硝苯地平可通过L型Ca2+通道对模拟失重大鼠脑与肠系膜小动脉的功能进行差异性调控

摘要

航天飞行后立位耐力不良是航天员微重力环境暴露后返回地面时最严重的副作用之一,其发生机理及有效对抗措施一直困扰着广大航天医学工作者,虽然世界各国对于这方面研究的投入巨大,也取得一定的研究结果,但就其具体发生机理尚未达成统一认识,也缺乏有效地对抗措施。在地面1G重力环境时体内血液主要集中于下半身,而当暴露于微重力环境时体内血流将发生向头部/上半身转移的重新分布,使得原本血压相对较低的脑部血压升高,而下半身血压则相对降低,进而导致机体不同部位的血管发生不同的特异性区域重塑。目前的人体及动物研究表明微重力环境所致的血管重塑可能是引起航天飞行后立位耐力不良发生的重要因素。在太空飞行时,处于上半身的脑动脉因其血压的持续增高而发生肥厚性变化及血管收缩反应性增加;而处于机体下半身的阻力血管如内脏和下肢的血管,将会发生萎缩、血管肌源性紧张度(myogenic tone,MT)下降以及血管反应性的下降等变化。因此,当航天员由微重力环境返回地面1G重力环境时,外周小动脉血管的阻力不能迅速提高以适应地面环境也是造成航天飞行后立位耐力不良发生的重要原因。因此,我们提出“外周效应器机制假说”来解释航天飞行后立位耐力不良发生的机理,并认为航天失重环境下所导致的脑动脉与肠系膜小动脉功能与结构重建是引起航天员航天飞行后心血管功能失调(postflight cardiovascular dysfunction)的一个重要因素。目前对于航天飞行后立位耐力不良发生的预防多采用运动锻炼、下体负压(lower body negative pressure,LBNP)、水盐补充、企鹅服等,但这些防护措施的效果均不十分理想,航天员对此的依从性也较差;而目前能从根本上解决这一问题的方法是人工重力,但由于工程技术问题,人工重力也只是处于理论阶段,并未能真正有效地开展,因此简单、有效的药物防护显得尤为重要。
　　钙离子是维持机体正常生命活动的重要第二信使,在很多生理过程都有钙离子的参与,如递质的释放、基因转录、酶的激活与肌肉的兴奋-收缩偶联(excitation-contraction coupling,EC)等。对于心血管系统,L型Ca2+通道(L-type voltage-dependent calcium channels,CaL)可通过调控Ca2+的内流从而对血管紧张度(myogenic tone,MT)与血压(blood pressure,BP)的调控发挥关键作用。除此之外,其在血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)的增殖过程中也起到了重要的作用。目前对于L型Ca2+通道在血管的结构和功能重建中的作用的研究也十分多,对其机理也有较深入的研究。并且本实验室前期工作也发现L型Ca2+通道参与了模拟失重所致大鼠脑动脉和肠系膜小动脉等的动脉的结构和功能重塑,并且这一过程可能是引起航天飞行后立位耐力不良的重要分子基础。
　　硝苯地平作为L型Ca2+通道特异性阻滞剂在临床上广泛用于高血压、心绞痛等心血管疾病,其主要通过结合到L型Ca2+通道的α1亚基上抑制细胞外Ca2+内流进入细胞从而抑制VSMCs的收缩作用,进而起到使血管舒张的作用。在细胞增殖方面,硝苯地平也可通过对L型Ca2+通道的抑制而降低VSMCs的增殖,即抑制其由收缩表型向合成表型转化的过程。
　　因此该课题在本实验室前期工作的基础上,着重探讨硝苯地平是否可通过离子通道机制恢复模拟失重大鼠脑与肠系膜小动脉的功能。
　　本实验以4周尾部悬吊后肢无负荷大鼠为模拟失重动物模型,将硝苯地平片研磨成粉末,完全溶于生理盐水中灌胃,观察①对照组(control,CON)、②对照+硝苯地平组(control+nifedipine,CON+)、③悬吊组(tail-suspended,SUS)与④悬吊+硝苯地平组(tail-suspended+nifedipine,SUS+)大鼠脑动脉与肠系膜小动脉血管功能与VSMCs L型Ca2+通道的变化。血管功能检测包括血管肌源性紧张度与收缩反应性的变化;L型Ca2+通道的检测包括通道蛋白的表达与全细胞膜片钳电生理学检测。本课题研究主要结果如下:
　　(1)硝苯地平可通过抑制L型Ca2+通道恢复模拟失重大鼠脑动脉的血管功能
　　①硝苯地平可恢复模拟失重大鼠脑动脉的血管功能
　　与CON组相比,SUS组大鼠脑动脉MT增加,血管反应性增加。与SUS组大鼠相比,硝苯地平处理可使模拟失重大鼠脑动脉MT和血管反应性显著性降低。
　　②硝苯地平可显著降低L型Ca2+通道的蛋白表达与全细胞电流密度
　　蛋白免疫印迹实验和膜片钳结果提示,与CON相比,模拟失重可致大鼠脑动脉VSMCs L型Ca2+通道蛋白表达和全细胞电流密度增加,但与SUS组大鼠相比,硝苯地平处理后的模拟失重大鼠脑动脉VSMCs L型Ca2+通道蛋白表达和全细胞电流密度均显著性降低,但SUS+组脑动脉VSMCs L型Ca2+通道蛋白表达仍略高于CON组。
　　(2)硝苯地平对模拟失重大鼠肠系膜小动脉的血管功能与 L型 Ca2+通道均无显著影响
　　①硝苯地平对模拟失重大鼠肠系膜小动脉的血管功能无显著影响
　　与CON组相比,SUS组大鼠肠系膜小动脉血管MT和血管反应性显著性降低。但与SUS组大鼠相比,SUS+组大鼠肠系膜小动脉MT和血管反应性则无明显变化。
　　②硝苯地平对模拟失重大鼠肠系膜小动脉VSMCs L型Ca2+通道的蛋白表达与全细胞电流密度无明显影响
　　蛋白免疫印迹实验和膜片钳结果提示,与CON组相比,模拟失重可致大鼠肠系膜小动脉 VSMCs L型 Ca2+通道蛋白表达和全细胞电流密度显著性降低;但与 SUS组大鼠相比,SUS+组肠系膜小动脉VSMCs L型Ca2+通道蛋白表达和全细胞电流密度均均无显著性变化。
　　因此,本课题研究表明硝苯地平可通过对L型Ca2+通道的抑制作用从而对模拟失重大鼠脑与肠系膜小动脉的功能进行差异性调控,即硝苯地平可通过抑制脑动脉血管平滑肌细胞L型Ca2+通道从而恢复模拟失重大鼠脑动脉血管的功能;而硝苯地平对模拟失重大鼠肠系膜小动脉血管功能与血管平滑肌细胞L型Ca2+通道均无显著影响。以上结果提示VSMCs L型Ca2+通道可能成为预防航天飞行后立位耐力不良发生的新药物靶点,而其阻断剂硝苯地平可能对航天飞行后立位耐力不良的发生具有一定的预防作用。

目录

封面

声明

目录

缩略语表

中文摘要

英文摘要

前言

文献回顾

一、航天飞行后心血管功能失调机理与对抗措施的研究现状

二、硝苯地平对血管功能与结构的调控

第一部分硝苯地平对模拟失重大鼠脑动脉血管功能及L型Ca2+通道的影响

引言

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

第二部分硝苯地平对模拟失重大鼠肠系膜小动脉血管功能及L型Ca2+通道的影响

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

小结

一、主要结论

二、创新点

三、不足及展望

参考文献

个人简历和研究成果

致谢