论文摘要
宇航员长期暴露于微重力环境会引起心血管系统发生适应性变化,表现为返回地面1G重力环境后出现直立性低血压、心慌气短和晕厥等心血管系统症状。在过去的半个世纪里,人们获得了广泛的对航天飞行后心血管功能失调发生机理的认识,但是现有的研究结果均不能很好地解释微重力状态下心血管系统的异常特征,阐明微重力状态下心血管功能失调的发生机制将有助于解释并预防宇航员航天飞行后心血管疾病的发生。航天微重力环境改变了人体正常的流体静压梯度,从而使全身动脉血管系统的跨壁压梯度发生变化,表现为:上半身动脉血管跨壁压相对升高处于持续的“高血压”状态;下半身动脉血管跨壁压相对降低处于持续的“低血压”状态。这种分化性的动脉血压梯度变化导致了不同区域的动脉血管发生结构和功能的适应性改变,在模拟失重大鼠表现为:前半身动脉血管发生肥厚性改变,血管收缩反应性增强;后半身动脉血管发生萎缩性改变,血管收缩反应性减弱。此前的研究证实,血管平滑肌细胞离子通道功能的变化可能是导致模拟失重大鼠动脉血管功能适应性变化的机制;NO合酶表达的变化也可能是导致动脉血管功能重建的重要因素。近年来的研究又进一步发现,血管组织局部肾素-血管紧张素系统（ local renin-angiotensin system, L-RAS）在模拟失重大鼠前半身和后半身动脉血管是呈差异性表达的,表现为:RAS的主要成份在大鼠脑动脉表达上调和在股动脉表达下调,但是L-RAS的这种特征性变化在模拟失重大鼠动脉血管结构和功能重建过程中的作用还不清楚。RAS的主要成份血管紧张素II（angiotensin II,ANG II）已经被证实不仅是一种强有力的血管收缩物质,还可以通过介导动脉血管氧化应激损伤和炎症反应间接参与动脉血管反应性调节,进而参与了心血管疾病的发生和发展。但是在模拟失重大鼠动脉血管是否存在类似的氧化应激损伤和炎症反应还没有报道;再者,差异性激活的L-RAS是否可以通过产生动脉血管氧化应激损伤和炎症反应参与模拟失重大鼠动脉血管功能重建过程也不清楚;如若确实如此,既然NO是动脉血管反应性调节的关键分子,那么L-RAS是否通过调节NOS蛋白表达实现其作用也有待阐明。这些将是本工作拟回答的问题。为回答上述问题,本研究以尾部悬吊大鼠模型模拟微重力对人体心血管系统的影响,并对动物进行氯沙坦（30 mg/kg/day）和apocynin（50 mg/kg/day）干预处理以阻断AT1受体作用或抑制NAD（P）H氧化酶活性。形态学方面,采用免疫组织化学技术对VCAM-1蛋白在基底动脉、颈总动脉、腹主动脉和股动脉血管的表达进行定位;采用激光共聚焦显微镜技术检测上述动脉血管中超氧化物阴离子水平。生理学方面,采用离体动脉血管环技术测定动脉血管收缩和舒张反应性的变化。分子生物学方面,用Western Blot技术检测上述动脉血管eNOS、iNOS和VCAM-1蛋白表达情况;以试剂盒检测动脉血管硝酸盐和亚硝酸盐含量（NOx）。本工作的主要发现如下:1.L-RAS通过调节NOS蛋白表达引起模拟失重大鼠动脉血管功能适应性变化离体动脉血管环实验结果表明:与对照组相比,3周模拟失重大鼠基底动脉和颈总动脉对KCl、苯肾上腺素或5-羟色胺的最大收缩反应性增强,腹主动脉和股动脉对KCl和苯肾上腺素的最大收缩反应性减弱;上述动脉血管对乙酰胆碱的最大舒张反应性均显著降低。氯沙坦（30 mg/kg/day）阻断AT1受体后明显改善了基底动脉和颈总动脉的高收缩反应性和低内皮依赖性舒张反应性,但是对腹主动脉和股动脉血管反应性没有影响。进一步的蛋白印迹分析表明:3周模拟失重大鼠脑动脉和颈总动脉iNOS蛋白表达显著上调,而eNOS仅在颈总动脉表达上调;腹主动脉和股动脉eNOS蛋白表达水平均显著下调。给予氯沙坦处理后恢复了脑动脉和颈总动脉的eNOS和iNOS蛋白表达,但是对腹主动脉和股动脉的NOS蛋白表达并没有显著影响。本工作结果提示:L-RAS可能通过调节NOS蛋白表达实现对模拟失重大鼠动脉血管反应性的调节。2.L-RAS藉氧化应激损伤机制通过调节NOS蛋白表达引起模拟失重大鼠动脉血管功能适应性变化激光共聚焦显微镜结果表明:3周模拟失重大鼠基底动脉和颈总动脉超氧阴离子水平明显升高,而腹主动脉和股动脉超氧阴离子水平有所降低;给予氯沙坦处理后则明显降低了其基底动脉和颈总动脉超氧阴离子水平,而对腹主动脉和股动脉没有明显影响。离体动脉血管环实验结果表明:3周模拟失重大鼠各部位动脉血管收缩和舒张反应性同前。apocynin（50 mg/kg/day）抑制NAD（P）H氧化酶活性后明显改善了模拟失重大鼠基底动脉和颈总动脉的高收缩反应性和低内皮依赖性舒张反应性,但是却不影响腹主动脉和股动脉的血管收缩和舒张反应性。蛋白印迹实验结果表明:3周模拟失重大鼠各部位动脉血管eNOS和iNOS蛋白表达特征同前,apocynin处理后显著下调脑动脉和颈总动脉eNOS和iNOS蛋白表达水平,但是对腹主动脉和股动脉的NOS蛋白表达没有影响。进一步的动脉血管NOx含量检测结果表明:3周模拟失重大鼠脑动脉和颈总动脉NOx含量明显升高,而腹主动脉和股动脉NOx含量明显降低;apocynin处理后显著降低脑动脉和颈总动脉NOx含量。本工作结果提示:模拟失重大鼠上半身动脉血管激活的L-RAS可能藉氧化应激机制通过调节NOS蛋白表达水平实现对动脉血管反应性的调节。3.L-RAS可能藉炎症反应机制引起模拟失重大鼠动脉血管功能适应性变化免疫组织化学实验结果表明:血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）定位表达于3周模拟失重大鼠基底动脉和颈总动脉血管内皮细胞,但是腹主动脉和股动脉未见阳性表达。进一步的蛋白印迹分析结果证实了模拟失重大鼠脑动脉和颈总动脉VCAM-1蛋白表达是上调的,腹主动脉和股动脉未检测到阳性表达;氯沙坦阻断AT1受体后显著下调了模拟失重大鼠脑动脉和颈总动脉VCAM-1蛋白的表达,但是对腹主动脉和股动脉血管没有影响。本工作结果提示,3周模拟失重可引起大鼠脑动脉和颈总动脉发生炎症反应,而激活的L-RAS可能是动脉血管反应性调节和炎症反应调控的共同上游通路。总之,本工作首次证实氧化应激损伤和炎症反应存在于模拟失重大鼠脑动脉和颈总动脉,将有助于更加全面深入地认识微重力暴露对人体心血管系统的影响;并且首次阐明L-RAS可能藉氧化应激损伤和炎症反应机制通过调节NO的产量和生物活性参与了模拟失重大鼠动脉血管功能重建过程,这是对航天微重力状态下血流动力学的特征性改变导致L-RAS在不同区域动脉血管的差异性激活在功能层面上的进一步佐证。由于氧化应激损伤和炎症反应是高血压和动脉粥样硬化发生和发展的重要因素,因此,本研究结果对阐明微重力暴露后心血管功能失调的机制并预防宇航员飞行后心血管疾病的发生具有一定的指导意义。
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