线粒体氧化损伤与模拟失重大鼠动脉血管功能重塑相关性的研究

航天员航天飞行后心血管功能失调严重威胁航天员的身体健康和飞行安全，其发生机理尚不明确，氧化应激损伤所致脑动脉血管功能重塑可能参与其中。为阐明模拟失重所致大鼠脑动脉发生氧化应激损伤和功能重塑的机理，本项目拟通过药物干预手段验证线粒体氧化损伤与NAD（P）H氧化酶激活协同作用导致脑动脉氧化应激损伤的假说，并通过观察线粒体靶向抗氧化干预对脑动脉（同步观察肠系膜小动脉）血管肌源性紧张度、收缩和舒张反应性的影响分析线粒体氧化损伤是否参与模拟失重大鼠动脉血管功能重塑过程。最后，通过观察线粒体靶向抗氧化干预对血管一氧化氮合酶系统、血管平滑肌细胞内钙离子分布、线粒体融合/分裂以及离子通道功能的影响分析线粒体氧化损伤导致模拟失重大鼠动脉血管功能重塑的可能机制。深入阐述上述问题对预防和对抗航天员航天飞行后心血管功能失调具有重要的理论和应用价值。

本项目为阐述宇航天员航天飞行后心血管功能失调的发生机制，以4周尾部悬吊大鼠作为动物模型模拟失重环境对人体心血管系统的影响，系统研究了脑动脉血管平滑肌细胞氧化应激损伤的分子机制，以及线粒体氧化损伤在模拟失重大鼠动脉血管功能重塑中的作用和机制，项目按照预定研究计划顺利实施并取得了预期结果。本项目的主要研究发现：（1）模拟失重大鼠脑动脉血管平滑肌细胞线粒体发生氧化损伤和功能障碍，线粒体靶向抗氧化剂（mitoTEMPO）和NADPH氧化酶抑制剂（apocynin）可有效减轻线粒体氧化损伤和细胞氧化应激损伤；（2）mitoTEMPO可显著逆转模拟失重大鼠脑动脉血管高肌源性紧张度、高收缩反应性和受损的内皮依赖性舒张反应性；（3）线粒体氧化损伤参与模拟失重大鼠脑动脉血管功能重塑的作用机制：①调控脑动脉血管一氧化氮合酶（NOS）-一氧化氮（NO）系统：调节模拟失重大鼠脑动脉内皮型/诱导型NOS表达和活性，NO代谢产物（NOx）以及cGMP含量；②调控脑动脉血管平滑肌细胞线粒体-肌浆网结构偶联和Ca2+稳态：模拟失重改变大鼠脑动脉血管平滑肌细胞线粒体-肌浆网空间结构偶联，上调和下调脑动脉血管平滑肌细胞促线粒体分裂（FIS1/DRP1）和融合（MFN1/2）蛋白/mRNA表达，上调肌浆网IP3R受体蛋白/mRNA表达，胞浆Ca2+浓度升高，线粒体和肌浆网Ca2+浓度降低，mitoTEMPO可恢复线粒体-肌浆网结构偶联和Ca2+稳态；③调控脑动脉血管平滑肌细胞离子通道功能：模拟失重大鼠脑动脉血管平滑肌细胞全细胞K+电流降低，BKCa和KV电流分别升高和降低，BKCa和KV通道开放概率分别增加和降低，mitoTEMPO可恢复上述离子通道功能变化。这些证据揭示了模拟失重状态下大鼠脑动脉血管平滑肌细胞线粒体氧化损伤参与脑动脉血管功能重塑的机制，为发展预防和对抗航天员航天飞行后心血管功能失调措施提供了证据和理论基础。上述研究结果发表SCI收录论文3篇，分别为FASEB Journal（影响因子5.48）、PLOS ONE（影响因子3.53）和Experimental & Clinical Cardiology（影响因子0.76）各1篇，国内学术会议报告1次，获得全军优秀青年医师论文三等奖1项。