剪应力、ATP与血管内皮细胞内Ca响应的动力学模型

摘要

剪应力信号转导(Signal Transduction of Shear Stress)是当前细胞生物力学研究的热点问题之一。Ca<'2+>在血管内皮细胞剪应力信号转导中扮演了重要角色。Ca<'2+>信号转导是通过内皮细胞内自由Ca<'2+>浓度变化来实现的。细胞内自由Ca<'2+>浓度的大小不仅依赖于细胞承受剪应力的大小，同时依赖于细胞外ATP的浓度。 本文在前人研究工作的基础上，改进了能描述剪应力、ATP和细胞内Ca<'2+>三者定量关系的非线性动力学模型。应用数值模拟的方法，定量分析了剪应力和ATP联合作用下血管内皮细胞Ca<'2+>响应的规律。与前人已有工作比较，论文的主要贡献如下： 1．建立了剪应力诱发血管内皮细胞分泌ATP的动态模型(dynamic model)，用数值计算的方法分析了平行平板流动腔中培养细胞表面附近的ATP浓度分布。结果表明，新的动态模型预测的细胞表面ATP浓度变化规律比John等的静态模型(static model)预测的结果更加符合实验事实。 2．考虑ATP门控嘌呤受体P<,2>X<,4>使Ca<'2+>内流的新机制，建立了基于ATP浓度大小的Ca<'2+>内流公式，取代Plank等的基于细胞膜应变能密度(因而依赖于剪应力)的Ca<'2+>内流公式。将内皮细胞内控制Ca<'2+>动力学的常微分方程与细胞外控制剪应力、ATP浓度的偏微分方程整合起来，建立了能描述剪应力、ATP和细胞内Ca<'2+>三者定量关系的多尺度非线性动力学模型。数值模拟结果表明，改进的新模型预测的Ca<'2+>响应规律比Wiesner等、Plank等模型预测的结果更加符合实验事实。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要专业名词与缩略语简表

声明

第一章引言

1.1剪应力、血管内皮细胞和Ca2+信号

1.2已有的研究成果

1.3本文工作

第二章ATP分泌动态模型

2.1 ATP控制方程

2.2流体剪应力诱导ATP分泌的动态模型

2.3模拟结果及其说明

2.3.1动态模型的有效性分析

2.3.2定常流时的模型预测

2.4结论

第三章Ca2+动力学模型

3.1 Ca2+信号通路

3.1.1胞质中Ca2+的来源

3.1.2胞质中Ca2+减小的若干途径

3.2细胞内Ca2+动力学模型

3.2.1模型与物质平衡方程

3.2.2模型参数的确定

3.3结果与讨论

3.3.1模型有效性验证

3.3.2剪应力对Ca2+响应的影响

3.3.3 ATP浓度对Ca2+响应的影响

3.3.4 Ca2+振荡

3.4结论

第四章总结

攻读硕士学位期间发表论文

参考文献

致谢