Calpain介导萎缩比目鱼肌强直收缩损伤

摘要

随着“神舟七号”载人航天飞行的顺利完成，我国空间载人技术已发展到新的历史阶段，今后，我国航天员还会在太空进行长时间停留完成各项作业。微重力环境下，骨骼肌发生萎缩，肌纤维功能下降，对航天员各项操作活动产生不良影响。重返地面后，抗重力骨骼肌萎缩现象不能立刻缓解，严重影响地面活动功能。Calpain可能是导致肌纤维萎缩的关键分子。研究微重力环境下Calpain的变化规律对于防治肌纤维萎缩有重要的现实意义。同时，航天员重返地面后，不当的运动模式可能导致萎缩骨骼肌损伤，因此探讨强直收缩对Calpain的影响，对制定萎缩骨骼肌恢复期运动方案非常重要。
　　本研究采用整体实验与比目鱼肌(SOL)离体实验相结合的方法，观察了萎缩SOL电子显微镜下的形态变化规律。通过WesternBlot和CaseinZymography检测方法，探讨了不同条件下，Calpains的表达和活性的改变。同时，又通过离体肌条灌流技术从功能上进一步研究了不同条件下，肌条强直收缩功能的变化。此外，本实验还对萎缩肌纤维内Ca2+水平进行了初步的研究。主要实验结果如下：
　　1.萎缩SOL超微结构的变化规律采用尾部悬吊大鼠模型模拟失重，研究不同时间点SOL超微结构的变化规律：悬吊2wk后SOL肌原纤维排列规则，直径变细，Z线流明显；4wk后萎缩更加显著，甚至出现肌纤维的少量溶解。悬吊4wk后，大鼠强迫运动后，SOL超微结构破坏严重，肌原纤维排列错乱，Z线纵向排列不规则，甚至断裂消失。大鼠强迫运动同时给予Calpain抑制剂PD150606干预，超微结构可明显改善。
　　2.萎缩SOL静息钙离子浓度增高激光共聚焦显微镜观察SOL单纤维静息钙荧光强度，发现萎缩组显著高于对照组，且萎缩组对Caffeine的敏感性更高，易造成肌纤维内Ca2+浓度的升高。
　　3.重复疲劳性强直收缩导致SOL内Calpain1活性增强SOL中Calpain1与2表达量随悬吊时间的延长而逐渐增多，同时，Calpain1活性也逐渐增高，共同导致肌萎缩的产生和加重。离体肌条重复强直收缩对Calpain1与2的表达量未产生显著影响，但可增加Calpain1活性；悬吊4wk后，重复强直收缩使Calpain1活性增高的更加明显，抑制剂PD150606显著降低Calpain1活性。
　　4.重复疲劳性强直收缩导致Desmin降解Westernblot检测结果显示：悬吊组Desmin较对照组降解明显。重复强直收缩后，Desmin降解增加，悬吊组降解增加显著，抑制剂PD150606可降低Desmin的降解。
　　5.Calpain对肌条功能的影响采用Caffeine和H2O2可使内源性的Ca2+浓度增高，Ca2+浓度增高导致Calpain1活性增加，降解肌原纤维蛋白TnI，损伤肌纤维，导致静息张力升高，发展张力下降，疲劳性增加，恢复速率减慢，肌条收缩功能下降。
　　6.肌纤维内影响Ca2+浓度的因素TR75延长比值可以作为判断肌纤维肌质网Ca2+摄取的间接测量指标。研究表明去负荷萎缩SOL肌纤维肌质网Ca2+摄取功能增强，可能是肌纤维内Ca2+浓度升高的结果。
　　综上所述，悬吊大鼠SOL超微结构萎缩明显，PD150606干预可明显降低强迫运动引起的超微结构损伤。悬吊大鼠SOL肌纤维内Ca2+浓度升高，Calpain活性增高，表达增加。重复疲劳性间断强直收缩致使Calpain1活性增高显著，PD150606干预可明显降低Calpain1活性。说明Calpain是调节SOL萎缩的重要环节，而肌纤维Ca2+水平的上调是Calpain活性增高的主要原因。

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前言和文献回顾

Calpain 在去负荷骨骼肌萎缩中的作用

1 骨骼肌萎缩机制

2 Calpains 超家族

3 Calpains在肌纤维萎缩中的作用

3-甲基组氨酸（3MEH）是肌节蛋白actin和myosin的降解产物，可作为骨骼肌萎缩的指标。当骨骼肌萎缩后，尿液中3MEH排泄量增加，而3MEH是肌节蛋白降解的产物，说明肌萎缩主要是肌蛋白降解造成的 (Johnson and Perry, 1970; Elia et al., 1981)。通过免疫组化和电子显微镜观察到：萎缩骨骼肌纤维actin和myosin降解，同时Z线扭曲，肌节结构破坏(Massa et al., 1992;Belozerova et al., 2001; Fitts et al., 2001)。萎缩骨骼肌中，抑制Calpains可以减少肌蛋白降解的总量。通过Western blot分析，Calpains受抑制后，desmin、dystrophin、 filamin、nebulin和fodrin等骨架蛋白和肌节蛋白降解显著减少。也就是说，Calpains在萎缩骨骼肌中具有降解肌原纤维与骨架蛋白的重要作用(Huang and Forsberg, 1998; Purintrapiban et al., 2003)。

4 Calpains对去负荷骨骼肌萎缩作用的研究现状

正文

一、恢复期运动对去负荷比目鱼肌超微结构的影响与防护

1 引言

2 实验方法

3 结果

4 讨论

二、去负荷比目鱼肌 Calpains 表达与活性的变化

1 引言

2 材料与方法

3 结果

4 讨论

三、肌纤维内肌质网钙漏可诱发肌钙蛋白抑制亚基降解

1 引言

2 实验动物

3 结果

4 讨论

四、离体比目鱼肌肌质网 Ca2+释放功能的间接测量方法

1 引言

2 实验方法

3 结果

4 讨论

总结与展望

参考文献

个人简历和研究成果

致谢