骨骼肌特异性TβRII基因敲除对失重性肌萎缩形成的影响及机制研究

失重导致的肌萎缩严重影响航天任务的完成，但其发生机制尚不清楚，阻碍了有效对抗措施的制定。我们前期利用整体Smad3基因敲除小鼠的体内外研究，发现信号分子Smad3的磷酸化激活在失重性肌萎缩形成中起着重要的作用。本项目中，采用Cre/loxP技术，制备Smad3磷酸化激活的关键受体-TβRII骨骼肌特异性基因敲除小鼠，研究在失重性肌萎缩形成中，骨骼肌特异性TβRII基因敲除对肌萎缩和快慢肌纤维表型转换、以及肌萎缩特异基因、快/慢肌纤维表型特异基因表达的影响；骨骼肌特异性TβRII基因敲除型与野生型中Smad3磷酸化激活及信号分子AMPK、ERK1/2和PGC-1α的差异性变化及其交互关系。通过揭示骨骼肌特异性TβRII基因敲除所致的Smad3磷酸化激活阻断及其效应，明确Smad3磷酸化激活在失重性肌萎缩形成中的关键作用及其信号机制。为基于失重性肌萎缩形成机制干预的航天肌萎缩防护提供理论依据。

航天飞行尤其是中长期航天飞行中，失重导致的肌萎缩将影响航天员健康和作业能力，增加载人航天任务失败的风险。但迄今为止，失重性肌萎缩的发生机制尚不清楚，严重阻碍了有效防护对抗措施的研发。本项目通过采用Cre/loxP 技术，首次制备了Smad3磷酸化激活的关键受体—TβRII 的骨骼肌特异性基因敲除小鼠；探讨了尾悬吊诱导的失重性肌萎缩中，骨骼肌特异性TβRII基因敲除对骨骼肌质量丢失、肌纤维横截面积减小的肌萎缩，慢肌纤维减少、快肌纤维增加的快慢肌纤维表型的转换的影响；对肌萎缩特异基因Atrogin-1和MuRF1、快/慢肌纤维表型特异基因MHC-I，MHC-IIa，MHC-IIx，MHC-IIb表达的影响；以及骨骼肌特异性TβRII 基因敲除所致的Smad3 磷酸化激活阻断及其效应，明确Smad3 磷酸化激活在失重性肌萎缩形成中的关键作用及其信号机制。研究结果表明，骨骼肌特异性TβRII基因敲除能够显著对抗失重性肌萎缩的形成和慢肌纤维向快肌纤维的转化；揭示了骨骼肌特异性TβRII基因敲除对抗失重性肌萎缩的信号转导机制：骨骼肌特异性TβRII基因敲除，阻断Smad3磷酸化激活，显著对抗萎缩特异基因Atrogin-1和MuRF1表达的增加，抑制肌萎缩的发生；并通过上调PGC-1α的表达，增加慢肌纤维特异基因MHC-I，MHC-IIa表达和抑制快肌纤维特异基因MHC-IIx，MHC-IIb表达，对抗失重性肌萎缩中慢肌向快肌纤维表型转化的特征性改变，从而有效对抗失重性肌萎缩。因此，本研究的开展不仅在骨骼肌萎缩的基础理论研究中有所创新，而且骨骼肌TβRII可作为研发失重性肌萎缩靶向防护药物筛选靶点，具有重要的载人航天实际应用价值。