成肌细胞是肌组织的前体细胞,属于骨骼肌母细胞系,胞浆中含有肌丝。其细胞分化过程经历了由间充质细胞分化为成肌细胞,再进一步分化为成熟肌细胞的过程。成熟个体的心肌组织与平滑肌组织都不含成肌细胞,而骨骼肌组织中的成肌细胞则是以骨骼肌卫星细胞的形式存在。在生理状态下肌卫星细胞分布于成熟的肌纤维基底膜下。当骨骼肌受损时他们被激活,并增殖、分化为具有组织特异性的细胞,并最终分化形成新的肌纤维,完成损伤肌纤维的再生。骨骼肌前体细胞分化的顺序为:肌源性干细胞,静息肌卫星细胞,成肌细胞,肌细胞。Blau等发现胚胎来源的成肌细胞每一个都能分裂倍增60～70次,成熟个体来源的成肌细胞也能分裂倍增45次,足以进行各种细胞移植或组织工程的相关研究。细胞凋亡现象在医学领域内非常常见,在多细胞生物健康生存过程中和细胞增殖与分化一样都起着重要的作用。但是关于细胞凋亡,特别是周期性张应力引起的细胞凋亡的研究却相对少得多。在胚胎发育过程中,细胞凋亡能够清除体内过多的已完成使命的细胞,保证胚胎的正常生长发育。在生物体发育完成阶段,细胞凋亡能够清除体内老化的和病态的细胞以确保生物体健康发育。目前为止,尽管关于细胞凋亡的研究已经取得了很大进展,但仍有很多方面有待进一步研究。阐明细胞凋亡的机制不仅对于生物体发育、肿瘤控制、免疫调节等有重要作用,对治疗某些临床的疑难病症也起关键作用。半胱天冬酶Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族,该家族含有14个成员,都对细胞凋亡起关键作用。一旦被激活,他们可以引发不可逆的蛋白降解和细胞凋亡过程。半胱氨酸蛋白酶家族的主要作用是在天冬氨酸位点后面切断底物。Caspase-3是这一家中最重要的成员之一,不仅因为其在细胞凋亡过程中的核心位置,还因为其底物众多,功能多样。Caspase-3以酶原的形式存在于多种组织和细胞中。该酶原由一个大亚基和一个小亚基组成,只有被切开并激活后Caspase-3才能够行使其功能。在Caspase介导的细胞凋亡过程中,最重要的底物之一就是PARP(聚ADP核糖聚合酶)。PARP可以分成以下几个亚类:PARP-1,PARP-2,PARP-3,Vault-PARP and Tankyrases (TANK-1,-2)。在这些亚类中PARP-1的功能最为重要,其分子量是116KD。细胞凋亡发生时,PARP-1能够被Caspase-3分解,其中的85KD蛋白降解产物被认为是细胞凋亡的早期标志物之一。在这个实验中,我们评估了Caspase-3在周期性张应力诱导的成肌细胞凋亡的作用。首先,我们研究了周期性张应力和细胞凋亡之间的关系。我们对成肌细胞施加了10%及20%的表面拉伸率,时间为12或24小时。施力结束后我们立即检测了成肌细胞的细胞凋亡的程度,以确定周期性张应力的强度和时间对成肌细胞的凋亡产生何种影响。在这部分实验中我们用透射电子显微镜观察凋亡细胞的组织学形态,使用流式细胞仪计数的每组凋亡细胞的百分比。其次,我们研究了Caspase-3在成肌细胞的凋亡过程中的作用。通过检测Caspase–3的活性以确定这一凋亡过程是否由Caspase-3所介导的。PARP是Caspase-3最重要的底物之一。在本实验中,采用RT–PCR法检测PARP的mRNA的变化和Western-blot法检测PARP蛋白的变化。从这些结果中我们可以间接地判断Caspase-3活性。同时还采用Caspase-3抑制剂以观察它在细胞凋亡过程的作用。为此,我们完成了以下4个实验:实验1成肌细胞体外培养力学刺激模型的构建。本实验主要探讨成肌细胞体外加力的适宜方式、强度及时间,为进一步实验奠定基础。经过相关文献查阅并结合本实验要求,选择成肌细胞体外加力的方式为周期性张应力,强度为细胞表面拉伸率10%及20%,时间为12小时或24小时,并采用不加力组作为对照。实验2周期性张应力对体外培养成肌细胞凋亡的影响。本实验用透射电镜观察加力后的凋亡细胞组织学形态,并用流式细胞仪对各组凋亡细胞进行计数,最后进行统计学分析。结果表明:周期性张应力可以导致细胞凋亡,并呈强度和时间依赖性。实验3应力介导的成肌细胞凋亡机制的初步探讨。本实验通过对Caspase-3主要作用底物之一的PARP的mRNA和蛋白的变化的检测,间接反映出Caspase-3在这一凋亡过程中的作用。结果表明:周期性张应力引起的细胞凋亡是由Caspase-3介导的,并且是一种转录后调节过程。实验4 Caspase-3在应力介导的成肌细胞凋亡过程中的作用。本实验中在各试验组均加入Caspase-3特异性抑制剂z-DEVD-fmk,然后进行凋亡细胞百分比计数和Caspase-3活性检测。结果表明:Caspase-3抑制剂能够部分阻断,但不能完全阻断这一凋亡过程。