmsc经分离培养后,在成骨诱导培养基的诱导下,细胞中成骨细胞分化标志物runx2、osx的基因和蛋白表达以及alp的基因和蛋白活性均显著增高,同时细胞外基质矿化结节增多,表明分离所得bmsc在体外具有良好的成骨细胞方向分化能力。在bmsc成骨诱导分化过程中,qrt-pcr检测到mir-132-3p表达逐渐降低,此时通过转染mir-132-3p的mimic可提高bmsc中mir-132-3p的表达,阻碍bmsc向成骨细胞分化以及细胞外基质的矿化过程;而转染mir-132-3p的inhibitor降低bmsc中mir-132-3p的表达则对bmsc向成骨细胞分化以及其细胞外基质矿化过程具有促进作用。上述结果提示,mir-132-3p的靶基因可能是bmsc成骨分化信号通路中的关键基因之一,干预mir-132-3p的表达可增强或抑制成骨分化信号通路。2、抑制mir-132-3p表达可对抗回转模拟失重导致的bmsc成骨分化能力降低。经成骨诱导培养基诱导的第三代bmsc,在回转器模拟失重72h的培养过程中,bmsc成骨分化标志物runx2、osx、alp的表达逐渐降低,表明模拟失重下bmsc的成骨分化过程受到抑制。在此过程中,mir-132-3p的表达随模拟失重暴露时间的延长而逐渐升高,表明模拟失重可以促进BMSC中miR-132-3p的表达。运用化学方法合成mi R-132-3p的互补链,并转染到BMSC中降低内源性miR-132-3p表达,再次暴露于模拟失重环境,可以显著促进成骨细胞分化标志物Runx2和Osx基因及蛋白的表达,并显著促进ALP的基因表达和蛋白活性,有效对抗模拟失重导致的BMSC成骨分化能力降低。3、靶向抑制尾吊小鼠骨组织中miR-132-3p表达可以有效防护失重性骨质丢失的发生。小鼠尾吊模拟失重实验中,我们通过骨组织靶向输送系统“(AspSerSer)6-脂质体”将miR-132-3p抑制剂“antagomir-132”靶向输送至骨形成表面。qRT-PCR检测显示,实验鼠骨组织中miR-132-3p的表达显著降低,而心、肝、肾、肺等其他主要组织中miR-132-3p的表达无显著变化,证实该靶向系统可以特异性地将miR-132-3p抑制剂输送至骨组织中;随后,我们进一步检测了降低骨组织中miR-132-3p表达对骨组织形态学、组织化学、骨组织微观结构及力学性能的影响。结果显示,与尾吊阴性对照组相比,尾吊实验组骨组织中成骨细胞分化标志物Runx2、Osx、ALP和COL-Ⅰ的基因表达显著增高,新生骨形成增多,而且骨小梁微观结构及骨骼力学性能得到显著改善,提示靶向抑制骨组织miR-132-3p表达可以有效缓解模拟失重引起的骨质丢失。综上所述,我们分别研究了正常环境和模拟失重环境下miR-132-3p对小鼠BMSC成骨分化能力的影响,并靶向抑制尾吊小鼠骨组织中miR-132-3p表达,观察了干预体内miR-132-3p表达对失重性骨质丢失的防护作用。我们发现miR-132-3p对小鼠BMSC成骨分化具有抑制作用,靶向抑制尾吊小鼠骨组织中miR-132-3p表达可有效减缓失重性骨质丢失的发生,这些结果为进一步阐明失重性骨质丢失发生发展的细胞学机制并开发新型防护手段提供了理论依据。