Rho激酶在模拟失重所致大鼠动脉收缩反应变化中的作用

摘要

航天飞行中微重力环境可引起机体心血管系统发生一系列适应性改变,待航天员返回地面1G重力环境或受到其它立位应激时,即可引起一系列心血管失调反应的发生,主要表现为飞行后立位耐力不良及运动能力下降。目前,关于航天飞行后心血管失调(postflightcardiovasculardysfunction,PFCD)的机理尚未完全阐明,因此,其仍是重力生理学领域研究的重点问题之一。航天员暴露于微重力环境时,体液由于失去重力的作用而发生头向转移,表现为上半身体液相对增多,而下半身相对减少,人体位于地面1G重力环境时的流体静压梯度消失及血流动力学改变,最终引起机体动脉血管系统发生一系列结构与功能重建。大量卧床实验及飞行后人体实验结果均提示,动脉血管系统收缩反应异常可能是引起PFCD的主要原因之一。因此,本研究主要关注引起失重/模拟失重致动脉血管收缩反应改变的机制,以期为阐明PFCD的发生机理及进一步提出新的行之有效的对抗措施提供依据。
　　大量血管生物学研究表明,Rho激酶(Rhokinase,Rho-associatedcoiled-coilformingkinase,ROCK)在血管平滑肌细胞(vascularsmoothmusclecells,VSMCs)收缩功能的调节中发挥了重要作用。ROCK是RhoA的首要效应分子,并可接受Rho蛋白家族其他成员的调节。研究表明,ROCK接受RhoA的活化信号被激活后,可作用于肌球蛋白轻链磷酸酶(myosinlightchainphosphatase,MLCP)使其磷酸化,从而抑制MLCP的活性,进而解除其对肌球蛋白轻链(myosinlightchain,MLC)的脱磷酸化作用,从而增强VSMCs的收缩。同时,近年研究发现,ROCK也可直接作用于MLC使其磷酸化,从而发挥介导收缩的作用。目前,有关ROCK参与高血压、动脉粥样硬化等多种心血管疾病中血管收缩反应异常调节的作用已得到广泛证实,但有关其在失重/模拟失重致机体动脉血管系统收缩功能改变中的作用研究相对较少,且尚无明确结论。
　　包括本实验室在内的国内外多家实验室前期研究发现,模拟失重可致大鼠动脉血管系统收缩功能发生区域特异性改变,但相关研究主要集中在脑部及后身阻力血管,关于弹力型大动脉及肌型中动脉的研究相对较少且结果尚存争议。因此,本研究采用4周尾部悬吊模拟失重大鼠模型,以弹力型大动脉(颈总动脉、胸主动脉、腹主动脉)及肌型中动脉(股动脉)为研究对象,通过离体血管环功能实验观察其受体及非受体介导的收缩反应的变化特点以及ROCK特异性抑制剂Y-27632对其收缩功能的影响。同时,通过免疫蛋白印迹技术、免疫组织化学染色(immunohistochemistry,IHC)及ROCK活性检测等实验方法检测ROCKII的表达及ROCK的活性变化,探讨ROCK的表达或活性改变与模拟失重大鼠动脉血管收缩功能变化的关系。
　　本研究主要结果如下:
　　(1)模拟失重致大鼠动脉血管收缩功能发生区域特异性改变
　　离体血管环功能实验结果发现,在大鼠前身动脉,与对照组(CON)大鼠相比,悬吊组(HU)大鼠胸主动脉苯肾上腺素(phenylephrine,PE)及KCl介导的收缩反应均显著增强,而颈总动脉则仅表现出增强趋势,并无显著统计学差异。在大鼠后身动脉,与CON大鼠相比,HU大鼠腹主动脉及股动脉PE及KCl介导的收缩反应均显著降低。
　　(2)Y-27632显著缩小模拟失重大鼠与正常大鼠之间动脉收缩反应的差异
　　利用Y-27632阻断ROCK作用后,模拟失重大鼠与正常大鼠之间相应动脉PE及KCl介导的收缩反应的差异均显著降低。在大鼠前身动脉,Y-27632基本完全消除颈总动脉及胸主动脉PE及KCl介导的收缩反应的组间差异。而在大鼠后身动脉,Y-27632显著缩小腹主动脉及股动脉收缩反应的组间差异。同时,与应用Y-27632之前相比,上述动脉收缩反应组间差异出现时所需血管收缩剂浓度较高,均表现出“迟滞效应”。
　　(3)模拟失重致大鼠动脉血管ROCKII的表达及ROCK活性发生不同变化
　　免疫蛋白印迹及IHC实验结果表明,与CON大鼠相比,HU大鼠颈总动脉及股动脉ROCKII表达显著降低,胸主动脉ROCKII表达无明显改变,而腹主动脉ROCKII表达显著增加。ROCK活性检测实验结果表明,与CON大鼠相比,HU大鼠颈总动脉、腹主动脉及股动脉肌球蛋白轻链磷酸酶靶亚基(myosinlightchainphosphatasetarget-1,MYPT-1)的Thr696位点磷酸化程度显著降低,而胸主动脉该位点磷酸化程度显著增强。MLCSer19位点的磷酸化检测实验结果表明,与CON大鼠相比,该位点的磷酸化水平在HU大鼠颈总动脉无显著变化,在胸主动脉显著增强,而在腹主动脉及股动脉则显著降低。
　　以上结果表明,模拟失重可导致大鼠胸主动脉及后身动脉(腹主动脉、股动脉)收缩功能分别发生增强和减弱的变化,而致颈总动脉收缩功能表现出增强趋势,且阻断ROCK作用可显著缩小甚至完全消除模拟失重大鼠与正常大鼠之间动脉收缩反应的差异,提示ROCK参与了模拟失重大鼠动脉血管收缩功能变化的调节。同时,ROCK的表达及活性在模拟失重大鼠不同部位的动脉中发生了不同变化,提示ROCK的表达或活性改变可能是其参与调节模拟失重大鼠动脉收缩功能改变的方式之一。

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文献回顾

正文

第一部分 模拟失重大鼠动脉血管收缩反应变化及Y-27632对其的影响

引言

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

第二部分 模拟失重大鼠动脉血管Rho激酶蛋白表达与活性的变化

引言

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

小结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢