微重力状态下心血管功能改变机制及其防护是失重研究领域的重要课题,它关乎人类进行中长期载人航天活动的未来。一直以来,失重所引起的心血管功能不良以及由之所带来的运动耐力的下降和立位耐力的降低,长期困扰着航天实践活动。研究者围绕这个课题,发现诸如失重后血容量减少、失重后静脉顺应性改变、肌肉萎缩等因素均在失重引起的心血管功能改变中起到一定作用,但是至今仍没有一种观点能够系统而确切的解释这个问题,因此认为,失重状况下心血管功能改变可能涉及多重复杂机制。近年来,失重状况下血管的重塑性改变成为研究热点之一。血管内皮细胞作为血管的衬里,具有活跃的分泌和代谢功能,在调节血管功能,维持心血管系统稳态的过程中发挥重要作用,已经有研究证实,模拟失重状态下,血管内皮细胞发生凋亡性改变。自噬性程序性细胞死亡是不同于凋亡的另一种细胞程序性死亡方式,通过自噬溶酶体途径,其参与绝大多数长半衰期蛋白和多数大分子物质的降解,在细胞的生长、发育、环境刺激和疾病发生中起着重要的作用。此外,大量研究表明凋亡和自噬在特定情况下可以相互转换或拮抗,甚至同时存在于同一细胞,并且二者还有着交叉的信号调控通路。已有研究报道模拟失重可以引起内皮细胞凋亡增加,然而,有关失重或模拟失重环境下血管内皮细胞自噬性程序性细胞死亡的研究国内外尚未见报道。本研究利用回转器模拟失重,观察模拟失重对人脐静脉内皮细胞自噬活性的影响,以探讨模拟失重致血管内皮细胞功能变化的机制,主要结果与发现如下:1. 48h回转模拟失重对人脐静脉内皮细胞HUVEC自噬活性的影响本实验利用2D回转模拟失重模型观察了48h模拟失重对HUVEC自噬相关基因Beclin1和MAP1-LC3-II(LC3-II)表达的影响,同时采用透射电镜观察了模拟失重后细胞超微结构的变化,获得以下发现:回转模拟失重48h后HUVEC Beclin1和LC3-II mRNA表达均较1G对照组升高(p<0.05),检测Beclin1蛋白表达后,发现Beclin1蛋白表达也显著升高,表明48h回转模拟失重可以引起自噬相关基因Beclin1和MAP1-LC3-II发生异常表达。而pEGFP-LC3质粒转染也与上述实验结果一致,48h回转失重后,转染成功pEGFP-LC3的细胞较对照组多,表明发生自噬的细胞增加。而电镜结果则发现,48h回转模拟失重后,HUVEC细胞出现了自噬泡形成和自噬体出现的改变,成为自噬活性增加的直接证据之一。2.Beclin1及磷脂酰肌醇3磷酸激酶(PI3K)在回转模拟失重引起自噬表达增加中的作用本实验采用Wortmannin作为自噬的特异性抑制剂,观察了Beclin1在回转模拟失重引起的HUVEC自噬活性增加中的作用,为其机制作了初步探讨。结果发现,模拟失重过程中,使用磷脂酰肌醇3磷酸激酶(PI3K)抑制剂渥漫青霉素(Wortmannin,Wort)作为自噬特异性抑制剂,可以部分逆转由回转模拟失重所诱导的Beclin1增量表达,但是并不能消除这种影响,表明Beclin1和PI3K在回转模拟失重诱导HUVEC自噬活性增加的过程中起重要。HUVEC体外成环实验则发现,回转模拟失重后,HUVEC血管成环能力无显著变化,且Wortmannin单独作为处理因素对血管成环能力无显著影响,但是在Wortmannin存在的情况下,回转模拟失重后HUVEC成环能力较单独微重力处理因素者升高,表现为体外成环实验中小管形成数量增多。总之,本研究观察了48 h回转模拟失重模型对人脐静脉内皮细胞自噬活性的影响,并对其可能的机制进行了简单的探讨,结果表明,回转模拟失重可以引起人脐静脉内皮细胞自噬活性增加,使用自噬特异性抑制剂Wortmannin可以部分逆转回转模拟失重引起的自噬增加,但是相比于Wortmannin处理的抑制剂对照组并不能消除这种趋势,表明自噬调控基因Beclin1和PI3K在回转诱导的HUVEC自噬增加过程中起到一定作用,可能是模拟失重诱导HUVEC自噬的重要信号分子。这种血管内皮细胞在失重状态下自噬增加的改变可能会诱导内皮细胞自噬性死亡增加,从而在回转引起的血管重塑及立位耐力不良中发挥一定作用,其有关机制仍待进一步探讨。