GATA-4、MEF2A表达调控与失重致心肌细胞凋亡的相关性研究

中长期失重可以引起航天员心脏的结构和功能发生变化，诱发心肌细胞发生凋亡，但目前失重诱导心肌细胞凋亡的机制尚未阐明，如何减少细胞凋亡的干预措施也不甚明确。本研究拟利用独特的细胞回转器模拟失重环境，采用多种分子生物学技术，通过对模拟失重诱导心肌细胞凋亡的分子机制的研究，确定心脏特异性转录因子GATA-4和MEF2A是否参与细胞凋亡的信号传导，然后对GATA-4和MEF2A的功能活性和表达进行人工干预，确定其是否可以改变细胞凋亡过程，从而明确对抗失重致心肌细胞凋亡的治疗干预靶点。本研究的成果有助于进一步阐明失重诱导心肌细胞凋亡的分子机制及人工干预的信号传导机制，为失重致心脏功能变化的防治提供新的思路和理论依据。

在航天飞行时，重力的消失可引起机体出现广泛的心血管系统变化，在心脏中可表现出心肌萎缩、心律失常和心肌代谢异常等变化，严重威胁航天员的安全。失重环境导致的心血管功能失调已成为妨碍航天员健康和太空探索能力的最重要的难题之一，如何改善心脏的功能，维持心血管功能的稳定，已成为防治失重致心血管功能变化的关键所在。本研究以体外培养的大鼠心肌细胞为研究对象，利用独特的细胞回转器模拟失重环境，建立了大鼠心肌细胞模拟失重培养模型，观察了模拟失重对心肌细胞凋亡相关基因和蛋白的表达影响，探讨了心脏特异性转录因子MEF2A和GATA-4功能活性异常在模拟失重致心肌细胞凋亡中的调控作用，研究了ERK和JNK在模拟失重致心肌细胞中的调控规律及其在调节MEF2A和GATA-4活性中的作用和机制，并进一步探讨外界干预因子HGF在对抗模拟失重所致心肌细胞凋亡中的作用。结果表明，回转器模拟失重96h可致体外培养的心肌细胞凋亡率增加，心肌细胞促凋亡相关基因p53、c-myc、caspase-3 mRNA和蛋白表达显著升高，而抑凋亡相关基因bcl-2的mRNA和蛋白表达显著下降；模拟失重96h可致心脏特异性转录因子MEF2A和GATA-4 蛋白表达和转录活性均显著降低，同时检测发现，模拟失重后心肌细胞总ERK1/2表达未见显著变化，而磷酸化ERK1/2表达则显著下降，提示模拟失重可显著降低ERK的活性；心脏特异性转录因子MEF2A和GATA-4的活性受ERK1/2的调控，与JNK的表达及活性无关，过表达MEF2A和GATA-4可部分抑制模拟失重所致的心肌凋亡；HGF可部分抑制模拟失重所致的心肌细胞凋亡增加。以上结果提示，模拟失重96h可致体外培养的心肌细胞凋亡增加，ERK1/2以及心脏特异性转录因子MEF2A、GATA-4是调控此过程的重要信号分子，模拟失重首先引起ERK1/2的活性降低，继而引起心脏特异性转录因子MEF2A和GATA-4的表达及活性下降，从而引起心肌细胞出现凋亡增加。本研究揭示模拟失重诱导心肌细胞凋亡的分子机制，进一步阐明了心脏特异性转录因子MEF2A和GATA-4在模拟失重后的变化特点及在心肌凋亡中的调控规律，证实HGF可部分对抗模拟失重所致的心肌细胞凋亡增加。这些问题的解决，为失重致心脏功能变化的防治提供了新的思路和理论依据。