Calpain核转位促进模拟失重大鼠恢复期心肌细胞凋亡

长期失重/模拟失重恢复初期因心血管功能失调而使血浆肾上腺素浓度代偿性增加，在心肌beta-肾上腺素受体敏感性增强的基础上，高浓度肾上腺素引起心肌细胞凋亡率增加，为保障航天飞行航天员返回地面后的健康，亟待探明心肌细胞凋亡的机制。预实验发现模拟失重4周大鼠心肌钙蛋白酶Calpain-2活性增加且向核转位，抑制calpain活性可防止模拟失重恢复初期发生心肌细胞凋亡。本实验拟进一步证实beta-肾上腺素受体激动剂异丙肾上腺素(ISO)可诱导模拟失重大鼠心肌细胞凋亡，阐明Calpain-2核转位在心肌细胞凋亡中的作用，ISO刺激下心肌细胞胞浆与核内钙离子浓度的变化，核内钙离子浓度与核Calpain-2活性的关系，以及增加核Calpain-2活性对核CaMKII、胞浆Bcl-2表达以及线粒体凋亡信号转导通路活性的影响，依此阐明ISO经核转位的Calpain-2引起心肌细胞凋亡的信号转导新机制。

尾部悬吊模拟失重4周恢复1天大鼠，因心血管功能失调而使血浆与心肌组织去甲肾上腺素浓度代偿性增加，在心肌beta-肾上腺素受体敏感性增强的基础上，高浓度去甲肾上腺素引起心肌细胞凋亡率增加，钙蛋白酶calpains特异性抑制剂PD150606可降低心肌细胞凋亡率，表明calpains参与模拟失重恢复期心肌细胞凋亡。模拟失重恢复期高浓度beta-肾上腺素受体激动剂异丙肾上腺素(ISO)，可使心肌细胞核膜受磷蛋白磷酸化并增加核钙瞬变峰值。胞浆内活性氧簇浓度升高可能导致calpain-2向核转位，核内增加的Ca2+会进一步激活转位至核内的calpain-2，核内的calpain-2被激活后降解其底物CaMK ⅡδB，从而使Bcl-2的表达减少，Bcl-2/Bax比例增高，线粒体膜电位降低而引起细胞色素c释放增多，caspase-3与caspase-9被激活，导致尾部悬吊大鼠心肌细胞的凋亡易感性增加，从而诱导心肌细胞凋亡。本研究阐明的calpain-2核转位而引起心肌细胞凋亡的信号转导通路，为首次证明的新凋亡通路。这些结果为维护航天飞行航天员返回地面后的健康提供有价值的实验数据。