内质网/肌浆网应激与模拟失重大鼠脑动脉血管结构和功能重塑相关性的研究

Vascular structural and functional remodeling during microgravity results in postflight cardiovascular deconditioning in astronauts; however, the underlying mechanism is still unclear. To investigate whether endoplasmic/sarcoplasmic stress participate in this process, the present project was designed to test the hypothesis that simulated microgravity results in endoplasmic/sarcoplasmic stress in rat cerebral (mesenteric small arteries will also be investigated) endothelial and smooth muscle cells. The characteristics of unfolded protein response, and the effects of endoplasmic reticulum stress inhibition on phenotypic switching of cerebrovascular smooth muscle cells and cerebrovascular reactivity will be defined. These work is valuable in confirming whether endoplasmic reticulum stress participates in cerebrovascular structural and functional remodeling during simulated microgravity. To clarify the mechanism, whether endoplasmic reticulum stress inhibition affects endothelium-derived vasoactive factors will be investigated; in cerebrovascular smooth muscle cells, the effects of endoplasmic reticulum stress inhibition on the redox status, calcium homeostasis, expression/function of sarcoplasmic reticulum Ca2+ handling proteins and potassium、calcium ion channels in cell membrane will be elucidated. These work is valuable in confirming whether endoplasmic reticulum stress participates in cerebrovascular structural and functional remodeling during simulated microgravity by regulating the functions of cerebrovascular endothelial and smooth muscle cells. To perform further research work on above scientific problems will benefit in clarifying the underlying mechanism and establishing theoretical basis for developing preventive and counter measures of postflight cardiovascular deconditioning in astronauts.

失重状态下适应性动脉血管结构和功能重塑导致航天员航天飞行后心血管功能失调，但其发生机理尚不清楚。为探讨内质网/肌浆网应激与动脉血管结构和功能重塑的关系，本项目拟验证模拟失重导致脑动脉（同步观察肠系膜小动脉）血管内皮细胞和平滑肌细胞发生内质网应激的工作假说，探讨未折叠蛋白反应信号通路特征，并观察内质网应激抑制对脑动脉血管平滑肌细胞表型转换和血管反应性的影响，以分析内质网应激是否参与模拟失重大鼠脑动脉血管结构和功能重塑过程。最后观察内质网应激抑制对脑动脉血管内皮源性血管活性物质的影响，以及对血管平滑肌细胞氧化还原反应状态、Ca2+稳态、肌浆网Ca2+调控蛋白表达/功能和细胞膜K+、Ca2+离子通道功能/蛋白表达的影响，以分析内质网应激参与模拟失重大鼠脑动脉血管结构和功能重塑的可能机制。深入阐述上述问题对于阐明航天员航天飞行后心血管功能失调的机制，发展预防和对抗措施具有重要的理论和应用价值。

航天员医学保障已经成为我国载人航天工程的关键科学问题，失重环境下心血管系统重塑导致航天员航天飞行后心血管功能失调，严重威胁航天员身体健康和工作效率。本项目旨在阐述失重导致动脉血管重塑的发生机制，以尾部悬吊大鼠和细胞二维回转模拟失重，系统研究了模拟失重环境下血管内皮细胞和平滑肌细胞内质网应激现象、分子机制及其在模拟失重大鼠脑动脉血管重塑中的重要作用和机制，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）模拟失重通过线粒体氧化应激机制导致大鼠动脉血管平滑肌细胞内质网应激，PERK通路持续激活启动PI3K/Akt/m-TOR分子通路，线粒体靶向抗氧化剂（mitoTEMPO）和内质网应激抑制剂（TUDCA/PBA）可抑制PI3K/Akt/m-TOR分子通路并有效减轻内质网应激；（2）模拟失重导致血管内皮细胞内质网应激并激活炎症反应通路和凋亡，二维回转人脐静脉血管内皮细胞（HUVECs）模拟失重，血管内皮细胞发生内质网应激和细胞凋亡显著增加，激活iNOS/NO-NK-κB/NLRP3炎症反应通路，TGF-β、IL-2、IL-6、IL-8和TNF-α炎性分子表达水平显著升高，抑制内质网应激、iNOS活性（1400W）以及NK-κB/NLRP3分子通路（PDTC和siNLRP3）减轻炎症因子水平和细胞凋亡；（3）内质网应激导致模拟失重大鼠脑动脉血管平滑肌细胞表型由收缩表型向合成表型转换，PERK过表达组和L-NAME（eNOS/NO）药物干预组更为显著，mitoTEMPO和TUDCA/PBA可有效逆转这一过程；（4）内质网应激通过影响血管内皮细胞和平滑肌细胞功能参与模拟失重大鼠动脉血管结构和功能重塑，模拟失重大鼠脑动脉血管平滑肌细胞ROS水平显著增加，SERCA蛋白表达下降，RyR和IP3R蛋白表达升高，PERK过表达组更为显著，可被mitoTEMPO逆转。这些证据揭示了模拟失重状态下血管内皮细胞和血管平滑肌细胞内质网应激的分子机制，阐明了其在大鼠脑动脉血管重塑中的重要作用和机制，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，具有潜在的军事和民用转化潜力。发表SCI收录论文4篇，国际学术会议报告2人次，获得军队科技进步二等奖1项，培养博士/硕士研究生4人。