论文部分内容阅读
航天飞行后的立位耐力不良可能影响航天员健康与飞行安全,损害航天员的地面再适应能力。航天飞行过程中,当人体暴露于失重环境中时,流体静压的消失使体液发生头向转移,动脉系统的跨壁压发生改变。在心脏水平以上,即前半身或上半身,动脉血管所受压力相对升高;而心脏水平以下,即在下半身或者后半身,动脉血管所受压力相对降低。早期,动脉(尤其是阻力动脉)可以通过改变收缩功能来代偿这种局部动脉的压力变化;后期,动脉的功能改变不足以代偿时即发生结构和功能的重塑来维持相对正常的应力和组织灌流水平。失重/模拟失重的人体试验和动物实验研究表明,机体的上半身或前半身动脉发生肥厚性变化,血管壁和中膜增厚,平滑肌层增多,动脉的收缩反应性增强,阻力动脉肌源性紧张度反应增强;而机体的下半身或后半身动脉发生萎缩性改变,中膜萎缩,管壁变薄,收缩反应性减弱,阻力动脉的肌源性紧张度反应减弱。这种动脉结构和功能的差异性重塑使人体返回地面后,外周阻力不足,脑动脉自身调节功能受损,进而导致大部分血液淤积于下肢,脑供血不足,发生立位耐力不良。目前,以运动为主的对抗措施对立位耐力不良的防护作用效果很有限,要保证未来长期航天活动的完成,发展新的更有效的防护措施非常必要。人体试验中,采用短臂离心机离心可以显著减少模拟失重所致立位耐力不良的发生,提高失重后机体的有氧运动能力。我室前期动物实验研究发现:尾部悬吊模拟失重期间,每日仅需1h使大鼠恢复正常体位(模拟间断人工重力作用)即可以完全性地逆转模拟失重所致部分动脉结构和功能的区域特异性重塑。因此,间断人工重力可能是未来长期航天活动中的一种有效对抗措施。但是,模拟失重所致动脉结构和功能重塑以及间断人工重力对抗作用的始动机制,目前仍不完全清楚。整合素(integrin)是细胞膜上的异源二聚体跨膜受体蛋白,它由α和β亚基通过非共价结合的方式构成。整合素的胞外区可与细胞外基质(extracellular matrix,ECM)中的胶原纤维、纤维粘连蛋白(fibronectin,FN)和层粘连蛋白(laminin,LN)等结合;胞内区可与细胞骨架(cytoskeleton,CSK)和信号蛋白相连接,进而形成了细胞外基质-整合素-细胞骨架轴(ECM-integrin-CSK axis)。它介导了细胞内外环境的互相连接,参与了细胞的力学和生物学信号转导,发挥重要生物学作用。Integrin主要通过胞内各种激酶发挥生物学作用,其中integrin-黏着斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)信号通路是其发挥作用的关键通路。动脉的平滑肌细胞和内皮细胞都受integrin-黏着斑激酶信号转导通路的调控,多种心血管病理生理过程,例如动脉粥样硬化、高血压、肺动脉高压、压力介导的动脉肌源性反应和心肌细胞肥大等过程中,均发现integrin-黏着斑激酶信号通路的上调。并且,其通过下游的多种机制参与内皮细胞功能障碍、动脉平滑肌细胞和心肌细胞的增殖和迁移等一系列心血管系统结构和功能方面的变化。其中,粘着斑(focal adhesion,FA)是存在于整合素胞内域,由多种骨架和信号蛋白组成的动态蛋白质复合体,是整合素信号转导通路中力学信号转导的关键性汇聚点和连接处。目前,关于integrin-黏着斑激酶信号通路是否参与了模拟失重所致动脉重塑和间断人工重力的对抗作用,尚未见报道。因此,本研究采用尾部悬吊模拟失重大鼠模型和每天短时站立的间断人工重力大鼠模型,通过HE染色,masson染色、免疫蛋白印记、免疫组化和免疫荧光染色等方法,观察了4周模拟失重对大鼠股动脉和基底动脉结构、细胞外基质蛋白、整合素αvβ3信号通路分子表达的变化,以及每天1小时的间断人工重力对这些变化的对抗作用。本研究的主要发现:第一部分:模拟失重可致大鼠基底动脉和股动脉发生结构重塑,细胞外基质中的部分蛋白表达发生改变与对照组(CON)相比,尾部悬吊组(HU)大鼠的基底动脉管壁厚度(wall thickness,Tw)和内膜-中层面积(intima-media area)显著增大,动脉中膜胶原纤维和层粘连蛋白含量显著增多;股动脉管壁厚度和内膜-中层面积显著减小,动脉中膜胶原纤维和层粘连蛋白含量显著减少。第二部分:模拟失重可致大鼠基底动脉和股动脉整合素αvβ3信号转导通路分子发生变化采用免疫蛋白印记,免疫组化和免疫荧光染色检测了4周模拟失重所致integrinαvβ3,FAK,Src,细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)的表达和定位,以及黏着斑(focal adhesion,FA)形成数目的变化。与CON比较,HU组大鼠基底动脉的integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和p-ERK 1/2的表达量显著增多,黏着斑形成数目显著增加;而股动脉integrinαv、integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和p-ERK 1/2的表达量显著减少,黏着斑形成数目显著减少。第三部分:1h/d的间断人工重力可对抗模拟失重所致的基底动脉和股动脉结构重塑和细胞外基质蛋白表达的变化与HU比较,间断人工重力(IAG)大鼠基底动脉管壁厚度和内膜-中层面积显著减小,动脉平滑肌层细胞外基质中胶原纤维和层粘连蛋白含量显著减少;股动脉管壁厚度和内膜-中层面积显著增大,动脉平滑肌层细胞外基质中胶原纤维和层粘连蛋白含量显著增加;IAG组与CON组之间无显著差异。第四部分:1h/d的间断人工重力可以对抗模拟失重所致的基底动脉和股动脉的整合素αvβ3信号通路变化和粘着斑形成变化与HU比较,IAG组大鼠基底动脉的integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和pERK 1/2的表达量显著减少,黏着斑形成数目显著减少;股动脉的integrinαv、integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和p-ERK 1/2的表达量显著增多,黏着斑形成数目显著增加;除IAG组基底动脉的黏着斑数目仍显著高于CON组外,CON组与IAG组之间无显著差异。综上所述,4周模拟失重大鼠的基底动脉发生了增殖性变化,胶原纤维含量增多,整合素αvβ3信号转导通路上调;股动脉发生了萎缩性变化,胶原纤维含量减少,整合素αvβ3信号转导通路下调;并且,每日1h的IAG可以对抗模拟失重所致的上述变化。结合前期的研究成果,我们推测:动脉的跨壁压力变化可能沿细胞外基质-整合素-细胞骨架轴,建立涉及整合素集簇化、黏着斑组装、细胞信号蛋白与骨架蛋白集聚等的力学信号转导通路,从而调节压力变化所致动脉重塑;模拟失重所致动脉重塑和IAG对抗作用的机制可能与此有关。