糖萼作为力感受器在模拟失重致大鼠动脉血管功能重建中的作用研究

Recent studies have revealed that microgravity induced vascular structural and functional remodeling may be one of the key contributors to postspaceflight orthostatic intolerance experienced by astronauts on return to Earth. Nevertheless, the mechanisms underneath remain unclear. The vascular cell (endothelial cell and smooth muscle cell) glycocalyx is a surface layer mainly composed of glycosaminoglycans and its bearing core proteins, and also a key mechaosensor. The applicant’s previous study has demonstrated that simulated microgravity induces the vascular endothelial glycocalyx dimensional remodeling in a regional-dependent manner, which suggests the sensitivity of the glycocalyx to the redistribution of the hemodynamic environments in tail-suspended rats. Based on this, the applicant proposed this research project to testify the following 2 hypothesis: 1) Not only the thickness but also the coverage and the expression levels of glycocalyx will be modulated by simulated microgravity in tail-suspended rats. 2) As a mechanosensor, the adaptation of the glycocalyx may affect the release of nitric oxide (NO), the expression levels of nitric oxide synthase (NOS) and smooth muscle cell (SMC) markers, and the proliferation or apoptosis of SMC, consequently, alter the contractility of the artery, contributing to the vascular functional remodeling in tail-suspended rats. The proposed research project can enrich our understanding of orthostatic intolerance of astronauts on return to Earth and provide theoretical basis to seek potential countermeasures in the future.

研究表明，航天失重致动脉血管结构和功能的重建是宇航员返地后发生立位耐力不良的主要原因。然，其中涉及的详细机理，目前尚未完全阐明。血管细胞糖萼是位于细胞表面的一层多糖蛋白复合结构，更是细胞表面重要的力感受器。申请人研究发现，模拟失重将引起大鼠动脉血管内皮细胞糖萼在厚度上发生区域性重塑，证实了糖萼对于模拟失重环境的敏感性。在此基础上，本课题设计了5个方面的研究内容来验证申请人的2个科学猜想：1）除厚度外，模拟失重可能引发动脉血管糖萼在覆盖率及组成成分的表达水平上发生区域性重塑。2）作为力感受器，糖萼的这种重塑很可能会影响下游NO等信号分子的释放，NOS及SMC收缩蛋白的表达，以及SMC的增殖/凋亡，最终改变动脉的舒缩能力，参与模拟失重致动脉血管功能重建的过程。本课题的实施，将有望从一个新的角度去解释宇航员返地后立位耐力不良的发生机理，并为以糖萼为靶点，寻求新的对抗措施提供理论依据。

航天失重致动脉血管结构和功能的重建是宇航员返地后发生立位耐力不良的主要原因。然，其中涉及的详细机理，目前尚未完全阐明。血管细胞糖萼是位于细胞表面的一层多糖蛋白复合结构，更是细胞表面重要的力感受器。本课题通过大鼠尾吊模型，研究了模拟失重情况下，导管动脉（腹主动脉、颈总动脉、股动脉）血管糖萼的覆盖率、主要成分的表达水平以及一氧化氮合酶（NOS ）及平滑肌细胞（ SMC ）收缩蛋白的表达、SMC 凋亡率；通过体外灌流实验，研究了糖萼在血流动力学环境改变引发的血管重建中的作用；进一步地，通过体外培养的细胞模型，研究了糖萼介导流动剪切力调控平滑肌细胞收缩的分子机制。研究表明，模拟失重可引发动脉血管糖萼在覆盖率及分子表达上发生区域性重塑；此外，大鼠导管动脉一氧化氮合酶、平滑肌收缩蛋白的表达水平以及细胞凋亡率都会发生区域性改变；且这种改变与糖萼覆盖率存在相关性。糖萼作为力感受器，通过影响下游一氧化氮合酶NOS及SMC 收缩蛋白的表达，以及SMC 的增殖/凋亡，调控血管重建。进一步地，在分子层面，糖萼是通过Rho蛋白激酶-肌球蛋白轻链磷酸酶（ROCK-MLCP）通路调控剪切力作用下血管平滑肌细胞的收缩行为。本课题的实施，将有望从一个新的角度去解释宇航员返地后立位耐力不良的发生机理，并为以糖萼为靶点，寻求新的对抗措施提供理论依据。