NOS在骨骼肌萎缩中的作用

论文摘要

随着科技的进步,我国的航天事业有了突飞猛进的发展,在太空中工作及太空行走的时间必然越来越长。然而,太空微重力环境会造成航天员肌肉萎缩,导致肌纤维结构及功能异常,不仅影响航天员的飞行时间和工作效率,而且还会影响航天员返回地面后的活动能力。尽管大量研究揭示了失重性肌萎缩的形成机制,但仍未发现有效的对抗措施。因此,探讨失重性肌萎缩形成的分子机制仍然是该领域的热门课题。一氧化氮（NO）是一种多功能分子,参与人体的许多生理过程。人体NO的主要来源是骨骼肌,NO可以调节骨骼肌的收缩功能,可能在肌肉萎缩中起着重要的调节作用。一氧化氮合酶（NOS）是催化NO合成的关键酶,由于人体内NO的半衰期很短且作用范围较小,因此,NO的功能不仅依赖于NOS表达与活性,还与NOS在细胞内的定位密切相关。我们认为NOS/NO参与肌肉的蛋白代谢过程,通过调节肌肉中NOS/NO的表达及活性可能影响去负荷所致的肌肉萎缩。研究NOS/NO变化与骨骼肌萎缩的关系,对于寻找失重性肌萎缩的有效对抗措施有重要的现实意义。本研究通过整体和离体骨骼肌实验,观察不同条件下萎缩肌肉的形态变化,以及不同去负荷条件下的骨骼肌肌纤维损伤状况。利用Western Blot及Casein Zymography等检测技术,探讨不同刺激条件下比目鱼肌nNOS、calpain1、2与calpastatin及L-Ca2+通道的表达,及不同条件下比目鱼肌calpain1、2的活性变化规律。并对比目鱼肌细胞内[Ca2+]i（单纤维）变化及肌质网钙释放通道的功能进行了研究。本研究主要结果如下:1.拉伸负荷抑制去负荷所致的骨骼肌肌纤维nNOS表达及活性的降低。尾部悬吊模拟失重大鼠比目鱼肌由于去负荷发生明显萎缩,其nNOS表达及活性均显著降低,在去负荷过程中给予比目鱼肌拉伸负荷后,nNOS表达及活性的降低趋势被抑制。2.拉伸负荷抑制去负荷所致的骨骼肌肌纤维calpain表达及活性的增加,进而抑制desmin等骨架蛋白降解的增加。去负荷后大鼠比目鱼肌肌纤维中calpain的表达及活性均显著增加,而其作用底物desmin等的非生理性降解随之增加;给予模拟失重大鼠比目鱼肌拉伸负荷后,去负荷后calpain表达及活性的增加明显被抑制,同时,desmin降解的增加也被有效抑制。3.模拟失重及拉伸负荷对肌纤维内Ca2+浓度的影响。通过激光扫描共聚焦显微镜观察肌纤维内Ca2+浓度发现:去负荷导致的萎缩比目鱼肌肌纤维内Ca2+浓度明显高于对照组,且加入caffeine后Ca2+瞬变峰值显著高于对照组;去负荷加拉伸组肌纤维内Ca2+浓度低于单纯去负荷组,提示拉伸负荷可以抑制去负荷导致的肌纤维内Ca2+浓度的升高,同时抑制了去负荷肌肉对caffeine敏感性的增加。4.模拟失重及拉伸负荷对肌纤维雷诺啶受体稳定性及开放机率的影响。钙火花是肌质网的局部钙释放事件,由单个钙释放通道开放形成。钙火花的特征可以反映肌质网雷诺啶钙释放通道的稳定性及开放机率。通过激光扫描共聚焦显微镜观察发现模拟失重所致的去负荷使肌纤维钙火花的数量及频率均增加,同时给予拉伸处理则阻止了上述增加。5.拉伸保存去负荷所致萎缩比目鱼肌Z线形态。去负荷可导致比目鱼肌萎缩,同时造成肌肉超微结构尤其是Z线的破坏;适当拉伸比目鱼肌可部分阻止去负荷导致的肌肉萎缩,保存肌肉的正常超微结构,并能防止Z线结构的损伤性改变。综上所述,大鼠比目鱼肌在去负荷后出现一系列改变,包括nNOS表达及活性的降低、calpain表达及活性的增加、肌纤维内Ca2+浓度的增加以及肌纤维超微结构的退行性变,而在去负荷的同时给予拉伸处理则有效抑制了上述各种变化。提示拉伸负荷可能通过增加nNOS的表达及活性,进而减少肌纤维内Ca2+浓度,降低calpain活性,抑制去负荷导致的骨骼肌萎缩与超微结构特别是Z线的变化。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 文献回顾
• 实验一
• 实验二
• 实验三
• 实验四
• 小结
• 参考文献
• 个人简历和研究成果
• 致谢