回转模拟失重对静脉内皮细胞血管生成能力的影响及信号转导机制研究

【摘要】：空间飞行可致人体多系统生理调节功能改变，产生一系列生理、病理方面的再适应性变化。对心血管系统而言，航天失重早期最显著的生理变化就是体液头向分布和体循环流体静压差消失。血管内皮细胞作为血管壁的衬里，具有活跃的分泌、代谢功能，并且对重力变化极为敏感，其功能紊乱与微重力下心血管去适应性反应密切相关。 随着空间生物医学的不断发展，人们对微重力下血管内皮细胞变化的研究也日趋深入。既往研究发现，模拟微重力可诱导血管内皮的形态、超微结构和细胞骨架等发生改变，对内皮细胞的生长、凋亡和内皮型一氧化氮合酶（eNOS）/一氧化氮（NO）信号通路产生显著影响，然而，有关失重/模拟失重对内皮细胞血管生成能力的影响始终未被系统探究。本研究利用2-D回转器在地面模拟失重效应，对人脐静脉内皮细胞（HUVEC-C）进行体外培养，观察其血管生成能力和迁移能力的变化情况，并分析探讨可能涉及的分子调控机制，主要结果与发现如下： 1.24h模拟失重对HUVEC-C血管生成和迁移能力的影响与eNOS有关模拟失重24h，可以导致HUVEC-C血管生成能力和迁移能力增强；表现为：模拟失重组细胞在Matrigel胶上形成的类血管样结构较正常对照组结构更完整，数目更多；“划痕实验”所体现的细胞运动能力以及向划痕区迁移能力在模拟失重组更强；而且模拟失重对HUVEC-C这两种细胞功能的增强作用，可以被L-NAME所抑制，说明它们的发生机制与eNOS的表达和活化有关。 2.24h模拟失重促进HUVEC-C中eNOS表达和活化模拟失重24h，HUVEC-C中eNOS mRNA和蛋白的表达量均增加；细胞免疫荧光观察发现，eNOS在HUVEC-C中的原位表达和分布增多；透射电镜下检测发现，经24h模拟失重作用，HUVEC-C胞膜上caveolae结构的完整性遭到破坏，小窝数目和分布密度也明显降低；说明24h模拟失重刺激确实导致HUVEC-C中eNOS的表达和活性增强。 3.24h模拟失重通过PI3K-Akt信号通路致HUVEC-C eNOS表达和活性改变模拟失重24h，HUVEC-C中eNOS、p-eNOS（Ser1177）的蛋白表达量与对照组相比均显著增加，且这种增加可以被PI3K的特异性抑制剂LY294002所抑制，说明模拟失重可以使eNOS的磷酸化水平增高，从而使其酶的活性增强。另外，24h模拟失重后HUVEC-C中p-Akt蛋白的表达较对照组显著增多，总Akt的表达量无明显改变，并且p-Akt的表达上调也可以被LY294002所抑制，说明模拟失重能够增强eNOS的上游信号分子Akt的磷酸化水平以及酶的活性。综合分析提示：模拟失重所致HUVEC-C eNOS表达和活性增强的上游分子调控机制是PI3K-Akt途径；那么进一步结合细胞功能水平的研究，可以推论出，模拟失重诱导的HUVEC-C血管生成和迁移能力增强与PI3K-Akt-eNOS信号级联有关。 总之，本研究发现24h模拟失重可以使HUVEC-C的血管生成能力和迁移能力增强，并且这种增强作用与模拟失重后HUVEC-C中eNOS的增量表达和活性升高密切相关。阐明了模拟失重下HUVEC-C这些功能变化发生的分子调控机制与PI3K-Akt-eNOS级联通路活化相关。我们的实验结果将有助于完善对失重致血管内皮细胞功能紊乱的认识，可能为失重/模拟失重所引起的血管重塑提供补充性解释，为航天返回后立位耐力不良的防护提供新的研究思路和理论依据。